某链式机枪击发结构改进仿真分析_杨志峰.pdf

74 兵工自动化 Ordnance Industry Automation2023-07 42(7)doi:10.7690/bgzdh.2023.07.016 某链式机枪击发结构改进仿真分析 杨志峰，何 伟，陈永富(重庆建设工业(集团)有限责任公司智能武器装备研究所，重庆 400054)摘要：针对自动机闭锁过程中击针从击针卡爪上解脱出现的击发能量大、机头体在回转过程中反跳速度摆动大和射击精度差等技术难题，借助 ADAMS 动力学仿真软件建立某链式机枪机械击发结构的动力学仿真模型。通过数值仿真获得机头体、击针的速度和位移曲线。仿真结果表明：该方案能减小振动和可靠击发，具备可行性。关键词：链式机枪；击发机构；ADAMS 仿真 中图分类号：TJ279 文献标志码：A Simulation Analysis on Improvement of Firing Structure of Certain Type Chain Gun Yang Zhifeng,He Wei,Chen Yongfu(Intelligent Weapons Equipment Research Institute,Chongqing Construction Industry Group Co.,Ltd.,Chongqing 400054,China)Abstract:Aiming at the technical problems such as large firing energy when the firing pin is released from the firing pin claw during the locking process of the automatic mechanism,large rebound speed swing during the rotation process of the head body,and poor shooting accuracy,a dynamic simulation model of the mechanical firing structure of a chain machine gun was established by means of ADAMS dynamic simulation software.The velocity and displacement curves of the machine head and firing pin were obtained by numerical simulation.The simulation results show that the scheme can reduce the vibration and fire reliably,and it is feasible.Keywords:chain machine gun;firing structure;ADAMS simulation 0 引言 随着现代战争的发展和科技的进步，高新技术得到迅猛发展，一大批采用新结构、新原理的新型自动武器成功研制并装备部队，使得自动武器性能以及军队作战能力得到了很大的提升。美国 M230型 30 mm 链式自动炮、英国“风暴”装甲车安装的双人炮塔使用了 25 mm 链式炮、瑞士“锯脂鲤”装甲车上的 M242 型链式炮；近年来我国也发展了ZFBOS/03A 轻型轮式装甲车车载 23 mm 链式炮。现有的轻武器存在耗弹量大、结构复杂、故障率高、故障排除困难、成本高等缺点，尤其无法克服迟发火对自动武器及作战人员带来的威胁，在一定程度上制约了其性能的发挥。为进一步提高轻武器的性能，研制一种结构简单、可靠性高的轻武器对于提高军队作战能力具有深远意义1-4。笔者针对某链式机枪机械击发结构进行了改进，应用 ADAMS 动力学仿真软件建立机械击发结构改进的动力学模型，仿真得到优化的自动机的动力学特性曲线，通过对自动机动力学曲线进行分析，研究闭锁后机框压击针卡爪释放击针的方案对击针最大击发能量和机头体回转过程中的最大平移速度的影响，为以后的某链式机枪机械击发结构的设计提供了理论依据和改进方向。1 建立某链式机枪机械击发结构改进方案 1.1 改进前机械击发结构及工作原理 机框在复进的过程中，击针接触击针卡爪，击针处于挂机状态，机头体回转过程中通过后击针套带动击针回转，当闭锁完成后，击针回转 38从击针卡爪上解脱，击针在击针簧的作用下打击底火，完成击发。机框在后坐过程中，带动机头体回转进而带动击针回转，击针回转到位压击针卡爪转动，旋转越过击针卡爪，击针卡爪回转到位，为下一次挂机做准备5-6。原理如图 1 和 2 所示。图 1 改进前机械击发结构 1 收稿日期：2023-03-23；修回日期：2023-04-22 作者简介：杨志峰(1977)，男，山西人，硕士，高级工程师，从事轻武器、集成装备、武器站研究。E-mail:。75杨志峰等：某链式机枪击发结构改进仿真分析第 7 期 图 2 改进前击针卡爪结构 1.2 改进后机械击发结构及工作原理 机框在复进过程中，击针接触击针卡爪，击针处于挂机状态，机头体回转过程中通过机框限位击针不回转，当闭锁完成后，机框上的凸起 A 压击针卡爪 B 斜面击针卡爪回转 14解脱击针，击针在击针簧的作用下打击底火。机框在后坐过程中，机框上的凸起 A 压击针卡爪 B 面，使击针卡爪回转，此时击针从击针卡爪的上部空间通过，当机框上的凸起 A离开击针卡爪上的 B 面时，击针卡爪回转到位，为下一次挂机做准备。原理如图 3 和 4 所示。4机框击针机头体压块顶头击针卡爪 图 3 改进后机械击发结构 图 4 改进后击针卡爪结构 2 机械击发结构动力学仿真模型的建立 2.1 滚轮轴速度曲线的获取 要想实现某链式机枪机械击发结构的动力学仿真，就要准确获取自动机机框的速度曲线。该链式机枪的工作原理是电机通过齿轮带动链轮转动，链轮与链条啮合，传动的链条通过滚轮轴带动自动机做往复运动，实现枪机开闭锁、进弹、抛壳等动作。要想得到滚轮轴的速度曲线，就要对双排链模型进行动力学仿真，双排链的仿真模型如图 5 所示，链轮上添加的驱动函数为：STEP(time,0,0,0.111,200)+STEP(time,0.112,0,0.18,0)+STEP(time,0.181,0,0.3,0)。通过仿真获得的滚轮轴速度曲线如图 6 所示，经过插值得到滚轮轴的离散速度曲线如图 7 所示。滚轮轴的离散速度曲线通过样条函数办法加入机框中，作为自动机往复运动的驱动函数。图 5 双排链动力学模型 图 6 滚轮轴的速度曲线 图 7 滚轮轴的离散速度曲线 2.2 建立改进前、后机械击发结构动力学模型 将在 UG 环境中建好的 3 维模型导入 ADAMS中，同时对各个零部件赋予基本信息，如名称、材质、颜色等。导入过程中，由于各相关零件按照一定的关系相互关联，同时相互之间会产生作用力；因此，在模型导入时剔除与仿真分析不相关零件，从零件、部件到组件的顺序逐步导入，忽略一些非主要因素和某些不可控变量的影响，建立结构简单清晰，充分体现待分析模型客观规律的简化模 型5-6。必要的简化和假设如下：1)合并一些无相对运动的零件，忽略一些小质量非关重的零部件；2)各零件均视为刚体，各连接均视为刚性连接；3)不考虑射角，枪管和地面固连；4)弹簧内耗忽略不计；76 兵工自动化第 42 卷5)将上述获取的滚轮轴速度曲线加在机框与机匣的滑动副上，作为自动机运动的速度函数7-8。根据实际运动和受力情况，分别添加相应的运动约束和接触力。添加完运动约束和接触力的改进前、后机械击发结构动力学模型如图 8 和 9 所示。图 8 改进前机械击发结构动力学模型 图 9 改进后机械击发结构动力学模型 3 仿真优化分析 改进前机械击发结构仿真过程如图 10 所示，在复进过程中，开始时击针与击针卡爪接触如图 10(a)所示；机头体回转闭锁带动击针回转，机头体回转到位时击针刚好解脱击针卡爪如图 10(b)所示；击针完成击发动作如图 10(c)所示；机头体完成开锁，击针回转 38如图 10(d)所示；自动机后坐击针压击针卡爪，击针卡爪回转如图 10(e)所示；击针已经越过击针卡爪，击针卡爪回转到位如图 10(f)所示，完成一个循环。(a)击针挂机 (b)击针旋转 (c)击针解脱 (d)击针反向旋转到位 (e)击针压下击针卡爪 (f)击针复位 图 10 改进前机械击发结构仿真过程 改进后机械击发结构仿真过程如图 11 所示，在复进过程中，开始时击针尾部与击针卡爪接触如图11(a)所示；机框压下击针卡爪的斜面 B，击针正在越过击针卡爪如图 11(b)所示；枪机继续复进击针完全越过击针卡爪如图 11(c)所示，击针完成击发动作；枪机复进到位如图 11(d)所示；在后坐过程中，击针尾部压下击针卡爪 A 面，击针卡爪正在回转如图 11(e)所示；击针已经越过击针卡爪，击针卡爪回转到位如图 11(f)所示，完成一个循环。(a)击针挂机 (b)机框压下击针卡爪 (c)击针解脱 (d)击针回退压下击针卡爪 (e)击针卡爪回转到位 (f)击针复位 图 11 改进后机械击发结构仿真过程 在图 1215 中，A 曲线为改进前的机头体、击针速度和位移曲线，B 曲线为改进后的机头体、击针速度和位移曲线。表 1 为机头体改进前后的参数对比，表 2 为击针改进前后的参数对比。图 12 改进前、后机头体速度曲线 图 13 改进前、后机头体位移曲线 77杨志峰等：某链式机枪击发结构改进仿真分析第 7 期 图 14 改进前、后击针速度曲线 图 15 改进前、后击针位移曲线 表 1 机头体参数改进前后 参数 改进前 改进后 变化量/%闭锁反跳速度/(m/s)1.495 0.495 67.3 相对摆动位移/mm 2.700 88.800 0.3 表 2 击针参数改进前后 参数 改进前 改进后 变化量/%击发速度/(m/s)8.85 8.40 5.1 击发能量/J 0.43 0.30 30.2 挂机行程/m 12.70 9.40 25.9 如图 12 所示，A 曲线的闭锁反跳速度为 1.495 m/s，B 曲线的为 0.495 m/s，相对 A 曲线减小了 67.3%；在图 13 中，A 曲线机头体相对摆动位移为 2.7 mm，比较明显，B 曲线的为 0.3 mm，相对 A曲线减小了 88.8%，如表 1 所示；由此可以看出改进后的方案比改进前的机头体在闭锁过程中摆动小、运动更加平稳。在图 14 中，A 曲线的击发速度为 8.85 m/s，击发能量为 0.43 J，B 曲线击发速度为 8.40 m/s，击发能量为 0.30 J，相对 A 曲线的击发速度减小了 5.1%，击发能量减小 30.2%；如图 15 所示，A 曲线的挂机行程为 12.7 mm，B 曲线的为 9.4 mm，相对减小了25.9%，如表 2 所示，在满足可靠击发的前提下，改进后的方案比改进前的击针对弹底窝的撞击能量减小了 30.2%，进而提高了射击的准确性。所提出的闭锁后机框压击针卡爪释放击针的方案是有效可行的。4 结论 笔者应用 Adams 软件，建立某链式机枪自动机闭锁后机框压击针卡爪释放击针的机械击发结构动力学模型。通过数值仿真求解，并和改进前的方案进行了比较，机头体的闭锁反跳速度减小了 67.3%，相对摆动位移减小了 88.8%，击针的击发速度减小了 5.1%，击发能量减小了 30.2%，挂机行程减小了25.9%，对机械击发结构的振动抑制比较明显，有效提高击发可靠性。所提闭锁后机框压击针卡爪释放击针的方案是有效可行的。参考文献：1 史亦超.某新型自动发射系统动力学仿真研究D.南京:南京理工大学,2016.2 郭佼瑞,姚养元,张延平,等.导气式步枪自动机射击动力学仿真分析J.计算机仿真,2016,33(5):37-41.3 赵良伟.12.7 mm 链式机枪总体结构设计与动力学仿真D