自動化彈藥輸送線結構設計

賀東坤

(新巴爾虎左旗環境保護局 環境監測站，內蒙古 新巴爾虎左旗 021200)

自動化彈藥輸送線結構設計

賀東坤

(新巴爾虎左旗環境保護局 環境監測站，內蒙古 新巴爾虎左旗 021200)

隨著軍工行業的發展，對炮彈參數的檢測技術和效率提出了更高的要求，本文針對彈體幾何外形的特點與測量要求，設計了一套自動化彈藥輸送線。該機構能把待測炮彈按照指定的輸送節拍穩定地輸送到測量工位，同時實現彈藥的定位和回轉。本文所設計的彈藥輸送線類似于產品加工業中運用的自動化生產線，它是輸送機構、隨行夾具、旋轉裝置以及卸載機構按照檢測需求的合理組合，它能使大批量炮彈幾何特征量檢測達到自動(或半自動)化。該機構可以縮短檢測周期，并大大減少檢測人員的工作強度。

輸送線;步進電機;鏈傳動;幾何特征量

1 彈藥輸送線的布局形式和工作原理

本文設計的自動化彈藥輸送線是指由傳輸設備和附加設備(旋轉裝置、彈藥卸載機構)通過合理的組合，使其能夠有效地配合測量設備(測量設備不在本文論述范圍內)進行彈藥幾何特征量檢測的自動化測量線。傳輸部分主要由鏈板式輸送機構和彈藥夾具等機構組成，這些機構組成了一個環形循環系統，在專用機械手(機械手不在本文論述范圍內)的配合下可以持續不斷的將待測炮彈輸送至指定的工位進行檢測，做到了彈藥移動過程無人工參與，有力地配合了檢測裝置工作，提升了檢測效率。彈藥輸送線的布局形式如圖1所示，九個彈藥夾具在傳送鏈上均勻分布，機構運行時全部彈藥夾具在步進電機(如圖2所示，位于傳送臺底部，主動鏈輪的下方)的驅動下按圖1所示方向做同步運動。整個機構的尺寸設計方便其附加設備和測量設備的安裝，也便于檢測人員進行觀察。步進電機由可編程序邏輯控制器進行控制，傳動速度可以根據工作要求進行調節。

彈藥輸送機工作時，先由專用機械手將待測彈藥豎直穩定地放置在工位1的彈藥夾具中，彈藥夾具8隨著夾具底座9(底座下方安裝有四個萬向輪)在傳送鏈的帶動下步進式地運行，彈藥被傳送到工位2時由專用的激光器(激光器不在本文論述范圍內)對彈體進行打標、編號、劃線以及除漆。彈藥被傳送到工位3時，為配合檢測設備工作，旋轉裝置開始運行，它帶動夾具和待測炮彈以炮彈的軸線為中心進行旋轉(旋轉角度大于360°)，同時檢測設備開始對炮彈進行相應幾何特征量的檢測。旋轉裝置由可編程序邏輯控制器以及位置傳感器進行控制，測量工作結束時，旋轉裝置自動退至初始狀態，當下一個彈藥到達工位3時旋轉裝置又自動執行上述動作。同理，本文所設計彈藥輸送線的工位4與工位3的各機構執行相同的動作，只是待測的幾何參數不同。當彈藥被輸送到工位5時彈藥卸載機構自動啟動，將豎直傳送的炮彈平穩地水平放置在傳送帶上，在由傳送帶將炮彈傳送到測量工作臺，以便進行后續參數的檢測以及合膛工作。

2 鏈傳動結構設計與計算

本文設計的彈藥輸送線的動力由步進電機提供，整個鏈傳動機構由動力部分支架(支架位于傳送臺面底部)支撐。該機構分為驅動、從動兩個部分，結構如圖2、圖3所示。

圖1 彈藥輸送線布局圖

圖2 傳送鏈驅動部分三維結構圖

圖3 傳送鏈從動部分三維結構圖

夾具底座9(見圖1)與推板6(見圖2)通過兩個M8的螺釘固定為一體，當電機轉動時，待測炮彈便隨著彈藥夾具做步進式的環形運動，本文所設計鏈傳動機構所用的部件均為標準件，并通過理論計算進行選型。內、外鏈節的形式如圖4所示。

圖4 鏈節結構圖

(1)電機功率的計算:

傳送鏈運作時所需功率計算公式為:

式中:KA—工況系數，取1.3;

P—額定功率，7.5kw;

將數據代入式2.1得:Pc=KA·P=1.3×7.5=9.75kw

需要傳遞的額定功率按下式計算:

式中:KZ—從動鏈輪齒數系數，取KZ=1.34;

KL—驅動輪齒數系數，取KL=1.34;

KP—單排鏈排數系數，取KP=1.0;

(2)鏈條相關參數計算:

初選類型為16A的鏈條，其鏈節距P=25.4mm。

鏈節數LP應按下式計算:

式中:P—鏈節距;

Z1—從動鏈輪齒數25;

Z2—驅動輪齒數25;

a0—鏈傳動中心距，取a0=113P;

將數據帶入式3得:LP=251，取整后LP=252。

該構所需的鏈條尺寸按下式計算:

式中:LP—鏈節數;

P—鏈節距;

將數據代入式4得鏈條長度:L=LP·P=252×25.4=6400mm

鏈傳動中心距計算公式為:

將以上數據代入式5得中心距a=3212.8mm。固中心距符合設計的要求，調整時應使其大于2P，Δa≥2P=50.8mm

所以實際安裝的中心距為:a'=a-Δa=3212.8-50.8=3162mm

傳動裝置的運行速度按下式計算:

式中:n1—驅動裝置的轉速，500r/min;

輸送機的拉力計算公式為:

將相關數據代入式(7)得，輸送機工作拉力:F=1000×7.5/5.3=1415.1N

壓軸力計算公式為:

式中:KQ—壓軸力系數，取KQ=1.2;

將數據代入式8得:FQ=KQ·F=1.2×1415.1=1698.1N

設計結果:主動鏈輪和從動鏈輪齒數均為25，壓軸力FQ=1698.1N，最終確定選取型號為16A-1×136GB1243.1-83的滾子鏈條。

3 彈藥夾具和旋轉裝置的設計

夾具結構如圖5所示，本文設計了彈藥夾具和旋轉裝置，使炮彈到達測量工位3、4時能夠圍繞自身軸線旋轉，從而配合測量設備完成檢測工作。

支柱4下方設有插槽，使夾具與其底座固定。傳輸過程中卡軸10在壓簧8的作用下始終位于夾具1下方的通孔中。旋轉裝置結構如圖6所示，當彈藥到達測量工位時，氣缸10推動旋轉裝置向炮彈方向移動，解鎖頂桿4將解鎖軸推開使夾具解鎖，此時尼龍壓板2與夾具接觸，同時帶動夾具和炮彈旋轉，檢測完畢后，旋轉裝置退至初始狀態，卡軸10在壓簧8的作用下將夾具再次固定，彈藥被穩定的傳送至下一工位。氣缸相關數據計算如下:

圖5 彈藥夾具三維圖

圖6 彈藥旋轉裝置三維圖

3.1 氣缸負載的計算

該氣缸為橫向氣缸，并且工作部件都在光軸6上運動，所以主要工作載荷是滑塊5和光軸6之間的摩擦力。本設計中氣缸總載荷按下式計算:

式中:m1—滑塊、電機安裝板、支撐塊的總重量，m1=4kg;

m2—電機和尼龍壓板的質量，m2=3.05kg;

m3—推桿質量，m3=1.59kg;

μ—摩擦力系數，取μ=0.17;

將數據代入式(9)，得氣缸的總載荷:

由于活塞桿和筒壁之間存在摩擦力，所以實際總載荷F0應按下式計算:

式中:β—負載率，取β=0.5;

將數據代入式(10)可得:F0=F總/β=97.7/0.5=195.4N

3.2 氣缸內徑的確定

內徑大小計算公式為:

式中:F0—極限載荷(N);

P0—氣缸的工作壓力，取P0=0.4(MPa);

通過GB/T2348-1933標準進行圓整，最后取D=32mm。

活塞桿的直徑:d=0.3D=9.6mm，取d=10mm。

缸筒厚度的確定:

依據《液壓氣動技術手冊》得厚度的計算公式為:

式中:δ—缸筒壁厚(m);

D—氣缸內徑(m);

P—極限壓力，取0.9(MPa);

［σ］—許用應力(MPa);

上式中:σb-45鋼的抗拉強度6×106Pa;

n-安全系數，取n=5;

圓整后，取δ=12mm。

4 卸載機構的設計

本文所設計的彈藥卸載機構如圖7所示。

圖7 彈藥卸載機構三維圖

本文在自動化彈藥輸送線的整體方案設計中，在傳送臺旁邊設有一個彈藥卸載工位(即圖1中的工位5)，以便使豎直傳送的炮彈能夠平穩地水平放置在傳送帶(傳送帶從光軸7和絲杠6上方通過)上，彈藥經傳送帶被傳送至測量工作臺進行后續參數的檢測。該卸載機構等效于一個四自由度的機械手，利用它可以使炮彈從輸送線上自動下架。具體結構如圖7所示，四個關節分別由氣缸和電機單獨驅動，手部底座4可實現0～180°的擺動，該機構整體寬500mm、長1600mm、機架上方的安裝板到地面的距離為465mm，最大水平移動距離為600mm，最大垂直移動距離為500mm，通過底部的調整座10可以對卸載機構的高度進行調整，以便使傳送帶不與卸載機構發生摩擦。整個工作過程由PLC和傳感器控制，當彈藥到達工位5時卸載機構自動工作。

5 結語

(1)本論文針對炮彈幾何參數檢測的需求，設計了一套彈藥輸送機構，它能夠配合檢測設備對不同型號炮彈進行綜合檢測，大大提高了檢測效率，對今后研制類似的自動化裝置也有重要的參考價值。

(2)待測炮彈的直徑范圍為50mm～250mm，差距較大，本文設置了夾持范圍分別為50mm～100mm、100mm～150mm、150mm～200mm、200mm～250mm的四套夾具，將待測炮彈分成四個批次進行檢測，更換夾具這一步驟還需人工完成。

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［4］van Zant，Peter.Microchip Fabrication:A Practical Guide to Semiconductor Processing［M］.New York:McGran-Hill，1996.

Design for the Structure of Ammunition Transport Line

HE Dong-kun
(Enviromental Detection Station，Xinbaerhuzuoqi Enviromental Protection Bureau，Xinbaerhuzuoqi 021200，China)

The development of the military industry puts forward higher requirements for detection technology and efficiency of projectile parameters.In view of the characteristics and measurement demands of geometric shape of projectile body，this paper designs a set of automated ammunition conveyor line，which can stably transport awaiting ammunition to measurement situation，and achieve the poisoning and rotation.The designed ammunition conveyor line，with the rational combination of conveying mechanism，movable fixture，rotary device and unloading mechanism，is similar to the automatic production line of product processing industry，making geometrical characteristics detection of mass ammunition reach automation or semi-automation.This device can shorten test period and decrease labor intensity.

conveyor line;stepper motor;chain driving;geometry characteristic value

TJ410.6

A

1009-3907(2013)12-1549-06

2013-10-23

賀東坤(1987-)，男，內蒙古呼倫貝爾人，碩士，主要從事精密測控技術與儀器方面研究。

責任編輯:

吳旭云