一种新原理的高效缓冲装置

□史瑞明

1概述

缓冲器是用以缓和与外界纵向撞击的构件，是一种广为采用的技术措施。以兵器为例：在大口径火炮中广泛采用液压缓冲器，如59式57mm高炮的炮闩液压缓冲器；在航炮中广泛采用气体减震器和缓冲器，如苏AM－23航炮传动框的气体减震器和苏H－30航炮炮管缓冲器；在枪械和小口径火炮中广泛采用固体的金属缓冲器，如85式12.7mm高射机枪自动机缓冲器；纤维质缓冲器，如美国勃朗宁重机枪自动机缓冲器；橡胶缓冲器，如德国G3自动步枪自动机缓冲器等。上述这些缓冲器形式五花八门，但从原理上讲，皆是吸能装置，即受撞击后变形而吸收能量，伸张时放出能量，同时又耗损一部分能量。本文所要介绍的缓冲器与上述缓冲器截然不同。

2承载体受力机理

由撞击动力学得知，物体B受到另一物体A以V0速度撞击时，在撞击接触面11处将产生各自的应力波，并分别在各自的介质中向远离撞击接触面的方向传播，如图1所示。

其撞击力为

式中A1、A2——物体A和物体B在撞击接触面(11)处的截面积

ρ1ρ2——物体A和物体B的材料密度

c1、c2——物体A和物体B中应力波传播速度，其值为

E——材料的弹性模量

应力波除了在物体中传播外，当遇到介质和截面积突变时，将发生反射和透射。仍以图1所示为例，入射波F2在12段中传播，当遇到突变截面22后，部分应力波将透过22(透射波的作用力F2T)传入B2中，其值为

因为相撞物体形状十分复杂，所以应力波在物体中传播时除了发生反射、透射外，还将发生干涉、叠加、波形转变、衍射等，除了有纵波外还有横波，弯曲波等波在传播。

为了简化分析，加之纵波速度最高，所以只分析纵波传播。从图1得知，承载体所受之力并非是撞击力F2(入射波)，而是最末一级结构传给承载体的透射波的作用力F2T以及从承载体反射回来的反射波叠加之结果。

3探讨高效减力缓冲器

掌握了承载体受力机理之后，即可研究承载体所受之力与哪些因素有关及其变化规律，进而才能找到控制该力的措施。

3.1实验研究

利用“测量撞击参量多功能实验系统”对从市场上购置的材料一一测出其所受之撞击力，然后与钢质材料所受的撞击力加以比较，计算出该种材料的缓冲性能；再将多种材料有序排列，测出其整体撞击力并与钢质材料撞击力加以比较，计算出缓冲效率。经过大量的实验测量，最终探讨出了缓冲效率高达“99％”的“高效减力缓冲器”。

3.1.1测量撞击力

(1)先在“测量撞击参量多功能实验系统”上的测力体中装上与物体A材料相同的钢质材料物体B，二者的直径皆为18mm，物体A以V0速度撞击顶杆后，测得的F－t(力－时间)曲线如图2所示；然后将多种有序排列的材料装入测力体中(直径和总长度皆与钢质相同)，物体A仍以V0速度撞击顶杆，测得的F－t曲线如图3所示(图中的曲线幅度已放大了100倍)。

经过大量的实验研究，研制出了“高效减力缓冲器”。与钢质材料相比，其缓冲效率为：

无缓冲(钢质材料)时测得的幅值高为

h1=180－8=172

有缓冲时测得的幅值高为

h2=(180－115)/100=0.65

缓冲效率

图4缓冲材料置于物体A内

两种缓冲器射击密集度对比表

(2)将缓冲材料置于物体A内，在“测量撞击参量多功能实验系统”上，使物体A获得一定速度后携带缓冲材料撞击钢质物体B，见图4。

通过大量实验测量，找出了缓冲材料、结构、排列对缓冲效率影响的规律，并探讨出了该类型式的“高效减力缓冲器”。

4应用实列

4.1机框(活动机件)缓冲效率提高

选用54式12.7mm高射机枪，因为该枪已经有了机框弹簧缓冲装置，用“高效减力缓冲器”代替金属缓冲器即可。分别在缓冲筒内装“钢质材料”及“高效减力缓冲器”，并分别测其撞击力，结果如图5、图6所示(图6放大100倍)。

缓冲效率(各取两组数据)

4.2提高了连发射击密集度

1992年在桂林陆军学院将装于54式12.7mm高射机枪上的“高效减力缓冲器”，与原枪弹簧缓冲器进行了连发射击密集度对比试验。射击距离100mm，各射5靶，每靶10发(连发)，结果如表所示：

根据计算结果，高效减力缓冲器比原枪弹簧缓冲器的连发射击密集度(R70)提高了132％。

5结论

5.1缓冲原理新

它摆脱了传统的吸能缓冲技术原理，而是根据波动原理和材料的动态性能，是国内外首次提出来的一种“新的缓冲原理”。

5.2缓冲效率高

在满足缓冲条件下，在短的行程内，该缓冲器可获得“90％”以上的缓冲效率。

5.3可大幅地提高武器连发射击密集度

将“高效减力缓冲器”装在54式12.7mm高射机枪缓冲筒内，其撞击力比无缓冲器时减小了“99％”；比原枪弹簧缓冲器连发射击密集度提高了“132％”。这充分说明了在相同条件下，高效减力缓冲器缓冲效果十分明显。由于缓冲效率高，活动件后坐到位的撞击力大幅度减小，使振动大为减轻，翻倒力矩亦减小，理所当然的会提高武器连发射击密集度。

5.4可提高受撞零件的寿命

由于“高效减力缓冲器”使撞击力大幅度地减小，受撞零件的应力亦减小，所以其寿命必定提高。

5.5能够减少紧定件的松动

“高效减力缓冲器”使撞击力大幅度地减小、振动减轻，这就使得用螺母螺钉等紧定件固定的部件受力条件改善而不易松动。例如用54式12.7mm高射机枪原枪的弹簧缓冲器射击时，每打完一个点射(10发)后，表尺就松动变位，需要重新瞄准、紧定，才能再射击；而换上“高效减力缓冲器”射击时，打完了5个点射(每个点射亦10发)后，紧定件未松动，表尺位置未变动。

5.6装在武器活动件上缓冲减振效果更佳

将“高效减力缓冲器”装在武器活动件上，可使活动件两次减振、缓冲，它适合于大口径武器和导弹活动件的缓冲、减振。

6展望

“高效减力缓冲器”在满足缓冲条件下，其缓冲效率可达“90％”以上，其连发射击密集度可以成倍提高，尤其将它装在武器活动件上时，其效果更佳。这种缓冲效率在武器研制史上并不多见，预计该项技术将会广泛用于新武器研制和现有武器改造上以及其他民用机械。◆

(编辑/魏开功)