双管霰弹枪单扳机双电击发机构设计与仿真

陈 胜，李回滨，刘 高

(1. 驻296厂军代室,重庆400054；2. 沈阳理工大学 装备工程学院,沈阳110159；3. 重庆建设工业(集团)有限责任公司,重庆400054)

双管霰弹枪单扳机双电击发机构设计与仿真

陈 胜1，李回滨2，刘 高3

(1. 驻296厂军代室,重庆400054；2. 沈阳理工大学 装备工程学院,沈阳110159；3. 重庆建设工业(集团)有限责任公司,重庆400054)

针对采用电点火击发的双管霰弹枪，考虑到缺少与之相适配的电击发机构，设计了一种可方便移植到各种双管霰弹枪实现顺序击发的、模块化的单扳机双电击发机构，建立基于回转块两个时期的运动微分方程。应用ADAMS软件对机构进行运动仿真，比较关键部件回复簧在不同刚度系数下对机构运动的影响。随着刚度系数的增加，机构运动克服摩擦力的能力更加突出，机构的平顺性得以提升，仿真结果表明该机构的设计可行，为双管霰弹枪的击发机构设计提供了一种新思路。

双管霰弹枪；单扳机；回复簧；击发机构

霰弹枪在近距离射击时火力猛、命中概率高、杀伤力强、使用方便可靠，有着自动武器无法比拟的优势，其在山地、丛林、城镇与街区巷战、军警反恐执法、体育竞技比赛、民用狩猎等领域都有着不可替代的作用。霰弹枪可分为单管与双管，双管霰弹枪按枪管配置方式又可分为立式双管和平式双管，目前普遍采用单扳机或双扳机的机械击发方式。和双扳机相比，单扳机更符合长久以来人们的射击习惯，操作起来也更加简便[1-3]。当前，单扳机双管霰弹枪完成扣压扳机、击发霰弹、扳机自动切换到下一待发位置这一系列动作，对于非自动双管枪械来说比较耗费转换时间。针对这一情况，基于一种弹底缘定位电点火具击发霰弹，突出模块化先进设计理念，设计一种单扳机双电击发机构，与传统双管霰弹枪击发结构相比，该机构有如下优点：(1)采用电击发，精简了大量的机械传动部件，同时简化了击发动作；(2)采用模块化设计，通用与互换性强，可以移植到不同的双管武器平台；(3)降低机构传动过多带来的刚体碰撞，缩短击发响应时间，从而提高射击精度。

1 单扳双电击发机构原理

1.1 击发电路原理

由于双管霰弹枪在实际使用中可能会有浸水、泥沙侵蚀等情况，从可靠性方面考虑，击发机构不宜采用控制电路的形式，可采用机构开关与导线结合的形式来实现双电击发功能。图1为简化的单扳机双电击发机构外部电路图。

图1 单扳机双电击发机构外部简化电路图

从图1可以看出，设计的单扳机双电击发机构的基本工作原理是：每发弹与供电电池形成一个通电回路，通过扣动扳机来依次地接通回路1与回路2。回路1接通瞬间，正负极电压通过导电触头接触弹底缘上的正负极区域，击发第一发霰弹；松开扳机，回路1断开，开关摆向中间安全位置；再次扣动扳机时，回路2接通，第二发霰弹击发，回路断开，开关再次摆向中间安全位置，一个击发循环完成。在重新装弹后，扣动扳机将重复上一过程。

1.2 击发开关原理

由图1可以看出，扳机实质相当于一个双向开关，为防止产生偶发火问题，在松开扳机后，两个回路必须均处于断开状态。这种需求可通过扳机的前后平动转换成转动来实现两个电路的顺序导通，按这一思想设计的击发机构与实物如图2、图3所示。

图2 击发机构简图

图3 击发机构实物图

其具体工作流程是：当两发弹装填完毕后，在正极电路上形成断路，断路位置加装击发机构组件，断路的两端通过导线分别与正极导电片与正极导电柱相连。向后扣压扳机时，扳机带动扳机滑块、扳机簧杆、扳机回转块和导电触片一同向后运动，同时压缩扳机回复簧，当导电触片运动到一定位置时，与正极导电片接触，当接触到正极导电柱时，整个回路导通，击发一枚霰弹。再次扣压扳机时，导通另一条回路，击发后一枚霰弹，完成一个装弹击发循环。

1.3 扳机转换原理

要让前后两次对扳机相同的扣压动作击发不同的霰弹，就需要一套击发位置转换装置，通过一对导电柱与一对导电触片来实现这一功能，图4所示导电柱与导电触片空间位置关系。从图4可以看出，一对导电柱在某一高度水平固定，一对导电触片在扳机回转块端面上下布置。

由图2和图4可知，首发发射时，扣压扳机，扳机回转块首先在扳机簧杆作用下沿直线滑槽运动一段距离，同时压缩回复簧，当导电柱1与导电触片2接触，接通回路，击发一枚霰弹；当回转块下端斜面越过限位凸起顶点，松开扳机时回转块在扳机回复簧力作用下，沿着扳机组套内的导向曲线滑槽旋转180°，划入另一端的直线槽，直至扳机复位。再次扣压扳机变为导电柱2与导电触片1接触，击发另一枚霰弹。

图4 导电柱与导电触片空间位置关系图

2 单扳双发机构建模

该机构虽是电击发机构，但由于考虑可靠性等因素没有采用复杂的电路控制，而是采用了便捷可靠的导线与开关控制。归根结底，单扳机双电击发机构能够可靠工作的关键就是作为开关的机械扳机能实现预定击发动作。击发动作按主动力的不同可以分为2个时期，其物理模型如图5所示。

图5 单扳双发机构物理模型

图5动力学微分方程模型分别表示为：

时期1(扣动扳机—滑块回转)

(1)

时期2(滑块回转—回转结束)

(2)

式中：m为回转块质量；FB为扳机力；F为回复簧力；f为接触面摩擦系数；Fy1、Fy2为主动力使得回转块在扳机组套周向转动的分量；Fm1、Fm2为回转块在扳机组套轴向的摩擦力；α为回转块倾斜角；k为弹簧刚度系数；x为回转块的平动位移。在第一时期，主动力为扳机力FB，在扳机力的推动下，压缩回复簧，滑块向后平移，且随着x的增大，需要的扳机力相应增大。当滑块跨过回转点后进入第二个时期，这个时期的主动力变为弹簧回复力F，扳机力消失。从两个时期的微分方程可以看出，对机构运动影响较大的几个参数分别为α、f和k。根据理论计算与加工样件试验分析可确定α=45°是最优的角度，而经过打磨抛光的接触面表面粗糙度可以达到0.8，所以，对整个机构运动影响需要着重分析的只有k。

3 单扳双发机构仿真

ADAMS是目前在验证机构动作方面应用的非常广泛的多刚体动力学仿真软件，通过对单扳机双电击发机构进行运动学与动力学仿真，来认识和掌握该机构的运动学与动力学特性。结合整个电击发机构的外形尺寸，选取材料为碳素弹簧钢(GB4357)，簧丝直径为1mm，不同刚度系数的弹簧作为仿真研究对象。根据试验测试，得到满足机构动作可行的弹簧刚度系数取值范围在2～8之间，本次仿真分别取弹簧刚度系数为3、5、7，对扳机机构运动展开研究。

3.1 仿真约束及驱动

为保证机构能够在仿真过程中真实的反映运动特性及实验结果，首先根据仿真需要简化机构，然后对精简后机构施加约束，以达到与实际情况相同的效果。考虑到整个机构的装配关系和机构各个部件之间的配合，对扳机组套与地面、扳机滑块与扳机、扳机组套与扳机组套后挡板、扳机簧杆与扳机回转块施加固定约束；再结合实际情况和击发机构工作状态，设定重力方向，对扳机滑块与扳机组套施加移动副约束，在扳机回转块、扳机簧杆与扳机滑块，扳机回转块、扳机滑块与扳机组套之间施加接触。为模拟击发机构工作状态，对扳机施加单向力，设置单个工作循环的驱动函数Step(time,0,0,1.18,AKISPL(time,0,SPLINE_1))，其中SPLINE_1为力的变化曲线，表示在0到0.8s扳机在力的作用下，推动扳机滑块挤压扳机回转块沿着内壁限位直槽滑行，当越过限位凸起顶点时，力大小变为0，施加约束与驱动如图6所示。

图6 施加约束与驱动图

3.2 仿真结果分析

图7与图8表示的是在不同弹簧刚度系数作用下，单扳机双电击发机构的受力与运动情况。从机构本身结构出发，若弹簧刚度系数过小，可能会在扳机回转块底端越过内壁限位凸起时出现回复力不足，进而导致回转块不能完成180°回转；相反，若弹簧刚度系数过大，则会出现弹簧端面与回转块接触面正压力过大，进而导致摩擦阻力增大，回转块不能回转。在保证单扳机双电击发机构能够正常回转时，随着弹簧刚度系数的增大，机构回转块的受力也随之呈现出非线性增大的趋势，在扳机回转块底端越过内壁限位凸起时受力情况突然改善，同时受力曲线在时间轴上有振荡，且随着弹簧刚度系数的增大振荡加剧；之所以会出现这种情况是因为回转块与内壁限位凸起配合面存在间隙，在扳机推力与弹簧推力的双重作用下，扳机回转块会在限位凸起滑槽中有小幅横向摆动。

从图8中可以看出，随着弹簧刚度系数的增大，回转块获取的回转速度逐渐增大，这对于机构克服滑槽上的摩擦阻力顺利完成动作是有利的，但同时回转速度也随之增大，回转180°所需的时间则变得更少，若这个时间段内扳机滑块还未能滑进限位导槽，扳机回转块与扳机滑块就会发生碰撞，使得回转后的速度大幅变化。

图7 不同刚度系数击发机构受力

图8 不同刚度系数击发机构速度

图9与图10从机构传动件位移变化的角度来分析机构动作的正确性。

图9 不同弹簧刚度系数回转块位移

图10 击发机构传动件质心轴向位移

图9反映了采用不同弹簧刚度系数时回转块的位移变化情况。可以看出三组不同弹簧刚度系数都能使回转块正常回转，但随着刚度系数的增加，在完成回转动作时与扳机滑块撞击和反跳的情况也越加严重，这是因为刚度系数的增加使得回转块获得的回转动能相应增加，体现出回转速度加快，转动惯量加大，这对机构本身的平稳运动是不利的。图10反映的是在确定的刚度系数条件下，机构的扳机滑块、扳机簧杆和扳机回转块三个运动件的质心轴向位移变化。可以看出在扣压扳机动作下，扳机滑块、扳机簧杆和扳机回转块在回复簧的挤压下共同向后运动，且随着弹簧压缩量的增加，运动逐渐放缓。当回转块下端越过限位凸起时，扳机滑块沿着原路径返回待击发位置。由于机构间存在摩擦与碰撞，扳机簧杆与回转块在完成回转的过程中会有位移上的小幅反复，最终共同滑进导轨，完成整个机构动作。

4 结束语

击发机构在任何武器上都是必不可少的，对击发机构的研究也要朝着模块化、轻量化、智能化的方向发展。本文以双管霰弹枪为例，设计一种采用单个扳机完成双管电击发动作的击发机构，该机构结构简单，动作清晰。通过仿真分析得到以下结论：该机构在原理和动作功能实现上是可行的，其主要影响因素为回复簧的参数；从仿真结果来看，如何减小和克服运动件运动过程中的撞击是需要着力解决的重点；此外，也可以进一步对滑块与限位凸起间隙等参数进行优化分析，从而使机构整体性能达到最优。

[1] 陈培琦.步兵的“铁扫帚”国产霰弹枪的发展现状与未来展望[J].现代兵器，2010(6)：16-19.

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[3] 程明生.大猛兽双管猎枪漫谈[J].轻兵器，2000(5)：21-22.

[4] 朵英贤，马春茂.中国自动武器[M].北京：国防工业出版社，2014.

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(责任编辑：王子君)

DesignandSimulationofSingleTriggerElectricDoubleFiringMechanismforDouble-barreledShotgun

CHEN Sheng1,LI Huibin2,LIU Gao3

(1. Department of Military Representatives in 296 Factory,Chongqing 400054,China;2. Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China;3. Chongqing Construction Industry (Group) Limited Liability Company,Chongqing 400054,China)

To solve the problem that double-barreled shotguns are short of supporting firing mechanism,a sequential firing modular and single trigger electric double firing mechanism is designed,which can be easily transplanted to all kinds of double-barreled shotguns.Differential equation of motion based on two periods of rotary block is established.Using the ADAMS software,the single trigger electric double firing mechanism movement is simulated the key parameters of the recovery spring stiffness coefficient change on the influence of mechanism motion are compared.With the increases of stiffness coefficient,mechanism motion is smooth,but after turning the collision also increases,finally the simulation results show that the mechanism of the design is feasible,for a double-barreled shotgun firing mechanism design provides a new way of thinking.

double-barreled shotgun;single trigger;recovery spring;firing mechanism

TJ203.4

A

2017-06-09

陈胜(1979—)，男，工程师，研究方向：枪械验收。

1003-1251(2017)05-0103-05