炮彈維修表面綜合處理系統(tǒng)研究

張懷智　趙大興　張穎江　謝俊磊　曹宏安　謝全民

1.湖北工業(yè)大學(xué)，武漢，430068　　2.武漢軍械士官學(xué)校，武漢，430075

炮彈維修表面綜合處理系統(tǒng)研究

張懷智1,2趙大興1張穎江1謝俊磊2曹宏安2謝全民2

1.湖北工業(yè)大學(xué)，武漢，4300682.武漢軍械士官學(xué)校，武漢，430075

摘要：為了解決炮彈維修表面處理手工脫脂技術(shù)落后、效率低、質(zhì)量差等問題，研制了一種炮彈表面綜合處理系統(tǒng)。針對炮彈維修主要技術(shù)要求，提出了一種炮彈表面自動化綜合處理系統(tǒng)設(shè)計方案，介紹了多功能炮彈表面處理劑、自動噴淋裝置、自動輸送裝置、紅外烘干裝置、自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及性能，并分析了該處理系統(tǒng)的作用原理及作用可靠性。實驗表明，該系統(tǒng)自動化程度高，適用彈種廣，安全可靠，可實現(xiàn)炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理。

關(guān)鍵詞：炮彈；維修；自動化；綜合處理

0引言

炮彈維修是保證炮彈質(zhì)量、延長炮彈儲存壽命，確保炮彈儲運和使用安全的重要技術(shù)手段。炮彈維修涂裝前表面的預(yù)處理是影響炮彈維修質(zhì)量的關(guān)鍵工序。炮彈在儲存及維修過程中，不可避免地會接觸各種油污，表面發(fā)生銹蝕，炮彈維修涂裝過程中如果表面有殘留油污，則會削弱彈丸表面漆膜的附著力，造成漆膜剝落，從而影響彈藥的長期儲存。為了滿足金屬表面涂裝的要求，進一步提高炮彈表面維修質(zhì)量，炮彈在涂裝前必須進行脫脂、除銹、磷化、鈍化預(yù)處理。

目前，炮彈維修所采用的預(yù)處理方法為有機溶劑擦拭法，即采用松節(jié)油、汽油、乙醇等有機溶劑分步在炮彈表面擦拭，實現(xiàn)脫脂的目的。該方法缺點是有機溶劑易燃、易爆、易揮發(fā)、消耗快且有一定毒性，另外表面擦拭法脫脂需手工進行，操作者長期接觸容易引起神經(jīng)衰弱、皮膚干裂等疾病，且費時費力、效率低下，國外已很少將這種方法用于除油清洗工藝[1]。為滿足現(xiàn)階段炮彈維修表面處理質(zhì)量的要求，實現(xiàn)炮彈維修表面處理的安全、高效及自動化作業(yè)，有必要對炮彈涂裝前預(yù)處理方法和設(shè)備進行研究。

1炮彈表面維修方法研究

目前炮彈維修所采用的涂裝前預(yù)處理方法為松節(jié)油、汽油、乙醇三種有機溶劑手工擦拭法，只能實現(xiàn)炮彈表面脫脂的目的。炮彈涂裝時為了使油漆與彈丸表面有良好的附著力，增強炮彈表面金屬的耐蝕性，除了需對彈丸表面進行脫脂處理外，還需進行除銹、磷化和鈍化處理。而工廠對工件的綜合處理一般采用分步、分槽多級浸泡處理，共9道工序，設(shè)備投資大，維護費用高，不適合炮彈維修小規(guī)模作業(yè)模式。另外，炮彈內(nèi)裝有烈性炸藥，采用浸泡作業(yè)方式時若酸堿溶液滲入彈體內(nèi)則與炸藥相互作用，存在燃爆隱患。

對于炮彈自動脫脂系統(tǒng)的研制，必須尋求一種工序簡單、設(shè)備投入少、運行成本低、安全程度高又能實現(xiàn)炮彈涂裝前“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理的清洗方法。經(jīng)理論論證和大量實驗研究，最終確定采用多功能炮彈表面處理劑以自動噴淋方式對炮彈表面進行處理，一道工序?qū)崿F(xiàn)炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理，該方法具有操作簡便、成本低、安全、可靠、環(huán)保等優(yōu)點，可實現(xiàn)炮彈表面處理的自動化、綠色化和高效化。

2系統(tǒng)組成及原理

炮彈維修表面綜合處理系統(tǒng)主要由多功能炮彈表面處理劑、自動噴淋子系統(tǒng)、紅外烘干子系統(tǒng)、自動輸送子系統(tǒng)、自動控制子系統(tǒng)等組成，其設(shè)備組成如圖1所示。

圖1　炮彈表面綜合處理系統(tǒng)設(shè)備組成

2.1多功能表面處理劑配方及最佳使用工藝

綜合運用表面活性劑復(fù)配技術(shù)、化學(xué)除銹技術(shù)、金屬材料保護技術(shù)，采用多因素正交試驗法，經(jīng)大量實驗和對比分析，確定了適合炮彈維修的多功能表面處理劑配方和最佳使用工藝，如表1、表2所示。該處理劑可在常溫下使用，一步實現(xiàn)炮彈表面“脫脂、除銹、磷化、鈍化”綜合處理。

表1　多功能炮彈表面處理劑配方　%

注：“*”表示適量(暫不公開)。

表2　多功能炮彈表面處理劑最佳使用工藝

2.2變壓噴淋子系統(tǒng)

變壓噴淋子系統(tǒng)是炮彈自動脫脂系統(tǒng)的重要組成部分，主要目的是為多功能炮彈表面處理劑對炮彈的清洗提供空間、動力及最佳工藝條件，主要由噴淋系統(tǒng)、噴淋室及儲液槽組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　變壓噴淋子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

噴淋子系統(tǒng)主要功能是將儲液槽內(nèi)的多功能炮彈表面處理劑以最佳的壓力和速度噴淋到需處理的炮彈表面，實現(xiàn)最佳的清洗效果。通過管路壓力控制及噴嘴設(shè)計，實現(xiàn)噴淋參數(shù)分區(qū)控制。噴淋室采用厚1.5 mm經(jīng)防腐處理的鍍鋅板制成。棚體頂部運行區(qū)用柔性尼龍毛刷密封，既可確保吊掛具順利通過，又能阻止大部分噴淋劑水氣外溢。棚體頂部設(shè)有通排風(fēng)裝置，將工作時產(chǎn)生的霧氣及時排出車間。儲液槽用以貯存多功能炮彈表面處理劑溶液，槽內(nèi)分主槽、副槽兩部分。整個槽底設(shè)計成具有一定斜度的坡底，在槽底最低處側(cè)面，開有法蘭排渣口和排污閥，用于清洗廢液的排放。自動噴淋子系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3　自動噴淋子系統(tǒng)流程圖

2.3自動輸送子系統(tǒng)

自動輸送子系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)炮彈的自動輸送，設(shè)計時既要考慮滿足炮彈自動脫脂系統(tǒng)的需求，又要適用于炮彈自動噴漆、自動烘干等作業(yè)環(huán)節(jié)的輸送需求，可拓展性強。自動輸送子系統(tǒng)采用無極變速機械傳輸裝置，輸送速度連續(xù)可調(diào)，可滿足不同彈種工藝維修要求。經(jīng)大量工程計算，工件自動輸送鏈采用進口專用方軌輸送鏈條，配專用68 mm×72 mm標(biāo)準(zhǔn)承重軌道，100 mm×100 mm×4 mm方鋼支架支撐，間隔2000 mm設(shè)一個支撐點。配用獨立無級變速電磁電動機及WX100型減速機，工件輸送速度范圍為0.5～2.0 m/min，可根據(jù)噴淋工藝自由調(diào)節(jié)。

工件自動輸送鏈采用活動張緊方式。張緊座的一端設(shè)計成可自由滑動的套管，另一端采用螺桿壓縮可調(diào)的強力彈簧，確保炮彈自動、安全輸送。在室溫下用可調(diào)螺桿張緊輸送鏈，在輸送鏈?zhǔn)軣岷螅揽繌娏椈傻膹埩o輸送鏈，保證輸送鏈正常運轉(zhuǎn)，確保炮彈輸送安全。自動輸送子系統(tǒng)輸送裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　自動輸送子系統(tǒng)輸送裝置結(jié)構(gòu)

2.4紅外烘干子系統(tǒng)

紅外烘干子系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)炮彈表面處理后的快速烘干，使其滿足下一步炮彈表面噴漆的工藝要求，提高維修效率。紅外烘干系統(tǒng)由箱體、定向熱風(fēng)噴嘴、紅外加熱器、溫控系統(tǒng)等組成。紅外加熱器采用紅外能量供熱源，定向熱風(fēng)噴嘴利用防爆鼓風(fēng)機將熱風(fēng)輸送到炮彈表面，在紅外和熱風(fēng)共同作用下實現(xiàn)炮彈表面的快速烘干，溫控裝置實時監(jiān)測炮彈表面溫度，始終把溫度控制在50 ℃以內(nèi)，確保炮彈烘干作業(yè)安全。箱體起密閉作用，通過內(nèi)部齒條和齒輪的配合，可實現(xiàn)炮彈在輸送鏈上向前運動的同時進行旋轉(zhuǎn)，提高烘干效率。

2.5自動控制子系統(tǒng)

為實現(xiàn)炮彈維修自動化作業(yè)，降低人力成本，確保作業(yè)安全，系統(tǒng)電氣控制采用PLC中央集成控制，整個系統(tǒng)有正常和維修兩種狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)處于維修狀態(tài)時，各個設(shè)備均能單獨控制；當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時，各設(shè)備按既定程序動作，并且有一定的聯(lián)鎖功能。各個設(shè)備均有良好的電氣保護，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，均能實現(xiàn)安全可靠的保護，并自動停止下級運行和發(fā)出報警信息，故障排除并發(fā)出正常指令后才能重新啟動。設(shè)有一個標(biāo)準(zhǔn)控制柜，集成控制輸送速度、噴淋壓力和烘干溫度。

3系統(tǒng)性能測試與分析

3.1多功能炮彈表面處理劑性能測試

多功能炮彈表面處理劑性能測試主要依據(jù)GB/T12612-2005要求及實驗方法進行，分別對處理劑的除銹性能、脫脂性能、磷化膜質(zhì)量、磷化膜耐蝕性及處理后基體表面漆膜附著力進行了測試，測試結(jié)果如表3所示。

表3　多功能炮彈表面處理劑性能測試結(jié)果

測試結(jié)果表明，多功能炮彈表面處理劑具有除銹效果好，脫脂率高，所形成磷化膜耐蝕性強，處理后彈丸表面漆膜附著力高等特點，各項指標(biāo)均優(yōu)于GB/T12612-2005的要求。該處理劑采用SDBS、OP-10、TX-10陰離子-非離子表面活性劑復(fù)配方法，可提高表面活性劑的潤濕、分散、乳化、增溶等效果，可以顯著降低彈藥保護脂等油污的表面張力，將保護脂大顆粒固態(tài)油污乳化成易溶于水的小顆粒，實現(xiàn)了保護脂的高效去除[2-3]。除銹功能上，該處理劑選擇與成膜劑一致的H3PO4作除銹劑，在除銹的同時生成具有保護性的磷化膜成分，實現(xiàn)除銹功能與磷化功能相互協(xié)同；利用磷酸除銹作用過程產(chǎn)生的氫氣沖擊炮彈表面油污，可促進脫脂作用；利用脫脂過程表面活性劑的潤濕、滲透作用，使磷酸滲透到銹漬與金屬的界面，促進炮彈表面銹蝕的去除，實現(xiàn)脫脂功能與除銹功能相互協(xié)同[4]。

3.2自動輸送子系統(tǒng)性能測試分析

通過理論核算和實彈維修實驗對其性能進行測試。抗拉強度核算[5]：①鋼與鋼之間滾動摩擦因素μk=0.05，生產(chǎn)線滿負荷吊重T=8000kg(78.4kN)；②滿負荷驅(qū)動力F=μkT=0.05×78.4kN=3.92kN；③鏈條許用拉伸載荷Q0=30kN，即F

3.3紅外烘干子系統(tǒng)性能測試

采用155 mm口徑彈丸模型(內(nèi)部無炸藥) 進行烘干系統(tǒng)測試實驗，實驗彈丸數(shù)量60發(fā)，實驗結(jié)果如表4所示。

表4　紅外烘干系統(tǒng)性能測試結(jié)果

實驗結(jié)果表明，紅外烘干子系統(tǒng)采用紅外、熱風(fēng)復(fù)合烘干技術(shù)，可實現(xiàn)彈丸表面快速烘干，溫控范圍為28.5～49.5 ℃，溫控精度為0.04 ℃，滿足炮彈烘干安全要求。

4結(jié)語

炮彈維修表面綜合處理系統(tǒng)將PLC控制技術(shù)、自動輸送技術(shù)、紅外烘干技術(shù)應(yīng)用到彈藥維修領(lǐng)域，具有自動化程度高、拓展性強等特點，實現(xiàn)了炮彈表面處理的自動化作業(yè)；該系統(tǒng)適用于37～155 mm口徑后裝炮彈的維修，滿足炮彈大修、中修要求，適用彈種廣且可實現(xiàn)炮彈表面綜合化處理，提高炮彈表面耐蝕性，優(yōu)化維修工藝，延長彈藥儲存壽命。

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(編輯蘇衛(wèi)國)

Research on Surface Integrated Processing System for Shell Maintenance

Zhang Huaizhi1,2Zhao Daxing1Zhang Yingjiang1Xie Junlei2Cao Hong’an2Xie Quanmin2

1.Hubei University of Technology,Wuhan,430068 2.Wuhan Ordance Non-commissioned Officer Academy，Wuhan,430075

Abstract:In order to solve the artillery maintenance manual skim backward technology, low efficiency and poor quality problem, a shell surface integrated processing system was developed. In view of the main technical requirements of artillery maintenance, a kind of shell surface automation integrated processing system design scheme was put forward, the multi-function shell surface treatment agent, automatic spray equipment, automatic transmission device, infrared drying device, the design and performance of the automatic control system were introduced, and the action principles and action reliability of the processing system were analyzed . Experimental results show that the system is of high degree of automation, it is suitable for projectiles, safe and reliable, which can realize the “shell surface degreasing, derusting, phosphating, passivation” comprehensive processing.

Key words:shell; maintenance; automation;integrated processing

收稿日期：2014-05-26修回日期：2015-12-07

中圖分類號：TJ410;TP23

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.03.009

作者簡介：張懷智，男，1965年生。湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院碩士研究生，武漢軍械士官學(xué)校彈藥與倉儲系教授。主要研究方向為炮彈維修技術(shù)。趙大興，男，1962年生。湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院教授。張穎江，男，1959年生。湖北工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院教授。謝俊磊，男，1983年生。武漢軍械士官學(xué)校彈藥與倉儲系講師。曹宏安，男，1981年生。武漢軍械士官學(xué)校彈藥與倉儲系講師。謝全民，男，1981年生。武漢軍械士官學(xué)校彈藥與倉儲系講師。