某彈體艙段立式對接裝置的設計

孫麗群，修　冬，崔文波

(長春設備工藝研究所，吉林 長春 130012)

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某彈體艙段立式對接裝置的設計

孫麗群，修冬，崔文波

(長春設備工藝研究所，吉林 長春 130012)

摘要：為了提高某彈體前、后艙對中找正和對接成功率，解決現(xiàn)有的V型定位水平對接方式無法滿足研制和發(fā)展的技術需求的問題，提出了艙段立式對接新方法。該方法利用上抱環(huán)和下抱環(huán)夾持住前艙和后艙，使其處于豎直工作狀態(tài)，前艙可沿徑向產生位移，同時可相對豎直方向傾斜一定角度，從而實現(xiàn)前艙與后艙的柔性對中與對接。通過對比，艙段立式對接方法對接成功率和效率更高，更能適應新型彈體的發(fā)展需求。

關鍵詞：前后艙段；立式柔性對接；雙抱環(huán)夾持；凸輪鎖緊；液壓緩沖

目前，某彈體的前、后艙對接組裝方法[1]通常采用水平對接方式，即前、后艙在水平狀態(tài)下分別由V型定位夾具支承并夾緊，利用V型定位夾具的定心性實現(xiàn)前、后艙中心線的對中找正，從而使前、后艙在水平工作狀態(tài)下實現(xiàn)同心對接。但采用上述水平對接方式時，對前、后艙的制造精度要求較高，前、后艙對中找正的難易程度和對接質量的好壞很大程度上取決于前、后艙的尺寸精度。當前、后艙同軸度誤差及外徑尺寸一致性較差時，采用V型定位夾具定心會使前、后艙的定位高度產生差異，這將使前、后艙的對中找正和對接操作變得十分困難，裝配質量及裝配效率亦無從保證。隨著某彈體結構尺寸和質量的增加，此類問題越來越突出，已經(jīng)成為制約我國某彈體研制和生產的瓶頸問題[2]。

為了克服和彌補現(xiàn)有的V型定位水平對接方式在技術方面的不足和缺陷，本文提出了一種艙段立式對接方法，它采用立式對接方式，實現(xiàn)了前艙與位于正下方后艙的柔性[3]對中與找正，進而完成前、后艙的一體化對接，解決了以往方法對接操作難度大、裝配效率低和質量差等問題。

1艙段對接原理

某彈體一般由前艙和后艙等2個圓柱體艙段組成。其中，后艙上裝有旋轉螺套，可繞后艙中心線相對于后艙自由轉動。在某彈體總裝過程中，通過旋轉螺套將前、后艙組裝為一體，完成艙段的一體化裝配。對接原理示意圖如圖1所示。

圖1　對接原理示意圖

艙段整體裝配工藝過程如下：將前艙和后艙對中找正，使前艙和后艙中心線保持一致，并使后艙上的旋轉螺套和前艙口部螺紋緊密聯(lián)接；螺套旋轉時與前艙口部螺紋發(fā)生旋合，進而完全旋入前艙口部螺紋中，至此完成前艙與后艙的整體對接。

2艙段立式對接裝置系統(tǒng)設計

2.1艙段立式對接裝置組成

某彈體的艙段立式對接裝置主要由上抱環(huán)、下抱環(huán)、凸輪鎖緊機構[4]、液壓緩沖機構[5-6]、上滑臺傳動機構、下滑臺傳動機構和底座等組成(見圖2)。

圖2　艙段立式對接裝置示意圖

上抱環(huán)采用雙層抱環(huán)形式，由固定上抱環(huán)和浮動上抱環(huán)組成。下抱環(huán)采用單層抱環(huán)形式，由固定下半環(huán)和活動下半環(huán)組成。上、下環(huán)抱主要作用是完成對前、后艙的夾持。凸輪鎖緊機構可使上滑臺運動到豎直方向行程內的任意位置實現(xiàn)機械閉鎖。液壓緩沖機構使前艙在失重狀態(tài)下自由升降并停止在工作行程內的任意位置。上、下滑臺分別由2套絲杠螺母傳動機構驅動，沿2根相同的導軌做軸向移動，以達到合適高度。底座為后艙軸向定位基準，可繞軸旋轉。

2.2艙段立式對接裝置工作流程

在某彈體的艙段立式對接過程中，前艙和后艙以豎直工作姿態(tài)分別由上抱環(huán)和下抱環(huán)夾持至合適高度，前艙通過沿徑向產生位移或沿軸向發(fā)生傾斜，調整到合適位置后，打開軸向閉鎖，實現(xiàn)與正下方后艙的柔性對中，旋轉螺套，完成前、后艙對接。艙段立式對接流程圖如見圖3所示。

圖3　艙段立式對接流程圖

3液壓緩沖關鍵技術

某彈體前、后艙在立式對接過程中采用液壓緩沖技術實現(xiàn)柔性對中和高精度對接。液壓緩沖技術在緩沖過程中為一種較復雜的變速運動，通過數(shù)值分析的方法將緩沖力F用關于時間t的二次函數(shù)進行模擬，再通過能量守恒和理論力學等基礎理論，推導出緩沖系統(tǒng)的運動方程。

在艙段對接過程中，緩沖裝置內緩沖缸體結構示意圖如圖4所示。設緩沖缸背壓p1=0，對接緩沖時間為t1，則緩沖力F與緩沖時間t滿足二次函數(shù)：

F=at2+bt+c

(1)

圖4　緩沖缸體結構示意圖

緩沖力F隨緩沖時間t的變化曲線如圖5所示。

圖5　緩沖力隨緩沖時間的變化曲線

(2)

根據(jù)理論力學的基本理論，由式2可推導出緩沖缸的運動方程：

(3)

(4)

式中，m是艙段及其夾具質量；v是緩沖缸活塞桿速度；L是緩沖缸活塞桿行程。

緩沖缸關鍵尺寸包括緩沖缸行程和緩沖缸活塞與缸筒之間的圓環(huán)縫隙h，它決定了緩沖系統(tǒng)的緩沖效果。根據(jù)流體力學的基礎理論，建立緩沖系統(tǒng)的流量方程，從而推導出緩沖缸關鍵尺寸的公式。緩沖缸油壓為：

(5)

根據(jù)流體力學理論建立如下方程：

(6)

式中，q是圓環(huán)縫隙流量；h是圓環(huán)縫隙；μ是油的動力粘度；l是活塞長度。

將式3、式5帶入式6，可推導出缸筒與活塞之間縫隙的計算公式：

(7)

利用液壓緩沖技術，可使前艙組合體升起并停止在工作行程內的任意位置，既不會引起軸向位移，當使用很小的力向下拉動時，又可產生5～10 mm的緩慢位移量，從而實現(xiàn)了立式對接最顯著的特點：柔性好、精度高。

4結語

本文對某彈體艙段立式對接裝置的設計方法進行了研究，結果表明，立式對接精度更高，速度更快，柔和性更好，適應范圍更廣，并為未來彈體的研制和生產提供了工藝技術支撐。

參考文獻

[1] 武金寰.導彈艙體安裝結構優(yōu)化與功率流隔振設計[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2013.

[2] 劉方,劉濱濤.光纖制導導彈的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].戰(zhàn)術導彈控制技術,2005(1):87-90.

[3] 馬劍鋒.導彈數(shù)字化柔性對接系統(tǒng)設計及試驗研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2014.

[4] 《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組.機械設計手冊[M].2版.北京:化學工業(yè)出版社,1982.

[5] 吳延平,周建方.液壓缸臨界載荷計算方法的研究[J].鍛壓裝備與制造技術,2014(2):9-12．

[6] 付曙光,文明,楊浩,等.壓力補償變間隙密封液壓缸研究[J].液壓與氣動,2015(1):128-130.

責任編輯鄭練

《新技術新工藝》雜志征稿啟事

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The Design of Cabin Vertical Docking Device of Certain Type Projectile Bodies

SUN Liqun, XIU Dong, CUI Wenbo

(Changchun Equipment & Technology Research Institue, Changchun 130012, China)

Abstract：In order to improve the centering and docking success rate of the certain type projectile cabin, while the V type horizontal positioning can not meet the technical requirements of the existing research and development, propose a new method of cabin vertical docking. The method using the holding ring and the lower ring clamp at the forecabin and the back cabin, which is in the vertical state. The forecabin can move along the radial direction and tilt vertical angle relatively, so as to realize the flexibility in docking of the forecabin and the backcabin. By contrast, the cabin vertical docking method has the higher success rate, and is more efficient to adapt to the development of the new model.

Key words:around the cabin, vertical flexible docking, double ring clamping, cam lock, hydraulic buffer

收稿日期：2015-09-10

作者簡介：孫麗群(1980-)，女，工程師，碩士，主要從事機電一體化等方面的研究。

中圖分類號：TJ 760

文獻標志碼:A