火炮液壓開并架機構力學分析

2014-07-03 06:07:46鄭曉鳴安自朝孫寶巖趙萬春

兵器裝備工程學報 2014年2期

鄭曉鳴，安自朝，孫寶巖，趙萬春

(1.四川大學制造科學與工程學院，成都 610000;2.重慶軍代局駐167 廠軍代室，成都 610000;3.重慶軍代局駐209 所軍代室，成都 610000)

液壓裝置機構緊湊，傳動平緩，噪聲小，易于實現大力比輸出，在現代火炮中運用越來越廣泛。本文運用某科研產品開并架機構的力學分析，論證液壓裝置運用在開腳式大架火炮中的可行性。

根據總體設計要求，該產品中的開并架機構既要實現開并大架，又要實現車輪的升降，傳力液壓機構的工況相當惡劣，必須先對其進行力學分析，掌握規律才能開展下一步工程設計。由于大架在射擊時與下架處于鎖定狀態，屬于剛性連接，對液壓裝置產生的影響較小，故只針對行軍和戰斗轉換過程建立相應的力學模型。

1 開并架機構工作原理

開并架機構主要由油箱、液壓泵、換向閥、緩沖器和液壓缸等裝置構成(圖1 所示)［1-3］。其工作原理是:操作手動泵，將油箱里的駐退液泵入液壓缸中，推動液壓缸活塞運動實現大架的開并，通過緩沖器的連接作用，在大架開并的同時也實現了車輪的升降。液壓缸活塞的運動方向是靠操作換向閥來實現的。

圖1 開并架機構原理

2 受力分析

按原理結構，僅選擇液壓缸兩個極限壓力的情況作為力學分析的臨界點分析模型受力［4-6］。第一個臨界狀態是開架時，座盤已經著地而車輪還未離開地面，此時液壓缸所產生的壓力主要用于克服車輪自重，壓力值為最小值。第二個臨界狀態是在并架過程中車輪剛著地時，此時液壓缸內的壓力主要是克服全炮自重在地面所產生的摩擦力，壓力值最大。

2.1 壓力最小值的情況(開架過程)

為了抬起車輪，需要克服車輪對車軸的重力矩［7］，設車軸中心為E，車輪中心為C，如圖2 所示。

圖2 壓力最小值的情況

對E 點取矩

式中:ML為車輪自重對車軸產生的重力矩;mL為車輪質量;g 為重力加速度;xC，xE為車輪和車軸質心橫坐標;

設緩沖器在大架上的連接點為A，曲臂上的連接點為B，如圖3 所示。為了計算緩沖器傳遞的作用力對車軸中心E點的力矩，需要計算E 點至AB 的垂直距離hAB。

圖3 受力分析示意圖

推導過程如下:

所以

設緩沖器通過AB 傳遞的力為F，則其對車軸E 的力矩為

設緩沖器AB 傳遞的力在X 和Y 的投影為:

以上關系式中:r1為AE 長度;r2為BE 長度;r3為AB 長度;α 為AE，BE 的夾角;β 為AE，AB 的夾角;xA，yA為A 點的橫、縱坐標;xB，yB為B 點的橫、縱坐標;xE，yE為E 點的橫、縱坐標;hAB為E 點到AB 的垂直距離;F 為緩沖器通過AB 傳遞的力值;ME為力F 對車軸產生的重力矩;Fx，Fy為力F 在X 和Y 軸方向的投影;設大架重量為mTg，重心為C2，橫坐標為xC2;旋轉中心為P，橫坐標為xP;駐鋤中心為Q，橫坐標為xQ;液壓缸中心為H，橫坐標為xH。

其受力力臂如圖4 所示，開并架機構的作用力為FK;土壤對駐鋤的支反力為FQ，摩擦系數為μ，則對P 點取矩得