CN108168779A - 一种气液式平衡机的设计方法 - Google Patents

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马佳佳
王亮宽
张太平
吴护鹏
孙耀东
柳晋伟
范继
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    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/32—Compensating imbalance by adding material to the body to be tested, e.g. by correcting-weights
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Abstract

本发明提供了一种气液式平衡机的设计方法，遍历武器系统的各个射角，根据A气腔的最大气压、初始装填质量以及气态方程求解出A气腔的体积；已知任意射角对应的弹簧力力臂值，根据平衡原理得出B气腔的气压，根据气态方程求出B气腔的体积；求出A、B气腔的体积最大值Vmax，得出平衡机筒内腔的体积以及液体腔的体积。本发明提供的设计方法简单，可快速提供出占用最小空间的智能平衡机的设计诸元以及气液平衡机筒装填诸元。

Description

一种气液式平衡机的设计方法
技术领域
本发明涉及一种平衡机设计方法。
背景技术
武器系统随着其射击状态(射角、储弹量、导弹数量)的改变，会引起其起落部分的不平衡力矩变化，而较重的弹丸质量以及导弹的发射会引起不平衡力矩的敏感变化，现阶段还未发现一种能高效解决此类问题的平衡机系统。
目前应用于高炮的平衡机主要采用弹簧式平衡机。弹簧式平衡机一端铰接于上架或托架上，另一端直接或通过挠性件(如链条、钢丝绳等)与起落部分连接。用一个平衡机时，一般装在上架的一侧；用两个时，则对称装于上架的两侧。在中国期刊《火炮发射与控制学报》2015年第1期上，一篇题为“基于复合型法的某高炮平衡机优化设计”的文章中公开了一种火炮平衡机设计方法，通过复合型优化算法解算出适应于高炮武器系统的弹簧刚度、初始压缩量、滑轮半径等值，通过计算结果设计相应的结构零部件，从而实现弹簧式平衡机的设计。此类平衡机只能尽量去平衡高炮射角在-7°至87°范围内时起落部分的重力矩，而无法平衡具有较大负载变化、射角变化的武器系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种智能平衡机设计方法，能实时平衡大负载变化的武器系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能平衡机设计方法，所述的智能气液式平衡机包括钢丝绳、气液式平衡机筒、带流量检测的液体泵、液体流量控制系统和储液箱；所述的气液式平衡机筒为封闭的中空柱体，内腔中通过两个活塞依次分隔为A气腔、液体腔和B气腔，所述的钢丝绳一端连接武器系统的起落部分，另一端连接气液式平衡机筒内的一个活塞；所述的液体腔侧壁开有通孔，通过带流量检测的液体泵连接储液箱；所述的液体流量控制系统控制液体腔和储液箱之间的液体流动；遍历武器系统的各个射角，根据A气腔的最大气压PA、初始装填质量mA以及气态方程求解出A气腔的体积VAi；已知任意射角对应的弹簧力力臂值L臂，根据平衡原理，平衡机力矩{(PA-PB)×S×L臂}等于重力矩，得出B气腔的气压PB，其中S为平衡机筒的内横截有效受力面积；已知B气腔初始装填质量mB，根据气态方程求出B气腔的体积VBi；求出A、B气腔的体积最大值Vmax，得出平衡机筒内腔的体积(Vmax+V活塞)以及液体腔的体积(Vmax+V活塞-VAi-VBi)。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的设计方法简单，原理简单。
(2)本发明提供的设计方法可快速提供出占用最小空间的智能平衡机的设计诸元以及气液平衡机筒装填诸元。
(3)本发明提供的设计方法，减少了原有平衡机的占用空间，为系统其他机构提供了充足的空间。
附图说明
图1是气液式平衡机结构示意图；
图2是A、B、C腔体积变化曲线图；
图3是气腔压力示意图；
图中，1-A气腔，2-活塞，3-液腔，4-B气腔，5-滑轮，6-钢丝绳，7-控制系统，8-电缆，9-带流量显示的液体输入泵，10-带流量显示的液体输出泵，11-输液管道，12-储液箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种适用于变负载、变射角武器系统的智能平衡机设计方法，能解决弹炮结合武器系统在较大突变负载情况下的平衡。
本发明提供的智能气液式平衡机，包括钢丝绳、气液式平衡机筒、带流量检测的液体泵、液体流量控制系统和储液箱；所述的气液式平衡机筒为封闭的中空柱体，内腔中通过两个活塞依次分隔为A气腔、液体腔和B气腔，所述的钢丝绳一端连接武器系统的起落部分，另一端连接气液式平衡机筒内分隔A气腔和液体腔的活塞；所述的液体腔侧壁开有通孔，通过带流量检测的液体泵连接储液箱；所述的液体流量控制系统控制液体腔和储液箱之间的液体流动；当起落部分射角发生变化时，钢丝绳牵引气液式平衡机筒内的活塞运动，引起A、B气腔的气体状态呈现压缩、膨胀，液体流量控制系统根据起落部分随动系统给出的姿态信号对液体腔的液体进行充放液动作，改变气腔压力较小端的压力，促使两气腔压力差产生的力矩抵消起落部分重力矩，实现任意射角、任意负载实时的起落部分处于平衡状态。原理为：O点挂于起落部分，当火炮射角发生变化时起落部分拉动活塞运动，调节A、B腔气液，使得平衡机提供的平衡力矩等于重力矩，保证起落部分处于平衡状态。钢丝绳、滑轮等结构件件的设计可参考论文《基于复合型法的某高炮平衡机优化设计》，本发明主要讲述气液式平衡机筒的设计方法。
根据气缸不发生漏气的最大承压值，平衡机筒的约束空间，通过遗传算法得出智能平衡机钢丝绳长度、滑轮半径、平衡机筒的内横截有效受力面积S、全射角重力矩、弹簧行程值、弹簧力力臂值L臂以及初始装填质量mA、mB。射角为-7°时，初始装填A腔气体压强为PA(最大承受压强)，质量为mA，得出A腔体积VA。根据全射角力矩平衡思想即((PA-PB)×S×L臂)，可求解各个射角的B腔气体的压强、初始装填mB，可算出VB。以此类推可算出-7°至87°范围内的VA、VB如图2所示。根据图2可以得出A腔体积、B腔体积之和的最大值Vmax。根据活塞的体积V活塞，以及活塞行程扫过的体积V活塞1的限制条件，使得A、B腔气体体积大于V活塞1，那么平衡机筒的内腔总体积为Vmax+V活塞1，则C腔液体体积为(Vmax+V活塞1-VAi-VBi)。智能平衡机根据此体积进行装填即可满足平衡机筒A、B腔压力满足图3规律，保证了各个射角都处于平衡状态。
本发明的具体步骤如下：
第一步，根据遗传算法以及气缸的承压值(该压力内气体不发生泄漏)，计算出平衡机的设计参量平衡机钢丝绳长度和滑轮半径、平衡机筒的内横截有效受力面积S、全射角重力矩、弹簧行程值和弹簧力力臂值L臂。A、B腔初始装填质量分别为mA、mB。
第二步，射角为-7°时，根据最大气压PA、装填质量mA以及气态方程，可求解出A腔的体积VA-7。已知任意射角对应的弹簧力力臂值L臂，根据平衡原理平衡机力矩{(PA-PB)×S×L臂}等于重力矩，得出B腔的气压PB。已知装填质量mB，根据气态方程，可求出气体VB-7。
第三步，循环第二步方法，求出射角-7°至87°范围内对应的A、B腔体积VAi和VBi。根据A、B腔体积求出A、B腔体积最大值Vmax，该值大于活塞行程扫过的V活塞1，那么平衡机筒内腔的体积为(Vmax+V活塞)。
第四步，根据内腔总体积为定值的原则，那么C腔体积为(Vmax+V活塞-VAi-VBi)。智能平衡机根据该值装填液体体积，即可满足任意射角时重力矩等于平衡机力矩，保证了起落部分处于平衡状态。

Claims (1)

1.一种气液式平衡机的设计方法，其特征在于：所述的智能气液式平衡机包括钢丝绳、气液式平衡机筒、带流量检测的液体泵、液体流量控制系统和储液箱；所述的气液式平衡机筒为封闭的中空柱体，内腔中通过两个活塞依次分隔为A气腔、液体腔和B气腔，所述的钢丝绳一端连接武器系统的起落部分，另一端连接气液式平衡机筒内的一个活塞；所述的液体腔侧壁开有通孔，通过带流量检测的液体泵连接储液箱；所述的液体流量控制系统控制液体腔和储液箱之间的液体流动；遍历武器系统的各个射角，根据A气腔的最大气压PA、初始装填质量mA以及气态方程求解出A气腔的体积VAi；已知任意射角对应的弹簧力力臂值L臂，根据平衡原理，平衡机力矩{(PA-PB)×S×L臂}等于重力矩，得出B气腔的气压PB，其中S为平衡机筒的内横截有效受力面积；已知B气腔初始装填质量mB，根据气态方程求出B气腔的体积VBi；求出A、B气腔的体积最大值Vmax，得出平衡机筒内腔的体积(Vmax+V活塞)以及液体腔的体积(Vmax+V活塞-VAi-VBi)。
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