一种火炮闭锁机抽壳试验装置及试验方法
阅读说明：本技术 一种火炮闭锁机抽壳试验装置及试验方法 (Artillery breech lock shell-pulling test device and test method ) 是由 魏文明 郝坤鹏 王梅 曲振森 苏高峰 辛春虹 杜小龙 赵亚鹏 成玲 赵艳婷 张冬 于 2020-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种火炮闭锁机抽壳试验装置及试验方法,采用凸轮机构和弹簧的组合来模拟实弹射击抽壳力；弹簧的力最终传递到模拟闭锁机与模拟药筒之间,从而模拟抽壳力的加载,实现非实弹射击抽壳试验模拟实弹射击抽壳试验的目的；本发明针对闭锁机抓钩进行强度和疲劳试验,发现设计、工艺缺陷并进行改进,可以提高零件寿命和可靠性。同时降低研发成本,提高了试验效率,促进了研发进度。(The invention relates to a shell drawing test device and a test method for a gun locking machine, which simulate shell drawing force of live ammunition shooting by adopting the combination of a cam mechanism and a spring; the force of the spring is finally transmitted between the simulation locking machine and the simulation cartridge case, so that the loading of the shell drawing force is simulated, and the aim of simulating a live ammunition shooting shell drawing test by a non-live ammunition shooting shell drawing test is fulfilled; the invention carries out strength and fatigue tests on the locking machine grapple, finds and improves design and process defects, and can improve the service life and reliability of parts. Meanwhile, the research and development cost is reduced, the test efficiency is improved, and the research and development progress is promoted.)
技术领域
本发明属于火炮领域，具体涉及一种火炮闭锁机抽壳试验装置及试验方法。
背景技术
火炮的闭锁机是一种用于中小口径火炮的关键部件，承担推送炮弹入膛、密闭火药气体、承受火药压力、抽壳的任务，在炮弹击发后，需要将药筒抽出炮膛(即抽壳)。闭锁机抽壳结构紧凑，其抓壳钩部分受到的是较大的冲击载荷，容易出现裂纹甚至断裂，导致火炮严重故障、停止射击，并可能造成大量零件损坏，因此对于抓壳钩部分的设计很关键。结构设计、材料选用往往是影响闭锁机强度、疲劳寿命的主要因素。设计的可行性需要试验来验证。以往是通过实弹射击试验来验证设计，发现缺陷，进行改进。实弹射击试验需要大量的弹药和多个火炮样机，成本较高。如何开展能够模拟真实载荷的非实弹射击试验用于模拟实弹射击成为一项难点。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为解决现有技术中采用实弹射击验证闭锁机抽壳结构是否满足要求，成本高的问题，本发明提供一种火炮闭锁机抽壳试验装置，在已知抽壳力的情况下，用非实弹射击抽壳试验模拟实弹射击抽壳试验
本发明的技术方案是：一种火炮闭锁机抽壳试验装置，包括凸轮、带齿圈轴承、连接体、推杆弹簧组合、减速器、电机、模拟药筒和模拟闭锁机；
所述带齿圈轴承位于凸轮和支架之间，且凸轮能够与带齿圈轴承同轴旋转；
所述推杆弹簧组合包括圆柱套筒、套筒底座、弹簧、推杆和滚轮；圆柱套筒一端与套筒底座一侧固连；弹簧位于圆柱套筒内且在筒内可滑动；弹簧一端与套筒底座接触，另一端与推杆一端连接，推杆另一端连有滚轮，滚轮与凸轮轮廓曲线保持滚动接触；弹簧弹力变化曲线与凸轮工作曲线一致；套筒底座另一侧与连接体一端固连；
所述模拟药筒与连接体通过第一连接件连接且不与连接体接触；模拟闭锁机可与模拟药筒一端连接，模拟闭锁机与连接体另一端通过第二连接件连接；所述模拟药筒中心轴线与所述模拟闭锁机中心轴线重合；
所述电机与减速器固连，减速器齿轮与带齿圈轴承啮合。
本发明进一步的技术方案是：所述连接体为U型件，其中封闭端与套筒底座另一侧固连。
本发明进一步的技术方案是：所述第一连接件为第一销轴8，第二连接件为第二销轴，且第一销轴和第二销轴均穿过连接体的侧壁，二者轴线相互平行，与连接体轴线相互垂直。
本发明进一步的技术方案是：所述带齿圈轴承包括下圈、上圈、齿圈和滚珠，其中下圈、上圈、齿圈三者同轴放置，上圈与下圈通过螺栓固定下圈固定在支架顶部；齿圈位于下圈和上圈内侧，与下圈和上圈之间形成轨道，滚珠位于该轨道中。
本发明进一步的技术方案是：所述支架包括第I支架本体、第II支架本体、第I支座、第II支座；第I支架本体为环状体，第II支架本体固连在第I支架本体侧面；第I支座和第II支座位于第II支架本体上，分别用于支撑第一销轴和支撑推杆弹簧组合。
本发明进一步的技术方案是：所述模拟药筒整体为柱状体，侧壁上开有通孔，通孔轴线与所述模拟药筒中心轴线垂直，用于安装第一销轴；柱状体一端沿轴线周向开有环形槽。
本发明进一步的技术方案是：所述模拟闭锁机一端为柱状体，侧壁上开有通孔，通孔轴线与柱状体轴线相互垂直，用于安装第二销轴；模拟闭锁机另一端为抓钩，且抓钩与环形槽相互配合进行固定连接。
本发明进一步的技术方案是：所述弹簧最大工作行程的压力与抽壳力实际峰值相同。
本发明进一步的技术方案是：一种火炮闭锁机抽壳试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1：外部控制系统发出启动指令，电机通过减速器带动带齿圈轴承啮合转动；
步骤2：凸轮带动滚轮转动，使得推杆轴向运动；
步骤3：推杆运动时，压缩弹簧，弹簧推动套筒底座；
步骤4：套筒底座推动连接体滑动；
步骤5：弹簧弹力随着凸轮的运动和步骤3、步骤4所述的传力路线传入模拟闭锁机和模拟药筒之间，弹簧弹力变化曲线与凸轮工作曲线一致；
步骤6：通过凸轮工作曲线模拟实际抽壳力随时间变化的规律。
发明效果
本发明的技术效果在于：
1、提高火炮可靠性、提高零件寿命。针对闭锁机抓钩进行强度和疲劳试验，发现设计、工艺缺陷并进行改进，可以提高零件寿命和可靠性。
2、降低研发成本。现有技术中采用实弹射击试验需要大量的弹药，假设闭锁机寿命要求为1000发，需要至少射击1000发弹药来验证，每发弹1000元，需要100万元，另外需要外部实弹射击试验场地的租借费用、人员差旅费用等，成本较高；而采用本发明装置，仅需要专门制作试验装置，花费大约50万元，且只需在工厂内部实施即可，不需要到外部实弹射击试验场地进行，可大大降低试验成本；
3、提高试验效率。实弹射击试验中，试验一般不会一次成功，需要重复试验，对于实弹射击，需要多次运输、调试，外场试验一次一般需要10天左右；而通过本发明装置进行射击验证试验，每次大约1天时间即可。
4、促进研发进度。实弹射击一旦出现故障，往往造成其他零部件损坏，重新配做大量零部件并调试，需要较长的时间和精力，拖慢研发进度。采用本发明装置，仅针对闭锁机抓钩进行的强度和疲劳试验，不涉及其他零部件，不会造成其他零部件损坏，因此不会影响整机试验的进度。
附图说明
图1是本发明火炮闭锁机抽壳试验装置主视图
图2是图1本发明火炮闭锁机抽壳试验装置俯视图
图3是图2本发明火炮闭锁机抽壳试验装置局部放大图
图4是本发明火炮闭锁机抽壳试验装置立体结构示意图
图5是图4中凸轮的结构示意图。
图6是图4中带齿圈轴承的结构示意图示意图
图7是图6局部剖视图
图8是图4中支架的结构示意图
图9是图4中连接体的结构示意图
图10是图4中推杆弹簧组合的结构示意图
图11是图10推杆弹簧组合的剖视图
图12是图4中减速器的结构示意图
图13是图4中电机的结构示意图
图14是图4中第一销轴的结构示意图
图15是图4中模拟药筒的结构示意图
图16是图4中第二销轴的结构示意图
图17是图4中模拟闭锁机的结构示意图
图中，1-凸轮1、2-带齿圈轴承、3-支架、4-连接体、5-推杆弹簧组合、6-减速器、7-电机、8-第一销轴、9-模拟药筒、10-第二销轴、11-模拟闭锁机12-第I支座、13-第II支座、14-上圈、15-滚珠、16-下圈、17-齿圈、18-第I支架本体、19-第II支架本体；20-套筒底座、21-弹簧22-推杆、23-滚轮，24-圆柱套筒
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1—图17，本发明采用凸轮机构和弹簧的组合来模拟实弹射击抽壳力；通过电机7、减速器带动凸轮1旋转，凸轮1旋转运动推动装有滚轮23的推杆22直线运动，推杆22运动时压缩弹簧21的一端，弹簧21在弹簧套筒内部滑动，弹簧21的另一端压在弹簧套筒底座20上，弹簧套筒底座20与连接体4通过螺栓固定连接，连接体4装有第二销轴10，第二销轴10连接模拟闭锁机11，模拟闭锁机11的抓钩与模拟药筒9接触，模拟药筒9通过第一销轴8固定在两个第I支座12上，第I支座与支架3通过螺栓固定连接。因此弹簧21的力最终传递到模拟闭锁机11与模拟药筒9之间，从而模拟抽壳力的加载，实现非实弹射击抽壳试验模拟实弹射击抽壳试验的目的。
一种火炮闭锁机抽壳试验装置，包括凸轮1、带齿圈轴承2、支架3、连接体4、推杆弹簧组合5、减速器6、电机7、第一销轴8、模拟药筒9、第二销轴10、模拟闭锁机11、第I支座12、第II支座13；电机7壳体与减速器6壳体之间通过螺栓固连；减速器6通过螺栓固定在支架3上；带齿圈轴承2由上圈14、滚珠15、下圈15、下圈16组成，上圈14与下圈16通过螺栓固连，滚珠15安装在上圈14、下圈15、下圈16、齿圈17之间形成的轨道中，齿圈17可相对下圈16回转；带齿圈轴承2的下圈16通过螺栓固定在支架3顶部，其齿圈17与减速器6的齿轮啮合可以作回转运动；凸轮1固定在带齿圈轴承2的齿圈17上部与齿圈17一同回转；推杆弹簧组合5安装在支架3上两个第Ⅱ支座13内并可滑动，其弹簧套筒底座20与连接体4闭合端通过螺栓固定连接，其推杆22一端上的滚轮23与凸轮1直接接触，弹簧21安装在弹簧套筒底座20内且与推杆22接触；第二销轴10穿过模拟闭锁机11一端侧壁上的通孔，第二销轴10两端分别安装在连接体4开口端对称的销孔上；连接体4上靠近闭合端的侧壁上对称开设有长条孔，第一销轴8穿过所述长条孔，且可沿该孔滑动；第一销轴8两端分别固定安装在两个对称安装的第I支座12上；模拟药筒9中部开孔，第一销轴8穿过所述模拟药筒9上开孔；模拟药筒9一端的沟槽与模拟闭锁机11另一端的抓钩接触，被抓钩钩住；电机7与外部控制系统连接，通过控制系统进行转速的控制。
参照图5，凸轮1采用钢材制造，所述凸轮1固定在带齿圈轴承2的齿圈17顶部，且与齿圈17一同回转；所述凸轮工作曲线可模拟实际抽壳力随时间变化的规律。
参照图6、图7，带齿圈轴承2包括下圈16、上圈14、齿圈17、滚珠15，采用钢材制造；上圈14与下圈16通过螺栓固定，下圈16固定在支架3顶部；所述带齿圈轴承2的齿圈17与减速器6的齿轮啮合，作回转运动；
参照图8，所述支架3包括第I支架本体18、第II支架本体19、第I支座12、第II支座13，第I支架本体18与第II支架本体19采用槽钢、钢板焊接而成，所述第I支架本体18整体为柱状，所述第II支架本体19整体为方形体，所述第II支架本体19固连在所述第I支架本体18侧壁；第II支架本体19顶部固连有一组第I支座12和第II支座13，所述第I支座12所在位置与所述第II支座13所在位置垂直；所述第I支座12用于支撑第一销轴8，所述第II支座13用于支撑推杆弹簧组合5；
参照图9；连接体4整体为U型，采用钢材制造，其两侧壁上对称开设有一组通孔和一组长条孔，所述通孔用于安装第二销轴10，所述长条孔用于支撑第一销轴8并允许大销轴8做微小滑动。
参照图10、图11；推杆弹簧组合5包括圆柱套筒24、套筒底座20、弹簧21、推杆22、滚轮23；弹簧21位于圆柱套筒24内部并可滑动，弹簧21的一端压在套筒底座20上，另一端与推杆22一端接触；推杆22另一端上安装有滚轮23，所述滚轮23与凸轮1直接接触；套筒底座20与连接体4闭合端通过螺栓固定连接；弹簧21最大工作行程的压力与抽壳力实际峰值相同。
参照图12；减速器6，为通用设备，也可自制。
参照图13；电机7，为通用设备。
参照图14；第一销轴8，采用钢材制造，用于将模拟药筒9固定在第I支座12上。
参照图15；模拟药筒9，用于模拟真实药筒；所述模拟药筒整体为柱状，其侧壁开设通孔，所述通孔轴线与所述模拟药筒9中心轴线垂直，用于安装第一销轴8；模拟药筒9一端有沟槽，沟槽结构、材质与实际炮弹外形完全相同，材质为钢材或铜材；模拟药筒9一端的沟槽与模拟闭锁机11的抓钩部分接触，并被抓钩钩住；模拟药筒9另一端与连接体始终不接触。
参照图16；第二销轴10，采用钢材制造，用于将模拟闭锁机11固定在连接体4上。
参照图17；模拟闭锁机11，用于模拟真实闭锁机；所述模拟闭锁机11材质与真实闭锁机相同，为钢材制造，其一端为柱状体，所述柱状体侧壁上开设通孔，所述通孔用于安装第二销轴10；所述模拟闭锁机11另一端为抓钩，其结构与真实闭锁机抓钩结构相同；安装后，模拟药筒9一端沟槽部分与所述模拟闭锁机11抓钩部接触。
传动过程：当外部控制系统发出启动指令后，电机7通过所述减速器6带动带齿圈轴承2、凸轮1旋转，凸轮1转动并推动推杆弹簧组合5的推杆22作直线运动，推杆22运动时压缩弹簧21，弹簧21推动连接体4向靠近模拟药筒方向滑动；由于模拟药筒9一端被模拟闭锁机11的抓钩钩住，模拟药筒9通过第一销轴8固定在两个第I支座12上；弹簧的弹力依次通过连接体4、第二销轴10、模拟闭锁机11传递给模拟药筒9；凸轮工作曲线可模拟实际抽壳力随时间变化的规律，通过模拟抽壳力的加载，进而验证闭锁机抓钩部分结构强度是否满足设计要求。
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