某型火炮炮眼密封改進(jìn)設(shè)計(jì)研究

◎穆巖1王亮2褚福國2

隨著我國周邊海域國際關(guān)系的復(fù)雜化以及海軍實(shí)戰(zhàn)化水平的不斷提高，裝備使用頻率和強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，某型火炮在使用過程中陸續(xù)暴露出了許多問題，尤其是大風(fēng)雨或大風(fēng)浪天氣航行中，雨水或海水通過炮眼密封進(jìn)入炮塔內(nèi)，導(dǎo)致炮塔內(nèi)的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生銹蝕甚至卡滯，電氣件失效，影響裝備正常使用，同時(shí)也給設(shè)備維修帶來極大困難。

針對這一問題，提出了充氣式炮眼密封改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，確定了合理的橡膠壁厚參數(shù)及船上氣源壓力參數(shù)，完成了船上實(shí)施改進(jìn)氣壓原理方案設(shè)計(jì)。

一、結(jié)構(gòu)簡介及工作原理

某型火炮炮眼密封組件均為橡膠材質(zhì)密封件，炮塔為一個(gè)封閉殼體，開有炮眼以使俯仰部分伸出炮塔，俯仰部分為沿骨架耳軸中心線回轉(zhuǎn)的運(yùn)動部件，而炮塔是固定部件，依靠炮眼密封形成運(yùn)動與固定的結(jié)合部起到密封防水防塵的作用；當(dāng)在對海或?qū)丈鋼魰r(shí)，俯仰部分需要在俯角至仰角之間90°范圍內(nèi)連續(xù)上下回轉(zhuǎn)，這使其與固定的骨架之間形成可靠的封閉非常困難。

二、火炮炮眼密封方案設(shè)計(jì)

目前炮眼密封剖面結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，在矩形橡膠本體上突出兩管狀隆起密封腔，起到與炮架柔性接觸作用，在現(xiàn)有方案基礎(chǔ)上，增加充氣接口，分別接通上部管狀密封腔，如圖1（b）所示，這樣在泄壓狀態(tài)下與原炮眼密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相同，不改變火炮技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)，仍可滿足正常狀況下密封要求。

圖1炮眼密封改進(jìn)前后對比圖

在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上作工藝改進(jìn)，將整體環(huán)形密封改為帶開口端密封，開口端采用實(shí)心堵頭，保證密封件氣密性；改為開口端后，在更換炮眼密封時(shí)，不需要再將原密封件分割，降低了更換炮眼密封的維修裝配難度；船上更換完畢，將兩開口端處用粘合劑固持；改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)裝配工藝性更合理，維修性得到提高。

1.多段式炮眼密封。

該方案在原炮眼密封結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，不需要改進(jìn)模具，將炮眼密封分作成型后，整體成型時(shí)在接縫處加入少量的碳纖維，其空腔內(nèi)徑尺寸比其它部位小0.5mm，如圖3所示，該方案也可提高接口處的承壓能力，但膨脹量會受影響，與其它部位會有差異；但成本低，制作周期短，不需要改進(jìn)現(xiàn)有模具。

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2.裝配式炮眼密封。

取消密封腔接縫，將密封腔整體通過T形槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和粘接的行式把密封腔固定在密封本體上，見圖4結(jié)構(gòu)。此方案可解決承壓不足及密封腔一致性的問題，又可以保證上部空腔連接的可靠性，但該方案需重新設(shè)計(jì)模具，前期投入費(fèi)用較大，成本高，需要的研發(fā)周期較長。

圖4裝配式炮眼密封剖面圖

三、橡膠強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證

為保證炮眼密封改進(jìn)方案的合理性，擬用試驗(yàn)的形式獲得炮眼密封件各性能參數(shù)，包括強(qiáng)度值、保壓回彈率值等性能指標(biāo)量化值。

在改進(jìn)的新方案中，選取一次成型的密封段（無接縫），其炮眼密封件上氣管部分有效壁厚取2.5mm、3mm二個(gè)系列，測其充壓，變形，爆破過程中強(qiáng)度試驗(yàn)壓力值，對于壁厚2.5mm、3mm二個(gè)系列密封件，在充壓變形3mm時(shí)，保壓1小時(shí)后，計(jì)算各自回彈率值。

通過膨脹量與壓力的對比，當(dāng)壁厚差從2.5變化為3mm，膨脹變形3mm所需壓力值增幅在0.02MPa左右，可以認(rèn)定密封腔壁厚選為2.5mm比較適合，后續(xù)實(shí)驗(yàn)將按該壁厚開展試制；為保證在較小的壓力下有較大的膨脹量，需進(jìn)一步降低密封腔處橡膠材料的硬度，當(dāng)橡膠硬度在試驗(yàn)壓力在0.2MPa左右時(shí)（不大于0.25MPa），膨脹量能達(dá)到2.5-3mm較為理想；試驗(yàn)顯示，橡膠保壓1h，最大膨脹變形時(shí)，橡膠回彈率均達(dá)到95%以上，較為理想，符合使用要求。

四、氣路系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

為保證設(shè)備船上使用的簡單可靠性，壓力氣源首先接二層甲板下的配氣盤，然后連接一個(gè)手動截止閥，此截止閥為炮眼密封充氣的安全總閥門；其后連接減壓閥，減壓閥設(shè)定橡膠充氣安全壓力值0.2MPa，經(jīng)溢流閥減壓輸出穩(wěn)定壓力的氣體；通過一段軟管供至炮塔內(nèi)，炮塔內(nèi)也安裝有一個(gè)截止閥，此截止閥為炮塔內(nèi)進(jìn)氣及放氣的總安全閥門，便于炮塔內(nèi)部操作；其后連接壓力表，截止閥，該截止閥為炮塔內(nèi)釋放炮眼密封內(nèi)氣體的閥門，然后直接連接炮眼密封進(jìn)氣口。

五、結(jié)論

本文基于某型火炮因炮眼密封漏水失效故障，提出了充氣式密封的方案，并提出兩種的可行改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從根本上解決了因復(fù)雜炮架結(jié)構(gòu)、接觸間隙不均造成的炮眼密封失效問題；通過橡膠強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了船上實(shí)施氣路系統(tǒng)的基本參數(shù)及炮眼密封壁厚參數(shù)，該問題的解決可有效提高了機(jī)械系統(tǒng)的維修性及可靠性。