小口径舰炮的补退弹接口装置设计与仿真

杨 臻，李永振，朱明一

（中北大学机电工程学院，山西太原 030051）

小口径舰炮的补退弹接口装置设计与仿真

杨 臻，李永振，朱明一

（中北大学机电工程学院，山西太原 030051）

设计了一种补退弹接口装置，能够快速排除补弹过程中出现的卡弹故障，实现自动化补弹、退弹以及再行补弹；并介绍了补退弹接口装置的工作原理。利用CATIA建立三维模型，通过ADAMS对该装置进行了运动学仿真分析。分析表明，该装置能够实现自动化补弹，提高补弹速度。

机械设计；补弹；卡弹；再行补弹；ADAMS

随着自动机技术的发展，小口径舰炮的射速不断提高，弹药消耗速度加快，补弹技术已经成为高射速自动炮具备持续作战能力的关键技术。

现有的补弹系统多为弹链补弹，因其结构限制，补弹速度很低，无链补弹仍处于研究阶段，应用较少。现有的无链式补弹装置在补弹过程中如遇卡弹问题［1］，只能通过人工干预来对卡弹做出处理，即停止补弹，人工反转退弹手柄将卡滞的炮弹后退若干弹位，然后人工用力正转退弹手柄，使之前卡滞的炮弹利用惯性猛冲入弹鼓。此过程不仅增加士兵的劳动强度，而且耗费大量时间，无法保证弹药即时补给［2］。国外无链补弹系统有美国的A10飞机无链补弹装置。

笔者针对某小口径舰炮的弹鼓装弹数量有限，射速高，当完成几次打击后需要补弹，设计了一种新型补退弹接口装置。新设计的补退弹接口装置连接弹鼓和柔性导引，在整个补弹系统中起着传送和协调作用，能快速排除补弹过程中出现的卡弹故障。该装置对补弹、退弹和再行补弹做出自动化处理，实现自动化补弹，并提高其补弹速度，是弹鼓式无链供弹系统的重要部件。

1 补退弹接口装置的结构设计

图1为补退弹接口装置结构图，包括拨弹链组件、拨弹齿组件、弹簧组件、轨道板圆弧空位、隔弹门组件和提弹链组件。各组件功能如下：

1）拨弹链组件：用于将从弹鼓输出的炮弹送入拨弹齿组件。

2）拨弹齿组件：用于将炮弹拨入圆弧空位内并将其传递至提弹链组件。

3）弹簧组件：支撑炮弹并施加作用力使炮弹顺利进入提弹链链齿作用范围。

4）轨道板圆弧空位：为退弹提供退弹空位，保证退弹与再行补弹协调。

5）隔弹门组件：起到隔离进、退弹路径及对炮弹的限位作用。

6）提弹链组件：提弹链链齿拨动炮弹在提弹轨道板内上移补弹或下移退弹。

补退弹接口装置是通过上述各组件的协同工作来保证补弹过程中对卡弹、退弹以及再行补弹做出快速而准确的处理，可实现整个补弹过程中无空位补弹和防止一位多弹现象，使补弹顺利、高效的进行，保证后勤补给工作，提高武器的作战效能［3-4］。

2 补退弹接口装置工作原理

2.1 补弹原理

补弹时，由弹鼓向补退弹接口装置送入炮弹，如图1所示。炮弹在本装置内的传送过程分为两个阶段：拨弹阶段和提弹阶段。

2.1.1 拨弹阶段

炮弹进入补退弹接口装置后，首先进入拨弹链，如图2所示。当炮弹至临近轨道板圆弧空位处时，炮弹进入拨弹齿拨动范围，此时炮弹交由拨弹齿拨动炮弹，由拨弹齿拨入轨道板圆弧空位。圆弧空位中补弹过程如图3所示。

2.1.2 提弹阶段

炮弹进入圆弧空位后，弹簧组件的托板支撑炮弹，弹簧被压缩，并存储能量。当炮弹移动至圆弧空位下极限位置时，弹簧被压缩至最大压缩量，拨弹齿继续拨动炮弹并且压缩弹簧及托板对炮弹施加作用力，释放存储能量，使其越过下极限位置，直至炮弹脱离拨弹齿的拨动范围，并在托板的作用力下沿轨道移动至隔弹门处，并进入提弹链组件作用范围。提弹链组件将炮弹上提，送入柔性导引。

2.2 退弹原理

若补弹过程中发生卡滞现象，须将卡滞炮弹后退，故装置由补弹过程转为退弹过程［5］。

退弹时，弹鼓电机停转，使拨弹链链轮轴和拨齿轴停转，处于拨弹链内的炮弹停止移动。柔性导引电机反转，带动提弹链链轮轴反转，由提弹链链齿的反向移动带动炮弹沿导轨板下移，实现退弹工作。隔弹门分辨退弹时离它最近的炮弹是否应该进入圆弧空位来形成下一次补弹的空位补偿［6］，以下是隔弹门两种状态下的退弹情况。

2.2.1 隔弹门闭合状态

当补弹过程中发生卡滞现象时隔弹门为闭合状态时，停滞在提弹轨道板内的炮弹可沿该轨道板顺利退下。退弹过程如图4所示。

2.2.2 隔弹门打开状态

当补弹过程中发生卡滞现象时隔弹门为打开状态时，退弹启动后该炮弹在提弹链链齿的推力下被压入轨道板圆弧空位内，隔弹门闭合，提弹轨道板与圆弧空位隔离，余下提弹轨道板内的炮弹可沿轨道依次退下。退弹过程如图5所示。

2.3 再行补弹原理

当卡滞的炮弹退至不影响再行补弹的位置，须停止退弹状态，转为再行补弹。再行补弹过程分为回补退弹和继续补弹两个阶段，整个过程实现了无空位补弹和防止一位多弹现象。再行补弹如图6所示。

2.3.1 回补退弹

柔性导引电机正转，带动提弹链链轮正转，由链齿上移带动提弹轨道板内处于提弹链提升范围内的炮弹提升。在这个过程中，由于提弹链内炮弹限制隔弹门打开，因此圆弧空位内的炮弹无法进入提弹链组件。从而防止一位多弹现象和卡链导致的回补卡滞。

2.3.2 继续补弹

当回补退弹过程完毕，最后一发在提弹链内的炮弹被提至高于隔弹门，无法阻挡隔弹门打开，位于圆弧空位的炮弹可以进入提弹链组件，此时启动弹鼓电机，实现连续无空位补弹。

3 补退弹接口装置运动学仿真分析

通过三维建模软件CATIA对整个补退弹接口装置各零部件三维建模并装配，导入ADAMS对补退弹接口装置的三种工况进行运动学仿真。仿真初始条件规定为：补弹速度取200发／min，补弹数量取600发。

3.1 对补弹过程仿真分析

仿真得出炮弹在整个补弹过程中的受力曲线图如图7所示。

最大受力为瞬时冲击力1 321N，为炮弹改变运动方向时轨道给予炮弹的冲击力，其他时刻受力很小，能够保证炮弹在补弹过程中的安全性［7］。

图8为隔弹门在补弹过程中的受力图，在补弹过程中隔弹门打开后靠扭转弹簧回位并撞击托板的瞬间受的冲击力最大。由图可知，隔弹门所受的冲击力在第1发弹通过时最大，其后炮弹通过时，受力很小。

为减小隔弹门的瞬时冲击，将隔弹门与托单板的接触处安装橡胶，以吸收能量，缓和冲击，减小振动。

3.2 对退弹过程仿真分析

退弹过程中，隔弹门闭合状态较为简单，而隔弹门打开状态时比较复杂，因此对隔弹门开启状态时的退弹进行运动学仿真和分析。

图9为退弹过程中的第1发炮弹受力图，由图可知，受力最大点为炮弹被提弹链压入圆弧空位的瞬间冲击，大小为500N。

图10为退弹过程中的第2发炮弹受力图，由图可知，受力最大点为炮弹挤入隔弹门侧面时，隔弹门对炮弹的压力，大小为600N。

图11为某一炮弹退弹过程中对隔弹门的作用力，每发炮弹在退弹过程中对隔弹门的作用力大小均相同。

3.3 对再行补弹过程仿真分析

再行补弹过程中的第1发弹受力如图12所示，炮弹最大受力为700N，且均为瞬时冲击力，因此炮弹的弹壳不会因长时间受较大作用力而变形。

4 结 论

本设计补退弹接口装置能够有效处理补弹系统中的卡弹问题，无需人工干预，减少士兵的劳动强度。为自动化补弹装置的研制提供一种应对炮弹卡滞故障的自动化处理方法。

通过对补退弹接口装置的三种工况进行运动学仿真，得出隔弹门和炮弹的受力图，通过仿真分析可知，此装置能够实现自动化补弹、退弹和再行补弹，为今后的补弹探索出一种新的技术途径。

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FANG Libo.Medium-calibre anti-aircraft artillery automtic feeding scheme research［D］.Nanjing：Nanjing University of Science ＆Technology，2009.（in Chinese）

Design and Simulation of Ammunition Supplement and Returning Interface Device in the Small Caliber Naval Gun

YANG Zhen，LI Yongzhen，ZHU Mingyi

（College of Mechatronic Engineering，North University of China，Taiyuan 030051，Shanxi，China）

A kind of the interface device of the ammunition supplement and returning was designed.This device can quickly eliminate the ammunition returning fault occurred during the process of ammunition supplement，and three types of working conditions were realized such as automatically ammunition supplement，ammunition returning and ammunition supplement again.The operating principle of the ammunition supplement and returning interface device was introduced.The 3Dmodel was established by use of CATIA，and the device performed the kinematics simulation and analysis with the help of ADAMS.The analysis showed that the device can realize the ammunition supplement automatically，and improve the speed of ammunition supplement.

mechanical design；ammunition supplement；ammunition returning；ammunition supplement again；ADAMS

TJ303

A

1673-6524（2014）02-0025-05

2013-11-19；

2013-12-26

杨臻（1965-），男，博士后，教授，主要从事自动武器总体结构设计与仿真技术研究。E-mail：1139663962＠qq.com