槍械不抽殼故障原因與結構設計關系分析及試驗驗證

周緒利，莫春華

(1.駐四九七廠軍代室，重慶 400071;2.駐二一六廠軍代室，四川 彭州 611930)

武器系統(tǒng)在研制或仿制過程中，由于某些結構參數不合理，或在生產過程中某些結構參數發(fā)生變化，會導致不抽殼故障發(fā)生。不抽殼故障一般有2 種情況:一種是抽殼瞬間彈底緣被嚴重拉變形或拉掉，使彈殼不能從彈膛內抽出;另一種是抽殼瞬間拉殼鉤未能及時抱住彈底緣或從彈底緣上滑脫，使彈殼不能從彈膛抽出。

不抽殼故障與武器系統(tǒng)的結構參數、動態(tài)匹配關系以及環(huán)境條件變化等因素有關，特別是高溫及揚塵試驗時此類故障更易出現。槍械設計原理從理論出發(fā)，對影響抽殼阻力的因素及抽殼結構等進行了分析。本文則研究了在武器系統(tǒng)彈藥結構參數已確定的前提下，在研制及生產過程中，不抽殼故障產生的原因及解決措施。

1 不抽殼故障與彈藥結構參數的關系

1.1 彈殼材料和機械性能

原彈殼材料為黃銅H70。為減小黃銅的消耗，降低成本，彈殼材料由鋼代銅進行了1 場工藝革命。2 種彈殼材料的機械性能及彈性變形量差別較大，有關的對比數據見表1。表1 中，Δdi為彈殼不同橫斷面的直徑。

表1 中數據說明同口徑的槍彈黃銅彈殼比軟鋼彈殼:①彈性變形量(恢復量)大57.9%左右，貼膛阻力小，對抽殼有利;②延伸率δ 大120%左右，塑性變形好，不易斷殼;③另據武器彈藥手冊介紹，56 式14.5 機槍系統(tǒng)靜態(tài)抽殼阻力測試結果為，黃銅彈殼的抽殼阻力為零，鋼彈殼的抽殼阻力為150 ～500 kg;④另據54 式12.7 機槍系統(tǒng)靜態(tài)抽殼阻力估算結果，黃銅的抽殼阻力為零，鋼彈殼的抽殼阻力為300 kg 左右，與實踐中從彈膛內捅出不抽殼留膛彈殼阻力大小基本相符。

1.2 彈藥的最大膛壓變化

據彈藥有關資料介紹，一般情況，常溫最大膛壓比平均最大膛壓要高5% ～9%左右，而高溫(50℃)最大膛壓比常溫升高10%左右(即變化梯度近似為1 MPa/℃)。

在槍管結構不變的條件下，膛壓越高，彈膛的徑向彈性變形量(恢復量)越大，對彈殼表面的緊箍力越大，貼膛阻力也越大，對不抽殼及斷殼均有影響。實踐證明高溫時易產生不抽殼及斷殼故障。

1.3 彈殼表面涂鍍層材料及工藝

對于同口徑(12.7 mm)的武器系統(tǒng)，在相同的條件下對比試驗結果發(fā)現:覆銅鋼彈殼抽殼阻力比涂漆鋼彈殼的阻力大;不同廠家生產的涂漆鋼彈殼，由于漆的材料及制造工藝的不同，抽殼阻力的大小也不相同。

表1 2種彈殼材料的機械性能及彈性變形量對比

2 不抽殼故障與槍械結構設計的關系

2.1 槍管彈膛部位結構參數設計方面

2.1.1 徑向剛度大小

實踐證明，槍管的徑向剛度大小對不抽殼及斷殼均有明顯影響。徑向剛度大時，彈性變形(恢復)量小，抽殼時對彈殼表面的箍緊力小，貼膛阻力小，對抽殼有利;而在最大膛壓時，對彈殼表面的箍緊力大，貼膛阻力也大，彈殼材料的變形流動困難，鋼殼彈因局部變形過大，易產生斷殼故障;而徑向剛度小時，情況正好相反。

考慮到不抽殼及斷殼兩方面的問題，槍管在最大膛壓作用時徑向彈性變形量略小于彈殼的彈性變形量時，槍管的結構剛度比較合理。

2.1.2 槍管彈膛粗糙度

彈膛表面的粗糙度大小，與彈殼表面摩擦系數的大小及貼膛阻力有關。實踐證明，其對不抽殼及斷殼均有明顯影響。彈膛表面的粗糙度一般不應低于(拋光)。

2.1.3 初始間隙ΔDi 大小

為保證武器系統(tǒng)在任何環(huán)境條件下，槍彈均能順利進膛閉鎖擊發(fā)，彈膛與彈殼之間應有初始間隙ΔDi。初始間隙ΔDi的大小，對不同材料彈殼的不抽殼及斷殼有不同的影響。

初始間隙ΔDi過大時，彈殼塑變強化系數大，彈變恢復大，貼膛阻力小，對抽殼有利;但是，對于鋼殼彈，塑性變形大，彈殼又易發(fā)生斷裂。

初始間隙ΔDi過小時，彈殼塑變強化系數小，彈變恢復小，貼膛阻力大，對抽殼不利;特別是對于鋼殼彈，易發(fā)生彈底緣拉掉不抽殼故障。

例如，在解決12.7 mm 機槍的斷殼問題試驗中發(fā)現，只改變彈膛一錐末點的徑向尺寸，而其他尺寸均不變時，驗證試驗結果是:①對于銅殼彈，一錐末點初始間隙ΔDi為2.3～10 倍的Δdi時，抽殼均正常，且不斷殼。②對于鋼殼彈，一錐末點初始間隙ΔDi≤6.5 倍Δdi時，常溫出現彈底緣拉掉不抽殼故障;當ΔDi≥9.5 倍Δdi時，常溫抽殼正常，但高溫時易出現斷殼故障;只有當ΔDi為7.3 ～9 倍Δdi時，抽殼正常，且不易產生斷殼故障。③實踐證明:初始間隙及不同彈殼材料對不抽殼及斷殼均有影響，而鋼彈殼的初始間隙變化范圍比銅殼彈要小很多。

2.2 開閉鎖機構結構設計方面

2.2.1 閉鎖機構的縱向剛度大小

閉鎖機構縱向剛度過小時，最大膛壓產生的彈性變形大，抽殼時后效期壓力已降低，彈性變形的恢復量也大，使彈殼的縱向緊縮量增大，對抽殼不利。

一般情況下，考慮彈性變形及熱變形對抽殼阻力及機構動作可靠性的影響，閉鎖支撐面應盡可能靠近槍管尾端面，保證閉鎖機構的縱向剛度足夠大。

2.2.2 開鎖抽殼時機的合理性確定

對于連發(fā)自動武器系統(tǒng)，均是利用后效期壓力來完成開鎖抽殼及自動循環(huán)動作的。當開鎖抽殼時機過早時，后效期壓力高，貼膛阻力大，對抽殼不利;當開鎖抽殼時機過晚時，無后效期壓力沖量作用，鋼殼彈的抽殼阻力大。

實踐證明，合理確定開鎖抽殼時機及開鎖后自由行程，充分利用開鎖結束至自由行程完這段時期內后效期壓力沖量對彈殼底部的作用，迫使彈殼與機頭共同產生一定量的后退位移(預抽殼)，以減小貼膛阻力，這對抽殼非常有利。

2.2.3 閉鎖機構在開鎖過程中應有預抽殼機構

自動武器設計中，有的武器閉鎖支承面有預抽殼機構。如56 式7.62 mm 沖鋒槍，機頭閉鎖支承面的螺距為3 mm，回轉38°開鎖結束時，彈殼與機頭在膛底壓力沖量作用下可后退0.317 mm 預抽殼。又如59 式12.7 mm 航空機槍，機頭的上下閉鎖支承面有5°的傾角，當開鎖結束時，彈殼在膛底壓力沖量作用下可后退1.3 mm 左右預抽殼，故1 000發(fā)/分射頻時無不抽殼故障。

2.2.4 對于回轉閉鎖武器的槍機設計

對于回轉閉鎖的武器，閉鎖機構在開鎖過程中，因摩擦扭矩產生的扭轉變形直接影響開鎖結束時槍機的回轉角，故為消除槍機回轉角變化的影響，保證開鎖結束至抽殼瞬間不產生機械干涉及機構動作的穩(wěn)定一致性，應合理確定槍機閉鎖支承面上的倒角及開鎖后的自由行程。

實踐證明，在此段時期內若能充分利用后效期壓力沖量對彈殼底部的作用，迫使彈殼與槍機產生一定量的后退位移(預抽殼)，對解決彈底緣拉掉不抽殼故障有明顯的效果。

2.3 抽殼機構設計方面

抽殼機構的拉殼鉤，一般有偏移式(直移式)及回轉式兩大類。

2.3.1 拉殼鉤的動作應靈活可靠

為保證武器系統(tǒng)在任何環(huán)境條件下射擊時，自動機復進到位，拉殼鉤能順利張開、及時復位并將彈底緣可靠抱住，以及抽殼時動作可靠，拋殼時動作順利，應考慮以下幾方面的內容:①拉殼鉤前端鉤面處，一般設計45°左右的倒角;②拉殼鉤應確定合理的裝配間隙，動作靈活可靠，不許有卡滯;③合理確定拉殼鉤鉤面到槍機彈底窩平面的鉤距大小，一般為1.1 ～1.25 倍的彈底緣厚度;④合理確定拉殼鉤簧的剛度、P1力的大小與裝配位置。

2.3.2 拉殼鉤在抽殼受力瞬間機構動作應自鎖

1)拉殼鉤在抽殼受力瞬間應處于自鎖狀態(tài)，不許向外張開。一是拉殼鉤鉤面應垂直于槍膛軸線，不許有傾角;二是抽殼時拉殼鉤可強制限位(如W85 式抽殼機構);三是對于回轉式拉殼鉤，應合理確定拉殼鉤回轉軸心到槍機彈底窩中心的距離，一般為0.35 ～0.5 倍的彈底鉤槽直徑。

實踐證明，單靠加大拉殼鉤簧力是解決不了拉滑不抽殼問題的，而只有抽殼受力瞬間拉殼鉤完全處于自鎖狀態(tài)，才是解決拉滑不抽殼問題的關鍵。

2)對于回轉閉鎖武器及回轉式拉殼鉤，除考慮上述因素外，還應注意以下幾個問題:①合理確定拉殼鉤的質量、質心位置與回轉軸心位置;②合理確定拉殼鉤簧的安裝位置、剛度與P1的大小;③合理確定開閉鎖螺旋面的升角，控制開鎖過程中槍機的回轉加速度，盡量減小開鎖過程中拉殼鉤產生的回轉慣性離心力的影響。實踐證明，上述3 條是解決回轉閉鎖機構及回轉式拉殼鉤產生拉滑不抽殼故障的關鍵。

2.4 合理確定導氣系統(tǒng)的結構參數

對于導氣式自動武器，合理確定導氣系統(tǒng)結構參數及初始容積大小，將自動機在開鎖抽殼瞬間速度降低，以最大后退速度移到抽殼結束以后，實踐證明對解決不抽殼有效果。如W85 式機槍實測自動機后退最大速度值約在后退行程的1/3 處，對抽殼有利。

3 不抽殼故障試驗驗證

綜合上述分析可知，不抽殼問題與武器系統(tǒng)的結構參數設計及動態(tài)變化的匹配系統(tǒng)均有關，且影響不抽殼的原因有很多，目前在彈藥結構參數已確定的前提下，為了找出其主要原因，必須經過試驗來驗證原因分析是否正確，以進一步修改結構參數，達到解決不抽殼問題的目的。為此，提出以下幾種驗證方法(均以鋼彈殼為例)。

3.1 驗證方法1

3.1.1 驗證方法及目的

常溫下不裝拉殼鉤，槍彈及彈膛不許有油污，進行單發(fā)(掛機)射擊。

目的是檢查初始間隙大小及開鎖結束時機與后效期壓力沖量之間的動態(tài)匹配關系是否合理。

3.1.2 試驗結果分析

1)試驗結果1。若80%以上的彈殼可從彈膛內自動退出，而個別留膛彈殼從彈膛內捅出的力很小，說明原因分析、結構參數確定及動態(tài)匹配關系基本正確，貼膛阻力小，不易產生彈底拉掉的不抽殼故障。

2)試驗結果2。若80%以上的彈殼不能從彈膛內自動退出，且從彈膛內捅出留膛彈殼的力又很大，說明初始間隙及開鎖結束時機確定不合理，貼膛阻力太大，易產生彈底緣拉掉的不抽殼故障。為此必須進一步修改初始間隙及開鎖時機，以達到試驗結果1 的效果。

3.2 驗證方法2

3.2.1 驗證方法及目的

驗證應在驗證方法1 合格的前提下進行。常溫下槍機裝上拉殼鉤，槍彈、彈膛及容彈具應擦拭干凈，不許有油污。試驗用1#、2#及3#孔分別進行點射或連射。

目的是檢查開閉鎖機構及抽殼機構的動作可靠性，以及與后效期壓力沖量之間動態(tài)匹配關系是否合理。

3.2.2 試驗結果分析

1)試驗結果1 分析。若100%的彈殼均能從彈膛抽出，檢查彈底緣上均無明顯的抽殼印痕，說明原因分析及抽殼機構的動作基本正確，開閉鎖動作穩(wěn)定一致性與壓力沖量的動態(tài)匹配關系合理。

2)試驗結果2 分析。試驗若出現個別彈底緣嚴重拉變形或發(fā)生拉掉不抽殼故障時，檢查彈殼底緣，75%抽殼正常無抽殼印痕，而25%左右有明顯的抽殼印痕或嚴重拉變形。由此說明，抽殼機構動作可靠，而開鎖抽殼機構動作一致性差，與后效期壓力沖量的動態(tài)匹配關系不合理，有待進一步修改結構參數，以達到試驗結果1 的效果。例如，回轉閉鎖的武器，合理確定槍機閉鎖支承面上的倒角后，對解決彈底緣抽掉不抽殼故障有明顯效果。

3)試驗結果3 分析。試驗若出現個別彈殼拉滑不抽殼故障，且隨著射頻的升高不抽殼故障明顯增加，由此證明拉殼機構的動作不可靠:一是拉殼鉤復位不及時及抱彈不可靠(彈簧力過小);二是拉殼鉤在拉殼受力瞬間不自鎖(自動張開);三是對于回轉閉鎖的武器及回轉式拉殼鉤，由于拉殼鉤的質量分布、質心到回轉軸心位置、拉殼鉤簧力太小以及開閉鎖螺旋升角確定不合理，開鎖過程中拉殼鉤產生的回轉慣性離心力過大，導致拉殼鉤自動張開。

為此有待對與上述有關的結構參數進行修改，以達到解決拉滑不抽殼故障的目的。

3.3 驗證方法3

3.3.1 驗證方法及目的

驗證應在驗證方法2 合格的前提下進行。常溫下槍機裝上拉殼鉤。槍彈、彈膛及容彈具應擦拭干凈，不許有油污。

模擬高溫試驗:槍彈保溫(50 ±2)℃，4 h。使用1#或2#氣孔，點射或連射。

模擬揚塵試驗:槍彈放在細砂或塵土上滾動，使其表面粘上砂塵，將其放入彈膛內，使用1#、2#及3#分別進行射擊。

目的是檢查模擬高溫及揚塵環(huán)境條件下，抽殼機構動作及抽殼是否正常。

3.3.2 試驗結果分析

1)試驗結果1 分析。試驗未出現彈底緣拉掉不抽殼故障，檢查彈底緣抽殼正常，只有輕微的抽殼印痕，而無嚴重拉變形，說明結構參數確定及動態(tài)匹配關系合理。

2)試驗結果2 分析。試驗若出現彈底緣嚴重拉變形及拉掉不抽殼故障，說明有關結構參數及動態(tài)匹配關系不合理，有待進一步修改結構參數，確定合理的動態(tài)匹配關系，達到解決不抽殼的目的。

4 結束語

對于鋼殼彈，彈底緣拉掉不抽殼故障與斷殼是1 對孿生兄弟，二者的原因關系非常密切且相互制約，2 種故障均易在高溫試驗時發(fā)生?？紤]到2 種故障應同時解決，而在改變結構參數使彈底緣被拉斷的不抽殼故障確實無法解決的條件下，可采用彈膛內加工縱槽成熟的工藝，減小抽殼時貼膛阻力，解決彈底緣被拉掉的不抽殼故障。

［1］《步兵自動武器及彈藥設計手冊》編寫組.步兵自動武器及彈藥設計手冊( 中冊) 自動武器結構設計［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1977.

［2］劉學昌.美國輕武器［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1989.

［3］戴成勛，靳天佑，朵英賢.自動武器射擊新編［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1990.

［4］徐邦勇，吳江濤，楊傳富，等.某型機槍不抽殼故障主要原因分析及解決措施［J］.四川兵工學報，2010(7):21-22.