槍械不抽殼故障原因與結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系分析及試驗驗證

周緒利，莫春華

(1.駐四九七廠軍代室，重慶 400071;2.駐二一六廠軍代室，四川 彭州 611930)

武器系統(tǒng)在研制或仿制過程中，由于某些結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理，或在生產(chǎn)過程中某些結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，會導(dǎo)致不抽殼故障發(fā)生。不抽殼故障一般有2 種情況:一種是抽殼瞬間彈底緣被嚴(yán)重拉變形或拉掉，使彈殼不能從彈膛內(nèi)抽出;另一種是抽殼瞬間拉殼鉤未能及時抱住彈底緣或從彈底緣上滑脫，使彈殼不能從彈膛抽出。

不抽殼故障與武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、動態(tài)匹配關(guān)系以及環(huán)境條件變化等因素有關(guān)，特別是高溫及揚塵試驗時此類故障更易出現(xiàn)。槍械設(shè)計原理從理論出發(fā)，對影響抽殼阻力的因素及抽殼結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析。本文則研究了在武器系統(tǒng)彈藥結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的前提下，在研制及生產(chǎn)過程中，不抽殼故障產(chǎn)生的原因及解決措施。

1 不抽殼故障與彈藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

1.1 彈殼材料和機械性能

原彈殼材料為黃銅H70。為減小黃銅的消耗，降低成本，彈殼材料由鋼代銅進(jìn)行了1 場工藝革命。2 種彈殼材料的機械性能及彈性變形量差別較大，有關(guān)的對比數(shù)據(jù)見表1。表1 中，Δdi為彈殼不同橫斷面的直徑。

表1 中數(shù)據(jù)說明同口徑的槍彈黃銅彈殼比軟鋼彈殼:①彈性變形量(恢復(fù)量)大57.9%左右，貼膛阻力小，對抽殼有利;②延伸率δ 大120%左右，塑性變形好，不易斷殼;③另據(jù)武器彈藥手冊介紹，56 式14.5 機槍系統(tǒng)靜態(tài)抽殼阻力測試結(jié)果為，黃銅彈殼的抽殼阻力為零，鋼彈殼的抽殼阻力為150 ～500 kg;④另據(jù)54 式12.7 機槍系統(tǒng)靜態(tài)抽殼阻力估算結(jié)果，黃銅的抽殼阻力為零，鋼彈殼的抽殼阻力為300 kg 左右，與實踐中從彈膛內(nèi)捅出不抽殼留膛彈殼阻力大小基本相符。

1.2 彈藥的最大膛壓變化

據(jù)彈藥有關(guān)資料介紹，一般情況，常溫最大膛壓比平均最大膛壓要高5% ～9%左右，而高溫(50℃)最大膛壓比常溫升高10%左右(即變化梯度近似為1 MPa/℃)。

在槍管結(jié)構(gòu)不變的條件下，膛壓越高，彈膛的徑向彈性變形量(恢復(fù)量)越大，對彈殼表面的緊箍力越大，貼膛阻力也越大，對不抽殼及斷殼均有影響。實踐證明高溫時易產(chǎn)生不抽殼及斷殼故障。

1.3 彈殼表面涂鍍層材料及工藝

對于同口徑(12.7 mm)的武器系統(tǒng)，在相同的條件下對比試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):覆銅鋼彈殼抽殼阻力比涂漆鋼彈殼的阻力大;不同廠家生產(chǎn)的涂漆鋼彈殼，由于漆的材料及制造工藝的不同，抽殼阻力的大小也不相同。

表1 2種彈殼材料的機械性能及彈性變形量對比

2 不抽殼故障與槍械結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系

2.1 槍管彈膛部位結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計方面

2.1.1 徑向剛度大小

實踐證明，槍管的徑向剛度大小對不抽殼及斷殼均有明顯影響。徑向剛度大時，彈性變形(恢復(fù))量小，抽殼時對彈殼表面的箍緊力小，貼膛阻力小，對抽殼有利;而在最大膛壓時，對彈殼表面的箍緊力大，貼膛阻力也大，彈殼材料的變形流動困難，鋼殼彈因局部變形過大，易產(chǎn)生斷殼故障;而徑向剛度小時，情況正好相反。

考慮到不抽殼及斷殼兩方面的問題，槍管在最大膛壓作用時徑向彈性變形量略小于彈殼的彈性變形量時，槍管的結(jié)構(gòu)剛度比較合理。

2.1.2 槍管彈膛粗糙度

彈膛表面的粗糙度大小，與彈殼表面摩擦系數(shù)的大小及貼膛阻力有關(guān)。實踐證明，其對不抽殼及斷殼均有明顯影響。彈膛表面的粗糙度一般不應(yīng)低于(拋光)。

2.1.3 初始間隙ΔDi 大小

為保證武器系統(tǒng)在任何環(huán)境條件下，槍彈均能順利進(jìn)膛閉鎖擊發(fā)，彈膛與彈殼之間應(yīng)有初始間隙ΔDi。初始間隙ΔDi的大小，對不同材料彈殼的不抽殼及斷殼有不同的影響。

初始間隙ΔDi過大時，彈殼塑變強化系數(shù)大，彈變恢復(fù)大，貼膛阻力小，對抽殼有利;但是，對于鋼殼彈，塑性變形大，彈殼又易發(fā)生斷裂。

初始間隙ΔDi過小時，彈殼塑變強化系數(shù)小，彈變恢復(fù)小，貼膛阻力大，對抽殼不利;特別是對于鋼殼彈，易發(fā)生彈底緣拉掉不抽殼故障。

例如，在解決12.7 mm 機槍的斷殼問題試驗中發(fā)現(xiàn)，只改變彈膛一錐末點的徑向尺寸，而其他尺寸均不變時，驗證試驗結(jié)果是:①對于銅殼彈，一錐末點初始間隙ΔDi為2.3～10 倍的Δdi時，抽殼均正常，且不斷殼。②對于鋼殼彈，一錐末點初始間隙ΔDi≤6.5 倍Δdi時，常溫出現(xiàn)彈底緣拉掉不抽殼故障;當(dāng)ΔDi≥9.5 倍Δdi時，常溫抽殼正常，但高溫時易出現(xiàn)斷殼故障;只有當(dāng)ΔDi為7.3 ～9 倍Δdi時，抽殼正常，且不易產(chǎn)生斷殼故障。③實踐證明:初始間隙及不同彈殼材料對不抽殼及斷殼均有影響，而鋼彈殼的初始間隙變化范圍比銅殼彈要小很多。

2.2 開閉鎖機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

2.2.1 閉鎖機構(gòu)的縱向剛度大小

閉鎖機構(gòu)縱向剛度過小時，最大膛壓產(chǎn)生的彈性變形大，抽殼時后效期壓力已降低，彈性變形的恢復(fù)量也大，使彈殼的縱向緊縮量增大，對抽殼不利。

一般情況下，考慮彈性變形及熱變形對抽殼阻力及機構(gòu)動作可靠性的影響，閉鎖支撐面應(yīng)盡可能靠近槍管尾端面，保證閉鎖機構(gòu)的縱向剛度足夠大。

2.2.2 開鎖抽殼時機的合理性確定

對于連發(fā)自動武器系統(tǒng)，均是利用后效期壓力來完成開鎖抽殼及自動循環(huán)動作的。當(dāng)開鎖抽殼時機過早時，后效期壓力高，貼膛阻力大，對抽殼不利;當(dāng)開鎖抽殼時機過晚時，無后效期壓力沖量作用，鋼殼彈的抽殼阻力大。

實踐證明，合理確定開鎖抽殼時機及開鎖后自由行程，充分利用開鎖結(jié)束至自由行程完這段時期內(nèi)后效期壓力沖量對彈殼底部的作用，迫使彈殼與機頭共同產(chǎn)生一定量的后退位移(預(yù)抽殼)，以減小貼膛阻力，這對抽殼非常有利。

2.2.3 閉鎖機構(gòu)在開鎖過程中應(yīng)有預(yù)抽殼機構(gòu)

自動武器設(shè)計中，有的武器閉鎖支承面有預(yù)抽殼機構(gòu)。如56 式7.62 mm 沖鋒槍，機頭閉鎖支承面的螺距為3 mm，回轉(zhuǎn)38°開鎖結(jié)束時，彈殼與機頭在膛底壓力沖量作用下可后退0.317 mm 預(yù)抽殼。又如59 式12.7 mm 航空機槍，機頭的上下閉鎖支承面有5°的傾角，當(dāng)開鎖結(jié)束時，彈殼在膛底壓力沖量作用下可后退1.3 mm 左右預(yù)抽殼，故1 000發(fā)/分射頻時無不抽殼故障。

2.2.4 對于回轉(zhuǎn)閉鎖武器的槍機設(shè)計

對于回轉(zhuǎn)閉鎖的武器，閉鎖機構(gòu)在開鎖過程中，因摩擦扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形直接影響開鎖結(jié)束時槍機的回轉(zhuǎn)角，故為消除槍機回轉(zhuǎn)角變化的影響，保證開鎖結(jié)束至抽殼瞬間不產(chǎn)生機械干涉及機構(gòu)動作的穩(wěn)定一致性，應(yīng)合理確定槍機閉鎖支承面上的倒角及開鎖后的自由行程。

實踐證明，在此段時期內(nèi)若能充分利用后效期壓力沖量對彈殼底部的作用，迫使彈殼與槍機產(chǎn)生一定量的后退位移(預(yù)抽殼)，對解決彈底緣拉掉不抽殼故障有明顯的效果。

2.3 抽殼機構(gòu)設(shè)計方面

抽殼機構(gòu)的拉殼鉤，一般有偏移式(直移式)及回轉(zhuǎn)式兩大類。

2.3.1 拉殼鉤的動作應(yīng)靈活可靠

為保證武器系統(tǒng)在任何環(huán)境條件下射擊時，自動機復(fù)進(jìn)到位，拉殼鉤能順利張開、及時復(fù)位并將彈底緣可靠抱住，以及抽殼時動作可靠，拋殼時動作順利，應(yīng)考慮以下幾方面的內(nèi)容:①拉殼鉤前端鉤面處，一般設(shè)計45°左右的倒角;②拉殼鉤應(yīng)確定合理的裝配間隙，動作靈活可靠，不許有卡滯;③合理確定拉殼鉤鉤面到槍機彈底窩平面的鉤距大小，一般為1.1 ～1.25 倍的彈底緣厚度;④合理確定拉殼鉤簧的剛度、P1力的大小與裝配位置。

2.3.2 拉殼鉤在抽殼受力瞬間機構(gòu)動作應(yīng)自鎖

1)拉殼鉤在抽殼受力瞬間應(yīng)處于自鎖狀態(tài)，不許向外張開。一是拉殼鉤鉤面應(yīng)垂直于槍膛軸線，不許有傾角;二是抽殼時拉殼鉤可強制限位(如W85 式抽殼機構(gòu));三是對于回轉(zhuǎn)式拉殼鉤，應(yīng)合理確定拉殼鉤回轉(zhuǎn)軸心到槍機彈底窩中心的距離，一般為0.35 ～0.5 倍的彈底鉤槽直徑。

實踐證明，單靠加大拉殼鉤簧力是解決不了拉滑不抽殼問題的，而只有抽殼受力瞬間拉殼鉤完全處于自鎖狀態(tài)，才是解決拉滑不抽殼問題的關(guān)鍵。

2)對于回轉(zhuǎn)閉鎖武器及回轉(zhuǎn)式拉殼鉤，除考慮上述因素外，還應(yīng)注意以下幾個問題:①合理確定拉殼鉤的質(zhì)量、質(zhì)心位置與回轉(zhuǎn)軸心位置;②合理確定拉殼鉤簧的安裝位置、剛度與P1的大小;③合理確定開閉鎖螺旋面的升角，控制開鎖過程中槍機的回轉(zhuǎn)加速度，盡量減小開鎖過程中拉殼鉤產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性離心力的影響。實踐證明，上述3 條是解決回轉(zhuǎn)閉鎖機構(gòu)及回轉(zhuǎn)式拉殼鉤產(chǎn)生拉滑不抽殼故障的關(guān)鍵。

2.4 合理確定導(dǎo)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

對于導(dǎo)氣式自動武器，合理確定導(dǎo)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及初始容積大小，將自動機在開鎖抽殼瞬間速度降低，以最大后退速度移到抽殼結(jié)束以后，實踐證明對解決不抽殼有效果。如W85 式機槍實測自動機后退最大速度值約在后退行程的1/3 處，對抽殼有利。

3 不抽殼故障試驗驗證

綜合上述分析可知，不抽殼問題與武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及動態(tài)變化的匹配系統(tǒng)均有關(guān)，且影響不抽殼的原因有很多，目前在彈藥結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的前提下，為了找出其主要原因，必須經(jīng)過試驗來驗證原因分析是否正確，以進(jìn)一步修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到解決不抽殼問題的目的。為此，提出以下幾種驗證方法(均以鋼彈殼為例)。

3.1 驗證方法1

3.1.1 驗證方法及目的

常溫下不裝拉殼鉤，槍彈及彈膛不許有油污，進(jìn)行單發(fā)(掛機)射擊。

目的是檢查初始間隙大小及開鎖結(jié)束時機與后效期壓力沖量之間的動態(tài)匹配關(guān)系是否合理。

3.1.2 試驗結(jié)果分析

1)試驗結(jié)果1。若80%以上的彈殼可從彈膛內(nèi)自動退出，而個別留膛彈殼從彈膛內(nèi)捅出的力很小，說明原因分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及動態(tài)匹配關(guān)系基本正確，貼膛阻力小，不易產(chǎn)生彈底拉掉的不抽殼故障。

2)試驗結(jié)果2。若80%以上的彈殼不能從彈膛內(nèi)自動退出，且從彈膛內(nèi)捅出留膛彈殼的力又很大，說明初始間隙及開鎖結(jié)束時機確定不合理，貼膛阻力太大，易產(chǎn)生彈底緣拉掉的不抽殼故障。為此必須進(jìn)一步修改初始間隙及開鎖時機，以達(dá)到試驗結(jié)果1 的效果。

3.2 驗證方法2

3.2.1 驗證方法及目的

驗證應(yīng)在驗證方法1 合格的前提下進(jìn)行。常溫下槍機裝上拉殼鉤，槍彈、彈膛及容彈具應(yīng)擦拭干凈，不許有油污。試驗用1#、2#及3#孔分別進(jìn)行點射或連射。

目的是檢查開閉鎖機構(gòu)及抽殼機構(gòu)的動作可靠性，以及與后效期壓力沖量之間動態(tài)匹配關(guān)系是否合理。

3.2.2 試驗結(jié)果分析

1)試驗結(jié)果1 分析。若100%的彈殼均能從彈膛抽出，檢查彈底緣上均無明顯的抽殼印痕，說明原因分析及抽殼機構(gòu)的動作基本正確，開閉鎖動作穩(wěn)定一致性與壓力沖量的動態(tài)匹配關(guān)系合理。

2)試驗結(jié)果2 分析。試驗若出現(xiàn)個別彈底緣嚴(yán)重拉變形或發(fā)生拉掉不抽殼故障時，檢查彈殼底緣，75%抽殼正常無抽殼印痕，而25%左右有明顯的抽殼印痕或嚴(yán)重拉變形。由此說明，抽殼機構(gòu)動作可靠，而開鎖抽殼機構(gòu)動作一致性差，與后效期壓力沖量的動態(tài)匹配關(guān)系不合理，有待進(jìn)一步修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，以達(dá)到試驗結(jié)果1 的效果。例如，回轉(zhuǎn)閉鎖的武器，合理確定槍機閉鎖支承面上的倒角后，對解決彈底緣抽掉不抽殼故障有明顯效果。

3)試驗結(jié)果3 分析。試驗若出現(xiàn)個別彈殼拉滑不抽殼故障，且隨著射頻的升高不抽殼故障明顯增加，由此證明拉殼機構(gòu)的動作不可靠:一是拉殼鉤復(fù)位不及時及抱彈不可靠(彈簧力過小);二是拉殼鉤在拉殼受力瞬間不自鎖(自動張開);三是對于回轉(zhuǎn)閉鎖的武器及回轉(zhuǎn)式拉殼鉤，由于拉殼鉤的質(zhì)量分布、質(zhì)心到回轉(zhuǎn)軸心位置、拉殼鉤簧力太小以及開閉鎖螺旋升角確定不合理，開鎖過程中拉殼鉤產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性離心力過大，導(dǎo)致拉殼鉤自動張開。

為此有待對與上述有關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行修改，以達(dá)到解決拉滑不抽殼故障的目的。

3.3 驗證方法3

3.3.1 驗證方法及目的

驗證應(yīng)在驗證方法2 合格的前提下進(jìn)行。常溫下槍機裝上拉殼鉤。槍彈、彈膛及容彈具應(yīng)擦拭干凈，不許有油污。

模擬高溫試驗:槍彈保溫(50 ±2)℃，4 h。使用1#或2#氣孔，點射或連射。

模擬揚塵試驗:槍彈放在細(xì)砂或塵土上滾動，使其表面粘上砂塵，將其放入彈膛內(nèi)，使用1#、2#及3#分別進(jìn)行射擊。

目的是檢查模擬高溫及揚塵環(huán)境條件下，抽殼機構(gòu)動作及抽殼是否正常。

3.3.2 試驗結(jié)果分析

1)試驗結(jié)果1 分析。試驗未出現(xiàn)彈底緣拉掉不抽殼故障，檢查彈底緣抽殼正常，只有輕微的抽殼印痕，而無嚴(yán)重拉變形，說明結(jié)構(gòu)參數(shù)確定及動態(tài)匹配關(guān)系合理。

2)試驗結(jié)果2 分析。試驗若出現(xiàn)彈底緣嚴(yán)重拉變形及拉掉不抽殼故障，說明有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)及動態(tài)匹配關(guān)系不合理，有待進(jìn)一步修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定合理的動態(tài)匹配關(guān)系，達(dá)到解決不抽殼的目的。

4 結(jié)束語

對于鋼殼彈，彈底緣拉掉不抽殼故障與斷殼是1 對孿生兄弟，二者的原因關(guān)系非常密切且相互制約，2 種故障均易在高溫試驗時發(fā)生。考慮到2 種故障應(yīng)同時解決，而在改變結(jié)構(gòu)參數(shù)使彈底緣被拉斷的不抽殼故障確實無法解決的條件下，可采用彈膛內(nèi)加工縱槽成熟的工藝，減小抽殼時貼膛阻力，解決彈底緣被拉掉的不抽殼故障。

［1］《步兵自動武器及彈藥設(shè)計手冊》編寫組.步兵自動武器及彈藥設(shè)計手冊( 中冊) 自動武器結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1977.

［2］劉學(xué)昌.美國輕武器［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1989.

［3］戴成勛，靳天佑，朵英賢.自動武器射擊新編［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1990.

［4］徐邦勇，吳江濤，楊傳富，等.某型機槍不抽殼故障主要原因分析及解決措施［J］.四川兵工學(xué)報，2010(7):21-22.