Эксплуатация боеприпасов на огневой позиции 10 страница

Ранее отмечалось, что при откате ствол тормозится силой со­противления откату

где —сила тормоза отката;

— сила накатника;

— сила трения;

составляющая веса откатных частей.

На рис. 13.1 представлен график силы R и ее составляющих, площадь ограничения кривой равна работе силы R на

пути и следовательно, всей поглощенной энергии откатных частей. Площади, ограниченные кривыми слагаемых, показывают

долю поглощенной ими энергии при откате. На практике силами

трения поглощается 3—5% энергии откатных частей. Накатником поглощается (аккумулируется) 15—20% энергии отката. Осталь­ная часть энергии поглощается тормозом отката.

При накате энергия, аккумулированная в накатнике, снова пре­вращается в энергию движения откатных частей. Сила, действую­щая на откатные части при накате, будет равна

где —сила тормоза отката при накате;

— сила трения при накате, которую можно принять рав­ной силе трения при откате.

Рис. 13.1. График силы R и ее составляющих

Вся энергия, сообщаемая откатным частям накатником, погло­щается опять же тормозом отката и силами трения (при отсут­ствии отбора энергии на приведение в действие каких-либо устройств).

Работа составляющей веса откатных частей за цикл откат — накат равна нулю, так как при откате ее направление совпадает с направлением движения, при накате противоположно.

Таким образом, за цикл откат — накат практически вся энер­гия, сообщаемая откатным частям силой Р_кн, поглощается тормо­зом отката и силами трения и превращается в конечном итоге в тепло (некоторая часть энергии идет на нагрев накатника).

К противооткатным устройствам предъявляются следующие основные требования:

1. Надежность и безотказность действия при различных условиях эксплуатации (колебания температуры, изменения режимов > огня и т. д.). Длина отката при этом должна оставаться в допустимых пределах.

2. Плавность действия.

3. Безопасность в обращении. С этой целью, например, проти­вооткатные устройства орудий, у которых на походе ствол оттянут

назад, снабжаются механизмами взаимной замкнутости, исклю­чающими производство выстрела при отсутствии надежной связи тормоза и накатника со стволом.

4. Простота конструкции и" эксплуатации.

5. Возможность длительного хранения на складах и в войско­вых частях.

§ 13.1. НАКАТНИКИ

Накатник служит для возвращения откатных частей артилле­рийского орудия после выстрела в исходное положение и удержа­ния их в этом положении при всех углах возвышения ствола. Как

Рис. 13.2. Схемы пружинных накатников: а — расположение пружин в одну колонку; б — телескопическое расположе­ние пружин; 1 — цилиндр тормоза; 2 — подвижный цилиндр; 3 — люлька

отмечалось, накатник участвует в торможении отката, аккумули­руя часть энергии, которая используется в дальнейшем для осу­ществления наката. Кроме того, аккумулированная накатником энергия может быть использована для автоматического открыва­ния затвора или приведения в действие других автоматических устройств.

Аккумулирование необходимой для наката энергии осущест­вляется у накатников с помощью упругого элемента (рабочего тела), который при откате сжимается. После отката он разжи­мается, накатывая ствол в исходное положение. В зависимости от природы рабочего тела различают следующие типы накатников: пружинные, гидропневматические и пневматиче­ские.

У пружинных накатников пружины могут быть рас­положены либо в одну колонку (один ряд), либо телескопически. В первом случае пружины надеваются на цилиндр тормоза отката.

(рис. 13.2, а) или на ствол. При телескопическом расположении (рис. 13.2,6) внутренняя пружина надевается на цилиндр тормоза l, наружная — на подвижный цилиндр 2, перемещающийся в люльке 3. Сжатие обеих пружин происходит одновременно. Дей­ствие на ствол телескопического накатника практически не отли­чается от однорядного. Основное его достоинство — малая длина, недостаток — большие поперечные размеры.

Рис. 13.4. Схемы гидропневматических на­катников с разделенными цилиндрами: а — без плавающего поршня; б —с плавающим поршнем; /—рабочий цилиндр; 2 —резервуар; 3 — плавающий поршень

Во всех случаях при большой длине пружины ее делают со­ставной (из коротких пружин). Короткие пружины легче изготов­лять, удобнее перевозить в ЗИП; в случае поломки заменяется не вся пружина, а часть ее. Для компенсации скручивающего мо­мента, появляющегося при сжатии и передающегося на опорные детали, пружину составляют из частей правой и левой навивки, чередуя их по длине. Для устранения влияния скручивающего мо­мента при применении одной пружины опорные детали могут снабжаться подшипниками качения или скольжения.

Основными достоинствами пружинных накатников являются:

— простота и компактность конструкции;

— нечувствительность силы накатника к изменению темпера­туры окружающей среды;

— простота эксплуатации (не требует проверок перед стрельбой).

Главный недостаток этих накатников — значительное (непро­порциональное) увеличение габаритов и веса пружин при увели­чении силы накатника. Отсюда пружинные накатники применяют

в орудиях с относительно небольшим весом откатных частей (на­пример, в орудиях малого калибра, горных и др.).

Гидропневматические накатники являются основ­ным типом накатников для полевой артиллерии. У них сжатый газ (воздух или азот) является рабочим телом; жидкость (стеол М, веретенное масло) изолирует газ от уплотнений, т. е. является гидравлическим запором для газа, обеспечивая герметичность на­катника. Накатник будет герметичен, если при любых углах возвышения (сниже­ния) жидкость будет полно­стью покрывать все уплот- нительные устройства. Для этого объем жидкости дол­жен составлять 0,5—0,65 объема накатника.

Конструктивно гидро­пневматические накатники выполняются либо с совме­щенными (рис. 13.3), либо с разделенными (рис. 13.4) цилиндрами.

Накатники (рис. 13.3,а), у которых вместе со стволом откатывается шток с порш­нем 1, имеют два цилинд­ра—рабочий 2 и наруж­ный 3. Для уменьшения ко­личества жидкости, а следовательно, и габаритов накатника внут­ренний цилиндр располагают эксцентрично наружному, смещая его вниз.

Накатники (рис. 13.3,6), у которых для увеличения массы от­катных частей откатываются цилиндры (шток с поршнем 1 закреп­лен в люльке 5), имеют дополнительно третий промежуточный ци­линдр 4. Промежуточный цилиндр исключает проникновение сжа­того воздуха через окно О к уплотнениям штока при больших углах возвышения (передняя часть люльки при этом поднимается вверх).

Накатник с разделенными цилиндрами (рис. 13.4, а) состоит из рабочего цилиндра 1 и резервуара 2, которые сообщаются между собой. При этом резервуар в принципе может иметь любую форму, Удобную для размещения в люльке. В цилиндрическом резервуаре жидкость иногда отделяют от газа с помощью плавающего порш­ня 3 (рис. 13.4,6). Если накатник заполнен воздухом, то наличие разделяющего поршня предотвращает растворение кислорода воз- на^ХдетаГ^ИДК°^СТИ' ^ЧТ° ^{снижает ве}Р^оятность образования коррозии

Щее^Нв^{КаТНИКИ С} Роенными цилиндрами применяются в настоя- ремя в орудиях сравнительно большой мощности (с тяже

лыми откатными частями). Для таких орудий они могут оказаться более компактными и удобными для размещения на лафете по сравнению с другими конструкциями.

Необходимо отметить, что применение разделенных цилиндров изменяет характер нагрузок, действующих на рабочий цилиндр. На стенки отдельного рабочего цилиндра действует только вну­треннее давление жидкости. У накат­ников с совмещенными цилиндрами на стенки рабочего цилиндра помимо вну­треннего давления жидкости действует равное по величине наружное давле­ние, которое в запоршневом простран­стве ничем не компенсируется. Как известно, наружное давление является для тонкостенных цилиндров более опасным, так как может привести к потере устойчивости стенок при сохра­нении прочности от действия такого же внутреннего давления.

Основными достоинствами гидро­пневматических накатников являются компактность конструкции и малый вес (при относительно большом весе откатных частей), легкость регулировки давления, а следовательно, и силы накат­ника.

Рис. 13.6. Схема пневматического накатника

К недостаткам этого типа накатников относятся относительная сложность конструкции, худшие эксплуатационные качества (необ­ходимость проведения проверок перед стрельбой) по сравнению с пружинными.

Некоторые накатники для облегчения условий работы тормоза отката имеют клапан дополнительного торможения наката (рис. 13.5). При откате давлением жидкости клапан а открывается и не препятствует проходу жидкости из рабочего цилиндра в на­ружный. При накате жидкость и пружина закрывают клапан. В этом случае за счет пробрызгивания жидкости через отверстия в клапане поглощается часть энергии наката.

Рис. 13.5. Схема накатника с клапаном дополнительного торможения наката: а — клапан

Пневматические накатники (рись 13.6) полностью заполнены газом, поэтому наиболее компактны. Они имеют более технологичное концентрическое расположение цилиндров, так как

для обеспечения герметичности небольшим количеством жидкости заполняются только уплотнения. Конструкция уплотнений такова, что давление жидкости в них больше давления газа в накатнике. Это достигается тем, что площади поршней (сжимающих жид­кость), обращенные к газу, больше площадей, обращенных к жид­кости (принцип, аналогичный принципу действия пластического обтюратора). Высокое давление жидкости передается затем ворот­никам уплотнений. Несмотря на очевидные достоинства, пневма­тические накатники нашли пока ограниченное применение из-за сложности конструкции уплотнений.

Для расчета противооткатных устройств необходимо знать зна­чение силы накатника в процессе отката и наката ствола. Задача состоит в определении силы накатника в функции от пути отката

Процесс сжатия и расширения газа в накатнике происходит по политропическому закону, т. е.

где —текущие значения давления и объема газа в накат­

нике;

— начальные их значения (до отката);

— показатель политропы, который принимают рав­ным 1, 2.

Решив уравнение (13.3) относительно р, будем иметь

Текущее значение объема газа из физических соображений

где — рабочая площадь поршня накатника;

— диаметр поршня;

— диаметр штока.

Формула (13.5) отражает тот факт, что текущий объем газа равен разности начального его объема и объема вытесненной из рабочего цилиндра жидкости к рассматриваемому моменту отката.

Найдем отношение - с учетом выражения (13.5):

— приведенная длина начального объема газа в на­катнике.

Тогда уравнение (13.4) с учетом зависимости (13.6) примет вид

Так как сила накатника и начальная сила

то из уравнения (13.7) можно найти закон изменения силы накат­ника в функции пути отката:

Идентичное выражение имеет к закон изменения силы пневматического накатника. Характер изменения силы накатника показан на гра­

фике (рис. 13.7). Он может быть по­строен, если известны следующие ве­личины: — начальная сила накат­ника; — приведенная длина началь­ного объема газа. Начальную силу на­катника получают из условия надеж­ного удержания откатных частей при всех углах возвышения ствола. Для этого начальная сила должна преодолевать сопротивление двух сил — составляющей силы веса и силы трения, в случае если под действием каких-либо возмущающих факторов ствол отойдет от исходного положения после наката (например, колебаний после выстрела), т. е.

С учетом формулы (12.62) для получим или j

Полученное выражение представляет собой — функ­

цию, которая монотонно возрастает при изменении <р от 0 до неко­торого значения <р_т, соответствующего максимуму По. Это значе­ние найдем по общим правилам, т. е. из равенства

Рис. 13.7. График силы гидро­пневматического накатника

откуда При

Для орудий полевой артиллерии максимальный угол возвыше­ния ствола Поэтому требуемая сила По рассчитывается _при с 10-процентным гарантийным запасом, т. е.

Начальная сила накатника, рассчитанная из таких соображе­ний, естественно, будет надежно удерживать откатные части и при меньших углах возвышения. На практике для полевых орудий

Приведенную длину начального объема газа определяют, используя понятие о степени сжатия газа т. Степень сжатия — это отношение конечной силы накатника к начальной:

Из закона (13.8) Тогда откуда

У полевых орудий для гидропневматйческих накатников при­нимают

При выборе степени сжатия нужно руководствоваться следую­щими соображениями:

1. Принятая величина т должна быть меньше ее предельного значения, т. е. Предельное значение степени сжатия вы­текает из условия устойчивости орудия после отката. Так как по­сле отката и

то

На практике

2. С увеличением т увеличивается избыточная энергия накат­ка, которая должна быть поглощена тормозом наката, чем

усложняются работа и конструкция тормоза.

3. Начальный объем газа в накатнике С увеличением т уменьшаются и начальный объем газа , а следовательно, уменьшаются и габариты накатника.

4. Увеличение т приводит к увеличению давления в накатнике в конце отката, что увеличивает интенсивность нагрева газа и

усложняет его обтюрацию.

Методику расчета конструктив­ных размеров гидропневматического накатника покажем на примере двухцилиндрового накатника с сов­мещенными цилиндрами.

Рис. 13.8. К расчету диаметра штока

1. Диаметр штока d опре­деляется из условия прочности штока в сечении с наименьшей пло­щадью (в месте канавки для выхода резца, рис. 13.8). Расчет ве­дется на растяжение:

ГДЕ

диаметр штока по дну канавки;

допустимое напряжение;

коэффициент запаса прочности

Зная по ГОСТ, определяют наружный диаметр резьбы хвостовика. Чтобы обеспечить свободный проход резьбы хвосто­вика через уплотнения при сборке, принимают диаметр штока d равным

2. Размеры рабочего цилиндра. Внутренний диа­метр D цилиндра находится из выражения для рабочей площади поршня накатника

откуда

Так как

ТО

Начальным давлением в накатнике задаются. Для полевых орудий, у которых накатник заполняется воздухом вручную с по­мощью воздушно-гидравлического насоса, значение начального

давления принимают в пределах

Далее из расчета на прочность при наиболее неблагоприятном случае нагружения определяется наружный диаметр рабочего цилиндра. Этот случай соответствует положению поршня накат­ника после совершения отката, когда на цилиндр действует на­ружное давление Наибольшие сжимающие напряжения в рабочем цилиндре под действием наружного давления опреде­ляются по формуле

где —испытательное давление накатника;

— внутренний радиус рабочего цилиндра;-

— наружный радиус рабочего цилиндра;

— допустимое напряжение;

— коэффициент запаса прочности.

Из формулы (13.15) наружный радиус рабочего цилиндра

Далее производится проверочный расчет на устойчивость формы. Под действием наружного давления жидкости цилиндр может быть раздавлен (сплющен).

Критическое давление, при котором это может произойти:

где — модуль упругости;

— коэффициент Пуассона;

— толщина стенок цилиндра.

Запас устойчивости определяется отношением

В существующих конструкциях мм. Длина рабочего

цилиндра должна обеспечивать свободный ход поршня на вели­чину

3. Размеры наружного цилиндра. При известной Длине цилиндра внутренний диаметр наружного цилиндра за­перт от диаметра рабочего цилиндра, от начального объема газа

и жидкости. Установим связь между величинами (рис. 13.9). Площадь сегмента, занятого газом

Дата добавления: 2015-07-26