回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)結(jié)構(gòu)研究

梁振剛，胡 明，李回濱，韓 鐵，王季鵬

（1.沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159；2.中國人民解放軍92840部隊(duì)，山東青島 266405）

回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)結(jié)構(gòu)研究

梁振剛1，胡 明1，李回濱1，韓 鐵2，王季鵬1

（1.沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159；2.中國人民解放軍92840部隊(duì)，山東青島 266405）

針對火炮快速補(bǔ)彈能力不足的情況，設(shè)計(jì)了一種快速準(zhǔn)確供彈的供彈機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)式供彈，主要包括回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)、輸彈滑軌、立式容彈具等部分。利用UG與ADAMS對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模和運(yùn)動學(xué)仿真。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)在原理上是可行的，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地供彈。為大口徑火炮自動供輸彈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新思路，具有一定的參考意義。

回轉(zhuǎn)式供彈；ADAMS；運(yùn)動學(xué)仿真

大口徑火炮彈倉的彈容量有限，從彈藥補(bǔ)給車到供彈倉運(yùn)動距離較長，補(bǔ)給速度慢［1］，很大程度上制約了火炮的射速。目前，彈藥補(bǔ)給方式的滯后嚴(yán)重制約了現(xiàn)代火炮后勤補(bǔ)給裝備的發(fā)展，也成為影響大口徑火炮發(fā)展的技術(shù)瓶頸［2］。筆者針對這一情況，設(shè)計(jì)了一種回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)構(gòu)。

1 回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)總體方案

以國外某現(xiàn)有供彈車為載體平臺，略去供彈倉外殼，設(shè)計(jì)出的回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)總體方案如圖1所示。

該機(jī)構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)、輸彈滑軌、立式容彈具等幾部分。為了最大限度地提高供彈倉的容彈量，設(shè)計(jì)采用了炮彈豎直排列的立式容彈具，根據(jù)參考的彈藥車彈倉高度和某122 mm炮彈尺寸參數(shù)，確定每個立式容彈具裝載10枚彈體，各個立式容彈具依次布置在周向排列的輸彈滑軌上，在步進(jìn)電機(jī)的帶動下滑軌上的立式容彈具按順序行進(jìn)到供彈機(jī)的進(jìn)彈位置，按火炮炮塔內(nèi)彈倉與立式容彈具進(jìn)彈位置高度差確定回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑，在2部電動機(jī)的帶動下，依次完成將炮彈從立式容彈具輸送進(jìn)回轉(zhuǎn)供彈機(jī)，回轉(zhuǎn)供彈機(jī)回轉(zhuǎn)一定角度將炮彈送到炮塔內(nèi)彈倉進(jìn)彈口及推彈入炮塔內(nèi)彈倉3個機(jī)構(gòu)動作。

1.1 立式容彈具原理方案

立式容彈具負(fù)責(zé)儲存、補(bǔ)充火炮炮塔內(nèi)彈倉所需炮彈，由彈托、滑軌支架、鉸鏈聯(lián)接件、推彈桿和卡槽裝置等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在補(bǔ)給過程中，容彈具傳動機(jī)構(gòu)通過自身重力帶動炮彈在導(dǎo)軌內(nèi)運(yùn)動，在出彈口由推彈裝置將炮彈從彈托中推出，送入回轉(zhuǎn)供彈機(jī)。設(shè)計(jì)中的立式容彈具基于某122 mm榴彈炮的底凹式炮彈，可按導(dǎo)軌滑動，軌道呈L型，炮彈依靠彈托自下而上排列，彈托之間用活動鉸鏈聯(lián)接，當(dāng)最底端炮彈被推出，供入供彈機(jī)后，第2發(fā)炮彈開始由卡槽牽引下落，并且推動第1個彈托沿L型導(dǎo)軌水平滑行，當(dāng)?shù)?發(fā)炮彈到最底端時，滑行停止，推彈裝置推彈，依次第3發(fā)、第4發(fā)直到最后1發(fā)供完為止。

1.2 回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)原理方案

回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)由回轉(zhuǎn)中心體、支架、回轉(zhuǎn)外箱體、輸彈筒和推彈桿組成，如圖3～7所示。其中回轉(zhuǎn)中心體是完成供彈機(jī)構(gòu)動作的主動件，一方面，輸彈筒下凸筍鍵入回轉(zhuǎn)中心體的“凸”行槽中，另一方面，輸彈筒支臂嵌入外箱體上的曲線槽中。供彈機(jī)運(yùn)動時，輸彈筒既可以在回轉(zhuǎn)體帶動下完成回轉(zhuǎn)動作，將炮彈從供彈機(jī)底部輸送到頂部，又可以在曲線槽的限位作用下完成前后往復(fù)運(yùn)動，將炮彈從供彈機(jī)后部輸送到前端。

供彈機(jī)的驅(qū)動力由步進(jìn)電機(jī)提供，回轉(zhuǎn)中心體在轉(zhuǎn)軸的帶動下每次旋轉(zhuǎn)90°，在回轉(zhuǎn)間隙完成炮彈入回轉(zhuǎn)供彈體下方輸彈筒和回轉(zhuǎn)供彈體上方輸彈筒推彈入炮塔內(nèi)彈倉2個動作?；剞D(zhuǎn)中心體每回轉(zhuǎn)360°，供給4發(fā)炮彈，運(yùn)動停歇3次，往復(fù)循環(huán)，完成輸進(jìn)彈過程。

2 回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)運(yùn)動過程仿真

針對前面設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用多剛體動力學(xué)軟件ADAMS來對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真分析。

2.1 仿真約束及驅(qū)動參數(shù)

由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜，約束條件不便給出，現(xiàn)給出部分仿真驅(qū)動函數(shù)。

1）Motion_1：

STEP（time，6，0，8，－180）+STEP（time，13，0，15，－180），

即火炮尾倉模擬平動驅(qū)動步進(jìn)函數(shù)，表示從6－8 s尾倉向右平動180 mm，從13－15 s尾倉向右平動180 mm。

2）Motion_2：

STEP（time，4，0，5，800）+STEP（time，5，0，6，－800）+STEP（time，10，0，11，800），+STEP（time，11，0，12，－800）+STEP（time，16，0，17，800）+STEP（time，17，0，18，－800），

即推彈桿驅(qū)動步進(jìn)函數(shù)，表示從4－5 s推彈桿前進(jìn)800 mm推彈進(jìn)火炮尾倉；5－6 s推彈桿后退800 mm回復(fù)到原位；10－11 s及11－12 s、16－17 s及17－18 s亦是如此。

3）Motion_3：

STEP（time，5，0，6，90d），

即火炮尾倉模擬擋彈板1驅(qū)動函數(shù)，表示從5－6 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

4）Motion_4：

STEP（time，11，0，12，90d），

即火炮尾倉模擬擋彈板2驅(qū)動函數(shù)，表示從11－12 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

5）Motion_5：

STEP（time，17，0，18，90d），

即火炮尾倉模擬擋彈板3驅(qū)動函數(shù)，表示從17－18 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

6）Motion_6：

STEP（time，0，0，3，90d）+STEP（time，6，0，9，90d）+STEP（time，12，0，15，90d），

即中心回轉(zhuǎn)體驅(qū)動步進(jìn)函數(shù)，表示分別從0－3 s、6－9 s、12－15 s回轉(zhuǎn)體順時針時針轉(zhuǎn)動90°。

7）Motion_7：

STEP（time，3，0，4，－90d），

即右輸彈筒模擬擋彈板驅(qū)動函數(shù)，表示從3－4 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

8）Motion_8：

STEP（time，9，0，10，－90d），

即下輸彈筒模擬擋彈板驅(qū)動函數(shù)，表示從9－10 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

9）Motion_9：

STEP（time，15，0，16，－90d），

即左輸彈筒模擬擋彈板驅(qū)動函數(shù)，表示從15－16 s擋彈板逆時針轉(zhuǎn)動90°。

2.2 仿真結(jié)果分析

通過ADAMS導(dǎo)入供彈機(jī)和立式容彈具三維模型，以及根據(jù)編寫的STEP步進(jìn)函數(shù)進(jìn)行仿真分析，得出仿真數(shù)據(jù)如圖8～11所示。

從仿真結(jié)果來看，圖8和圖9反映的是立式容彈具中彈托與彈體在卡槽的帶動下，完成推彈進(jìn)入回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)的位移路徑圖。圖8中，卡槽和彈托在0－5 s之間不發(fā)生相對運(yùn)動，在5－6 s之間位移和速度開始發(fā)生變化。運(yùn)動期間，彈托運(yùn)動平穩(wěn)，為保證炮彈的運(yùn)動平穩(wěn)輸送奠定基礎(chǔ)，與此同時，彈托也帶動著炮彈一起運(yùn)動，由圖10可以看出，炮彈在輸送路徑上有一定的波動，這是由于剛體之間碰撞產(chǎn)生的，實(shí)際中加以緩沖件可改善。圖10與圖11反映的是回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)中不同輸彈筒的運(yùn)動情況，可以看出，輸彈筒按既定設(shè)計(jì)在做間歇運(yùn)動，來完成取彈和送彈過程。最后的動作是推彈入炮塔內(nèi)彈倉，從圖12可以看出彈丸在推彈桿作用下運(yùn)動一段距離后，推彈桿不再作用，而彈丸在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)動，直到完全進(jìn)入炮塔內(nèi)彈倉。從圖中還可看出，推彈桿的運(yùn)動呈周期性變化，而炮彈在未進(jìn)入內(nèi)彈倉前呈周期運(yùn)動，進(jìn)入之后，速度逐漸減為0。曲線有波動是因?yàn)樵谶M(jìn)倉慣性運(yùn)動過程中與機(jī)構(gòu)發(fā)生擠碰產(chǎn)生的。通過運(yùn)動仿真分析，證明回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)方案是可行的。

3 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)代火炮自動供彈能力不足的情況，設(shè)計(jì)的基于122 mm自行炮的回轉(zhuǎn)式供彈機(jī)構(gòu)基本上能夠?qū)崿F(xiàn)炮彈的快速自動裝填。通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真，認(rèn)為該方案是可行的，對今后大口徑火炮的彈藥快速補(bǔ)給系統(tǒng)的發(fā)展有一定的參考意義。

（Referenees）

［1］趙搶搶.彈藥自動裝填系統(tǒng)可靠性初步研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2013：5- 15.ZHAO Qiangqiang.The preliminary research of automatic ramming organ system reliability［D］.Nanjing：Nanjing University of Science and Technology，2013：5-15.（in Chinese）

［2］劉琮敏，李濤，鄭海鵬，等.多路位置控制在大口徑自行火炮自動裝填系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2008（2）：32- 34. LIU Congmin，LI Tao，ZHENG Haipeng，et al.Realization of mutipath position control for large caliber selfpropelled gun automatic ammunition handling system［J］.Journal of Gun Launch＆Control，2008（2）：32-34.（in Chinese）

［3］侯保林，樵軍謀，劉琮敏.火炮自動裝填［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2010：8- 20.HOU Baolin，QIAO Junmou，LIU Congmin.Gun automatic handling［M］.Beijing：The Publishing House of Ordnance Industry，2010：8- 20.（in Chinese）

［4］梁輝，馬春茂，潘江峰，等.大口徑火炮彈藥自動裝填系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀和趨勢［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2010（3）：103- 107.LIANG Hui，MA Chunmao，PAN Jiangfeng，et al.The actuality and trend of the autoloader study for large caliber howitzer［J］.Journal of Gun Launch＆Control，2010（3）：103- 107.（in Chinese）

［5］劉琮敏，孫大鵬，范志國，等.中大口徑火炮彈藥自動裝填技術(shù)［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2013（3）：93- 96.LIU Congmin，SUN Dapeng，PAN Zhiguo，et al.Automatic ammunition handling technique of medium and large caliber gun［J］.Journal of Gun Launch＆Control，2013（3）：93- 96.（in Chinese）

［6］王謙.100炮供彈機(jī)構(gòu)研究［D］.太原：中北大學(xué)，2012：3- 12.WANG Qian.Research of 100 gun feeding mechanism［D］.Taiyuan：North University of China，2012：3- 12.（in Chinese）

［7］袁志華，韓鐵，彭璐，等.可控后坐能量的杠桿式半自由槍機(jī)動力學(xué)仿真［J］.中北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，35（4）：385- 389.YUAN Zhihua，HAN Tie，PENG Lu，et al.Dynamic simulation on controllable recoil energy of leveraged semi-free bolt［J］.Journal of North University of China：Natural Science Edition，2014，35（4）：385- 389.（in Chinese）

［8］陳明，馬吉勝，劉寶源.某型槍機(jī)自動機(jī)動態(tài)仿真分析［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2008（4）：59- 62.CHEN Ming，MA Jisheng，LIU Baoyuan.Dynamic simulation analysis on automatic mechanism of a type of machine gun［J］.Journal of Gun Launch＆Control，2008（4）：59- 62.（in Chinese）

Researeh on the Strueture of Rotary Ammunition Supply Deviee

LIANG Zhengang1，HU Ming1，LI Huibin1，HAN Tie2，WANG Jipeng1
（1.School of Equipment Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，Liaoning，China；2.Unit 92840 of PLA，Qingdao 266405，Shandong，China）

rotary replenishing ammunition；ADAMS；kinematics simulation

HJ35

A

1673-6524（2015）04-0019-04

2014- 12- 29；

2015- 05- 31

遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（L2014076）

梁振剛（1973－），男，博士，主要從事武器設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)研究。E-mail：1007272651＠qq.com

Abstraet：In response to the deficiency of replenishing ammunition，a fast and accurate ammunition supply device is designed.The device uses the rotary mode to replenish ammunition from the car repar to the turret，which is composed of rotary ammunition supplying mechanism，ammunition ramming slide，vertical ammunition can and so on.UG and ADAMS are used for modeling and kinematics simulation.The results show the card slot，the shell support and the push rod can be completed smoothly under the condition of ignoring the friction factor and so on，which further shows the structure is feasible in principle and can replenish ammunition quickly and accurately.It is a new idea and reference for the auto replenishing ammunition design of large caliber artillery.