某型藥筒底火穿孔故障分析

陳永剛,程廣偉,張國平

(西北機電工程研究所,陜西咸陽 712099)

某型藥筒底火穿孔故障分析

陳永剛,程廣偉,張國平

(西北機電工程研究所,陜西咸陽 712099)

在某自行高炮試驗過程中,藥筒在強度射擊試驗時出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象。針對該現(xiàn)象,對該型藥筒底火在射擊過程中的受力進行了分析,給出了火帽所受剪應力公式及影響火帽剪應力的關(guān)鍵因素;在對比了類似自動機的閉鎖機構(gòu)和擊針直徑后,經(jīng)過火帽剪應力計算,找到了底火穿孔的原因。在不改變現(xiàn)有底火火帽厚度的前提下,對閂體、擊針等進行了改進設計,經(jīng)試驗驗證使底火穿孔問題得以解決。該文解決底火穿孔的思路、方法對解決類似問題有啟迪作用,對自動機擊發(fā)機構(gòu)具有一定借鑒作用。

機械設計;藥筒;底火穿孔;擊針;擊針孔;火帽

某型自動機進行了全裝藥常溫彈、低溫彈和高溫彈等多種試驗科目的檢驗,累計射彈數(shù)千發(fā),都未發(fā)現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,而該自動機在進行強裝藥彈射擊試驗時,發(fā)現(xiàn)拋出的藥筒均出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,如圖1所示。伴隨該現(xiàn)象的出現(xiàn),緊接著出現(xiàn)了擊針頭部燒蝕、擊針長度減短現(xiàn)象,直接影響研制進程,必須及時分析解決。

1 原因分析

1.1 受力分析

依據(jù)閉鎖機構(gòu)工作原理,炮閂閉鎖后,擊針撞擊火帽[1-2],使火帽發(fā)生塑性變形,擠壓點火藥發(fā)火,同時火帽厚度會變薄,火炮擊發(fā)過程中,閂體鏡面始終是抵著藥筒底緣后端面,擊針擊發(fā)底火后也一直抵在底火銅質(zhì)火帽上,如圖2所示,膛內(nèi)火藥氣體通過傳火孔作用于底火內(nèi)側(cè),火帽承受擠壓應力,而在閂座帶動擊針后坐到開鎖前自由行程時如圖3所示,火帽先向閂體擊針孔內(nèi)凸出,發(fā)生拉伸變形,厚度變薄,擊針回收后火帽在火藥氣體作用下承受剪切應力。實際上閂體擊針孔邊緣尖銳程度對火帽剪切應力有一定影響,為簡化分析,不考慮其影響。

如圖4所示,pq為閂座帶動擊針后坐時火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力,t為火帽厚度(不考慮擊發(fā)時火帽塑性變形所引起的火帽厚度變化),D為閂體擊針孔直徑,則火帽所受剪應力為:

從上式可以看出火帽所受剪應力大小與閂體擊針孔直徑D、閂座帶動擊針后坐時火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq成正比,與火帽厚度t成反比。

1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對比分析

由于某自動機工作原理與35KDC型自動機原理相同,且兩型自動機的閂體閉鎖機構(gòu)相似,彈藥型號一致,底火為制式底火,未發(fā)現(xiàn)35KDC型自動機在使用過程中出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,因此,首先將某自動機與35KDC型自動機對比分析,發(fā)現(xiàn)主要區(qū)別是閂體擊針孔直徑[3]不同,某型自動機為 Φ 3.85 mm,而35KDC型自動機為 Φ 2.87 mm 。

1.3 剪切應力分析計算

為進一步確認故障造成的原因,考慮到35KDC自動機的成熟性,對某自動機和35KDC自動機的擊針孔面積、開閂時被擊發(fā)火帽承受壓力、擊針孔周長、火帽剪切應力等進行了對比計算,計算結(jié)果見表1。

該自動機與35KDC自動機閉鎖機構(gòu)、內(nèi)彈道和開鎖時機基本一致,因此假定某型自動機閂座帶動擊針后坐時火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq1與35KDC自動機閂座帶動擊針后坐時火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq2相同,則某型自動機與35KDC自動機開鎖時火帽剪切應力之比為:

表1 該自動機與35KDC型自動機擊針相關(guān)參數(shù)對比Tab.1 Comparison of firing pin relative parameters in the automatic cannon and type 35KDCautomatic cannon

從上表對比計算表明:該自動機在同樣條件下底火剪切應力比35KDC自動機增加33%,因此,上述兩型自動機擊針結(jié)構(gòu)尺寸的不同,是造成藥筒底火穿孔的原因,藥筒底火穿孔后高溫、高壓火藥燃氣沖刷、燒蝕擊針,導致?lián)翎橀L度減短。

經(jīng)過對某自動機強裝藥彈內(nèi)彈道分析計算,在彈丸運動3.65 ms后閂座帶動擊針后坐,對應該時刻膛底壓力pt=95.85 MPa,假定火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力等于膛底壓力,即pq1=pt=95.85 MPa,已知火帽厚度 t=0.8 mm,材質(zhì)為 H62黃銅[4],σb=294 MPa取[5-6][τ]=σb=98 MPa,則由式(3)得:

τ＞[τ],某自動機閂座帶動擊針后坐時火帽的剪切應力超過材料許用應力,火帽有可能被火藥氣體壓力擊穿。

由式(4)得:

τ＜[τ],35KDC自動機閂座帶動擊針后坐時火帽的剪切應力小于材料許用應力,火帽不被火藥氣體擊穿。

2 采取的措施和試驗驗證

2.1 制定的措施

根據(jù)上述故障原因分析,制定了減小擊針孔直徑措施并進行了射擊試驗驗證。具體情況如下:

參照 35KDC自動機,將閂體擊針孔直徑由Φ 3.85 mm改為 Φ 2.87 mm,同時擊針頭直徑也相應由 Φ 3.4 mm改為 Φ 2.6 mm,同時閂體擊針孔邊緣倒R0.2 mm圓角。

2.2 試驗驗證結(jié)果

經(jīng)射擊12個單發(fā),2組5連發(fā),共計22發(fā)強裝藥彈未出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,初步驗證結(jié)果表明底火穿孔問題的原因定位準確,措施有效。后經(jīng)強裝藥炮彈800余發(fā)強度試驗和壽命試驗考核,再未出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,底火穿孔問題得到徹底解決。

3 結(jié) 論

某型自動機在強裝藥彈強度射擊試驗時出現(xiàn)了藥筒底火擊穿現(xiàn)象,引起擊針頭部燒蝕,擊針壽命降低。通過與某(同類)型號自動機擊針結(jié)構(gòu)的類比分析、底火受力和剪切應力計算,采取了減小擊針孔直徑等項措施,經(jīng)試驗驗證表明,再未出現(xiàn)底火擊穿現(xiàn)象,改進措施有效。該文解決底火穿孔問題的思路和方法對解決類似問題有啟迪作用,對自動機擊發(fā)機構(gòu)設計具有一定借鑒作用。

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Analysis on Perforated Primer Failure in A Type of Cartridge

CHEN Yong-gang,CHENG Guang-wei,ZHANG Guo-ping

(Northwest Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Xianyang 712099,Shaanxi,China)

In the experiment process of a type of SPAAG,the cartridge primer was perforated during the course of intensive ammunition firing.Aimed at this phenomenon,the force diagram of cartridge primer in the firing process was analyzed,the formula of shear stress of fire cap suffered from the firing was given,and the key factors influencing on the shear stress were also analyzed.In contrast with a similar locking mechanism and firing pin,the different shear stresses of fire cap were calculated,and the cause of the primer perforation was found with the aid of the calculation results.Under the premise of without changing the thickness of the existing primer cap,the firing pin and the breechblock body were modified and designed.By use of test and verification study,the problem of primer perforation was solved.The solution of perforated primer can provide revealing effect for solving similar problems and give some references for the firing mechanism design of automatic cannon.

mechanical design;cartridge;primer perforation;firing pin;firing pin hole;primer cap

TJ35

A

1673-6524(2010)04-0103-03

2010-03-08;

2010-05-07

陳永剛(1976-),男,高級工程師,主要從事自動機總體技術(shù)研究。E-mail:chenyonggang1976@126.com