野外火炮内膛清洗装置的设计

总结了清洗装置的设计过程中应注意的问题，为清洗装置的优化设计提供参考。

关键词：火炮 清洗装置 优化设计

中图分类号：TJ30 文献标识码：A

火炮射击后，会在身管内壁残留大量的黑色物质，俗称为积碳，积碳的存在会影响火炮的射击精度和使用寿命，必须及时去除。因此，对火炮身管的清洗保养，是火炮日常维护的一项重要工作，目前，由于火炮清洗装置未能广泛应用，仍然采用人工清洗方式； 传统人工清洗劳动强度大，清洗效率低，清洗效果一般，不能满足现代化战争快速反应的要求，所以研制适合野外环境下工作的、清洗效率高的、清洗效果好的火炮清洗装备已刻不容缓研。

1 清洗装置的组成

清洗装置主要由清洗系统和支撑平台两部分组成。整体结构如图所示。

1.1 清洗系统

清洗系统是清洗装置的重要组成部分，是实现清洗功能的关键；人工清洗方式的优点是动作简单可靠，清洗容易，不足是费时、费力、清洗效果不稳定，利用机械的效率高、重复工作的一致性好的特点可以克服这一问题，所以，清洗系统采用仿人工清洗方式，清洗系统运动包括：进给运动和擦拭运动。利用电机经减速齿轮驱动曲轴转动，通过连杆带动滑块及清洗杆作快速往复运动，实现小范围擦拭运动，另一部电机经减速器驱动丝杠旋转，螺母带动滑盘底座沿丝杠方向作直线运动，实现清洗把的大范围进给运动。由擦拭运动和进给运动相互配合完成全部的清洗工作，由于工作过程中，清洗杆的运动方式与人工清洗时相似，所以称作仿人工清洗方式。

1.2 支撑平台方案设计

支撑平台的作用是支撑清洗机构，并调整清洗机构的空间位置，使清洗把中心线与火炮身管中心线在一条直线上，并使其固定不动，保证清洗工作的有效进行；支撑平台能够实现行走支撑、水平移动、水平旋转、俯仰调节、垂直升降5个功能：

（1）行走支撑功能：底盘底部安装有两对车桥和四个液压支撑，可以牵引，调整清洗装置水平，并与地面实现支撑固定。

（2）垂直升降功能：升降台与底盘之间采用液压驱动，可以沿垂直方向上下移动，液压缸底部与底盘固定，液压杆与升降台连接，液压杆伸出时，把升降台顶起一定高度，收缩时，升降台落下，实现垂直升降。

（3）水平移动功能：升降台上安装了矩形导轨，平移架底部为矩形滑块，采用丝杆驱动，平移架可以沿导轨水平移动。

（4）水平旋转功能：平移架与旋转台之间安装有圆周轴承，外圈带有轮齿，与平移架固定，内圈与旋转台固定，旋转台安装有转向调节装置，调节装置底部有小齿轮，通过齿轮啮合可以使小齿轮带动旋转台转动绕大齿轮转动，实现水平旋转。

（5）俯仰调节功能：导轨基座与旋转台之间，末端采用轴连接，前端端采用旋转支撑连接，当旋转支撑旋转时可以将导轨基座前端顶起，末端绕连接轴转动，实现俯仰调节；

2 工作原理及特点

2.1 工作原理

具体工作过程：炮火射击后，火炮身管调整至水平位置，等待维护，将清洗装置牵引至指定区域，放下四个液压支撑，与地面固定，启动升降液压缸，使清洗把达到火炮火线高度，调节旋转调节手柄与平移调节手柄，使清洗把与火炮身管对中，启动进给机构电机，使清洗把刷头深入火炮内膛，开启清洗液泵，向内膛输入清洗液，启动擦拭运动机构驱动电机，开始工作；通常情况，清洗把进给一次就可以清洗干净内膛，回程时不需要工作，回程前，先关闭清洗液泵，然后关闭擦拭运动机构驱动电机，进给电机反转，退回到初始位置，关闭进给电机；然后调节支撑平台，使清洗装置退回初始位置，清洗工作结束，收回液压支撑，清洗装置牵引至下一工作处。但对于清洗困难的情况，可以回程时仍然工作，反复进给几次，至达到满意清洗效果。清洗液采用回收利用的方式，回收回来的清洗液经过滤继续使用。

2.2 工作特点

（1）能够及时高效的开展工作

本文研制的清洗装置为可牵引式，能方便运到战场或训练场上，能够随时随地快速开展工作，高质量、高效率的就地完成对火炮内膛进行清洗；并且设备结构简单，操作方便，机械动作调节灵活，能实现与地面的固定及支撑、垂直升降，水平移动、水平旋转、俯仰角调节等功能，能适应不同恶劣环境，对场地环境依赖性较低。

（2）清洗装置通用性好，可适用于不同口径火炮的清洗工作

本文研制的清洗把由清洗杆和刷头组成，可组合成不同长度，不同型号的清洗把，清洗装置只需更换清洗把，就可使设备满足不同型号火炮的清洗需要，既提高了适应性，又降低了设备研制成本 。

（3）不仅能适合滑膛炮的清洗，更能适合线膛炮的清洗，可去除阴阳膛线交界处的死角

本文设计的刷头可以旋转，在膛线的作用下，刷头作横向往复直线运动的同时，还会产生沿圆周方向的旋转运动，刷头上刷毛的运动就是直线运动和旋转运动的合运动，沿着膛线方向的运动，此时清洗效果最好。

（4）清洗效果稳定

以机械代替人工工作，可以保证擦拭运动频率始终不变，保证了同一门火炮内膛清洗效果一致，并且擦拭频率远大于人工擦拭频率，擦拭效果明显提高。

（5）清洗液循环利用

本文设计应采用清洗液循环回收利用的方式，对使用过的清洗液回收、过滤、再利用，降低浪费，较少污染。

3 清洗装置设计要点

3.1 电机选择

结合清洗装置的工作特点，分别选择了两部普通交流异步电动机，功率分别为7.5kW和2.2kW，并为清洗装置配备了车载交流发电机，可以随时获得电源。

3.2 支撑平台设计

支撑平台的俯仰调节、水平旋转、水平移动、垂直升降和行走支撑五个功能从上至下依次布置，可以是清洗装置工作时，支撑平台受力条件得到改善，提高支撑平台的稳定性。

3.3 桅杆式设计

以三根钢管桅杆作为升降台的到向装置，不仅可以克服工作时产生的水平力，减轻对液压缸的横向剪切作用，还可以简化结构，减轻支撑平台重量。

3.4 驱动液压缸选用

驱动液压缸选用时要充分考虑装配空间、行成以及载荷，所以本文采用重载型单作用多级液压缸作为升降台的驱动液压缸。

3.5 导向套设计

导向套为空心薄壁铁管，前端下方有一排清洗液回流孔，在调整支撑平台时，可以以导向套相对于火炮身管的位置作为参考，以导向套与火炮身管对准作为对中过程结果的衡量标准。

结语

研制的火炮内膛清洗装置，适用于野外作业，对环境的适应性较强，可在恶劣天气下使用；清洗效率高，避免了以往清洗装置对大量人力、物力资源以及清洗时间的浪费；清洗力较大，尤其适用于火炮发射后的顽固残留物的清洗。总之，本文研制的清洗装置始终以实用性和适用性为原则，是一款操作简便、功能性强的清洗装置。

参考文献

[1]刘庆君，刘增文，邱家敏.火炮炮膛擦拭工艺综述[J].国防制造技术，2010（01）：63-67.

[2]徐正达.智能炮管清洗机器人的研制[D].浙江大学，2010.

[3]赵京鹤.炮管内膛清洗机研制[D].长春理工大学，2008.

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