雙管霰彈槍單扳機雙電擊發(fā)機構設計與仿真

陳 勝，李回濱，劉 高

(1. 駐296廠軍代室,重慶400054；2. 沈陽理工大學 裝備工程學院,沈陽110159；3. 重慶建設工業(yè)(集團)有限責任公司,重慶400054)

雙管霰彈槍單扳機雙電擊發(fā)機構設計與仿真

陳 勝1，李回濱2，劉 高3

(1. 駐296廠軍代室,重慶400054；2. 沈陽理工大學 裝備工程學院,沈陽110159；3. 重慶建設工業(yè)(集團)有限責任公司,重慶400054)

針對采用電點火擊發(fā)的雙管霰彈槍，考慮到缺少與之相適配的電擊發(fā)機構，設計了一種可方便移植到各種雙管霰彈槍實現順序擊發(fā)的、模塊化的單扳機雙電擊發(fā)機構，建立基于回轉塊兩個時期的運動微分方程。應用ADAMS軟件對機構進行運動仿真，比較關鍵部件回復簧在不同剛度系數下對機構運動的影響。隨著剛度系數的增加，機構運動克服摩擦力的能力更加突出，機構的平順性得以提升，仿真結果表明該機構的設計可行，為雙管霰彈槍的擊發(fā)機構設計提供了一種新思路。

雙管霰彈槍；單扳機；回復簧；擊發(fā)機構

霰彈槍在近距離射擊時火力猛、命中概率高、殺傷力強、使用方便可靠，有著自動武器無法比擬的優(yōu)勢，其在山地、叢林、城鎮(zhèn)與街區(qū)巷戰(zhàn)、軍警反恐執(zhí)法、體育競技比賽、民用狩獵等領域都有著不可替代的作用。霰彈槍可分為單管與雙管，雙管霰彈槍按槍管配置方式又可分為立式雙管和平式雙管，目前普遍采用單扳機或雙扳機的機械擊發(fā)方式。和雙扳機相比，單扳機更符合長久以來人們的射擊習慣，操作起來也更加簡便[1-3]。當前，單扳機雙管霰彈槍完成扣壓扳機、擊發(fā)霰彈、扳機自動切換到下一待發(fā)位置這一系列動作，對于非自動雙管槍械來說比較耗費轉換時間。針對這一情況，基于一種彈底緣定位電點火具擊發(fā)霰彈，突出模塊化先進設計理念，設計一種單扳機雙電擊發(fā)機構，與傳統雙管霰彈槍擊發(fā)結構相比，該機構有如下優(yōu)點：(1)采用電擊發(fā)，精簡了大量的機械傳動部件，同時簡化了擊發(fā)動作；(2)采用模塊化設計，通用與互換性強，可以移植到不同的雙管武器平臺；(3)降低機構傳動過多帶來的剛體碰撞，縮短擊發(fā)響應時間，從而提高射擊精度。

1 單扳雙電擊發(fā)機構原理

1.1 擊發(fā)電路原理

由于雙管霰彈槍在實際使用中可能會有浸水、泥沙侵蝕等情況，從可靠性方面考慮，擊發(fā)機構不宜采用控制電路的形式，可采用機構開關與導線結合的形式來實現雙電擊發(fā)功能。圖1為簡化的單扳機雙電擊發(fā)機構外部電路圖。

圖1 單扳機雙電擊發(fā)機構外部簡化電路圖

從圖1可以看出，設計的單扳機雙電擊發(fā)機構的基本工作原理是：每發(fā)彈與供電電池形成一個通電回路，通過扣動扳機來依次地接通回路1與回路2?；芈?接通瞬間，正負極電壓通過導電觸頭接觸彈底緣上的正負極區(qū)域，擊發(fā)第一發(fā)霰彈；松開扳機，回路1斷開，開關擺向中間安全位置；再次扣動扳機時，回路2接通，第二發(fā)霰彈擊發(fā)，回路斷開，開關再次擺向中間安全位置，一個擊發(fā)循環(huán)完成。在重新裝彈后，扣動扳機將重復上一過程。

1.2 擊發(fā)開關原理

由圖1可以看出，扳機實質相當于一個雙向開關，為防止產生偶發(fā)火問題，在松開扳機后，兩個回路必須均處于斷開狀態(tài)。這種需求可通過扳機的前后平動轉換成轉動來實現兩個電路的順序導通，按這一思想設計的擊發(fā)機構與實物如圖2、圖3所示。

圖2 擊發(fā)機構簡圖

圖3 擊發(fā)機構實物圖

其具體工作流程是：當兩發(fā)彈裝填完畢后，在正極電路上形成斷路，斷路位置加裝擊發(fā)機構組件，斷路的兩端通過導線分別與正極導電片與正極導電柱相連。向后扣壓扳機時，扳機帶動扳機滑塊、扳機簧桿、扳機回轉塊和導電觸片一同向后運動，同時壓縮扳機回復簧，當導電觸片運動到一定位置時，與正極導電片接觸，當接觸到正極導電柱時，整個回路導通，擊發(fā)一枚霰彈。再次扣壓扳機時，導通另一條回路，擊發(fā)后一枚霰彈，完成一個裝彈擊發(fā)循環(huán)。

1.3 扳機轉換原理

要讓前后兩次對扳機相同的扣壓動作擊發(fā)不同的霰彈，就需要一套擊發(fā)位置轉換裝置，通過一對導電柱與一對導電觸片來實現這一功能，圖4所示導電柱與導電觸片空間位置關系。從圖4可以看出，一對導電柱在某一高度水平固定，一對導電觸片在扳機回轉塊端面上下布置。

由圖2和圖4可知，首發(fā)發(fā)射時，扣壓扳機，扳機回轉塊首先在扳機簧桿作用下沿直線滑槽運動一段距離，同時壓縮回復簧，當導電柱1與導電觸片2接觸，接通回路，擊發(fā)一枚霰彈；當回轉塊下端斜面越過限位凸起頂點，松開扳機時回轉塊在扳機回復簧力作用下，沿著扳機組套內的導向曲線滑槽旋轉180°，劃入另一端的直線槽，直至扳機復位。再次扣壓扳機變?yōu)閷щ娭?與導電觸片1接觸，擊發(fā)另一枚霰彈。

圖4 導電柱與導電觸片空間位置關系圖

2 單扳雙發(fā)機構建模

該機構雖是電擊發(fā)機構，但由于考慮可靠性等因素沒有采用復雜的電路控制，而是采用了便捷可靠的導線與開關控制。歸根結底，單扳機雙電擊發(fā)機構能夠可靠工作的關鍵就是作為開關的機械扳機能實現預定擊發(fā)動作。擊發(fā)動作按主動力的不同可以分為2個時期，其物理模型如圖5所示。

圖5 單扳雙發(fā)機構物理模型

圖5動力學微分方程模型分別表示為：

時期1(扣動扳機—滑塊回轉)

(1)

時期2(滑塊回轉—回轉結束)

(2)

式中：m為回轉塊質量；FB為扳機力；F為回復簧力；f為接觸面摩擦系數；Fy1、Fy2為主動力使得回轉塊在扳機組套周向轉動的分量；Fm1、Fm2為回轉塊在扳機組套軸向的摩擦力；α為回轉塊傾斜角；k為彈簧剛度系數；x為回轉塊的平動位移。在第一時期，主動力為扳機力FB，在扳機力的推動下，壓縮回復簧，滑塊向后平移，且隨著x的增大，需要的扳機力相應增大。當滑塊跨過回轉點后進入第二個時期，這個時期的主動力變?yōu)閺椈苫貜土，扳機力消失。從兩個時期的微分方程可以看出，對機構運動影響較大的幾個參數分別為α、f和k。根據理論計算與加工樣件試驗分析可確定α=45°是最優(yōu)的角度，而經過打磨拋光的接觸面表面粗糙度可以達到0.8，所以，對整個機構運動影響需要著重分析的只有k。

3 單扳雙發(fā)機構仿真

ADAMS是目前在驗證機構動作方面應用的非常廣泛的多剛體動力學仿真軟件，通過對單扳機雙電擊發(fā)機構進行運動學與動力學仿真，來認識和掌握該機構的運動學與動力學特性。結合整個電擊發(fā)機構的外形尺寸，選取材料為碳素彈簧鋼(GB4357)，簧絲直徑為1mm，不同剛度系數的彈簧作為仿真研究對象。根據試驗測試，得到滿足機構動作可行的彈簧剛度系數取值范圍在2～8之間，本次仿真分別取彈簧剛度系數為3、5、7，對扳機機構運動展開研究。

3.1 仿真約束及驅動

為保證機構能夠在仿真過程中真實的反映運動特性及實驗結果，首先根據仿真需要簡化機構，然后對精簡后機構施加約束，以達到與實際情況相同的效果。考慮到整個機構的裝配關系和機構各個部件之間的配合，對扳機組套與地面、扳機滑塊與扳機、扳機組套與扳機組套后擋板、扳機簧桿與扳機回轉塊施加固定約束；再結合實際情況和擊發(fā)機構工作狀態(tài)，設定重力方向，對扳機滑塊與扳機組套施加移動副約束，在扳機回轉塊、扳機簧桿與扳機滑塊，扳機回轉塊、扳機滑塊與扳機組套之間施加接觸。為模擬擊發(fā)機構工作狀態(tài)，對扳機施加單向力，設置單個工作循環(huán)的驅動函數Step(time,0,0,1.18,AKISPL(time,0,SPLINE_1))，其中SPLINE_1為力的變化曲線，表示在0到0.8s扳機在力的作用下，推動扳機滑塊擠壓扳機回轉塊沿著內壁限位直槽滑行，當越過限位凸起頂點時，力大小變?yōu)?，施加約束與驅動如圖6所示。

圖6 施加約束與驅動圖

3.2 仿真結果分析

圖7與圖8表示的是在不同彈簧剛度系數作用下，單扳機雙電擊發(fā)機構的受力與運動情況。從機構本身結構出發(fā)，若彈簧剛度系數過小，可能會在扳機回轉塊底端越過內壁限位凸起時出現回復力不足，進而導致回轉塊不能完成180°回轉；相反，若彈簧剛度系數過大，則會出現彈簧端面與回轉塊接觸面正壓力過大，進而導致摩擦阻力增大，回轉塊不能回轉。在保證單扳機雙電擊發(fā)機構能夠正?；剞D時，隨著彈簧剛度系數的增大，機構回轉塊的受力也隨之呈現出非線性增大的趨勢，在扳機回轉塊底端越過內壁限位凸起時受力情況突然改善，同時受力曲線在時間軸上有振蕩，且隨著彈簧剛度系數的增大振蕩加??；之所以會出現這種情況是因為回轉塊與內壁限位凸起配合面存在間隙，在扳機推力與彈簧推力的雙重作用下，扳機回轉塊會在限位凸起滑槽中有小幅橫向擺動。

從圖8中可以看出，隨著彈簧剛度系數的增大，回轉塊獲取的回轉速度逐漸增大，這對于機構克服滑槽上的摩擦阻力順利完成動作是有利的，但同時回轉速度也隨之增大，回轉180°所需的時間則變得更少，若這個時間段內扳機滑塊還未能滑進限位導槽，扳機回轉塊與扳機滑塊就會發(fā)生碰撞，使得回轉后的速度大幅變化。

圖7 不同剛度系數擊發(fā)機構受力

圖8 不同剛度系數擊發(fā)機構速度

圖9與圖10從機構傳動件位移變化的角度來分析機構動作的正確性。

圖9 不同彈簧剛度系數回轉塊位移

圖10 擊發(fā)機構傳動件質心軸向位移

圖9反映了采用不同彈簧剛度系數時回轉塊的位移變化情況。可以看出三組不同彈簧剛度系數都能使回轉塊正?；剞D，但隨著剛度系數的增加，在完成回轉動作時與扳機滑塊撞擊和反跳的情況也越加嚴重，這是因為剛度系數的增加使得回轉塊獲得的回轉動能相應增加，體現出回轉速度加快，轉動慣量加大，這對機構本身的平穩(wěn)運動是不利的。圖10反映的是在確定的剛度系數條件下，機構的扳機滑塊、扳機簧桿和扳機回轉塊三個運動件的質心軸向位移變化?？梢钥闯鲈诳蹓喊鈾C動作下，扳機滑塊、扳機簧桿和扳機回轉塊在回復簧的擠壓下共同向后運動，且隨著彈簧壓縮量的增加，運動逐漸放緩。當回轉塊下端越過限位凸起時，扳機滑塊沿著原路徑返回待擊發(fā)位置。由于機構間存在摩擦與碰撞，扳機簧桿與回轉塊在完成回轉的過程中會有位移上的小幅反復，最終共同滑進導軌，完成整個機構動作。

4 結束語

擊發(fā)機構在任何武器上都是必不可少的，對擊發(fā)機構的研究也要朝著模塊化、輕量化、智能化的方向發(fā)展。本文以雙管霰彈槍為例，設計一種采用單個扳機完成雙管電擊發(fā)動作的擊發(fā)機構，該機構結構簡單，動作清晰。通過仿真分析得到以下結論：該機構在原理和動作功能實現上是可行的，其主要影響因素為回復簧的參數；從仿真結果來看，如何減小和克服運動件運動過程中的撞擊是需要著力解決的重點；此外，也可以進一步對滑塊與限位凸起間隙等參數進行優(yōu)化分析，從而使機構整體性能達到最優(yōu)。

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[2] 劉振偉.國外霰彈槍的現狀與發(fā)展趨勢[J].現代兵器，1987(4)：8-13.

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(責任編輯：王子君)

DesignandSimulationofSingleTriggerElectricDoubleFiringMechanismforDouble-barreledShotgun

CHEN Sheng1,LI Huibin2,LIU Gao3

(1. Department of Military Representatives in 296 Factory,Chongqing 400054,China;2. Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China;3. Chongqing Construction Industry (Group) Limited Liability Company,Chongqing 400054,China)

To solve the problem that double-barreled shotguns are short of supporting firing mechanism,a sequential firing modular and single trigger electric double firing mechanism is designed,which can be easily transplanted to all kinds of double-barreled shotguns.Differential equation of motion based on two periods of rotary block is established.Using the ADAMS software,the single trigger electric double firing mechanism movement is simulated the key parameters of the recovery spring stiffness coefficient change on the influence of mechanism motion are compared.With the increases of stiffness coefficient,mechanism motion is smooth,but after turning the collision also increases,finally the simulation results show that the mechanism of the design is feasible,for a double-barreled shotgun firing mechanism design provides a new way of thinking.

double-barreled shotgun;single trigger;recovery spring;firing mechanism

TJ203.4

A

2017-06-09

陳勝(1979—)，男，工程師，研究方向：槍械驗收。

1003-1251(2017)05-0103-05