炮弹弹带剥离机的设计应用

2013-07-03曹海庆白冬龙

兵器装备工程学报 2013年7期

曹海庆，白冬龙，邱硕

(65196 部队，辽宁铁岭 112609)

弹药随着储存时间增加，超过使用储存寿命的弹药不断增加，其储存可靠性逐年下降，加之我军武器装备更新换代，大量经过长期贮存的弹药已经不能满足我军训练和战备的要求，处于报废状态;随着我军武器、装备的发展，新的武器、弹药不断装备部队，旧的弹药不断被淘汰，这些处于报废和被淘汰的弹药要逐年进行销毁处理，而将弹带从弹丸剥离是报废弹药处理作业中的一项必要程序［1-14］。

随着报废弹药处理任务的不断加大，每年要回收大量带有弹带的炮弹弹丸。对于弹丸弹带，各报废弹药处理机构几十年来一直沿用的是人工剥离，这是一种典型的低效、高耗作业方式，不仅不利于节约成本以提高报废弹药处理的费效比，而且还要造成剥离弹丸的大量堆积，给储存与管理带来很多不便。近年来，各销毁机构在实践过程中先后发明出很多机器，但现尚不能达到自动完全分离的目的，都不同程度存在能耗高、工作效率低等弊端。一是分离设备设计不科学。受方法手段影响，只能分离部分炮弹弹带，难以适应弹药销毁工作发展的要求;二是分离设备磨损严重、故障率高，分离刀具损坏快，频繁更换专用工具，增加了处理成本，给分离工作带来很多不便;三是分离设备效率低、能耗高，需要二次人工分离，工艺流程复杂。弹带的分离是一项以利用品回收为主要目的作业，在具体操作过程中必须考虑经济性。为此，通过查阅大量资料并结合各报废弹药处理销毁机构实践，设计一种炮弹弹带分离机，运用液压旋切削技术，通过理论计算、大量试验和安全检验，结合弹带分离的实践经验，保证了弹带剥离过程的稳定性和安全性，设计出安全、高效、节能、自动化程度高的弹带分离装置，解决作业劳动强度大、工作效率低、剥离不彻底、安全隐患多的问题，提高报废弹药处理工作效率和废旧金属的回收率。

1 设计应用

全自动弹带剥离机是一种把报废弹丸上的弹带全自动剥离下来，分别回收利用的专用机具设备。炮弹弹带分离机，主要用于炮弹弹丸弹带分离的专用液压机床，采用电接点压力表、时间继电器和行程开关，对某一种弹带一次调整设置后全程自动控制，提高了报废弹药弹丸弹带剥离作业的自动化水平，具有结构合理、性能可靠、工作效率高等特点。

本设备依靠机械力来实现弹丸与弹带的剥离。根据不同口径和高度的炮弹弹头更换锥齿盘、刀具;采用结构优化设计，大大提高工作效率。

1.1 技术方案

根据弹带结构，先在弹带两侧冲压出开口，然后压住开口弹带处一端，自动旋转弹丸180°，冲压刀再次移动到开口处，执行机构带动弹丸旋转360°使弹带剥离。使用本设备可以节省大量人力，降低操作人员安全隐患。另外，加工时不损伤弹体，保持弹带的完整性。

通过对不同口径弹丸弹带结构分析和大量实验，证明采用全自动机械手段是可以实现对弹带的彻底分离。因此，需要通过科学的理论计算和大量的试验，研制设计一种集安全性、稳定性、连续性、高效性为一体的弹带分离设备。通过考查和资料的检索，需要解决弹丸定位卡紧、气动冲压、刀具材料、自动上下料、适用于不同口径和控制系统等关键问题，设计制造出结构简单、实用高效、具有技术含量高、机械性能好、维护方便等特点的装备。

1.2 结构组成

炮弹弹带分离机采用模块式结构，主要由液压系统、电气控制系统、散热系统、传动机构、剥离机构、项紧机构、床身及工作台等组成，如图1 所示。

1)液压系统。液压系统主要由防爆电机、液压齿轮泵、电磁换向阀、安全阀、调压阀、液压马达、回转油缸、压力表、液压油箱等组成，如图2 所示。

图1 液压剥离机立体结构

图2 液压系统

2)电气系统。电气控制系统主要由控制柜、电接点压力表、接触器、过载保护器、行程开关、时间继电器、压力传感器、工作指示灯、电源开关等组成。

电气控制部分的核心器件是可编程序控制器，它用于指挥整机按编制程序自动运行。指令开关组首先预设弹/双弹带选择、自动/手动选择、分步加工/连续加工选择;开始与结束按钮控制设备的起停。各种传感器部分:各种传感器是机器的感觉器官，用于监测气源压力、主轴转动角度、气缸运动位置等等。可编程序控制器根据指令开关和各种传感器的状态指挥整机按编制程序自动运行。状态指示灯用来监测设备各部位的工作情况。

3)散热系统。散热系统主要由散热器、散热风扇等组成。

4)传动机构。传动机构主要由主动齿轮、从动齿轮、二级主动齿轮、二级从动齿轮、传动轴等组成。

5)剥离机构。剥离机构主要由车刀、刀架、刀架调整板、滑道、调整垫块等组成。

6)顶紧机构。顶紧机构主要由顶尖、顶尖座、顶尖套杆、滑道等组成。

7)床身及工作台。

1.3 工作原理

设备基本工作原理如图3 所示。根据弹种不同，调整更换卡具、刀具后，接通电源，启动液压系统，各工作执行装置自动复位回到原点，将弹丸放于工作位置，启动运行开关，顶尖向前运动，顶尖与弹丸口部接触带动弹丸向前移动，移动至弹丸底部与锥齿卡盘内齿咬合，当顶尖压力达到预定压力时，电接点压力表工作，控制顶尖停止前行的同时启动液压马达电磁阀，液压马达通过二级减速齿轮后，经主轴带动锥齿卡盘旋转，锥齿卡盘旋转同时车刀油缸向上运行，锥齿卡盘卡住弹丸旋转，弹丸边旋转车刀相应的上行，当车刀与弹带接触时，车刀以切削的形式切入到弹带与弹体结合处，车刀刀尖上行至弹丸径心处时自动停止(自动停止以行程开关控制)，锥齿盘带动弹丸继续旋转，此时弹丸、弹带、车刀三者之间形成楔子状态，弹丸旋转时在车刀的作用下使弹带成卷形状态与弹丸分离，液压马达受时间继电器控制自动停止，此时车刀油缸向下运行，顶尖后退复位，一个工作循环完成。

图3 基本原理

由人工把待加工的弹体按照规定方向摆放在倾斜料盘上，弹体在挡料板的作用下自由滚落到托架上，然后尾架把弹体顶入三爪卡盘，卡盘自动卡紧弹体。工作刀进给把弹带剪断，主轴开始带动弹体旋转，转过大约300°后，主轴开始低速反转30°，同时铣头进给铣掉约30°弧长的一侧燕尾，接着主轴再着正转约100°，直至把弹带完全剥离。位移气缸带动刀架第二道弹带处，完毕后，松开卡盘和尾架，下料气缸释放，弹体沿滑道滑出，完成一发炮弹弹带的加工。

1.4 主要技术性能指标

炮弹弹带分离机，主要用于剥离装药倒空弹丸的弹带。①机床运行均由电接点压力表、时间继电器和行程开关控制，对某一种弹带一次调整设置更换卡具后可全程自动控制工作，具有结构合理、性能可靠、适应剥离弹带种类多、工作效率高等特点。②运用自动液压控制技术，靠机械力来实现弹丸与弹带的剥离，根据不同口径和高度的炮弹弹头更换锥齿盘、刀具;采用结构优化设计，大大提高工作效率和工作安全性。适用于各军区弹药销毁站、工厂等单位，可对50 ～160 mm 所有弹丸弹带的剥离工作。③该设备采用模块式结构主要由液压系统、电气控制系统、散热系统、传动机构、剥离机构、顶紧机构、床身及工作台等，具有结构设计新颖，操作简便，运行可靠，实用性强等特点。

该设备采用全液压动力源，液压方式工作平稳，运行可靠，动力强劲。在作业方法设计上较以往有了很大的提升。①动力选择上，采用双连液压齿轮泵，顶尖与马达需要小吨位大流量，车刀油缸需要小流量大吨位，合理配备油泵。②车刀切削角度选择，原理是根据车床工作的方法转变而来的，但是弹带为铜，质量弱，不易车削，所以车刀采用白钢材质，工作时一次切削到底，使弹带分离更加彻底快捷。③顶紧机构，根据弹丸底部锥型的特点，每种弹丸都有(8 ～11)°的锥角，按照弹种加工设计带有相应锥度的内齿卡盘，当顶尖运动时，弹丸锥形底部正好与卡盘内齿相结合卡紧，这样的设计方式优点在于卡紧度强，顶紧后工作时没有松动的情况，作业方便快捷。

主要技术性能指标

工作环境:-5℃～35℃;

工作电源:三相380 V;

电机功率:7.5 kW;

主油泵压力:24 MPa;

副油泵压力:14 MPa;

平均无故障工作时间:≥300 h;

连续工作时间:≥8 h;

工作效率:2 发/min;

剥离对象:50 ～160 mm 口径内弹药弹丸。

2 主要技术进步点

采用白钢双刀具，运用液压动力技术，实现了双弹带一次性切削剥离，提高作业效率，降低刀具磨损度;通过更换锥齿盘、刀具模块，解决了一次性完全分离弹带的难题，还可实现多弹种不同口径的剥离工作。主要用于炮弹弹丸弹带剥离的专用液压床，采用电接点压力表、时间继电器和行程开关，可实现对某一种弹带一次调整设置后全程自动控制，有效提高了报废弹药弹丸弹带剥离作业的自动化水具有结构合理、性能可靠、适应剥离弹带种类多、工作效率高等特点。

1)该项目采用液压旋切削的方法，运用液压动力技术，有效解决了一次性完全分离弹带的难题。

2)该项目采用白钢双刀具，实现了双弹带一次性切削剥离，提高作业效率近6 倍，刀具磨损度降低80%;通过更换锥齿盘、刀具模块，还可实现多弹种不同口径的剥离工作。

3)该项目采用电接点压力表、时间继电器和行程开关，可实现对某一种弹带一次调整设置后全程自动控制。有效提高了报废弹药弹丸弹带剥离作业的自动化水平。

3 推广应用前景

弹带分离机结构设计合理，实用性强，稳定可靠，具有良好的实用性和可维护性，较好满足了部队弹药销毁中废口回收利用的需要，达到军内同行业领先水平，具有较大的军事、经济效益和推广应用前景。该设备的研制和应用，使我军在报废弹药处理水平上又有了一个很大的提高，不仅减少了剥离现场作业人数，降低作业人员的劳动强度，提高了工作效率，节省了人力成本，而且操作简单方便，易于学习掌握，减少了人员培训周期，从而产生了可观的军事和经济效益，具有较高的推广应用价值。其效益主要是在以下方面:

1)社会效益。该设备结构设计新颖，操作简便，实用性强，工作性能安全可靠，操作简单方便，操作方法易于学习掌握，维修方便，减轻操作人员的劳动强度，减少劳动力，对我军报废弹药销毁工作，将起到很大的推动作用，总体技术居同行业领先水平，具有很好的社会效益。

2)军事效益。该设备的研制和应用，填补了我军没有系统、科学、高效、连续的弹带分离设备的空白，克服了以往工作效率低、处理方法不科学、浪费时间和人力等缺点，实现了弹带的自动分离，既提高了工作效率，又极大增加了销毁作业安全性，对加快我军实现正规化、现代化建设，适应未来弹药销毁工作提出的新要求具有十分重要的军事意义。

3)经济效益。采用炮弹弹带分离机能够安全高效地完成炮弹弹带的剥离作业，同时节约大量能源，工艺简单，易于操作，减轻劳动力，能够满足废回收需求。

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