一種遠程控制的半自動化防彈性能測試試驗裝置的設計與實現

宋慶慶 袁 紅

（中國兵器裝備集團兵器裝備研究所，北京 102202）

防彈衣和防彈頭盔是用于吸收和耗散彈頭能量，阻止穿透、減輕鈍傷并有效保護人體免受彈頭和破片傷害的重要防護裝備[1]。防彈衣是防護人體軀干部位的裝備，包括防彈衣外套、軀干防彈層部件和防彈衣附件[2-3]。防彈頭盔是保護人體頭部的裝備，由盔殼（含包邊）和懸掛緩沖系統（含帽箍、緩沖器、下頜帶以及連接件等）組成[4-5]。防彈衣和防彈頭盔的防彈性能依據彈道極限V50測試方法，按照不同防護等級規定的槍彈類型和槍彈速度進行試驗。在有效擊中情況下，防彈衣和防彈頭盔應具有阻斷彈頭的能力。

防彈性能測試試驗裝置是防彈性能測試中的主要裝置，用來放置和固定試樣、背襯材料、驗證板等結構框架。長期以來，防彈性能檢測機構使用的防彈性能測試試驗裝置結構比較簡單，主要由防彈頭盔/防彈衣固定裝置和支撐底座組成，通過人力并配合相應的手動測量器具，實現前后、左右、上下、俯仰和水平旋轉的調整。在早期測試批量小、測試精度要求不高的情況下，原有的試驗裝置應用效果較好。隨著全球安全與防護行業的繁榮與發展，社會公共安全日益成為世界各國關注的焦點。公共安全防護裝備采購逐步增加，防彈性能檢測工作批量逐年遞增，原有的試驗裝置存在的缺點逐漸暴露。例如，純手動調節不僅費時費力，嚴重影響測試效率，而且調節精度較低，導致測試結果精度不高。因此，設計一款自動化程度較高、調節控制精度高的防彈測試試驗裝置十分必要。

1 功能需求

《軍用防彈衣安全技術性能要求》（GJB 4300A—2012）和《警用防彈衣》（GA 141—2010）標準要求：將防彈衣試樣緊貼背襯材料，并用50 mm寬縛帶緊固在軀干模上，固定位置要留出射擊區域；斜射時，水平轉動防彈衣及背襯材料，調整軀干模位置，固定支撐應具有位移可調性[2-3]。

《軍用防彈頭盔安全技術性能要求》（GJB 5115A—2012）和《警用防彈頭盔及面罩》（GA 293—2012）標準要求：測試時，將防彈頭盔樣品固定在測試架上，測試過程中不得移動測試槍管位置，只可調整防彈頭盔的角度或位置，入射角保持0°。這就要求頭盔能夠穩定固定在測試架上，使防彈頭盔的中失面與冠平面的法線垂直于子彈飛行線，并確保其能承受彈頭撞擊產生的振動而不發生跌落。測試架應能承載受試頭盔的橫向或縱向移動，以及繞鉛垂軸或水平軸旋轉，以使彈著點可以位于受試樣品的任何位置并獲得各種入射角。測試架上可以分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置[4-5]。

依據國家軍用標準和警用標準要求，結合防彈衣和防彈頭盔防彈性能測試過程中的遠程自動化控制需求，防彈性能測試試驗裝置應具有遠程控制靶架上下、左右移動功能，以及前后、水平旋轉和垂直俯仰的功能。裝置具有一定的剛度，能承受彈頭撞擊時產生的振動[6]。此外，它可以分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置，具備安裝防彈衣和防彈頭盔進行防彈性能測試的要求。

2 結構組成

設計的防彈性能測試試驗裝置的系統組成框圖如圖1所示，主要由機械本體、頭盔/防彈衣裝夾裝置、驅動電機、配電控制柜、遙控裝置和手動調節裝置6部分組成。

圖1 測試試驗裝置系統組成框圖

機械本體主要為裝置提供足夠的剛性支撐，為被試件夾具提供支撐，為上下、左右和前后調整提供機械傳動。頭盔和防彈衣裝夾裝置主要用于頭盔和防彈衣的安裝和固定，以及水平旋轉和俯仰。驅動電機主要用于驅動絲杠傳動機構運動，調節上下和左右位置。配電控制柜主要為傳動系統和控制系統提供動力，并將遠程控制信號轉變為電機驅動信號。遙控裝置主要是將人工手動控制信號轉變為電信號傳送至配電控制柜。手動調節裝置主要是便于人員在特殊情況下手動調節。

3 各部分功能設計與實現

機械本體采用結構鋼，主要由機械框架、固定底座、上下滾珠絲杠、左右滾珠絲杠、滑軌、滑動輪、固定地腳和限位裝置等組成，如圖2和圖3所示。固定底座和機械框架組成支撐本體，用于傳動機構、夾具等部件的安裝，為系統提供足夠的剛性。上下絲杠、左右絲杠、滑軌和限位裝置組成傳動機構，帶動機械框架左右移動，實現頭盔和防彈衣裝夾裝置的上下移動。滑動輪和固定地腳主要用于前后移動和固定機械本體，待固定后再進行整個裝置的調平。

圖2 防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置

圖3 防彈衣防彈性能測試試驗裝置

頭盔和防彈衣裝夾裝置由頭盔固定裝置、防彈衣固定裝置和旋轉刻度刻度盤組成，如圖4、圖5、圖6所示。其中，頭盔固定裝置可分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置。旋轉刻度盤上有180°刻度，精度為1°。頭盔固定裝置和防彈衣固定裝置分別安裝在旋轉刻度盤上。操作人員可通過旋轉刻度盤指示固定裝置旋轉至規定角度，旋轉刻度盤可前后翻轉90°。

圖4 頭盔固定裝置

圖5 防彈衣固定裝置

圖6 旋轉刻度盤

驅動電機主要由兩個伺服電機組成，一個負責驅動上下傳動絲杠運動，另一個負責左右傳動絲杠運動[7]。

配電控制柜一方面為伺服電機和控制盒提供動力，另一方面將位置控制信號轉變為電機驅動信號。配電控制柜主要由變頻控制器、電源模塊、行程開關以及無線接收模塊等組成。根據系統控制要求，測試裝置控制系統框圖如圖7所示。

圖7 測試裝置控制系統框圖

遙控裝置主要由電源模塊、行程開關以及無線發射模塊等組成。

手動調節裝置主要由上下、左右、前后、水平旋轉及俯仰等調節裝置組成。其中，上下和左右采用搖柄與傳動絲杠鏈接，水平旋轉和俯仰調節由旋轉機構和鎖緊固定裝置組成，前后位置的調節和固定利用滑動輪和固定地腳組合實現，最后利用固定地腳對整個裝置進行調平。

防彈衣和防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置實物分別如圖8和圖9所示。

圖8 防彈衣防彈性能測試試驗裝置實物

圖9 防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置實物

4 結語

實踐表明，該遠程控制的半自動化防彈性能測試試驗裝置可通過遠程遙控或現場手動控制裝置進行升降和左右移動，提高了工作效率和精準性，減少了由人工調整試驗靶架帶來的耗時長、定位不精準等問題，節省操作時間，減少了人力投入，還能避免現場操作存在的人員安全隱患。裝置新增斷電狀態下可手動操作的模式，從槍擊防彈衣和防彈頭盔的彈著點的入射角方面改善了固定刻度盤的設置，確保彈頭的飛行線與被試品的法線夾角始終為0°，試驗條件完全符合試驗標準要求，具有無須測量即可直接精確旋轉至試驗要求角度的效果。此外，防彈衣和防彈頭盔可以實現獨立旋轉，且驗證板裝夾框的高度可靈活調節。