劉薇娜 王澤震 江明義 馬俊英

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022；2.中國(guó)人民解放軍63853部隊(duì)，吉林 白城 137000）

火炮射擊后，會(huì)在身管內(nèi)壁殘留大量的黑色物質(zhì)，俗稱(chēng)為積碳，積碳的存在會(huì)影響火炮的射擊精度和使用壽命，必須及時(shí)去除。因此，對(duì)火炮身管的清洗保養(yǎng)，是火炮日常維護(hù)的一項(xiàng)重要工作，目前，由于火炮清洗裝置未能廣泛應(yīng)用，仍然采用人工清洗方式； 傳統(tǒng)人工清洗勞動(dòng)強(qiáng)度大，清洗效率低，清洗效果一般，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)快速反應(yīng)的要求，所以研制適合野外環(huán)境下工作的、清洗效率高的、清洗效果好的火炮清洗裝備已刻不容緩研。

1 清洗裝置的組成

清洗裝置主要由清洗系統(tǒng)和支撐平臺(tái)兩部分組成。整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

1.1 清洗系統(tǒng)

清洗系統(tǒng)是清洗裝置的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)清洗功能的關(guān)鍵；人工清洗方式的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作簡(jiǎn)單可靠，清洗容易，不足是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、清洗效果不穩(wěn)定，利用機(jī)械的效率高、重復(fù)工作的一致性好的特點(diǎn)可以克服這一問(wèn)題，所以，清洗系統(tǒng)采用仿人工清洗方式，清洗系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)包括：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和擦拭運(yùn)動(dòng)。利用電機(jī)經(jīng)減速齒輪驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)滑塊及清洗桿作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小范圍擦拭運(yùn)動(dòng)，另一部電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母帶動(dòng)滑盤(pán)底座沿絲杠方向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)清洗把的大范圍進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由擦拭運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)相互配合完成全部的清洗工作，由于工作過(guò)程中，清洗桿的運(yùn)動(dòng)方式與人工清洗時(shí)相似，所以稱(chēng)作仿人工清洗方式。

1.2 支撐平臺(tái)方案設(shè)計(jì)

支撐平臺(tái)的作用是支撐清洗機(jī)構(gòu)，并調(diào)整清洗機(jī)構(gòu)的空間位置，使清洗把中心線(xiàn)與火炮身管中心線(xiàn)在一條直線(xiàn)上，并使其固定不動(dòng)，保證清洗工作的有效進(jìn)行；支撐平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)行走支撐、水平移動(dòng)、水平旋轉(zhuǎn)、俯仰調(diào)節(jié)、垂直升降5個(gè)功能：

（1）行走支撐功能：底盤(pán)底部安裝有兩對(duì)車(chē)橋和四個(gè)液壓支撐，可以牽引，調(diào)整清洗裝置水平，并與地面實(shí)現(xiàn)支撐固定。

（2）垂直升降功能：升降臺(tái)與底盤(pán)之間采用液壓驅(qū)動(dòng)，可以沿垂直方向上下移動(dòng)，液壓缸底部與底盤(pán)固定，液壓桿與升降臺(tái)連接，液壓桿伸出時(shí)，把升降臺(tái)頂起一定高度，收縮時(shí)，升降臺(tái)落下，實(shí)現(xiàn)垂直升降。

（3）水平移動(dòng)功能：升降臺(tái)上安裝了矩形導(dǎo)軌，平移架底部為矩形滑塊，采用絲桿驅(qū)動(dòng)，平移架可以沿導(dǎo)軌水平移動(dòng)。

（4）水平旋轉(zhuǎn)功能：平移架與旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間安裝有圓周軸承，外圈帶有輪齒，與平移架固定，內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)臺(tái)固定，旋轉(zhuǎn)臺(tái)安裝有轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)裝置底部有小齒輪，通過(guò)齒輪嚙合可以使小齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)繞大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)。

（5）俯仰調(diào)節(jié)功能：導(dǎo)軌基座與旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間，末端采用軸連接，前端端采用旋轉(zhuǎn)支撐連接，當(dāng)旋轉(zhuǎn)支撐旋轉(zhuǎn)時(shí)可以將導(dǎo)軌基座前端頂起，末端繞連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)俯仰調(diào)節(jié)；

2 工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

具體工作過(guò)程：炮火射擊后，火炮身管調(diào)整至水平位置，等待維護(hù)，將清洗裝置牽引至指定區(qū)域，放下四個(gè)液壓支撐，與地面固定，啟動(dòng)升降液壓缸，使清洗把達(dá)到火炮火線(xiàn)高度，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄與平移調(diào)節(jié)手柄，使清洗把與火炮身管對(duì)中，啟動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)電機(jī)，使清洗把刷頭深入火炮內(nèi)膛，開(kāi)啟清洗液泵，向內(nèi)膛輸入清洗液，啟動(dòng)擦拭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，開(kāi)始工作；通常情況，清洗把進(jìn)給一次就可以清洗干凈內(nèi)膛，回程時(shí)不需要工作，回程前，先關(guān)閉清洗液泵，然后關(guān)閉擦拭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)給電機(jī)反轉(zhuǎn)，退回到初始位置，關(guān)閉進(jìn)給電機(jī)；然后調(diào)節(jié)支撐平臺(tái)，使清洗裝置退回初始位置，清洗工作結(jié)束，收回液壓支撐，清洗裝置牽引至下一工作處。但對(duì)于清洗困難的情況，可以回程時(shí)仍然工作，反復(fù)進(jìn)給幾次，至達(dá)到滿(mǎn)意清洗效果。清洗液采用回收利用的方式，回收回來(lái)的清洗液經(jīng)過(guò)濾繼續(xù)使用。

2.2 工作特點(diǎn)

（1）能夠及時(shí)高效的開(kāi)展工作

本文研制的清洗裝置為可牽引式，能方便運(yùn)到戰(zhàn)場(chǎng)或訓(xùn)練場(chǎng)上，能夠隨時(shí)隨地快速開(kāi)展工作，高質(zhì)量、高效率的就地完成對(duì)火炮內(nèi)膛進(jìn)行清洗；并且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)械動(dòng)作調(diào)節(jié)靈活，能實(shí)現(xiàn)與地面的固定及支撐、垂直升降，水平移動(dòng)、水平旋轉(zhuǎn)、俯仰角調(diào)節(jié)等功能，能適應(yīng)不同惡劣環(huán)境，對(duì)場(chǎng)地環(huán)境依賴(lài)性較低。

（2）清洗裝置通用性好，可適用于不同口徑火炮的清洗工作

本文研制的清洗把由清洗桿和刷頭組成，可組合成不同長(zhǎng)度，不同型號(hào)的清洗把，清洗裝置只需更換清洗把，就可使設(shè)備滿(mǎn)足不同型號(hào)火炮的清洗需要，既提高了適應(yīng)性，又降低了設(shè)備研制成本 。

（3）不僅能適合滑膛炮的清洗，更能適合線(xiàn)膛炮的清洗，可去除陰陽(yáng)膛線(xiàn)交界處的死角

本文設(shè)計(jì)的刷頭可以旋轉(zhuǎn)，在膛線(xiàn)的作用下，刷頭作橫向往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生沿圓周方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刷頭上刷毛的運(yùn)動(dòng)就是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，沿著膛線(xiàn)方向的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)清洗效果最好。

（4）清洗效果穩(wěn)定

以機(jī)械代替人工工作，可以保證擦拭運(yùn)動(dòng)頻率始終不變，保證了同一門(mén)火炮內(nèi)膛清洗效果一致，并且擦拭頻率遠(yuǎn)大于人工擦拭頻率，擦拭效果明顯提高。

（5）清洗液循環(huán)利用

本文設(shè)計(jì)應(yīng)采用清洗液循環(huán)回收利用的方式，對(duì)使用過(guò)的清洗液回收、過(guò)濾、再利用，降低浪費(fèi)，較少污染。

3 清洗裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 電機(jī)選擇

結(jié)合清洗裝置的工作特點(diǎn)，分別選擇了兩部普通交流異步電動(dòng)機(jī)，功率分別為7.5kW和2.2kW，并為清洗裝置配備了車(chē)載交流發(fā)電機(jī)，可以隨時(shí)獲得電源。

3.2 支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)

支撐平臺(tái)的俯仰調(diào)節(jié)、水平旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)、垂直升降和行走支撐五個(gè)功能從上至下依次布置，可以是清洗裝置工作時(shí)，支撐平臺(tái)受力條件得到改善，提高支撐平臺(tái)的穩(wěn)定性。

3.3 桅桿式設(shè)計(jì)

以三根鋼管桅桿作為升降臺(tái)的到向裝置，不僅可以克服工作時(shí)產(chǎn)生的水平力，減輕對(duì)液壓缸的橫向剪切作用，還可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕支撐平臺(tái)重量。

3.4 驅(qū)動(dòng)液壓缸選用

驅(qū)動(dòng)液壓缸選用時(shí)要充分考慮裝配空間、行成以及載荷，所以本文采用重載型單作用多級(jí)液壓缸作為升降臺(tái)的驅(qū)動(dòng)液壓缸。

3.5 導(dǎo)向套設(shè)計(jì)

導(dǎo)向套為空心薄壁鐵管，前端下方有一排清洗液回流孔，在調(diào)整支撐平臺(tái)時(shí)，可以以導(dǎo)向套相對(duì)于火炮身管的位置作為參考，以導(dǎo)向套與火炮身管對(duì)準(zhǔn)作為對(duì)中過(guò)程結(jié)果的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語(yǔ)

研制的火炮內(nèi)膛清洗裝置，適用于野外作業(yè)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可在惡劣天氣下使用；清洗效率高，避免了以往清洗裝置對(duì)大量人力、物力資源以及清洗時(shí)間的浪費(fèi)；清洗力較大，尤其適用于火炮發(fā)射后的頑固殘留物的清洗?？傊疚难兄频那逑囱b置始終以實(shí)用性和適用性為原則，是一款操作簡(jiǎn)便、功能性強(qiáng)的清洗裝置。

[1]劉慶君，劉增文，邱家敏.火炮炮膛擦拭工藝綜述[J].國(guó)防制造技術(shù)，2010（01）：63-67.

[2]徐正達(dá).智能炮管清洗機(jī)器人的研制[D].浙江大學(xué)，2010.

[3]趙京鶴.炮管內(nèi)膛清洗機(jī)研制[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2008.