某自动武器供弹动作可靠性分析

某自动武器供弹动作可靠性分析
李锦
【摘要】This paper takes the ammunition feed mechanism of automatic weapons for example and uses ADAMS basic module and optimal design module to establish the model of the ammunition feed mechanism of automatic weapons for its reliability analysis and simulation. The result shows the various factors have different influence on its failure rate. It puts forward the measures to improve its reliability at the end of this paper.%以某自动武器供弹动作为例,利用ADAMS的基本模块和试验优化设计专业模块,建立了某自动武器供弹动作可靠性分析的模型,并对其动作可靠性进行仿真分析,得到了不同因素对动作故障率影响的敏感性,提出了提高动作可靠性措施.
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2017(000)005
【总页数】4页(P228-230,238)
【关键词】自动武器;供弹机构;可靠性;仿真分析
【作者】李锦
【作者单位】南京理工大学机械工程学院,江苏南京210094
【正文语种】中文
【中图分类】TJ22
可靠性是产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力，而这种能力的表示通常归结于一个概率值。

随着可靠性、维修性工作的深入开展，可靠性分析工作越来越显示出其重要的价值和作用。

通过分析产品可靠性，发现其薄弱环节，进行分析、改进设计，可以使产品的质量与可靠性水平不断改进和提高[1-2]。

对于某些复杂而昂贵的机械系统，进行试验的费用较大，或者没有条件进行试验。

随着计算机技术的迅速发展，使得借助分析软件研究机构的动作可靠性成为可能[3-4]。

在过去对自动武器可靠性的研究中，较为注重的是其结构强度的可靠性，对机构动作可靠性方面的研究较少，且大部分可靠性数据来源于试验积累。

本文通过对某冲锋枪供弹动作可靠性的研究、设计仿真试验，分析自动机运动导轨的尺寸公差、复进簧的参数公差等随机因素对其可靠性的影响。

1.1 导入模型
本供弹动作仿真模型是根据某冲锋枪，利用多体动力学软件ADAMS来建立的。

将SolidWorks中建立的三维CAD模型装配好，然后保存为“X_T”格式文件，再导入ADAMS软件中，生成多刚体动力学仿真模型。

1.2 简化模型
为了缩短仿真计算时间，同时又能模拟冲锋枪的实际运动状况，对仿真模型进行简化，将上下护木、握把等与运动分析无关的零件删除。

模型简化后，剩下自动机、复进簧导杆、击锤等18个零件。

1.3 添加约束与载荷
仿真模型中，将上机匣与地面之间用固定副固定，然后根据各个零件之间的相互约束关系，添加约束限制。

模型总计定义固定副9个，转动副5个，移动副1个，接触副23个(接触副不限制自由度)。

模型的总自由度数目为24个。

在供弹过程的仿真分析中，自动机为模型的主要运动构件。

自动机与其他零件之间
的关系如图1所示。

模型中的簧力共有6个。

其中有4个压簧(复进簧、托弹簧、拉壳钩簧和扳机簧)和2个扭簧(击锤簧、不到位保险簧)。

模型的外力载荷只有1个，即火药燃气产生的膛压力。

膛压力的曲线如图2所示。

建立好的仿真模型如图3所示(左下方坐标系为系统坐标系)。

1.4 供弹路线仿真
设定好仿真时间与步长后，开始仿真分析。

仿真结果所得的自动机速度曲线如图4所示。

自动机的关键位置速度如表1所示。

供弹路线如图5所示，推弹进膛动作如图6所示。

由仿真结果可知，当不考虑自动机运动导轨的尺寸公差、复进簧的参数公差等随机因素时，冲锋枪的供弹动作没有问题，可以正常完成供弹。

ADAMS/Insight是MSC公司的试验设计软件。

通过ADAMS/Insight可以设计
复杂的试验来评价机械系统的性能。

2.1 供弹可靠性模型的设计因素
选取自动机运动导轨在y方向和z方向上(参考仿真系统坐标系)的配合公差，以及复进簧的预压力为随机变量，分析供弹动作可靠性。

在ADAMS仿真模型中，需
要将这些参数设置为可变量。

由CAD模型导入的零件，其结构尺寸在ADAMS软件中无法进行参数化处理。

故在分析配合公差时，需要在ADAMS中修改模型。

将自动机运动导轨部分在y方向和z方向各切除1mm，再将切除部分重新建模，并与自动机固定,自动机截面图如图7所示。

分别将y和z方向上的切除量定义为
变量DV_y、DV_z。

将复进簧的预压力定义为变量F。

在ADAMS/Insight中，将以上变量定义为设计因素。

变量的取值方式如表2所示。

2.2 供弹可靠性模型的响应
为了判断供弹动作是否完成，需要通过记录、观察响应结果来评定。

由供弹的动作可知，当弹被顺利地推入弹膛时，供弹动作成功完成。

弹的质心点在x和y方向上的坐标，即可用来作为供弹动作成功与否的判定标准。

因此，可以将弹的质心点在y方向上的最终坐标值作为响应。

本次分析中，弹顺利入膛后，其质心点y方向的坐标值为62.66mm。

考虑到刚体间的间隙误差，将评定标准定为：弹的质心在y方向的坐标值是否满足在62.66±0.03mm范围内。

2.3 供弹可靠性模型的仿真分析
应用蒙特卡洛方法，选取仿真次数为1 000次。

变量取值情况如图8、图9、图10所示。

仿真计算结果如表3所示。

供弹动作的故障率为9.9%。

2.4 随机参数对故障率影响的敏感性分析
利用供弹可靠性仿真模型，研究各个参数对故障率的影响。

本次分析的因素和因素水平都较少，因此采用全析因的实验设计方法。

全析因实验设计方法是对每个因素各个水平的所有组合进行系统考察，以确定所有的多因素交互影响，以及每个因素对性能的主要影响。

全析因实验各相关参数如表4所示。

仿真计算结果如表5所示，因素影响图如图11所示。

从因素影响图中可以清晰地看出，影响因素主次顺序：DV_y>DV_z>F。

对于供弹动作的可靠性，其自动机运动导轨在y方向上的配合公差影响程度最高，在z方
向上的配合公差次之，复进簧的预压力F影响最小，且相比配合公差小得多。

同时可以看出，提高供弹动作的可靠性可通过降低自动机运动导轨间的配合公差来实现。

1) 利用多体动力学仿真软件ADAMS的基本模块和试验优化设计专业模块Insight，建立了某自动武器供弹动作可靠性分析的模型。

2) 分析了随机因素对供弹故障率影响的敏感性：自动机运动导轨在y方向上的配
合公差影响程度最高，在z方向上的配合公差次之，复进簧的预压力F最小，且
相比配合公差小得多。

3) 降低自动机运动导轨间的配合公差可以有效地提高供弹动作的可靠性。

【相关文献】
[1] 孙中超，喻天翔，崔卫民，等. 基于多因素耦合的机构可靠性仿真试验方法[J]. 宇航学报，2013,34(11)：1516-1522.
[2] 孙现龙，廖勇刚，余心宏. 磨损对曲柄压力机滑块机构运动可靠性的影响[J]. 机械传动，
2005,29(4)：58-60.
[3] 纪玉杰，孙志礼，李良巧. 曲柄滑块机构运动可靠性的仿真[J]. 兵工学报，2006,27(1)：116-120.
[4] 纪玉杰，孙志礼，李良巧. 典型机构运动可靠性的仿真研究[J]. 机械与电子，2005(12)：69-73.。