速射迫擊炮翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)式新型供彈機(jī)設(shè)計(jì)

胡元濤,何 永,薛德宸,散天澤

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 南京 210094)

1 引言

迫擊炮作為一種壓制性武器，獨(dú)特的彈道特性，使其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中依然發(fā)揮著巨大的作用[1]。近年來(lái)隨著自動(dòng)控制、無(wú)人化戰(zhàn)爭(zhēng)等概念的快速發(fā)展和現(xiàn)代作戰(zhàn)方式的改變，火炮類(lèi)武器向著小型化、無(wú)人化、智能化的方向快速發(fā)展。全自動(dòng)化的速射迫擊炮也成為各國(guó)研究和裝備的方向。其中速射迫擊炮的自動(dòng)供輸彈系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化火炮實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化必不可少的一部分。

李廣威等[2]設(shè)計(jì)了一種迫彈自動(dòng)前裝機(jī)構(gòu)，在滿足裝填速度的情況下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)增加了止反機(jī)構(gòu)，提高了供彈的穩(wěn)定性，但依然需要人工介入，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化供彈。王揚(yáng)[3]、羅露[4]研究了節(jié)片式柔性供彈機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)彈艙不跟隨身管俯仰的任意射角供彈，為其他無(wú)鏈供彈的設(shè)計(jì)提供了參考，但僅適合中小口徑供彈，對(duì)中大口徑迫擊炮供彈較為困難。彭青[5]改進(jìn)了供彈鏈輪齒廓，在改善嚙合沖擊和轉(zhuǎn)動(dòng)速度平穩(wěn)方面效果較為明顯，降低了供彈過(guò)程中的振動(dòng)沖擊，提高了供彈穩(wěn)定性。王月桐[6]設(shè)計(jì)了一種大口徑迫擊炮自動(dòng)裝填系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)彈艙，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了前后限位器，對(duì)迫擊炮自動(dòng)裝填系統(tǒng)的彈艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究具有一定的指導(dǎo)意義。楊麗等[7]在線性加權(quán)模型的基礎(chǔ)上，提出一種靈敏度分析方法，研究了多個(gè)相關(guān)屬性值或其權(quán)重同時(shí)發(fā)生變動(dòng)下的靈敏度問(wèn)題，給出一種定量化計(jì)算方法，計(jì)算出保持原決策排序結(jié)果不變的屬性及屬性權(quán)重的靈敏度臨界值或穩(wěn)定區(qū)間。計(jì)算結(jié)果可為供彈機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

本文中提出的供彈結(jié)構(gòu)，在鏈?zhǔn)交剞D(zhuǎn)彈倉(cāng)自動(dòng)供彈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，將協(xié)調(diào)器與回轉(zhuǎn)彈艙的彈艙支架結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求角度內(nèi)的任意射角的精確供彈，使得機(jī)構(gòu)更加緊湊；且回轉(zhuǎn)彈艙艙體不隨身管俯仰，極大地降低了俯仰所需的力矩，提高了高低機(jī)的響應(yīng)速度。為自動(dòng)供輸彈機(jī)設(shè)計(jì)提供了一種新的思路[8-9]。針對(duì)速射迫擊炮的供輸彈系統(tǒng)的研究，對(duì)提高火炮自動(dòng)化水平、推進(jìn)小型化、無(wú)人化武器的設(shè)計(jì)和發(fā)展迫擊炮在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 供彈機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 供彈機(jī)工作原理

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化供彈并提高供彈速度與可靠性，故采用雙排鏈回轉(zhuǎn)彈艙式結(jié)構(gòu)[10-13]。其主要由回轉(zhuǎn)式載彈雙排鏈、輸彈角度協(xié)調(diào)裝置、彈艙位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和阻轉(zhuǎn)卡鎖機(jī)構(gòu)等組成。其中輸彈角度協(xié)調(diào)裝置安裝在入彈口，與彈艙位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的補(bǔ)償滾輪接觸，配合完成彈艙位的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。翻轉(zhuǎn)的角度可以由輸彈角度協(xié)調(diào)裝置控制，角度協(xié)調(diào)桿移動(dòng)的距離隨著射角的變化而變化，補(bǔ)償滾輪與角度協(xié)調(diào)桿之間用彈簧連接，從而確保供彈的角度的精確性。將供彈過(guò)程復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為2個(gè)簡(jiǎn)單的平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的組合，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)且運(yùn)行可靠。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 供彈機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

其工作過(guò)程如下：電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)彈艙配合火炮擊發(fā)后坐規(guī)律實(shí)現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn)供彈，在炮閂復(fù)進(jìn)后坐過(guò)程中彈艙的回轉(zhuǎn)動(dòng)作停止并鎖死，將彈艙限制在正確的位置上，同時(shí)電動(dòng)缸開(kāi)始收縮，并帶動(dòng)輸彈角度協(xié)調(diào)裝置運(yùn)動(dòng)，將入彈口處的水平位置的彈艙位翻轉(zhuǎn)至與當(dāng)前高低機(jī)角度一致的位置，補(bǔ)償滾輪和齒條之間通過(guò)彈簧連接，用于保證彈艙位翻轉(zhuǎn)到正確的位置，彈艙位的翻轉(zhuǎn)角度和角速度可以通過(guò)控制電動(dòng)缸來(lái)調(diào)節(jié)，電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與火炮后坐復(fù)進(jìn)時(shí)間、身管俯仰角度等相關(guān)；彈艙位翻轉(zhuǎn)到正確的角度的同一時(shí)刻炮閂后坐到位，回轉(zhuǎn)彈艙開(kāi)始運(yùn)動(dòng)一個(gè)彈位，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中首先入彈口處的彈被搖架前部的擋塊卡住，使其固定在確定的角度，隨后電動(dòng)缸快速?gòu)?fù)位，與下一發(fā)彈艙位的補(bǔ)償滾輪接觸，以保證供彈邏輯的正確性；同時(shí)出彈口處的空彈艙位與搖架前部的擋塊分離，在重力與扭簧力的共同作用下復(fù)原到水平位置，并瞬間被阻轉(zhuǎn)卡鎖卡住。依次循環(huán)往復(fù)，完成一套完整的供彈邏輯動(dòng)作。

其供彈速度可以通過(guò)控制回轉(zhuǎn)彈艙主動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供彈系統(tǒng)響應(yīng)速度的控制[14-15]，可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)射速的無(wú)級(jí)調(diào)控，以靈活適應(yīng)多種戰(zhàn)況、不同作戰(zhàn)環(huán)境下的射擊使用要求。

2.2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1彈艙位翻轉(zhuǎn)支架

彈艙位翻轉(zhuǎn)支架是翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)的核心構(gòu)件，其有3個(gè)主要作用：① 作為彈艙位翻轉(zhuǎn)中心；② 另一端與雙排鏈鏈節(jié)連接；③ 作為阻轉(zhuǎn)卡鎖機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)載體。

首先作為彈艙位翻轉(zhuǎn)中心，要滿足以下2個(gè)條件：① 翻轉(zhuǎn)中心軸必須與耳軸同軸，才可以實(shí)現(xiàn)任意射角時(shí)都可以將彈艙翻轉(zhuǎn)至與身管同軸線的位置；② 為了規(guī)避在高射角時(shí)彈艙位與載彈鏈發(fā)生干涉的情況，彈艙位翻轉(zhuǎn)支架上的翻轉(zhuǎn)中心要求偏離雙排鏈的中心位置。偏離位置與彈艙位的最大外形尺寸和彈艙位的回轉(zhuǎn)中心軸位置有關(guān)。

以彈艙位的最大外形尺寸為a×b×c的長(zhǎng)方體計(jì)算；其回轉(zhuǎn)中心位置用d與e表示；耳軸位置用x與y表示；θ表示翻轉(zhuǎn)角度；如圖2所示。

圖2 彈艙位翻轉(zhuǎn)中心設(shè)計(jì)示意圖

其極限位置為彈艙位達(dá)到最大射角時(shí)，恰好與鏈外節(jié)相接觸。且x與y的取值要在合理的范圍內(nèi)。計(jì)算過(guò)程略。最終優(yōu)化后的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 彈艙位旋轉(zhuǎn)中心尺寸

2.2.2翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

為保證彈艙翻轉(zhuǎn)的可靠性與穩(wěn)定性，選擇傳動(dòng)比準(zhǔn)確的齒輪齒條機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)媒介。根據(jù)機(jī)構(gòu)小型化的設(shè)計(jì)要求和空間位置限制，初步確定齒條行程為180 mm?？紤]到加工的同軸度誤差、剛度因素與彈艙位橫向尺寸限制，故只使用一組齒輪齒條機(jī)構(gòu)，布置在彈艙位翻轉(zhuǎn)支架一側(cè)，彈艙位最大橫向距離為100 mm。

由1.2.1節(jié)確定翻轉(zhuǎn)中心與雙排鏈上端距離y=90 mm，但為防止干涉彈艙位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只能布置在雙排鏈上端的下方，將齒條設(shè)計(jì)為雙層，上方與1/4齒輪嚙合，下方與補(bǔ)償滾輪構(gòu)建通過(guò)彈簧連接。并在下層設(shè)計(jì)預(yù)留阻轉(zhuǎn)卡鎖機(jī)構(gòu)的定位孔，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 翻轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

設(shè)計(jì)結(jié)果按照國(guó)標(biāo)取近似優(yōu)化，最終數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 齒輪齒條設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.3彈艙位阻轉(zhuǎn)卡鎖

回轉(zhuǎn)雙排鏈運(yùn)行的一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)彈艙位75%的時(shí)間都需要保持水平狀態(tài)。因其自身回轉(zhuǎn)角速度不斷變化且其質(zhì)心位置不與耳軸共線，故在其他未知沖擊振動(dòng)的影響下會(huì)發(fā)生角度變化，需要阻轉(zhuǎn)卡鎖機(jī)構(gòu)使其保持在水平位置。

機(jī)構(gòu)主要由阻轉(zhuǎn)卡鎖連桿、阻轉(zhuǎn)卡塊和復(fù)位彈簧組成。正常狀態(tài)下阻轉(zhuǎn)卡塊在復(fù)位彈簧的作用下保持在初始位置，限制齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將彈艙位保持在水平位置上。到達(dá)工作位置時(shí)，阻轉(zhuǎn)卡鎖連桿與炮架上的凸塊接觸，迫使阻轉(zhuǎn)卡塊向后移動(dòng)解除卡鎖狀態(tài)并壓縮復(fù)位彈簧；當(dāng)供彈完畢，阻轉(zhuǎn)卡鎖連桿會(huì)被釋放，阻轉(zhuǎn)卡塊在復(fù)位彈簧的作用下瞬間復(fù)位鎖住齒條。依次不斷循環(huán)完成供彈動(dòng)作。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1中剖視圖，工作原理如圖4所示。

圖4 阻轉(zhuǎn)卡鎖工作原理框圖

3 多體動(dòng)力學(xué)模型建立

3.1 模型假設(shè)簡(jiǎn)化

為保證供彈系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的可靠性，必須減小每一個(gè)彈艙位旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)影響。由于恢復(fù)水平位置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有額外動(dòng)力源約束，自由下落回轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生巨大沖擊，計(jì)算得其接觸載荷可在0.02 s內(nèi)由0突變?yōu)? 095.83 N，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，不僅會(huì)加劇機(jī)構(gòu)磨損，而且會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)其他部件運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。故在分析整體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，基于以下合理假設(shè)建立動(dòng)力學(xué)模型，分析其振動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)的影響，以便后續(xù)優(yōu)化：

1) 忽略材料形變，將整個(gè)供彈系統(tǒng)近似處理為多剛體系統(tǒng)；

2) 不考慮加工誤差對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的影響；

3) 各機(jī)構(gòu)在運(yùn)行的過(guò)程中無(wú)磨損；

4) 在彈艙位恢復(fù)水平的過(guò)程中只考慮重力為其復(fù)位動(dòng)力源，不考慮其他振動(dòng)對(duì)其運(yùn)動(dòng)的影響。

3.2 接觸摩擦模型建立

整體結(jié)構(gòu)由多個(gè)機(jī)械構(gòu)件組合而成，添加運(yùn)動(dòng)副，設(shè)置摩擦和接觸參數(shù)是讓仿真更加真實(shí)的必要條件。當(dāng)接觸由滑動(dòng)摩擦變?yōu)殪o摩擦?xí)r速度會(huì)突變?yōu)?，這會(huì)給求解造成困難，故引入了一個(gè)門(mén)檻角速度的概念，從而避免了這種情況，其摩擦因數(shù)是一個(gè)與速度有關(guān)的函數(shù)，其關(guān)系曲線如圖5所示。

μs-靜摩擦因數(shù); μd-動(dòng)摩擦因數(shù); vt-絕對(duì)門(mén)檻速度

多剛體接觸問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題，接觸計(jì)算一般基于罰函數(shù)，將接觸碰撞設(shè)置為多個(gè)增量步，不斷檢測(cè)，多次計(jì)算出接觸力與摩擦力。在RecurDyn中基于改進(jìn)的Hertz接觸理論計(jì)算接觸力，可表示為：

(1)

式中:k為接觸剛度系數(shù)；c為阻尼系數(shù)；δ為接觸穿透深度；m1、m2、m3分別為剛度指數(shù)、阻尼指數(shù)、凹痕指數(shù)(默認(rèn)為0)。

進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)本文確定的參數(shù)如表3所示。

表3 接觸模型參數(shù)

為了便于計(jì)算與分析，建立一個(gè)彈艙位的簡(jiǎn)化模型，如圖6所示。G為彈艙重力，MT為扭轉(zhuǎn)彈簧提供的反向力矩，L為彈艙質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心之間的距離。

圖6 彈艙位簡(jiǎn)化模型受力分析圖

其基本參數(shù)如表4所示，表中θ為彈艙位旋轉(zhuǎn)的最大角度范圍，t1為其從當(dāng)前角度恢復(fù)水平位置的最長(zhǎng)時(shí)間(炮閂復(fù)進(jìn)后坐的全部時(shí)間)，要求其達(dá)到水平時(shí)，角速度為0。

表4 供彈艙基本參數(shù)

3.3 供彈系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件RecurDyn功能強(qiáng)大，與其他軟件采用的算法不同，獨(dú)創(chuàng)性的采用完全遞歸算法求解大規(guī)模和復(fù)雜接觸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。利用三維CAD軟件設(shè)計(jì)供彈系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、確定結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)并搭建精確模型。再導(dǎo)入多體動(dòng)力學(xué)軟件RecurDyn環(huán)境中，建立詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)模型并仿真求解。

此供彈系統(tǒng)主要包括：炮架、載彈回轉(zhuǎn)雙排鏈、20個(gè)自適應(yīng)翻轉(zhuǎn)彈艙位、翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)裝置以及炮身共5個(gè)主要組成部分。并包含各總成內(nèi)部與其相互的接觸摩擦、約束、運(yùn)動(dòng)副以及大規(guī)模和復(fù)雜接觸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

各結(jié)構(gòu)連接方式的拓?fù)潢P(guān)系如圖7所示。

圖7 供彈系統(tǒng)主要總成連接的拓?fù)潢P(guān)系示意圖

4 仿真分析

4.1 仿真結(jié)果

根據(jù)2.3節(jié)的拓?fù)潢P(guān)系，在RecurDyn中建立動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析。為便于仿真，需要找到合適的主動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，使得鏈振動(dòng)幅度較小，且彈艙位翻轉(zhuǎn)過(guò)程總時(shí)間較短。經(jīng)過(guò)多次仿真測(cè)試，了解到回轉(zhuǎn)彈艙運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)角速度幅值ω隨著彈艙位翻轉(zhuǎn)過(guò)程總時(shí)間t2的增加而逐漸降低，且其下降的速度是逐漸變小的。在0～1 s內(nèi)每隔0.1 s取一個(gè)仿真點(diǎn)，提取出角速度幅值數(shù)值，利用三次樣條曲線對(duì)其進(jìn)行插值，可得如圖8的ω-t2曲線。

圖8 彈艙位翻轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)與角速度幅值插值曲線

從圖8中可以看出，彈艙位翻轉(zhuǎn)過(guò)程總時(shí)間t2=0.5 s時(shí)振動(dòng)角速度幅值最低，且彈艙位翻轉(zhuǎn)過(guò)程總時(shí)間較短，故取此時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)，即r=3.91 rad/s進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖9—圖11所示。

圖9 一號(hào)彈艙位齒條與彈艙位移曲線

從仿真結(jié)果可以看出，圖9反映了一號(hào)彈艙位齒條的平移與彈艙位旋轉(zhuǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。齒條在翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)桿的作用下發(fā)生平移，帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪與彈艙殼體通過(guò)軸和鍵連接，在0.5 s內(nèi)，齒條移動(dòng)16.45 mm，彈艙同時(shí)旋轉(zhuǎn)31.41°，基本符合設(shè)計(jì)要求，誤差部分通過(guò)補(bǔ)償滾輪與齒條之間的彈簧補(bǔ)償。在1.2～6.3 s內(nèi)齒條與彈艙位隨著回轉(zhuǎn)彈艙鏈沿著耳軸方向橫向位移，角度不發(fā)生改變。在此過(guò)程中經(jīng)過(guò)與身管同軸線的位置，經(jīng)由炮閂將迫彈推入炮膛。6.3 s時(shí)彈艙殼體開(kāi)始恢復(fù)水平?？梢园l(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中較為平穩(wěn)。但在彈艙殼體恢復(fù)水平與阻轉(zhuǎn)卡鎖接觸的瞬間，有較大的位移振蕩，經(jīng)過(guò)0.3 s才穩(wěn)定下來(lái)。

圖10 一號(hào)彈艙位在耳軸方向的角速度與角加速度曲線

圖11 翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)桿與補(bǔ)償滾輪位移曲線

從圖10可以看出，機(jī)構(gòu)運(yùn)行開(kāi)始過(guò)程中有一定的速度波動(dòng)，在容許的范圍內(nèi)，實(shí)際中的影響較小。但在阻轉(zhuǎn)卡鎖與齒條接觸瞬間的角速度波動(dòng)達(dá)到8.4 rad/s，角加速度波動(dòng)達(dá)到700 rad/s2，對(duì)機(jī)構(gòu)的沖擊較大，難以保證在作戰(zhàn)等復(fù)雜情況下供彈的穩(wěn)定性。從圖11可以看出，一號(hào)位的補(bǔ)償滾輪在翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)桿的作用下，帶動(dòng)齒條移動(dòng)到位后就保持不動(dòng)，待彈艙與搖架凸塊接觸后，翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)桿在電動(dòng)缸的作用下立即復(fù)位，以帶動(dòng)下一個(gè)彈艙位進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿真分析，證明此供彈系統(tǒng)的方案的可行的。但彈艙殼體恢復(fù)水平時(shí)，齒條與阻轉(zhuǎn)卡鎖相互作用產(chǎn)生剛性沖擊，產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)后續(xù)彈艙位供彈的穩(wěn)定性造成較大的影響，不利于火炮精確供彈，故必須對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了減小出口處彈艙復(fù)原時(shí)的沖擊振動(dòng)對(duì)后續(xù)供彈的影響，提高供彈的穩(wěn)定性與精度，需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在彈艙旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸上增加圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧[16]，其提供的扭矩隨著彈艙旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化，使得彈艙恢復(fù)水平位置時(shí)的角速度恰好為0。

扭轉(zhuǎn)彈簧的設(shè)計(jì)參數(shù)如表5所示。建立的出彈口處彈艙優(yōu)化前后的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析其運(yùn)動(dòng)特性。

表5 扭轉(zhuǎn)彈簧參數(shù)

圖12為有無(wú)扭簧時(shí)彈艙繞耳軸旋轉(zhuǎn)的角速度與時(shí)間的曲線。優(yōu)化前在0.46 s時(shí)達(dá)到最大7.51 rad/s，并被卡鎖卡住，最大振蕩角速度10.57 rad/s；優(yōu)化后在0.46 s時(shí)達(dá)到最大2.74 rad/s,隨后在扭簧的作用下角速度慢慢減小，0.8 s時(shí)降為0.24 rad/s，并被卡鎖卡住，最大振蕩角速度3.76 rad/s。優(yōu)化后的最大角速度比原來(lái)降低了63%，最大振蕩幅度降低了64.4%。

圖12 優(yōu)化前后彈艙位復(fù)位時(shí)的角速度曲線

如圖13所示，優(yōu)化前彈艙殼體恢復(fù)水平的過(guò)程中會(huì)一直加速，水平時(shí)卡鎖卡住的瞬間會(huì)停止，其造成的瞬時(shí)沖擊載荷在0.48 s達(dá)到最大，最大可達(dá)1 100 N，而后立刻降低，小幅振蕩直至消失，其對(duì)機(jī)構(gòu)的沖擊會(huì)造成振動(dòng)會(huì)影響后續(xù)供彈，嚴(yán)重可造成機(jī)構(gòu)損壞。增設(shè)緩沖扭簧后，瞬時(shí)沖擊載荷在0.84 s達(dá)到最大155 N，降低了86%，極大降低了沖擊振動(dòng)對(duì)機(jī)構(gòu)的影響。

圖13 優(yōu)化前后沖擊載荷曲線

5 結(jié)論

目前武器的無(wú)人化和智能化是一個(gè)重要的研究方向，也是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的導(dǎo)向。針對(duì)于此設(shè)計(jì)了一種可全自動(dòng)化裝彈的后裝式速射迫擊炮的供輸彈系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，且考慮出口處彈艙回轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)振動(dòng)的影響，并進(jìn)行了機(jī)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真。仿真結(jié)果證明：

1) 本文中提出的速射迫擊炮翻轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)式供彈方案簡(jiǎn)單可行，可實(shí)現(xiàn)對(duì)中大口徑迫擊炮射角范圍內(nèi)任意角度自動(dòng)供輸彈，且彈艙不隨身管俯仰，對(duì)今后速射迫擊炮的自動(dòng)化發(fā)展有一定的參考意義；

2) 優(yōu)化后的彈艙位回轉(zhuǎn)時(shí)的角速度會(huì)先增大再減小，恢復(fù)水平時(shí)角速度只有原來(lái)的3%，且與阻轉(zhuǎn)卡鎖接觸的瞬間沖擊載荷降低為之前的14%，極大地優(yōu)化了機(jī)構(gòu)運(yùn)行條件，降低了沖擊振動(dòng)，提高了后續(xù)供彈的穩(wěn)定性和整體機(jī)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。