火炮液压开并架机构力学分析

2014-07-03郑晓鸣安自朝孙宝岩赵万春

兵器装备工程学报 2014年2期

郑晓鸣，安自朝，孙宝岩，赵万春

(1.四川大学制造科学与工程学院，成都 610000;2.重庆军代局驻167 厂军代室，成都 610000;3.重庆军代局驻209 所军代室，成都 610000)

液压装置机构紧凑，传动平缓，噪声小，易于实现大力比输出，在现代火炮中运用越来越广泛。本文运用某科研产品开并架机构的力学分析，论证液压装置运用在开脚式大架火炮中的可行性。

根据总体设计要求，该产品中的开并架机构既要实现开并大架，又要实现车轮的升降，传力液压机构的工况相当恶劣，必须先对其进行力学分析，掌握规律才能开展下一步工程设计。由于大架在射击时与下架处于锁定状态，属于刚性连接，对液压装置产生的影响较小，故只针对行军和战斗转换过程建立相应的力学模型。

1 开并架机构工作原理

开并架机构主要由油箱、液压泵、换向阀、缓冲器和液压缸等装置构成(图1 所示)［1-3］。其工作原理是:操作手动泵，将油箱里的驻退液泵入液压缸中，推动液压缸活塞运动实现大架的开并，通过缓冲器的连接作用，在大架开并的同时也实现了车轮的升降。液压缸活塞的运动方向是靠操作换向阀来实现的。

图1 开并架机构原理

2 受力分析

按原理结构，仅选择液压缸两个极限压力的情况作为力学分析的临界点分析模型受力［4-6］。第一个临界状态是开架时，座盘已经着地而车轮还未离开地面，此时液压缸所产生的压力主要用于克服车轮自重，压力值为最小值。第二个临界状态是在并架过程中车轮刚着地时，此时液压缸内的压力主要是克服全炮自重在地面所产生的摩擦力，压力值最大。

2.1 压力最小值的情况(开架过程)

为了抬起车轮，需要克服车轮对车轴的重力矩［7］，设车轴中心为E，车轮中心为C，如图2 所示。

图2 压力最小值的情况

对E 点取矩

式中:ML为车轮自重对车轴产生的重力矩;mL为车轮质量;g 为重力加速度;xC，xE为车轮和车轴质心横坐标;

设缓冲器在大架上的连接点为A，曲臂上的连接点为B，如图3 所示。为了计算缓冲器传递的作用力对车轴中心E点的力矩，需要计算E 点至AB 的垂直距离hAB。

图3 受力分析示意图

推导过程如下:

所以

设缓冲器通过AB 传递的力为F，则其对车轴E 的力矩为

设缓冲器AB 传递的力在X 和Y 的投影为:

以上关系式中:r1为AE 长度;r2为BE 长度;r3为AB 长度;α 为AE，BE 的夹角;β 为AE，AB 的夹角;xA，yA为A 点的横、纵坐标;xB，yB为B 点的横、纵坐标;xE，yE为E 点的横、纵坐标;hAB为E 点到AB 的垂直距离;F 为缓冲器通过AB 传递的力值;ME为力F 对车轴产生的重力矩;Fx，Fy为力F 在X 和Y 轴方向的投影;设大架重量为mTg，重心为C2，横坐标为xC2;旋转中心为P，横坐标为xP;驻锄中心为Q，横坐标为xQ;液压缸中心为H，横坐标为xH。

其受力力臂如图4 所示，开并架机构的作用力为FK;土壤对驻锄的支反力为FQ，摩擦系数为μ，则对P 点取矩得