２Ｏｌ３一Ｏｌ 兵工电锄化 Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ・７９・ ３２（１） ｄｏｉ：１ Ｏ．７６９０／ｂｇｚｄｈ．２０ １ ３．０ １．０２４ 小口径弹发射药自动装药技术与发展趋势 黄权，史慧芳 （中国兵器工业第五八研究所弹药中心，四川绵阳６２１０００） 摘要：为了满足小口径弹发射药装药的高精度和高效率，介绍目前小口径弹发射药装药的容积法和称量法，并 分析其优势和缺陷 通过分析对比，提出了容积法双层计量方式和高速智能称量方式为小口径弹发射药自动装药技 术与发展的趋势。 关键词：装药；装ｆｉｇ；计量；发展趋势 中图分类号：ＴＪ４１０．５ ２ 文献标志码：Ａ Ｓｍａｌｌ Ｃａｌｉｂｅｒ Ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ Ｈｕａｎｇ Ｑｕａｎ，Ｓｈｉ Ｈｕｉｆａｎｇ ｍｍｕｎｉｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎｏ．５８ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｉｎａ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｍａｌｌｆ ｃａｌｉｂｅｒ ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎ ｃｈａｒｇｅ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｃａｌｉｂｅｒ ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎ ｃｈａｒｇｅ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗａｙ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｃａｌｉｂｅｒ ａｍｍｕｎｉｔｉｏｎ ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｈａｒｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｒｇｉｎｇ；ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｍｅｔｅｒｉｎｇ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ Ｏ 引言 发射药是用于炮发射弹丸的火药。发射药自 动装药是小口径弹药装配过程中非常重要的工艺步 ２ 发射药装药研发现状 目前小口径弹装药主流为以传统的单层计量为 主的容积法装药，小部分采用称量法装药 】。传统 的容积法和称量法各有优势，但又都存在一些问题。 ２．１ 容积法 容积法是通过控制发射药的体积来控制发射药 骤，是整个装配工艺中的一个重点，同时也是一个 难点。发射药装药量是影响初速和膛压的主要因素， 其计量的准确性直接关系到弹药的质量，会对弹药 弹道产生直接影响［Ｕ ｏ ｌ 小口径弹发射药简述 一般小口径弹发射药为均质火药，主要是单基 发射药，也有少量的双基发射药，其形状普遍是片 状、球状或粒状。 单基或双基发射药的主要成分是硝化纤维素和 油，另加入少量的化学安定剂、消焰剂、钝 感剂和光泽剂等，从而提高发射药的化学安定性、 减少二次火焰的生成、控制火药的燃烧速度，以及 提高发射药的流散性等功能【２】。发射药具有下列特 征：燃气相对分子质量小，无腐蚀性，含固体粒子 少，不污染炮的内膛；爆温不应过高，以免烧蚀 内膛；不产生火焰、泡烧有规律，能产生良好的弹 道效果；物理、化学安全定性好，能长期贮存。单 基或双基发射药的化学安定性和流散性对装药装配 影响很大，直接关系到装药装配的安全性和自动装 配的可行性。 重量的一种方法。该方法适用于对发射药计量精度 要求不高，用容积计量的方法就可以满足其装药精 度要求的装药情况。在生产中一般采用专门的计量 板来保证药量，为了保证装药精度，计量板的加工 精度要求较高，通过保证计量板的机械尺寸来保证 内部容积的精度。由于发射药属于片状、球状或粒 状的物体，计量过程中药粒之间存在间隙，采用容 积法进行发射药计量存在发射药松装的问题，即发 射药的松散程度不同导致同样体积的发射药重量有 所不同，有时甚至差异很大。因此在容积法的研究 过程中引入了化工行业的假密度的概念。假密度是 多孔固体包括其内部间隙的密度，即多孔固体包括 其内部间隙的质量与体积之比。而发射药在一定条 件下（温度、湿度等恒定，振动幅度、频率、时间等 相同），其假密度变化较小，容积法就以发射药的这 种特性为依据来实现对发射药计量。目前普遍使用 的计量设备主要为单层计量设备，其设备基本结构 收稿日期：２０１２—１０—１６；修回日期：２０１３－０１—０５ 基金项目：国防基础科研（ｃ１０２０１１０００１） 作者简介：黄权（１９７７一），男，四川人，高级工程师，从事弹药装药装配自动控制技术研究。 ・８０・ 兵工自动化 第３２卷 如图１。 五八研究所在自动化装药装配的环节上迈出了坚实 的一步。在多个项目中采用在线称量方式，为提高 生产效率，采用２台或多台设备并联运行，既保证 了装药精度和质量，又保证了装药装配效率得到极 大的提升。并在小口径弹的生产中采用高速转子 式结构的定容装药方式，极大地提高了设备生产效 率和装药精度 】。 图１ 容积法单层计量设备基本结构 对于药粒为毫克级及以下的粒状、片状或球状 的发射药来说，其装药精度相对较低，在传统的单 层定容法计量装药的基础上，研究进行的容积法双 容积法单层计量设备在小口径弹装配过程中使 用最为广泛，几乎应用于所有弹装配生产中，其 最大的优点是生产效率高，可以满足大批量生产的 要求；缺点是发射药的假密度变化没有规律可寻， 在生产过程中必须经常进行抽验，发现跳动比较大 时及时进行调整。 ２．２称量法 称量法是根据装药量的技术指标采用天平或其 他称重仪器准确称量发射药的计量方法，适合于对 发射药装药精度要求较高的情况。一般分成粗加料 和精加料２步进行加料过程【４］，其基本过程如图２。 图２称量的基本过程 称量法计量设备基本原理如图３所示。 精加药口 图３ 称量法计量设备基本原理 在发射药称量计量设备中，称重仪器是关键设 备。在手工生产中，一般采用机械天平或电子天平。 在自动化生产中，称重仪器选择电子天平或专业的 称重模块来进行计量，同时需要在计量设备上或单 独增加自动卸料的机构，以满足自动装配过程中对 计量数据采集、数据判断和自动装填等的需要。 称量法的最大优点在于可实时地反映所装发射 药药量值，对于不合格的可以及时处理，确保所装 发射药药量满足工艺要求；其缺点是称量所花费的 时间较长，效率相对较低，难以保证大批量生产。 ３ 发射药自动装药的发展及趋势 随着世界军事的发展，小口径弹药的需求量逐 步增大，对精确打击提出了要求，也就对弹药装药 装配的高效率、高精度提出了新的要求。 通过多年的经验积累和摸索，中国兵器工业第 层计量装药精度在０．１％～１％之间，完全能够满足 要求；对于药粒为毫克级以上的粒状、片状或球状 的发射药来说，其装药精度要求相对很高，一般要 求小于０．１％，此时容积法不能满足要求，结合民用 智能组合计量方式，解决装药装配过程中的防爆防 燃等特殊要求，研究用于装药装配的高速智能称量 设备成为一种趋势。 ３．１ 容积法双层计量装药 容积法单层计量设备的高效率优势，使得该类 型设备一直沿用至今，但因其无法避免药量跳变的 情况也成为制约该类型设备使用受限的最大阻力。 通过对药量跳变的情况进行分析和研究，使用容积 法双层计量装药设备可降低或避免该情况发生，其 设备如图４所示。 料斗下料管 图４容积法双层计量设备 工作时，上计量板和下计量板均装填满发射药， 并同时向前运动，当上计量板和下计量板完全离开 料斗下料管后，上计量板停止运行，下计量板继续 运行，直到下计量板计量容器中的发射药全部从下 料口卸掉，此时，上计量板和下计量板复位，完成 一个加料循环。该过程中，当上下计量板完全离开 料斗下料管后，下计量板计量容器中的发射药假密 度受料斗中药量的变化而变化很小，提高了计量的 一致性，同时也继承了容积法计量的高效率优势。 （ 獭 滚） ．９０． 兵工自动化 第３２卷 上述检测标准是特定光源下制定的标准，光源 的不同，可能导致标准的不同，因此需要制定一种 普遍适应的标准，将这些特征值归一化，可实现检 测标准的统一化，从而更好的实现工业化。 ［Ｄ】．哈尔滨：哈尔滨工程大学硕士学位论文，２００９． ［２】骆文博，王广志，丁海曙，等．基于线阵ＣＣＤ的高精度 位置检测［Ｊ】．清华大学学报，２００２，４２（９）：１１３９一ｌ１４３． ［３】张振祥，陈永清．基于线阵ＣＣＤ的轴承外圆表面缺陷 检测［Ｊ］．轻工机械，２０１０，２８（４）：７０—７２． ５ 结论 该系统应用了图像采集、处理、分析、判别的 实时处理技术和光机电一体化技术，能实现弹表 面缺陷的实时检测和缺陷分类。该系统通过多次测 试，已经完成阶段性工作要求，较好地实现了检测 的准确性和高效性。将其推广应用会为我国弹表 面质量检测提供全面可靠的科学依据。 ［４】Ｃａｒｓｔｅｎ Ｓｔｅｇｅｒ．杨少荣，译．机器视觉算法与应用［Ｍ】． 北京：清华大学出版社． ［５］刘泽，王嵬，王平．钢轨表面缺陷检测机器视觉系统的 设计［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０１０，２４（１１）： １０１２—１０１７． ［６】袁红中，付炜，郭永魁．一种基于动态阈值的镀铜表面 缺陷检测算法［Ｊ］．燕山大学学报，２０１０，３４（４）：３３６—３３９． ［７］徐科，杨朝霖，周鹏．热轧带钢表面缺陷在线检测的方 法与工业应用［Ｊ］．机械工程学报，２００９，４５（４）：１ｌ１一ｌ１４． ［８］Ｄｅｒｅｋ Ｂｒａｄｌｅｙ．Ｇｅｒｈａｒｄ Ｒｏｔｈ．Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ 参考文献： ［１】许运来，孙晶华．基于ＣＣＤ的弹表面检测方法研究 奉奉 枣木 枣木 堆 木●木 幸 幸幸幸｝｝●幸枣 木枣木枣 幸 ● ●木术 Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｉｍａｇｅ［Ｊ］． 牛幸水牛｝｝木幸 ｛木斗幸枣木水幸掌幸｝幸车 水本本幸水幸幸宰 木七幸幸木水丰年｝枣木幸车水木 ＋奉木丰 幸 ●木枣木木 数就增加，能够得到的合格品可能性就越大。然而， ３．２智能组合称量装药 过多的组合数会导致速度降低，且增加成本。从合 普通的称量法可以满足对发射药装药精度较高 理性和经济性考虑，ｍ通常取８～１６，ｆ取３～５。 ３．３其他装药技术 的要求，但因其效率不高而制约了连续、大批量生 产的需求。改善和提高加料过程和称量过程，提高 生产效率，将容积法和称量法相结合，使之成为一 种更加准确、更加快速、适应面更广的计量方法， 达到快速精确计量的目的，将成为称装药工艺上的 个发展趋势。 组合秤是一种基于组合称量技术的高新技术 产品，目前主要应用在民用称重领域，该产品实现 了集高精度和高速度于一体。对该种组合秤进行分 一在研究发射药装药技术过程中，出现了刚性组 合装药、低温感装药、密实装药和随行装药等新概 念、新结构装药技术，这方面的研究非常活跃，并 在刚性组合装药和低温感装药方面取得了重大成 果，已正式应用于制式弹药。 ４ 结束语 随着自动化装药装配生产的进步，不断探寻小 口径弹装药装配的高精度和高效率，对推动整个小 口径弹装药装配技术的发展具有重要的意义。 析和研究，使之应用到发射药的称装过程中来，将 会极大地提高装药装配的效率和质量。其结构如图 ５所示。 Ｆ习 加料器 参考文献： ［１】孙镇和．弹药筒制造工艺学［Ｍ］．北京：北京理工大 学出版社，１９９５：２４０—２４６． 々●堕兰 蛰匿 分离加料器 拜西 ●◆＿－备料斗 ． …９９…９卜称重斗 卸料斗 ［２］王志军，尹建平．弹药学［Ｍ】．北京：北京理工大学出 版社．２００５：４６—５０． 图５组合秤结构 ［３］黄权，周丽娟．小口径炮弹自动化生产线［Ｊ］．兵工自动 化，２００９，２８（增刊）：５－８． 该组合秤由多个斗组成，分离加料器先将物料 送入到备料斗，备料斗和称重斗组成称重单元，称 重传感器把所有秤重斗称量数据信号传入主处理器 进行组合计算，从中自动选出接近或略大于标定值 的计算值作为物料的输出量，速度可达１８０次／ｍｉｎ。 组合秤的主处理器进行组合的组合数 ［４】陈羽锋，等．组合秤组合计算的研究与仿真［Ｊ】＿包装工 程，２００９，３０（１２）：７４—７６． ［５］马桂兰，王宏伟．论组合秤称量技术的广泛应用［Ｊ］＿企 业标准化，２００７（１１）：４４—４５． ［６】马云富．我国弹药装药装配技术现状及发展对策［Ｊ］．兵 工自动化．２００９，２８（９）：卜３． ｎ：Ｃ ：ｍ！／ｉ！（，，ｌ—ｆ）！。其中，ｍ为称重斗总数，ｚ 为参与组合的斗数。通常ｍ和ｆ增加，可能的组合 ［７］彭旭，高丰．基于连续动态旋转结构的弹自动装药技 术［Ｊ］．兵工自动化．２０１０，２９（７）：６－８．
