一种多级定容定量组合式装药装置及方法与流程

1.本发明涉及小口径弹药装配领域，具体地，涉及一种多级定容定量组合式装药装置及方法。


背景技术：

2.目前小口径弹装药主流为以传统的单层计量为主的容积法装药，小部分采用称量法装药。其中容积法计量设备生产效率高，可满足大批量生产要求，但其受温度湿度影响较大，误差一般只能控制在1％左右。定量式量取方式目前多采用电子传感器进行称量，精度能达到千分之一以内，但是其效率非常低，无法满足小口径弹药装配系统的生产率要求。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多级定容定量组合式装药装置及方法。
4.根据本发明的一个方面，提供一种多级定容定量组合式装药装置，包括：
5.转盘机构，所述转盘机构内部放置待装药的弹壳；
6.传动机构，所述传动机构驱动所述转盘机构转动；
7.定容加药机构，所述定容加药机构位于所述转盘机构上方，并与所述传动机构连接；所述定容加药机构在所述传动机构的带动作用下，对所述转盘机构内部的所有弹壳进行初次装药；
8.定量加药机构，所述定量加药机构位于所述转盘机构边缘，对所述完成初次装药的弹壳进行补充装药。
9.优选地，所述转盘机构，包括：
10.弹壳转盘，所述弹壳转盘沿其边缘设置若干个等间隔的工位，每个工位放置一个待装药弹壳；
11.漏斗转盘，所述漏斗转盘位于所述弹壳转盘的上层，其对应每个工位设置一个转盘漏斗；
12.所述漏斗转盘与所述弹壳转盘保持同角度转动。
13.优选地，所述传动机构，包括：
14.伺服电机，所述伺服电机提供驱动力；
15.主动轴，所述主动轴插入所述转盘机构中央并带动其转动；
16.主齿轮，所述主齿轮位于所述主动轴底部，用于与所述伺服电机输出轴啮合；
17.主圆锥齿轮，所述主圆锥齿轮位于所述主动轴顶部，将传动动力输送至所述定容加药机构。
18.优选地，所述定容加药机构，包括：
19.从圆锥齿轮，所述从圆锥齿轮与所述传动机构连接；
20.旋转轴，所述旋转轴与所述从圆锥齿轮连接并在其带动下转动；
21.转鼓，所述转鼓与所述旋转轴连接，所述转鼓内部设有四个槽型腔体；
22.套筒，所述套筒环绕所述转鼓；
23.加药漏斗，所述加药漏斗位于所述套筒的顶部；
24.输出筒，所述输出筒位于所述套筒的底部。
25.优选地，所述转鼓的的四个槽型腔体等角度均匀分布在所述转鼓的边缘；
26.所述槽型腔体与所述加药漏斗的底部适配；
27.所述输出筒和所述加药漏斗位于同一直线上。
28.优选地，所述定量加药机构,包括:
29.称重单元,所述称重单元位于每个弹壳的下方；
30.螺杆式定容加药单元，所述螺杆式定容加药单元设置于所述漏斗转盘的边缘，其朝向所述转盘漏斗补充加药；
31.弹性漏斗单元，所述弹性漏斗单元设置于所述转盘漏斗与弹壳之间，控制漏向弹壳的火药的量。
32.优选地，所述螺杆式定容加药单元，包括：
33.伺服电机，所述伺服电机提供驱动力；
34.螺杆，所述螺杆的一端与所述伺服电机连接，另一端指向所述转盘漏斗；
35.套筒，所述套筒叠套于所述螺杆外部，所述套筒顶部开设火药加入口，其末端指向所述所述转盘漏斗
36.加药漏斗，所述加药漏斗固定于所述套筒上，所述加药漏斗内的火药从所述火药加入口进入所述套筒内，并经所述螺杆转动送入所述转盘漏斗内。
37.优选地，所述螺杆式定容加药单元的个数为至少两个，按照对弹壳加药的先后顺序，相对应的螺杆直径依序减小。
38.优选地，所述弹性漏斗机构，包括：
39.可调节漏斗，所述可调节漏斗的直径较大的一端设有固定端面，该固定端面固定于所述漏斗转盘下表面；所述可调节漏斗的材质为铁磁金属，其直径较小的一端分开为若干瓣。
40.压板，所述压板与所述可调漏斗的固定端面平行，其中心开设正对所述可调节漏斗的通孔；
41.螺柱，若干个所述螺柱均布并支撑在所述固定端面与所述压板之间；
42.弹簧，所述弹簧缠绕于所述螺柱；
43.磁铁，所述磁铁为环状结构，其一端固定于所述固定端面并套于所述可调节漏斗四周。
44.根据本发明的第二个方面，提供一种多级定容定量组合式装药方法，包括：
45.采用定容方式量取火药并对弹壳进行加装；
46.利用称重传感器实时读取弹壳重量数值；
47.利用提前训练好的神经网络对所述弹壳重量数值进行当前火药重量的评估与需补充重量的预测；
48.控制器根据所述评估与所述预测值控制可调节漏斗的大小，进行补充加装。
49.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
50.本发明实施例中的多级定容定量组合式装药装置及方法，通过转鼓定容式加药方式，提高装药效率；采用多级螺杆式补药方式，高精度确保发射药量；通过称量感应器实时称重，将每次装药信息传输给控制系统，控制系统控制加药螺杆机构进行补充发射药，最终达到要求，减少不合格品率；控制系统控制电磁铁，精准确定漏斗开口直径，提高加药精准度。
附图说明
51.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
52.图1是本发明一实施例中的多级定容定量组合式装药装置结构示意图；
53.图2是与图1对应的的俯视图；
54.图3是本发明一优选实施例中的转鼓式定容加药单元示意图；
55.图4是本发明一优选实施例中的弹性漏斗单元仰视角度的示意图；
56.图5是本发明一优选实施例中的弹性漏斗单元俯视角度的示意图；
57.图6是本发明一优选实施例中的1级螺杆式定容加药单元示意图；
58.图7是本发明一优选实施例中的工作原理图；
59.图8是本发明一优选实施例中的火药计量时间分布图；
60.图9为本发明一优选实施例中的可调节漏斗的结构示意图。
61.其中，
62.101-弹壳转盘，102-漏斗转盘；1021-转盘漏斗；
63.201-伺服电机，202-主动轴，203-主齿轮，204-主圆锥轮齿；
64.301-从圆锥齿轮，302-旋转轴，303-转鼓，304-套筒，305-加药漏斗，306-输出筒；
65.401-称重单元，402-弹性漏斗单元，403-1级螺杆式定容加药单元403，404-2级螺杆式定容加药单元；
66.4021-压板，4022-螺柱,4023-可调节漏斗，4024-弹簧，4025-电磁铁；
67.41-伺服电机，42-螺杆，43-套筒，44-加药漏斗；
68.5-弹壳。
具体实施方式
69.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
70.如图1和图2所示，为本发明提供的一个实施例的一种多级定容定量组合式装药装置，包括转盘机构100、传动机构200、定容加药机构300和定量加药机构400。转盘机构100内部放置待装药的弹壳；传动机构200驱动转盘机构100转动；定容加药机构300位于转盘机构100上方，并与传动机构200连接；定容加药机构300在传动机构200的带动作用下，给转盘机构100上的所有弹壳进行初次装药；定量加药机构400位于所转盘机构100边缘，给完成初次装药的弹壳补充装药。
71.在发明的一个优选实施例，转盘机构100主要包括弹壳转盘101和漏斗转盘102。其中弹壳转盘101在其边缘处等间隔的设置16个弹壳工位，每个工位放置一个弹壳。漏斗转盘102放置于弹壳转盘101上面一层，漏斗转盘102正对每个工位的位置设置一个倒锥形的转盘漏斗1021。
72.弹壳转盘101和漏斗转盘102保持同角度转动。其中，转盘漏斗1021并不限制其形状和装置，具备使得火药材料从转盘102一侧通到另一侧的功能的装置、孔洞均可。
73.在本发明的一个优选实施例中，传动机构200包括伺服电机201、主动轴202、主齿轮203和主圆锥轮齿204。其中伺服电机201为整个装置提供动力，通过变频器控制，可调速。主动轴202插入弹壳转盘101和漏斗转盘102的中央并带动其转动；主齿轮203位于主动轴202的底部，用于与伺服电机201的输出轴啮合；主圆锥齿轮204位于主动轴202顶部，将传动动力输送至定容加药机构300。
74.在本发明的一个优选实施例中，定容加药机构300也称作转鼓式定容加药机构，参见图3，其主要包括从圆锥齿轮301、旋转轴302、转鼓303、套筒304、加药漏斗305和输出筒306。其中，从圆锥齿轮301与传动机构的主圆锥齿轮204连接；旋转轴302与从圆锥齿轮301连接并在其带动下转动；转鼓303与旋转轴302连接，转鼓303内部设有四个槽型腔体3031；套筒304环绕转鼓303；加药漏斗305位于套筒304的顶部；输出筒306位于304套筒的底部。
75.进一步的，转鼓303的的四个槽型腔体3031等角度均匀分布在转鼓303的边缘；
76.槽型腔体3031与加药漏斗305的底部适配；输出筒306和加药漏斗305位于同一直线上。转鼓式定容加药单元机构通过槽形腔体的计量方法，旋转90
°
进行火药量取。一般的，槽型腔体的容量等于弹壳的装药量。
77.在本发明的另一个优选实施例中，定量加药机构400包括称重单元401、弹性漏斗单元402、1级螺杆式定容加药单元403和2级螺杆式定容加药单元404。
78.其中，称重单元401选用重量传感器，其设置在每个工位的弹壳下方。
79.弹性漏斗单元402设置在漏单转盘102中的每个漏斗下方，其包括压板4021、螺柱4022、可调节漏斗4023、弹簧4024和电磁铁4025。
80.具体的，如图4和图5所示，可调节漏斗4023选用磁性金属制成，其扩口端设有一个环形的固定端面，使用固定件或者胶粘等方式将固定端面与漏斗转盘102的下表面固定。压板4021与固定端面平行，通过螺柱4022连接固定端面和压板。每个螺柱4022的外周缠绕弹簧4024。电磁铁4025环绕于可调节漏斗4023外周，电磁铁4025的一端通过胶粘的方式固定在固定端面的表面。
81.可调节漏斗4023的尾端设计对开的两瓣，参见图9，通过电磁铁控制尾端的开口大小。弹簧保持旋转过程中，压板的平衡稳定，减少震动，做到精准定位。
82.1级螺杆式定容加药单元403和2级螺杆式定容加药单元404的结构相同，参加图6，它们均包括：伺服电机41、螺杆42、套筒43和加药漏斗44。伺服电机提供驱动力，其设置在漏斗转盘102的边缘，其输出轴位于转盘101的径向方向；螺杆42的一端与伺服电机41连接，另一端指向漏斗转盘102中的漏斗；套筒43叠套于螺杆42外部，套筒43顶部开设火药加入口，其末端指向漏斗转盘102中的转盘漏斗1021；加药漏斗44固定于套筒43上，加药漏斗44内的火药从火药加入口进入套筒43内，并经螺杆42转动送入转盘漏斗1021内。
83.2级螺杆定容加药单元为1级螺杆式定容加药单元之后的再次补充加药机构，但其
螺杆直径小于1级螺杆式定容加药机构中的螺杆直径，保证其装药量精度。
84.为了便于理解本发明的技术方案，对上述实施例中的一种多级定容定量组合式装药装置的工作过程描述如下：伺服电机201带动传动机构200的主动轴202将动力传送给主动轴202，主动轴202带动弹壳转盘101、漏斗转盘102以及顶部主圆锥齿轮204一起同步转动，主圆锥齿轮204带动定容加药机构300中的从圆锥齿轮301，从圆锥齿轮301与旋转轴302以及转鼓303固定连接，则当从圆锥齿轮301转动时，转鼓303也会在套筒304中转动，转鼓303有四个槽形腔体，旋转90
°
，槽形腔体内的发射药就会掉落至漏斗转盘1022中的转盘漏斗1021中，加药漏斗305时刻补充转鼓303内的发射药，发射药通过漏斗转盘102进入弹性漏斗单元402中，通过可调节漏斗4023掉落进入弹壳5中，弹壳5下的称重传感器，将弹壳重量的数据传输给控制系统，控制系统判断发射药的分量是否达到标准。如果未达到标准范围，则记录下几号工位，当该工位旋转至1级螺杆式定容加药单元403时，伺服电机4031驱动1级螺杆4032输送发射药至漏斗转盘102中的转盘漏斗1021内，控制系统同时控制电磁铁4025来调整可调节漏斗4023的出口大小，满足精度要求，此时通过1级螺杆式定容加药单元403的一次加药后，称重传感器9再次称重，将数据反馈控制系统，控制系统再次判断是否启动2级螺杆式定容加药单元404，如需要，则记录下几号工位，当工位旋转至2级螺杆式定容加药单元404时，再次进行加药，2级螺杆比1级螺杆直径更小，精度更高，通过粗细精的方式，最终保证装药量的精度。
85.由此可见，本实施例中的多级定容定量组合式装药装置及方法，通过转鼓定容式加药方式，提高装药效率；采用多级螺杆式补药方式，高精度确保发射药量；通过称量感应器实时称重，将每次装药信息传输给控制系统，控制系统控制加药螺杆机构进行补充发射药，最终达到要求，减少不合格品率；控制系统控制电磁铁，精准确定漏斗开口直径，提高加药精准度。
86.基于相同的发明构思，本发明的其他实施例中还提供一种多级定容定量组合式装药方法，过程为:
87.s1,采用定容方式量取火药并对弹壳进行初次加装；
88.s2,利用称重传感器实时读取弹壳重量数值；
89.s3,利用提前训练好的神经网络从s2中获得的弹壳重量数值进行当前火药重量的评估与需补充重量的预测；
90.s4,控制器根据评估与预测值控制可调节漏斗的大小，对弹壳进行补充加装。
91.其中，关于s3的实施方法较为成熟。将标准化数值输入bp神经网络进行训练，输出值与期望输出者产生误差；将误差信号反向传播回网络，得到一套训练好的bp网络；输入样本数据，训练好的bp网络输出预测好的重量数据。
92.较佳的，在一个优选实施例中，漏斗转盘工共有16个工位。设计方案中，1号工位进料，4号工位称重，如果误差超过0.1g，5号工位1级螺杆转动角度，8号工位称重，如果误差超过0.01g，9号工位2级螺杆转动角度，12号工位称重。其对应的具体的方法流程为：
93.s01,弹壳从1号工位进料；
94.s02,1号工位转鼓转一个工位完成1次定容；
95.s03,漏斗转盘和弹壳转盘一起转动，完成转盘漏斗到弹壳装药；
96.s04,4号工位称重传感器称重；
97.s05,判断s04获得的弹壳重量差是否大于0.1g；如果是，则进入下一个工序s06；如果不是，则进入s10；
98.s06,处理器计算1级螺杆转角a1；
99.s07,5号工位螺旋杆转动角度a1；
100.s08,转盘转动时完成加药漏斗、转盘漏斗和可调节漏斗到弹壳装药；
101.s09,8号工位称重传感器称重；
102.s10,继续判断s09获得的弹壳重量差是否大于0.01g；
103.s11,处理器计算2级螺杆转角a2；
104.s12,9号工位螺旋杆转动角度a2；
105.s13,转盘转动时完成加药漏斗、转盘漏斗和可调节漏斗到弹壳装药；
106.s14,12号工位称重传感器称重；
107.s15,判断弹壳重量是否合格，合格则结束工序，不合格则进入剔废环节。
108.本实施例针对小口径弹药装配火药量取精度与效率的兼容问题，考虑采用定容与定量结合的方式。利用转鼓与大转盘同一时间转过相同角度实现火药的定容与落料，电磁铁控制火药漏斗出口的大小，称重传感器实时测量火药重量，神经网络实时评估与预测装药量，并控制电磁铁，通过“粗-细-精”3级加料控制定量精度。
109.当然，在其他实施例中，称重以及定量的定量加药机构的工位分布并不作限制。
110.在本发明的其他实施例中，还提供上述实施例中各个阶段的火药计量时间计算方法，参见图8，具体的，
111.设t＝4s,t
i1
≤0.1s,t
i2
≤0.5s,t
i3
≤0.25s,t0＝0.5s
112.其中t
i1
为定容时间，t
i2
为落料时间，t
i3
为称重时间，t
i4
为响应时间，t0为空行程。
113.由此可见，本实施例的为弹壳添加火药既保证了精度也保证了速率。
114.需要说明的是，本发明提供的所述方法中的步骤，可以利用所述系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照所述系统的技术方案实现所述方法的步骤流程，即，所述系统中的实施例可理解为实现所述方法的优选例，在此不予赘述。
115.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
116.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。