可伸缩接电销短路开关

井会锁，李美亚，刘 奇,武 澎

(西安机电信息技术研究所,陕西 西安 710065)



可伸缩接电销短路开关

井会锁，李美亚，刘 奇,武 澎

(西安机电信息技术研究所,陕西 西安 710065)

针对定长接电销及簧片结构的短路开关簧片抗力高、散布大，影响隔爆机构运动的不足，提出了可伸缩接电销短路开关。该开关接电销改为由上下触头与圆柱弹簧构成的可伸缩接电销，保证短路接触的功能由簧片转给了接电销簧，降低了预压抗力对行程的敏感度，以较小抗力即可保证接触，从而大幅降低了接电销对滑块的正压力。计算和试验结果表明，可伸缩接电销短路机构结构简单，作用可靠，抗力公差散布小，对隔爆机构的运动无明显影响。

隔爆机构；可伸缩接电销；短路开关

0 引言

短路开关的设计已经成为引信设计中的重要组成部分，越来越受到设计人员的关注和重视。短路开关中的一个重要元件就是弹性的抗力元件[1]。弹性的抗力元件主要有弹簧和簧片，弹簧和簧片在引信的短路开关中有广泛的应用。

多数短路开关采用簧片结构，通过接电销与转子或滑块接触，开关闭合，形成短路。转子或滑块运动到位后，接电销与簧片脱离接触，开关断开。为了保证可靠接触，装配时必须保证簧片有足够预压量。但是，受结构限制，簧片一般较短，预压量的些微变化可能导致簧片抗力较大变化。仅仅装配公差即可使簧片抗力有较大散布，其中抗力较大者可能因摩擦力大而影响转子或滑块运动，靠接电销同时接插两极形成短路的结构具有同样弊端。本文针对上述结构存在的不足，提出了可伸缩接电销短路开关。

1 定长接电销短路开关

定长接电销和簧片短路开关机构如图1所示[2]。主要由簧片一、簧片二、弹簧二和接电销机构等组成。

图1 传统的簧片短路开关机构Fig.1 Conventional reed short circuit switch institution

簧片一和簧片二分别为短路开关的两极，通过接电销的接触和离开实现短路开关的通断。

接电销的作用是平时将簧片一和簧片二导通。弹簧一的作用是当滑块被解除保险后，驱动滑块运动。弹簧二平时处于预压状态，当滑块运动到位时，将接电销推进空位槽，从而使簧片一和簧片二之间断开。平时，定长接电销机构被滑块限位在短路开关的导通位置，两个簧片被接电销导通，簧片受力变形。加在滑块上的压力为簧片一、簧片二和弹簧二的抗力之和。

当滑块被解除保险后，在弹簧一的作用下向右运动到位，接电销在簧片一和簧片二以及弹簧二的共同作用下向下运动，并最终在弹簧二的作用下运动到位，使簧片一和簧片二断开。

2 可伸缩接电销短路开关原理

可伸缩接电销和簧片短路开关机构如图2所示。将原接电销一分为二，中间增加了弹簧三，成为可伸缩接电销，其余无变化。保证可靠接触的任务由簧片一和簧片二移交给可伸缩接电销。簧片一与簧片二职能转变为接电片，有没有弹性已经无所谓。

图2 可伸缩接电销短路开关Fig.2 Retractable electrical connection short circuit switch

平时，通过弹簧三的预压量保证接电销与两簧片可靠接触。可以按照两簧片无弹性设计预压量，加在滑块上的压力为弹簧二与弹簧三抗力之和。实际上，在弹簧三变形的同时，两簧片也会变形，也会产生抗力，但是簧片变形意味着保持接触，同时意味着减少了弹簧三的预压量，因而降低了弹簧三抗力，情况比簧片不变形更有利。按簧片不变形的简化模型考虑问题偏严格。

当滑块被解除保险后，在弹簧一的作用下向右运动到位，接电销在簧片一和簧片二以及两个圆柱弹簧的共同作用下向下运动，并最终在弹簧二的作用下运动到位，使簧片一和簧片二断开。

3 理论分析与计算

两种不同原理的短路机构，其接电销机构施加在隔离装置上的力是有显著差别的，从而给隔爆机构的运动带来显著影响。

在定长接电销短路开关机构中，为保证可靠接触，接电销机构必须留有预压行程，在考虑零件与装配公差的情况下，簧片预压行程相对变化大，因而抗力变化大，可能造成较大正压力。此问题可以通过加长簧片解决，但受结构尺寸限制比较大。而在可伸缩接电销短路开关机构中增加弹簧三以后，保证接触主要由弹簧三承担，弹簧三的预压行程相对变化小得多，较小抗力就可以保证接触，从而大幅降低了对滑块的正压力。

由于两种不同原理的短路开关中接电销部件和隔爆机构之间的摩擦系数相同，故下面只计算接电销对隔爆机构上的正压力。

3.1 定长接电销短路机构接电销对隔爆机构的正压力R0

传统定长接电销和簧片短路机构结构如图1所示[3]。设接电销部件加在隔爆机构上的正压力为R0。正压力由圆柱弹簧二的弹簧抗力和簧片因变形而产生的抗力所合成。

依据簧片的变形公式：

(1)

根据某引信的具体结构要求，取L=3 mm；λ=2 mm；h=0.2 mm；b=3 mm，经计算，R=4.22 kg，簧片为两片，故压力=2×R=8.44 kg=82.7 N。而圆柱弹簧的抗力为几十克，与簧片的相比，可以忽略不计，因此，施加在隔爆机构上的正压力为R0= 82.7 N。

3.2 可伸缩接电销短路机构接电销部件加在滑块上的正压力R0

可伸缩接电销短路机构结构如图2所示[4-6]。设加在隔爆机构上的正压力为R0。该正压力由圆柱弹簧二的弹簧抗力R1和圆柱弹簧三弹簧抗力R2所合成。

依据圆柱弹簧的抗力公式：

(2)

Rmax=R+ΔR

(3)

Rmin=R-ΔR

(4)

式中，h为弹簧的高度；d为弹簧的钢丝直径；n为弹簧的圈数；D为弹簧中径；G为剪切弹性模量，特殊用碳素弹簧钢丝(YB647-67)取G=8.1×106 g/mm2。

抗力公差ΔR也是在±3σ的范围之内，这等于有99.73%(±3σ的概率)的弹簧的实际抗力不超出用公式计算出的最大最小抗力值。

代入机构的具体参数：弹簧二：n=12，D=6.35 mm,hj=5.5 mm,h=15 mm,d=0.25 mm,计算得R1=0.012 kg；弹簧三：n=13,D=2.47 mm,hj=4.2 mm,h=6.8 mm,d=0.2 mm,计算得R2=0.22 kg。施加在隔爆机构上的压力力为R0=R1+R2=0.034 kg=0.33 N。

3.3 两种不同的短路机构中隔爆装置所受正压力对比

传统定长接电销和片簧短路机构中，隔爆机构所承受的正压力R0= 82.7 N；可伸缩接电销短路机构中，隔爆机构所承受的正压力R0=0.33 N。

从上述的理论分析和计算可以看出，两种不同原理的短路机构，其接电销施加在隔离装置上的力是有显著差别的，从而给隔爆机构的可靠运动带来显著影响。

4 实验验证

根据上述分析，我们设计并加工装配了两种不同原理的短路开关机构，并对短路开关机构对隔爆机构运动可靠性进行了试验。

在实验室中，针对两种不同原理的短路机构对隔爆机构的运动影响及接电可靠性进行了测试[7]，两种机构各五套，测试结果如表1。

表1 隔爆机构运动时间及短路开关机构接电可靠性实验

实验室结果表明：装有传统定长接电销短路开关机构的引信隔爆机构运动时间长、散布大，运动不可靠；而装有可伸缩接电销短路机构的引信隔爆机构运动时间短、散布小，运动灵活，并且短路机构接电可靠。

为了进一步验证可伸缩接电销短路机构的短路可靠性和短路机构对引信隔爆机构可靠运动的影响，我们又分别进行了20发125 mm试验弹的回收试验和10发平衡炮试验弹的回收试验。通过回收解剖，发现引信隔爆机构运动灵活，并且短路机构接电可靠。进一步证明了可伸缩接电销短路开关机构的方案在引信中应用是可行的。

5 结论

本文提出了可伸缩接电销短路开关。该开关接电销改为由上下触头与圆柱弹簧构成的可伸缩接电销，保证短路接触的功能由簧片转给了接电销簧，降低了预压抗力对行程的敏感度，以较小抗力即可保证接触，从而大幅降低了接电销对滑块的正压力。理论分析和试验结果表明，可伸缩接电销短路开关机构结构简单，作用可靠，抗力公差散布小，上下限均能得到100%的检验，接电销机构可以得到较大的运动行程，同时对于控制短路开关的隔爆机构的运动无明显影响。克服了定长接电销短路开关机构存在的变形抗力值大，影响接电机构的运动行程和隔爆机构的运动灵活性等弊端，可以在引信中应用。

[1]《引信设计手册》编写组.引信设计手册[M].北京：国防工业出版社,1978.

[2]马宝华.引信构造与作用[M].北京：国防工业出版社, 1988.

[3]郗少雄，马宝华.钢丝的圆度误差对引信弹簧尺寸及抗力的影响[J].兵工学报，1983(4)：11-14.

[4]哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学[M].北京：高等教育出版社,2000.

[5]邱建洪，潘礼纲，李华民.一种带短路保护功能的触头系统[P].中国专利：浙江中凯科技股份有限公司，2010.

[6]戴明远，包锦雄.开关电源的快速短路保护[J].上海建材学院学报，1990(1)：44-48.

[7]满晓飞，门士滢，马少杰，等.空气锤装置模拟硬目标侵彻实验方法[J].探测与控制学报，2016，38(3)：90-93.

Retractable Short Circuit Switch with Electrical Connection Pin

JING HuiSuo，LI MeiYa，LIU Qi， WU Peng

(Xi’an Institute of Electromechanical Information Technology, Xi’an 710065 China)

fixed-length electrical connection pin and reed-structure short circuit switch has the shortages of high resist, broad distribution of witch affect the movement of detonation interrupter. Aiming at the problem, a short circuit switch of retractable electrical connection pin was designed. The electrical connection pin was retractable, which was composed of a top and a bottom contacts and a cylinder spring , ensuring the electrical connection pin responsible for short circuit contact, which could reduce the sensitivity of the pre-press resist to the journey,thus, a lower resist could ensure contact, and the positive pressure of the electrical connection pin to the slider was reduced greatly . Calculations and tests showed that the short circuit switch of retractable electrical connection pin had features of simple structure, reliable function ,narrow resist distribution and little affection to the detonation interrupter.

detonation interrupter; retractable electrical connection; short circuit switch

2016-02-15

井会锁(1965—)男，陕西白水人，高级工程师，研究方向：引信总体。E-mail:jhsxa@sina.com

TJ43

A

1008-1194(2016)05-0088-03