发射药自动称量技术对比及发展分析

发射药自动称量技术对比及发展分析

朱珠，张博，刘彬

(中国兵器工业第五八研究所弹药中心，四川 绵阳 621000)

Analysis and Contrast on Automated Propellant Weighing Technologies

ZHU Zhu，ZHANG Bo，LIU Bin

(Center of Ammunition，No.58 Research Institute of China Ordnance Industries，Mianyang 621000，China)

摘要：针对常见的自动定容称量和组合称量方式，对不同模式的发射药称量进行阐述、对比和分析。随着新型衡器的发展，可借鉴食品、饲料、医药等行业的类似称装方式，并将其应用到兵工发射药的称装药中。根据当前正在研究的发射药自动称量技术，推测未来发射药自动称量的发展方向为智能衡器称量、数粒机称量和微量自动称量等。

关键词：发射药自动称量；衡器；数粒机；微量称量

中图分类号：TJ410.5

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)04-0075-03

收稿日期：2015-01-16

作者简介：朱珠(1981-)，女，四川人，工程师，主要从事项目管理和情报编译的研究工作。

Abstract：Aiming at constant volume weighing and combination weighing that usually used in propellant automatic weighing，illustrate and contrast their characters while draw lessons from similar weighing patterns in food，feed and medical industries to develop novel propellant weighing technology，and based on recent research on this area，suggest future development of propellant automatic weighing may orient to intelligent weighter，PM counting machine and automatic microweighing.

Key words：propellant automatic weighing；weighing apparatus；PM counting machine；microweighing

0引言

发射药是指装在枪炮弹膛内，用以发射弹丸的火药。按照不同火器的弹道性能，可以将发射药制成常见的管状、带状、片状、球状、粒状和梅花状等。由于发射药是弹头能量的最终体现，其质量和重量直接影响枪炮弹性能，因此，所有形状的发射药都只能在精确称量后才能装入枪炮弹膛。曾经的发射药称量一般采用人工高精度电子称或机械天平。这两类设备尽管单次称量比较精确，但在称量发射药时，需要在避风的环境下操作，因为细微的干扰都可以让精度电子称和机械天平的读数发生变化。所以，发展发射药自动称量技术，可以说是提升枪弹生产质量和效率的必然需求。

发射药自动称量同样需要注意精度、速度和安全方面的问题。当前国外发射药较为先进的自动称量技术，根据装药火器的不同，其精度一般为小口径枪弹0.005 g，大口径枪弹0.01 g，以及火工品0.000 1 g；速度方面，由于对称药机构中的传感器灵敏度和振动精度要求较高，每秒几十发的速度并不是很稳定。

1常见发射药自动称量技术

1.1定容式称量技术

图1　计量板式称量技术

定容式称量，俗称计量板称量，即采用固定的容积对发射药进行称量，其可分为计量板式和球形、勺形等定容称量方式。定容式称量的设备一般由药斗、计量板、振动机构组成(图1)，普遍适用于小口径枪弹发射药。一是因为小口径枪弹发射药一般为体积较小的片状、颗粒状和球状结构，无需较大的剪切力就能被切断；二是因为小口径枪弹的发射药生产节拍快，生产形式多样(常见的就有转子式、直线式和转盘式等)，且称量精度小于1%，因此，采用定容式称量方式为宜。

1.2组合式称量技术

1.2.1　双振动器与衡器组合式称量技术

双振动器与衡器组合式称量，采用直线振动器和盘式振动器分别进行初加和精加，并配以高精度电子称(或电子天平)实现(图2)。该称量方式普遍适用于大口径枪弹发射药，这是由于大口径枪弹发射药一般为大颗粒状和宽大带状，适合单发称量。同时由于双振动器与衡器组合式称药量小，精度高(称量精度≥1‰)，对于精度要求高的特种枪弹，其产量较低，也可用此方式进行。

图2　双振动与衡器组合式

1.2.2　皮带加振动器与衡器组合式称量技术

针对较大的发射药颗粒及称量范围，较快的称量节拍和称量精度，采用皮带加振动器与衡器组合式进行称量。以我所近年来研制的一款动态自动称药装置为例，该装置由药斗、皮带输送机构、盘式振动器、称重模块和电机等组成(图3)。主要采用皮带送药技术、气动震盘送药技术和在一定范围设置称药量值进行称量，通过系统的控制策略，实现大颗粒发射药的动态自动称量。

图3　皮带加振动与衡器组合式

2常见自动称量技术优缺点对比

定容式称量的节拍快，能采用群模方式进行大量的称量，适应性好，结构简单，易维修，易调整，定容积模型能进行多种变化(如计量板、勺形、球形和柱形等)，加药方式多样。其称量精度≥1%。如果对容积形状有特殊要求或对装药安全有较高要求，如采用勺形、球形等，其结构较复杂，群模模式较困难，一般为单发称量，节拍较慢，安全性高、精度高。目前，国内大口径枪弹生产厂家在枪弹自动装配中一般采用此类方式称装发射药，其缺点在于因机械振动可靠性差，称量过程易受产品自身堆积密度的影响，而堆积密度又受温度、湿度等环境因素影响，生产批次一致性较差。因此，生产厂家不得不花费大量的人力，加大生产过程中的产品抽检量，劳动强度大，且容易漏检。

相较之下，直线振动器粗加与盘式振动器精加相结合的方式，可以实现发射药自动化的高精度称量，但工作节拍慢、噪音大、称药量小；而皮带输送粗加与盘式振动器精加相结合的方式，能进行快速、大剂量、低噪音和高精度的发射药称量，并能随意设置称量物料的标准重量。不过由于组合式称量全部都属于动态称量，大颗粒发射药来料流量不稳定，同时由于惯性导致的滞后，在保证精度的前提下，节拍都比较慢，称量时间也较长，精度控制也不容易，尤其在精加方面，需要对药粉的颗粒大小进行筛选，才能保证加入量的一致性。

3发射药自动称量技术的发展

3.1数粒机称量

数粒机称量是当前医药、食品行业使用较多的针对片剂、丸剂及其他固体药粒类的称装模式，可分为机械数粒机和图像处理数粒机。其原理很简单：只要事先保证固态药体的密度一致、大小均一、形状等同，设备启动后将药粒倒入顶部料斗，通过适当调整各个阶段的振动送料器，使料斗内成堆状的药粒逐渐沿着振动槽板下滑至落料口，通过动态扫描、光电传感器自检和故障报警等技术，实现药类计量和同步封装的功能。机械数粒机柔性和容错性都不如图像处理数粒机，不过两类数粒机的称量设备都具有操作简单、拆洗方便和准确率高的特点。然而对于不稳定性和易爆性都较食品和药品更高的发射药来说，一来事先的制备是一个难题，二来储存并不容易，三来还需在送料过程中保证发射药不受污染，颗粒碰撞不会引发燃爆，这对设备所处的环境及其本身维护也是不小的挑战。

3.2真空、双层计量板和阀门称量

真空加药衡器通过真空系统将药品吸取到衡器上进行称量。通过对气体流量和衡器实时控制实现药品称量，节拍慢、但称量精度很高。

双层计量板式是在单层计量板的形式上再增加一层计量板，通过上层计量板先粗计量，保证下层计量板精确计量时药室内药假密度的一致性。其保留了定容式的原优势，又将定容式的精度进行了一定的提高。

阀门称量模式是将各种气动阀门进行组合，药品通过阀门加入衡器进行称量。其主要通过控制阀门的大小、形状(如球形、蝶形等)改变药品通过时的流量，从而实现药品称量，具有速度快、精度低的特点。

3.3微量自动称量

3.3.1　微量转筒称量技术

采用转筒称量模式对微量发射药进行称量(图4)，适合流散性较差的药物。转筒称量设备由进料斗、转筒送料机构、荷重传感器、称量药斗、步进电机和控制器组成。发射药从设备最上端的料斗进入，通过水平方向的转筒进入下方的称量药斗。期间荷重传感器实时检测称量药斗内的发射药重量，通过控制器形成反馈，再由步进电机控制药筒转速，达到精确称量的目的。在0~50 g范围内精度达到±0.2 g，具有灵活、拆卸便捷、安全的特点。

图4　转筒称量

3.3.2　螺旋精密称量技术

螺旋精密称量技术(图5)，针对不敏感粉状药剂的精密自动称量，要求药物流散性好。其改变了传统勺形装药和计量板拉药等容积式计量方式原理上的缺陷(该类称量方式精度通常≤3%)，并采用0.1 mg精度快响应称重模块，加药方式上综合考虑加药精度和速度两方面的因素，根据称重反馈情况分别采用直线振动器进行粗加药，以及多段减速螺旋进行精加药；在控制方式上，通过对称量模块反馈的数据进行实时运算，不停控制螺旋的旋转速度，从而控制精加药量，并在临界点采用点动模式进行补药，避免加药过冲，由此保证加药称量过程中反馈称量值的精确性和及时性。该称量模式现已取得了50~120 mg实际生产稳定性和可行性的现场验证(表1~表3)，经测试，所有数据均满足精度要求。

图5　螺旋精密称量设备总体结构

表1总量为120 mg的测量数据(偏差要求为±1 mg)

称药次数123456称量/mg119.5119.6119.4119.6120.6119.7称药次数789101112称量/mg119.8120.0119.8119.5119.3119.8称药次数131415161718称量/mg120.3120.5119.6119.9120.5120.4

表2总量为80 mg的测量数据(偏差要求为±1 mg)

称药次数123456称量/mg80.580.480.579.880.580.2称药次数789101112称量/mg79.680.780.479.679.779.8称药次数131415161718称量/mg79.879.180.079.380.280.3

表3总量为50 mg的测量数据(偏差要求为±1 mg)

称药次数123456称量/mg49.549.549.349.849.949.7称药次数789101112称量/mg49.549.449.349.249.849.3称药次数131415161718称量/mg49.749.549.149.749.850.1

3.4智能组合称

智能组合秤是现今使用较多的一种衡器，属于标准的静态称量。其采用多个称重模块，按一定量值同时称量，再按所需最终称量值和精度，对所得的每个称量模块的称重值进行排列组合，得到一个或多个最终称量值。具有节拍快、称量精度高(其称量精度可低于单颗介质的质量)、称量范围广(几十克~几千克不等)的特点，适合较大口径的发射药。智能组合秤称量头越多，称量速度就越快，精度也就越高，与之对应的是，成本也越高。

4结束语

对比以上各类发射药自动称量技术，由于要保证发射药的称量及装药效率，绝大部分都采用动态连续称量。然而，多年的发射药称量经验表明，要尽可能消除发射药传输和流动过程中的敏感，还需要研发智能化、多通道和拟静态的高速、高精度称量工艺与技术，采用这类模式，保证称量设备尽可能平稳、可靠地运行，也是适应新型发射药安全、绿色、高效称量的保证。

参考文献：

[1]孟华，庄健，贾辉然，等.高精度自动称量控制系统的设计及应用.仪器仪表学报，2002，23(增刊1)：152-154.

[2]张博，苏剑擎，马兴.发射药皮带自动称量技术.四川兵工学报，2012，33(4)：69-73.

[3]虞波，黄权.精确在线称量技术在大口径枪弹装配中的应用.兵工自动化，2009，28(增刊1)：62-63.