炮彈維修表面綜合處理系統研究

張懷智　趙大興　張穎江　謝俊磊　曹宏安　謝全民

1.湖北工業大學，武漢，430068　　2.武漢軍械士官學校，武漢，430075

炮彈維修表面綜合處理系統研究

張懷智1,2趙大興1張穎江1謝俊磊2曹宏安2謝全民2

1.湖北工業大學，武漢，4300682.武漢軍械士官學校，武漢，430075

摘要：為了解決炮彈維修表面處理手工脫脂技術落后、效率低、質量差等問題，研制了一種炮彈表面綜合處理系統。針對炮彈維修主要技術要求，提出了一種炮彈表面自動化綜合處理系統設計方案，介紹了多功能炮彈表面處理劑、自動噴淋裝置、自動輸送裝置、紅外烘干裝置、自動控制系統的設計及性能，并分析了該處理系統的作用原理及作用可靠性。實驗表明，該系統自動化程度高，適用彈種廣，安全可靠，可實現炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理。

關鍵詞：炮彈；維修；自動化；綜合處理

0引言

炮彈維修是保證炮彈質量、延長炮彈儲存壽命，確保炮彈儲運和使用安全的重要技術手段。炮彈維修涂裝前表面的預處理是影響炮彈維修質量的關鍵工序。炮彈在儲存及維修過程中，不可避免地會接觸各種油污，表面發生銹蝕，炮彈維修涂裝過程中如果表面有殘留油污，則會削弱彈丸表面漆膜的附著力，造成漆膜剝落，從而影響彈藥的長期儲存。為了滿足金屬表面涂裝的要求，進一步提高炮彈表面維修質量，炮彈在涂裝前必須進行脫脂、除銹、磷化、鈍化預處理。

目前，炮彈維修所采用的預處理方法為有機溶劑擦拭法，即采用松節油、汽油、乙醇等有機溶劑分步在炮彈表面擦拭，實現脫脂的目的。該方法缺點是有機溶劑易燃、易爆、易揮發、消耗快且有一定毒性，另外表面擦拭法脫脂需手工進行，操作者長期接觸容易引起神經衰弱、皮膚干裂等疾病，且費時費力、效率低下，國外已很少將這種方法用于除油清洗工藝[1]。為滿足現階段炮彈維修表面處理質量的要求，實現炮彈維修表面處理的安全、高效及自動化作業，有必要對炮彈涂裝前預處理方法和設備進行研究。

1炮彈表面維修方法研究

目前炮彈維修所采用的涂裝前預處理方法為松節油、汽油、乙醇三種有機溶劑手工擦拭法，只能實現炮彈表面脫脂的目的。炮彈涂裝時為了使油漆與彈丸表面有良好的附著力，增強炮彈表面金屬的耐蝕性，除了需對彈丸表面進行脫脂處理外，還需進行除銹、磷化和鈍化處理。而工廠對工件的綜合處理一般采用分步、分槽多級浸泡處理，共9道工序，設備投資大，維護費用高，不適合炮彈維修小規模作業模式。另外，炮彈內裝有烈性炸藥，采用浸泡作業方式時若酸堿溶液滲入彈體內則與炸藥相互作用，存在燃爆隱患。

對于炮彈自動脫脂系統的研制，必須尋求一種工序簡單、設備投入少、運行成本低、安全程度高又能實現炮彈涂裝前“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理的清洗方法。經理論論證和大量實驗研究，最終確定采用多功能炮彈表面處理劑以自動噴淋方式對炮彈表面進行處理，一道工序實現炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理，該方法具有操作簡便、成本低、安全、可靠、環保等優點，可實現炮彈表面處理的自動化、綠色化和高效化。

2系統組成及原理

炮彈維修表面綜合處理系統主要由多功能炮彈表面處理劑、自動噴淋子系統、紅外烘干子系統、自動輸送子系統、自動控制子系統等組成，其設備組成如圖1所示。

圖1　炮彈表面綜合處理系統設備組成

2.1多功能表面處理劑配方及最佳使用工藝

綜合運用表面活性劑復配技術、化學除銹技術、金屬材料保護技術，采用多因素正交試驗法，經大量實驗和對比分析，確定了適合炮彈維修的多功能表面處理劑配方和最佳使用工藝，如表1、表2所示。該處理劑可在常溫下使用，一步實現炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理。

表1　多功能炮彈表面處理劑配方　%

注：“*”表示適量(暫不公開)。

表2　多功能炮彈表面處理劑最佳使用工藝

2.2變壓噴淋子系統

變壓噴淋子系統是炮彈自動脫脂系統的重要組成部分，主要目的是為多功能炮彈表面處理劑對炮彈的清洗提供空間、動力及最佳工藝條件，主要由噴淋系統、噴淋室及儲液槽組成，系統結構如圖2所示。

圖2　變壓噴淋子系統結構

噴淋子系統主要功能是將儲液槽內的多功能炮彈表面處理劑以最佳的壓力和速度噴淋到需處理的炮彈表面，實現最佳的清洗效果。通過管路壓力控制及噴嘴設計，實現噴淋參數分區控制。噴淋室采用厚1.5 mm經防腐處理的鍍鋅板制成。棚體頂部運行區用柔性尼龍毛刷密封，既可確保吊掛具順利通過，又能阻止大部分噴淋劑水氣外溢。棚體頂部設有通排風裝置，將工作時產生的霧氣及時排出車間。儲液槽用以貯存多功能炮彈表面處理劑溶液，槽內分主槽、副槽兩部分。整個槽底設計成具有一定斜度的坡底，在槽底最低處側面，開有法蘭排渣口和排污閥，用于清洗廢液的排放。自動噴淋子系統流程如圖3所示。

圖3　自動噴淋子系統流程圖

2.3自動輸送子系統

自動輸送子系統的主要功能是實現炮彈的自動輸送，設計時既要考慮滿足炮彈自動脫脂系統的需求，又要適用于炮彈自動噴漆、自動烘干等作業環節的輸送需求，可拓展性強。自動輸送子系統采用無極變速機械傳輸裝置，輸送速度連續可調，可滿足不同彈種工藝維修要求。經大量工程計算，工件自動輸送鏈采用進口專用方軌輸送鏈條，配專用68 mm×72 mm標準承重軌道，100 mm×100 mm×4 mm方鋼支架支撐，間隔2000 mm設一個支撐點。配用獨立無級變速電磁電動機及WX100型減速機，工件輸送速度范圍為0.5～2.0 m/min，可根據噴淋工藝自由調節。

工件自動輸送鏈采用活動張緊方式。張緊座的一端設計成可自由滑動的套管，另一端采用螺桿壓縮可調的強力彈簧，確保炮彈自動、安全輸送。在室溫下用可調螺桿張緊輸送鏈，在輸送鏈受熱后，依靠強力彈簧的張力拉緊輸送鏈，保證輸送鏈正常運轉，確保炮彈輸送安全。自動輸送子系統輸送裝置結構如圖4所示。

圖4　自動輸送子系統輸送裝置結構

2.4紅外烘干子系統

紅外烘干子系統主要功能是實現炮彈表面處理后的快速烘干，使其滿足下一步炮彈表面噴漆的工藝要求，提高維修效率。紅外烘干系統由箱體、定向熱風噴嘴、紅外加熱器、溫控系統等組成。紅外加熱器采用紅外能量供熱源，定向熱風噴嘴利用防爆鼓風機將熱風輸送到炮彈表面，在紅外和熱風共同作用下實現炮彈表面的快速烘干，溫控裝置實時監測炮彈表面溫度，始終把溫度控制在50 ℃以內，確保炮彈烘干作業安全。箱體起密閉作用，通過內部齒條和齒輪的配合，可實現炮彈在輸送鏈上向前運動的同時進行旋轉，提高烘干效率。

2.5自動控制子系統

為實現炮彈維修自動化作業，降低人力成本，確保作業安全，系統電氣控制采用PLC中央集成控制，整個系統有正常和維修兩種狀態，當系統處于維修狀態時，各個設備均能單獨控制；當系統處于正常狀態時，各設備按既定程序動作，并且有一定的聯鎖功能。各個設備均有良好的電氣保護，當設備出現故障時，均能實現安全可靠的保護，并自動停止下級運行和發出報警信息，故障排除并發出正常指令后才能重新啟動。設有一個標準控制柜，集成控制輸送速度、噴淋壓力和烘干溫度。

3系統性能測試與分析

3.1多功能炮彈表面處理劑性能測試

多功能炮彈表面處理劑性能測試主要依據GB/T12612-2005要求及實驗方法進行，分別對處理劑的除銹性能、脫脂性能、磷化膜質量、磷化膜耐蝕性及處理后基體表面漆膜附著力進行了測試，測試結果如表3所示。

表3　多功能炮彈表面處理劑性能測試結果

測試結果表明，多功能炮彈表面處理劑具有除銹效果好，脫脂率高，所形成磷化膜耐蝕性強，處理后彈丸表面漆膜附著力高等特點，各項指標均優于GB/T12612-2005的要求。該處理劑采用SDBS、OP-10、TX-10陰離子-非離子表面活性劑復配方法，可提高表面活性劑的潤濕、分散、乳化、增溶等效果，可以顯著降低彈藥保護脂等油污的表面張力，將保護脂大顆粒固態油污乳化成易溶于水的小顆粒，實現了保護脂的高效去除[2-3]。除銹功能上，該處理劑選擇與成膜劑一致的H3PO4作除銹劑，在除銹的同時生成具有保護性的磷化膜成分，實現除銹功能與磷化功能相互協同；利用磷酸除銹作用過程產生的氫氣沖擊炮彈表面油污，可促進脫脂作用；利用脫脂過程表面活性劑的潤濕、滲透作用，使磷酸滲透到銹漬與金屬的界面，促進炮彈表面銹蝕的去除，實現脫脂功能與除銹功能相互協同[4]。

3.2自動輸送子系統性能測試分析

通過理論核算和實彈維修實驗對其性能進行測試。抗拉強度核算[5]：①鋼與鋼之間滾動摩擦因素μk=0.05，生產線滿負荷吊重T=8000kg(78.4kN)；②滿負荷驅動力F=μkT=0.05×78.4kN=3.92kN；③鏈條許用拉伸載荷Q0=30kN，即F

3.3紅外烘干子系統性能測試

采用155 mm口徑彈丸模型(內部無炸藥) 進行烘干系統測試實驗，實驗彈丸數量60發，實驗結果如表4所示。

表4　紅外烘干系統性能測試結果

實驗結果表明，紅外烘干子系統采用紅外、熱風復合烘干技術，可實現彈丸表面快速烘干，溫控范圍為28.5～49.5 ℃，溫控精度為0.04 ℃，滿足炮彈烘干安全要求。

4結語

炮彈維修表面綜合處理系統將PLC控制技術、自動輸送技術、紅外烘干技術應用到彈藥維修領域，具有自動化程度高、拓展性強等特點，實現了炮彈表面處理的自動化作業；該系統適用于37～155 mm口徑后裝炮彈的維修，滿足炮彈大修、中修要求，適用彈種廣且可實現炮彈表面綜合化處理，提高炮彈表面耐蝕性，優化維修工藝，延長彈藥儲存壽命。

參考文獻：

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Liu Mingli. Automatic Production Line of the Speed of Synchronous Control Principle and Application[J]. Manufacturing Automation, 2012(10)：70-72.

(編輯蘇衛國)

Research on Surface Integrated Processing System for Shell Maintenance

Zhang Huaizhi1,2Zhao Daxing1Zhang Yingjiang1Xie Junlei2Cao Hong’an2Xie Quanmin2

1.Hubei University of Technology,Wuhan,430068 2.Wuhan Ordance Non-commissioned Officer Academy，Wuhan,430075

Abstract:In order to solve the artillery maintenance manual skim backward technology, low efficiency and poor quality problem, a shell surface integrated processing system was developed. In view of the main technical requirements of artillery maintenance, a kind of shell surface automation integrated processing system design scheme was put forward, the multi-function shell surface treatment agent, automatic spray equipment, automatic transmission device, infrared drying device, the design and performance of the automatic control system were introduced, and the action principles and action reliability of the processing system were analyzed . Experimental results show that the system is of high degree of automation, it is suitable for projectiles, safe and reliable, which can realize the “shell surface degreasing, derusting, phosphating, passivation” comprehensive processing.

Key words:shell; maintenance; automation;integrated processing

收稿日期：2014-05-26修回日期：2015-12-07

中圖分類號：TJ410;TP23

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.03.009

作者簡介：張懷智，男，1965年生。湖北工業大學機械工程學院碩士研究生，武漢軍械士官學校彈藥與倉儲系教授。主要研究方向為炮彈維修技術。趙大興，男，1962年生。湖北工業大學機械工程學院教授。張穎江，男，1959年生。湖北工業大學計算機學院教授。謝俊磊，男，1983年生。武漢軍械士官學校彈藥與倉儲系講師。曹宏安，男，1981年生。武漢軍械士官學校彈藥與倉儲系講師。謝全民，男，1981年生。武漢軍械士官學校彈藥與倉儲系講師。