野外火炮內膛清洗裝置的設計

劉薇娜 王澤震 江明義 馬俊英

（1.長春理工大學機電工程學院，吉林 長春 130022；2.中國人民解放軍63853部隊，吉林 白城 137000）

火炮射擊后，會在身管內壁殘留大量的黑色物質，俗稱為積碳，積碳的存在會影響火炮的射擊精度和使用壽命，必須及時去除。因此，對火炮身管的清洗保養，是火炮日常維護的一項重要工作，目前，由于火炮清洗裝置未能廣泛應用，仍然采用人工清洗方式； 傳統人工清洗勞動強度大，清洗效率低，清洗效果一般，不能滿足現代化戰爭快速反應的要求，所以研制適合野外環境下工作的、清洗效率高的、清洗效果好的火炮清洗裝備已刻不容緩研。

1 清洗裝置的組成

清洗裝置主要由清洗系統和支撐平臺兩部分組成。整體結構如圖所示。

1.1 清洗系統

清洗系統是清洗裝置的重要組成部分，是實現清洗功能的關鍵；人工清洗方式的優點是動作簡單可靠，清洗容易，不足是費時、費力、清洗效果不穩定，利用機械的效率高、重復工作的一致性好的特點可以克服這一問題，所以，清洗系統采用仿人工清洗方式，清洗系統運動包括：進給運動和擦拭運動。利用電機經減速齒輪驅動曲軸轉動，通過連桿帶動滑塊及清洗桿作快速往復運動，實現小范圍擦拭運動，另一部電機經減速器驅動絲杠旋轉，螺母帶動滑盤底座沿絲杠方向作直線運動，實現清洗把的大范圍進給運動。由擦拭運動和進給運動相互配合完成全部的清洗工作，由于工作過程中，清洗桿的運動方式與人工清洗時相似，所以稱作仿人工清洗方式。

1.2 支撐平臺方案設計

支撐平臺的作用是支撐清洗機構，并調整清洗機構的空間位置，使清洗把中心線與火炮身管中心線在一條直線上，并使其固定不動，保證清洗工作的有效進行；支撐平臺能夠實現行走支撐、水平移動、水平旋轉、俯仰調節、垂直升降5個功能：

（1）行走支撐功能：底盤底部安裝有兩對車橋和四個液壓支撐，可以牽引，調整清洗裝置水平，并與地面實現支撐固定。

（2）垂直升降功能：升降臺與底盤之間采用液壓驅動，可以沿垂直方向上下移動，液壓缸底部與底盤固定，液壓桿與升降臺連接，液壓桿伸出時，把升降臺頂起一定高度，收縮時，升降臺落下，實現垂直升降。

（3）水平移動功能：升降臺上安裝了矩形導軌，平移架底部為矩形滑塊，采用絲桿驅動，平移架可以沿導軌水平移動。

（4）水平旋轉功能：平移架與旋轉臺之間安裝有圓周軸承，外圈帶有輪齒，與平移架固定，內圈與旋轉臺固定，旋轉臺安裝有轉向調節裝置，調節裝置底部有小齒輪，通過齒輪嚙合可以使小齒輪帶動旋轉臺轉動繞大齒輪轉動，實現水平旋轉。

（5）俯仰調節功能：導軌基座與旋轉臺之間，末端采用軸連接，前端端采用旋轉支撐連接，當旋轉支撐旋轉時可以將導軌基座前端頂起，末端繞連接軸轉動，實現俯仰調節；

2 工作原理及特點

2.1 工作原理

具體工作過程：炮火射擊后，火炮身管調整至水平位置，等待維護，將清洗裝置牽引至指定區域，放下四個液壓支撐，與地面固定，啟動升降液壓缸，使清洗把達到火炮火線高度，調節旋轉調節手柄與平移調節手柄，使清洗把與火炮身管對中，啟動進給機構電機，使清洗把刷頭深入火炮內膛，開啟清洗液泵，向內膛輸入清洗液，啟動擦拭運動機構驅動電機，開始工作；通常情況，清洗把進給一次就可以清洗干凈內膛，回程時不需要工作，回程前，先關閉清洗液泵，然后關閉擦拭運動機構驅動電機，進給電機反轉，退回到初始位置，關閉進給電機；然后調節支撐平臺，使清洗裝置退回初始位置，清洗工作結束，收回液壓支撐，清洗裝置牽引至下一工作處。但對于清洗困難的情況，可以回程時仍然工作，反復進給幾次，至達到滿意清洗效果。清洗液采用回收利用的方式，回收回來的清洗液經過濾繼續使用。

2.2 工作特點

（1）能夠及時高效的開展工作

本文研制的清洗裝置為可牽引式，能方便運到戰場或訓練場上，能夠隨時隨地快速開展工作，高質量、高效率的就地完成對火炮內膛進行清洗；并且設備結構簡單，操作方便，機械動作調節靈活，能實現與地面的固定及支撐、垂直升降，水平移動、水平旋轉、俯仰角調節等功能，能適應不同惡劣環境，對場地環境依賴性較低。

（2）清洗裝置通用性好，可適用于不同口徑火炮的清洗工作

本文研制的清洗把由清洗桿和刷頭組成，可組合成不同長度，不同型號的清洗把，清洗裝置只需更換清洗把，就可使設備滿足不同型號火炮的清洗需要，既提高了適應性，又降低了設備研制成本 。

（3）不僅能適合滑膛炮的清洗，更能適合線膛炮的清洗，可去除陰陽膛線交界處的死角

本文設計的刷頭可以旋轉，在膛線的作用下，刷頭作橫向往復直線運動的同時，還會產生沿圓周方向的旋轉運動，刷頭上刷毛的運動就是直線運動和旋轉運動的合運動，沿著膛線方向的運動，此時清洗效果最好。

（4）清洗效果穩定

以機械代替人工工作，可以保證擦拭運動頻率始終不變，保證了同一門火炮內膛清洗效果一致，并且擦拭頻率遠大于人工擦拭頻率，擦拭效果明顯提高。

（5）清洗液循環利用

本文設計應采用清洗液循環回收利用的方式，對使用過的清洗液回收、過濾、再利用，降低浪費，較少污染。

3 清洗裝置設計要點

3.1 電機選擇

結合清洗裝置的工作特點，分別選擇了兩部普通交流異步電動機，功率分別為7.5kW和2.2kW，并為清洗裝置配備了車載交流發電機，可以隨時獲得電源。

3.2 支撐平臺設計

支撐平臺的俯仰調節、水平旋轉、水平移動、垂直升降和行走支撐五個功能從上至下依次布置，可以是清洗裝置工作時，支撐平臺受力條件得到改善，提高支撐平臺的穩定性。

3.3 桅桿式設計

以三根鋼管桅桿作為升降臺的到向裝置，不僅可以克服工作時產生的水平力，減輕對液壓缸的橫向剪切作用，還可以簡化結構，減輕支撐平臺重量。

3.4 驅動液壓缸選用

驅動液壓缸選用時要充分考慮裝配空間、行成以及載荷，所以本文采用重載型單作用多級液壓缸作為升降臺的驅動液壓缸。

3.5 導向套設計

導向套為空心薄壁鐵管，前端下方有一排清洗液回流孔，在調整支撐平臺時，可以以導向套相對于火炮身管的位置作為參考，以導向套與火炮身管對準作為對中過程結果的衡量標準。

結語

研制的火炮內膛清洗裝置，適用于野外作業，對環境的適應性較強，可在惡劣天氣下使用；清洗效率高，避免了以往清洗裝置對大量人力、物力資源以及清洗時間的浪費；清洗力較大，尤其適用于火炮發射后的頑固殘留物的清洗。總之，本文研制的清洗裝置始終以實用性和適用性為原則，是一款操作簡便、功能性強的清洗裝置。

[1]劉慶君，劉增文，邱家敏.火炮炮膛擦拭工藝綜述[J].國防制造技術，2010（01）：63-67.

[2]徐正達.智能炮管清洗機器人的研制[D].浙江大學，2010.

[3]趙京鶴.炮管內膛清洗機研制[D].長春理工大學，2008.