淺析彈性硅膠泥緩沖器在火炮的應(yīng)用

中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 馬彥晉 蘇鐵熊 仝志輝

前言：

現(xiàn)代火炮普遍采用了反后座裝置，它主要是由制退機(jī)和復(fù)進(jìn)機(jī)組成的。火炮反后座裝置實(shí)質(zhì)上就相當(dāng)于一個緩沖器。將剛性炮架變?yōu)閺椥耘诩埽沟没鹋谠谏鋼魰r所承受的載荷大為降低，有效地改善了火炮威力和機(jī)動性的矛盾[1]。但是，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對火炮系統(tǒng)的性能要求不斷提高，對火炮的威力提高，同時也要求火炮具有良好的機(jī)動性。火炮威力的增加將產(chǎn)生火炮后座沖量過大帶來的火炮發(fā)射載荷增加、火炮系統(tǒng)質(zhì)量過大、機(jī)動性降低、發(fā)射平臺結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變差、火炮精度下降等一系列問題。基于以上問題，本文提出了用彈性硅膠泥緩沖器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的反后座裝置。彈性硅膠泥緩沖器是由缸體、彈性膠泥、活塞桿、活塞、阻尼孔、密封裝置等部分組成的；其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、耐老化性強(qiáng)、使用壽命長且無毒無臭等等。

1 硅膠泥的性質(zhì)

1.1 壓縮性

彈性硅膠泥類似于彈簧，隨著外界對它的壓力增加，膠泥的體積可以被壓縮，壓縮到一定程度后，當(dāng)外力減小或消失時，體積又可以短時間內(nèi)復(fù)原。當(dāng)外壓力達(dá)500MPa時，體積壓縮率不小于初始容積的17%[2]。

1.2 高阻尼黏彈性

彈性硅膠泥的黏度是普通液體的幾十萬倍，可以產(chǎn)生很大的粘滯摩擦，把這種材料的膠泥緩沖器安裝在火炮上，當(dāng)后坐力對膠泥緩沖器的活塞發(fā)生作用力時，膠泥緩沖器能夠起到很好的吸能、減振作用[3-4]。

除此之外，硅膠泥好有較好的流動性，熱穩(wěn)定性，耐老化性，且無毒無臭等。

2 彈性膠泥緩沖器

2.1 彈性膠泥緩沖器的概念

彈性膠泥緩沖器是把可壓縮體積的，具有流動性、粘彈性的膠泥放于密閉的容器中，類似于彈簧阻尼系統(tǒng)，利用這個簡單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其吸收能量、減振、緩沖的機(jī)構(gòu)。為了達(dá)到不同的工作需要，膠泥緩沖器需要采用不同的材料和結(jié)構(gòu)。

2.2 彈性膠泥緩沖器結(jié)構(gòu)選擇

不同的工作需要，根據(jù)所承受的沖擊力的大小和所需阻尼力的大小，膠泥緩沖器需要采用不同的材料和結(jié)構(gòu)。根據(jù)其運(yùn)動方式的不同，可以將其分為平動式膠泥緩沖器和非平動式膠泥緩沖器。具體運(yùn)用到火炮上，要求結(jié)構(gòu)簡單、自重輕，使火炮機(jī)動性強(qiáng)，所以選擇平動式彈性膠泥緩沖器。

平動式膠泥緩沖器根據(jù)構(gòu)造形式又有好多種，比如阻尼壺式緩沖器、阻尼孔式緩沖器、阻尼缸式緩沖器等[5-7]。其中只有阻尼孔式膠泥緩沖器目前使用比較廣泛，這類阻尼器是通過缸體內(nèi)活塞運(yùn)動，迫使彈性膠泥通過阻尼孔產(chǎn)生阻尼。

阻尼孔式緩沖器一般又分為雙出桿式阻尼緩沖器和單出桿式阻尼緩沖器[8]。如圖，對于火炮，由于緩沖器不需要在較小的行程內(nèi)提供特別大的阻尼，且承受的沖擊力也不是特別大，所以這里選擇單出桿式阻尼緩沖器就可以；現(xiàn)有可以設(shè)計(jì)的單出桿阻尼器有以下幾種。

圖1 間隙式膠泥緩沖器

這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是將活塞和缸內(nèi)壁之間留下一定的間隙，當(dāng)活塞受壓向左運(yùn)動時，缸內(nèi)的膠泥受到擠壓，通過間隙流動，產(chǎn)生阻尼。

圖2 活塞孔式膠泥緩沖器

這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，活塞的直徑和缸壁的內(nèi)徑相等，如圖，在活塞上開四個對稱的圓孔，當(dāng)活塞受到擠壓在工作腔內(nèi)工作時，彈性膠泥通過活塞上的孔流動，產(chǎn)生阻尼。

圖3 活塞槽式膠泥緩沖器

這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，活塞的直徑和缸壁的內(nèi)徑相等，如圖，在活塞上開四個對稱的半圓形的槽，當(dāng)活塞受到擠壓在工作腔內(nèi)工作時，彈性膠泥通過活塞上的槽流動，產(chǎn)生阻尼。

圖4 缸壁槽式膠泥緩沖器

這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，活塞的直徑和缸壁的內(nèi)徑相等，如圖，在缸內(nèi)壁開四個對稱的方形槽，當(dāng)活塞受到擠壓在工作腔內(nèi)工作時，彈性膠泥通過缸內(nèi)壁的槽流動，產(chǎn)生阻尼。

考慮膠泥緩沖器穩(wěn)定性和緩沖效果，選擇活塞槽式膠泥緩沖器與火炮配合。

3 膠泥緩沖器在火炮上的工作原理

圖5 火炮彈性膠泥緩沖器

如圖5，活塞桿2與火炮后坐部分1固連，缸壁4與火炮搖架固連。氮?dú)馐?內(nèi)高壓氮?dú)馔ㄟ^單向閥5，使活塞工作腔8內(nèi)膠泥壓力升高到預(yù)壓力P。當(dāng)火炮發(fā)射前，外力F小于預(yù)壓力P，活塞桿保持靜止不動；當(dāng)火炮發(fā)射時，當(dāng)后坐力大于預(yù)壓力P時，在后坐力的作用下，火炮后坐部分1向右運(yùn)動（如圖），帶動活塞桿2隨之運(yùn)動，同時帶動活塞3向右運(yùn)動。活塞擠壓工作腔內(nèi)膠泥，一方面使得膠泥體積被壓縮，另一方面使得膠泥經(jīng)過活塞上的4條阻尼槽向左流動，起到阻尼的作用。隨著膠泥體積的減小，產(chǎn)生的后坐阻力逐漸增大，直到與后坐力F相等；當(dāng)后坐力減小直至消失時，膠泥體積恢復(fù)到原狀，推動活塞向左運(yùn)動到起始位置，為下一次的活塞運(yùn)動做準(zhǔn)備。

4 結(jié)束語

彈性膠泥緩沖器和普通的火炮后坐裝置相比，具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、耐老化性強(qiáng)、使用壽命長，這樣在不降低損失火炮綜合性能的前提下，提高了火炮的機(jī)動性。隨著現(xiàn)代化武器的發(fā)展和現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，彈性膠泥緩沖器在火炮上將得到極為廣泛的應(yīng)用。

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