Высота столба жидкости

Рис. 13.9. Поперечное сечение накатника

откуда

Подставив значение /?_ц в формулу (13.18), получим

Функцию

можно рассчитать, задаваясь и можно также построить график или составить таблицу (табл. 13.1).

С другой стороны, функция равна

где ( — расстояние между днищами наружного цилин­дра);

Из опыта проектирования

Из изложенного вытекает порядок определения внутреннего радиуса наружного цилиндра:

— по формуле (13.20) вычисляется ;

— по известной из таблицы (графика) определяется ;

— зная по формуле (13.19) определяют

Толщиной стенок наружного цилиндра обычно задаются =(4—7) мм. Тогда наружный радиус цилиндра

Имея размеры, производят проверочный расчет цилиндра на прочность (как толстостенного, нагруженного внутренним давле­нием) по зависимостям второй теории прочности:

где — испытательное давление. Коэффициент запаса прочности

Особенности расчета пружинного накатника состоят в сле­дующем.

Степень сжатия пружинного накатника обычно принимается m = 2. Тогда, зная и рассчитав начальную силу по формуле (13.9), можно построить график силы пружины накатника, кото­рый, как известно, имеет прямолинейную зависимость (рис. 13.10). При этом .Закон изменения силы накатника

(уравнение прямой) найдем, используя подобие треугольников (рис. 13.10):

•

где — стрела предварительного сжатия пружины. Тогда

Стрела предварительного сжатия опрелеляется из выражения

(13-22) при условии, что, когда В этом случае

»

откуда

Из выражения (13.23) следует, что при т = 2 стрелапредва­рительного сжатия Жесткость пружины С, равная , опре­делится выражением

Рис. 13.10. График силы пружинного накатника

Далее, имея величины С, и исходя из конструктивных сообра­жений, рассчитывают пружину.

§ 13.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТОРМОЗА ОТКАТА

Тормоз отката предназначен для поглощения энергии откатных частей, приобретенной ими под действием выстрела. В процессе поглощения энергии происходит торможение откатных частей при откате и накате.

Торможение осуществляется силой гидравлического сопротив­ления, возникающей при перетекании жидкости из одной полости тормоза в другую через отверстия малой площади.

Независимо от конструкции сущность действия любого гидрав­лического тормоза: то ли отката, то ли наката — одинакова. По­ясним сущность действия тормоза на упрощенной схеме (рис. 13.11), пренебрегая коэффициентом сжатия струи. При движении штока с поршнем жидкость вытесняется из рабочей полости 1 в нерабо­чую 2 через отверстия 3. Применяя к потоку жидкости уравнение постоянства расхода (уравнение неразрывности потока), получим

где — площадь отверстий истечения в поршне;

— скорость истечения жидкости через отвер­стия;

— рабочая площадь поршня (живое сечение вытесняемого потока);

— скорость вытеснения жидкости из цилиндра (равна скорости отката).

Откуда

Рис. 13.11. Упрощенная схема гидравлического тормоза: 1-рабочая полость; 2 — нерабочая полость; 3 — отверстие

Отношение площадей ■ может достигать Поэтому при

скорости отката скорость истечения жидкости

через отверстия может достигать сотен метров в секунду. Таким образом, сущность поглощения энергии гидравлическим тормозом заключается в превращении кинетической энергии откатных ча­стей в кинетическую энергию частиц (струек) жидкости.

Пример. Если откатные части с массой имеют ско­

рость F=10 м/с, то их кинетическая энергия

При перетекании через отверстия жидкости, имеющей массу , с постоянной скоростью № = 200 м/с она получит кине­тическую энергию

Рассмотренный нами весьма упрощенный пример показывает, что даже без учета сил трения вся кинетическая энергия откатных частей может быть превращена в кинетическую энергию частиц небольшого количества жидкости. В дальнейшем эта кинетическая энергия благодаря внутреннему трению и ударам частиц о стенки тормоза превращается в тепловую, которая затем рассеивается в окружающей среде.

В рабочей полости тормоза до начала истечения частицы жид- ости находятся в покое. Для преодоления сил инерции частиц и щения ^им большой скорости необходимы и большие ускоре-

ния, которые могут возникнуть только в результате силового воз­действия — давления. Поэтому процесс истечения сопровождается повышением давления в жидкости, находящейся в рабочей поло­сти. Повышение давления обусловлено также необходимостью пре­одоления сил трения между частицами жидкости (вязкости жид­кости). Давление в жидкости будет тем больше, чем больше скорость ее истечения через отверстия. Вследствие повышения давления в жидкости она оказывает сопротивление движению поршня со штоком (откатным частям). Сопротивление движению откатных частей объема жидкости, находящегося в рабочей поло­сти тормоза, называют гидравлическим сопротивлением откату, или просто гидравлическим сопротивлением.

Сила гидравлического сопротивления тормоза

где р— давление жидкости в рабочей полости тормоза.

Действуя на дно цилиндра тормоза в обратном направлении, сила гидравлического сопротивления передается на лафет.

С учетом сказанного следует, что сила гидравлического сопро­тивления тормоза (сила тормоза отката) будет тем больше, чем больше скорость откатных частей и меньше площадь отверстий истечения.

Действительная скорость откатных частей известна из расчета торможенного отката. Поэтому для обеспечения требуемого закона изменения силы тормоза отката площадь отверстий истечения де­лают переменной. Так как сила сопротивления тормоза отката при накате сравнительно мала (из-за малых скоростей наката) и не­достаточна для поглощения избыточной энергии накатника, то в конструкцию тормоза отката вводят еще одно устройство — узел торможения наката (тормоз наката).

Важной особенностью работы тормоза независимо от конструк­ции является то, что при откате в нем будет образовываться свободный объем (вакуум), равный объему вышедшей части што­ка. Вакуум, как правило, образуется в нерабочей полости цилин­дра тормоза. При накате по мере вхождения штока в полость ци­линдра вакуум частично будет убывать, частично будет переходить из нерабочей полости в рабочую. В некоторый момент наката ва­куум полностью сосредоточится в рабочей полости и совершенно исчезнет только в конце наката.

В настоящее время имеется большое многообразие конструк­тивных схем тормозов отката и наката. Главным признаком для их классификации является способ регулирования пло­щади отверстий истечения жидкости, т. е. конструкция узла тор­можения.

По конструкции узла торможения при откате тормоза отката делятся на следующие типы:

— канавочные (простейшего типа);

— шпоночные;

— веретенного типа;

— золотниковые;

— клапанные.

Кроме того, тормоза бывают с постоянной и переменной длиной отката.

У тормозов отката канавочного типа (рис. 13.12) отвер­стиями для истечения жидкости при откате являются канавки пе­ременной глубины на внутренней поверхности цилиндра. Тормоз наката выполнен в виде иглы переменного сечения и регулирую­щего кольца. Так как игла имеет относительно малую длину (из

Рис. 13.12. Схема тормоза отката канавочного типа

условия ее устойчивости), то при накате до момента выбора ва­куума в нерабочей полости откатные части ничем не тдрмбзятся, разгоняясь накатником. После выбора вакуума начинается их торможение тормозом отката. Одновременно или несколько позже при входе иглы в полость штока вступает в действие тормоз на­ката. Эти тормоза просты в изготовлении и применяются для по­левых орудий, обладающих большим запасом устойчивости при накате, или для стационарных орудий, так как сила тормоза в мо­мент выбора вакуума может достигать значительной величины.

Тормоза отката шпоночного типа отличаются от кана­вочного лишь тем, что вместо канавок на внутренней поверхности Цилиндра имеются шпонки переменной высоты. В этом случае поршень имеет канавки постоянной глубины.

Тормоза отката веретенного типа (рис. 13.15) нашли ши­рокое распространение для полевой артиллерии среднего калибра. У них основным отверстием для истечения жидкости при откате является кольцевой зазор между веретеном переменного сечения и регулирующим кольцом. При откате кроме основного потока жидкости, проходящего через кольцевой зазор, возникает дополни­тельный поток, открывающий клапан модератора и полностью, за­полняющий через отверстия в модераторе полость штока. Поэтому вакуум образуется только в нерабочей полости цилиндра. Тормо­зом наката служат Канавки переменной глубины на внутренней поверхности штока и модератор. Важным достоинством тормоза этого типа является то, что торможение откатных частей при накате осуществляется с началом их движения. С началом наката клапан закрывает отверстия в модераторе и жидкость начинает пробрыз- гиваться только через канавки штока, поглощая энергию откатных частей (рис. 13.17). ТорМоз отката вступает в действие при накате Только после выбора вакуума в нерабочей поЛбсти цилиндра, fa-

ким образом, в тормозе этого типа торможение осуществляется на всем пути наката, что уменьшает нагрузки на лафет и благоприят­но влияет на устойчивость орудия при накате. Рис. 13.13. Схема тормоза отката золотникового типа: а — отверстие; I — поршень; 2 и 3 — неподвижные золотники

У тормозов отката золотникового типа площадь отвер­стий истечения а (рис. 13.13) изменяется за счет поворота регу­лирующих деталей относительно друг друга. На рис. 13.13 изобра­жена схема тормоза, у которого благодаря винтовой канавке на внутренней поверхности цилин­дра поршень / с окнами вращает­ся относительно неподвижных зо­лотников 2 и 3 с фигурными вы­резами. При откате золотник 3 отходит от поршня, а между ок­нами вращающегося поршня 1 и фигурными вырезами золотника 2 образуется требуемое отверстие истечения а. При накате после выбора вакуума в нерабочей по­лости цилиндра все происходит наоборот. Возможна конструкция с неподвижным поршнем и вра­щающимися золотниками.

Клапанные тормоза от­ката обычно бывают конструк­тивно связаны с накатником в единый агрегат тормоз отката — накатник.

Рис. 13.14. Схема расположения канавок в тормозе с переменной дли­ной отката: а и б — канавки переменной глубины; 1 — веретено (контршток); 1 — вкладыш

Тормоз с переменной длиной отката чаще всего представляет собой тормоз отката веретенного типа с несколько измененной конструкцией. На веретене (контрштоке) 1 такого тормоза (рис. 13.14), имеющего постоянный диаметр, имеются ка­навки переменной глубины: две короткие а и две длинные б. Вну­три поршня вместо регулирующей гайки закреплен вкладыш 2 с четырьмя окнами, через которые жидкость поступает к канавкам.

Веретено при изменении углов возвышения ствола вращается автоматически с помощью механизма изменения длины отката. Принцип работы тормоза отката следующий. При малых углах возвышения веретено неподвижно (соответствует положению на рис. 13.14) и жидкость поступает из рабочей полости в нерабочую по всем четырем канавкам. В этом положении веретена откат бу­дет длинным. При больших углах возвышения веретено поворачи­вается, длинные канавки перекрываются, а короткие остаются

Рис. 13.15. Схема тормоза отката веретенного типа

открытыми. Откат будет коротким. У некоторых тормозов отката веретено имеет только длинные канавки, а короткие размещены на внутренней поверхности цилиндра. Переменная длина отката может быть осуществлена также при применении тор­моза отката золотникового типа.

Найдем силу тормоза веретенного типа при откате.

В конструкции тормоза веретенного типа (рис. 13.15) при от­кате поток жидкости, поступающей из рабочей полости в поршень, разделяется на два: поток, идущий в нерабочую полость через кольцевой зазор между веретеном и регулирующим кольцом,— основной; поток, идущий в полость штойа через каналы модера­тора, — дополнительный.

Примем следующие допущения:

— тормоз отката полностью заполнен реальной жидкостью, сжимаемостью которой пренебрегаем;

— давление внутри поршня равно давлению в рабочей по­лости;

--- давление в нерабочей полости полагаем равным нулю вследствие образования в нерабочей полости вакуума.

Введем следующие обозначения и определения;

рабочая площадь поршня;

— рабочая площадь тормоза наката (площадь полости штока);

— площадь отверстия регулирующего кольца;

— переменная площадь веретена;

— переменная площадь кольцевого зазора между веретеном и регулирующим кольцом;

'— минимальная площадь для прохода жидкости в замодера- торное пространство (на практике диаметр цилиндрического участка веретена перед модератором равен диаметрурегулирую­щего очка а площадь каналов в модераторе

Сила тормоза отката будет равна сумме проекций сил, дей­ствующих на шток с поршнем вдоль его оси:

где —сила, действующая на закраины регулирую­щего кольца, так как

Сгруппировав члены выражения (13.31), получим

Давление найдем из уравнения Бернулли для основного по­тока жидкости (сечений 1—2):

или

где —потерянный напор;

— коэффициент гидравлических потерь;

— плотность жидкости;

— высоты уровня потоков над плоскостью сравне­ния.

Пренебрегая разностью высот уровней потоков и ско­ростью и принимая получаем

Величину скорости найдем из уравнения расхода

где — объем жидкости, вытесненной поршнем из рабочей

полости на пути dX, который проходят откатные ча­сти за время dt\

— объем жидкости, попадающей в нерабочую полость за время dt\

— коэффициент сжатия струи;

— объем жидкости, прошедшей через модератор в по­лость штока, равный объему жидкости, вышедшей из полости штока части веретена.

Из выражения (13.35)

где —скорость отката.

Подставив в формулу (13.34), получим

или

где —коэффициент сопротивления для основного потока

жидкости.

Перепад давлений найдем из уравнения Бернулли

для дополнительного потока жидкости (сечений 1—3):

Пренебрегая скоростью и разностью высот уровней получаем

где — коэффициент гидравлических потерь.

Скорость дополнительного потока найдем, записав для него Уравнение расхода

откуда

где __ коэффициент сжатия струи.

Подставляя значение в формулу (13.39), получаем

или

где —коэффициент сопротивления для дополнительно­

го потока жидкости. Формулу для силы тормоза отката получим, подставив значе­ния давления и перепада давлений в выражение (13.32):

Несколько преобразуем полученную формулу.

Так как из геометрических соображений то

где — приведенная площадь поршня.

С учетом этого формула для силы тормоза веретенного типа при откате примет окончательный вид:

Значения коэффициентов сопротивления при расчетах прини­мают исходя из опыта:

Все величины, входящие в формулу (13.44), кроме переменной площади истечения а, бывают известны.

Скорость V откатных частей известна для различных момен­тов времени из расчета торможенного отката.

Сила тормоза отката определяется для тех же моментов времени из выражения

где

Площади будем полагать также известными (сооб­

ражения, по которым они находятся, будут изложены ниже). По­этому формула (13.44) применяется для расчета переменной пло­щади истечения а тормоза отката (для указанных выше моментов времени).

Из формулы (13.44) имеем

Обозначая правую часть равенства через

получаем

Рис. 13.16. К вопросу о размере диаметра цилиндриче­ской части веретена

откуда

Из схемы (13.15) видно, что '

где —диаметр веретена в плоскости отверстия регулирующего кольца.

Тогда, вычислив а, из формулы (13.48) получим диаметр ве­ретена

По полученным значениям (для расчетных моментов времени торможенного отката) строят профиль веретена.

Начало (у дна цилиндра) и конец (у модератора) веретена де­лаются цилиндрическими. Из полученных зависимостей следует, что в начале и конце отката при Тогда диа­

метр цилиндрической части веретена должен быть равен диа­метру регулирующего отверстия:

При таком условии до отката регулирующее кольцо всегда Должно занимать строго определенное положение I—I (рис. 13.16). Однако по условиям производства это неосуществимо и регули­рующее кольцо может занять положение II—II. В этом случае при выстреле жидкость практически перетекать из одной полости Другую не будет и давление жидкости в рабочей полости может

возрасти до значений, опасных для прочности деталей тормоза. Поэтому диаметр веретена на начальном участке уменьшают до величины

где

Равенство 8_ц = й?_р в конце веретена сохраняют, так как это ста­билизирует максимальную длину отката. При заходе' регулирую­щего кольца в положение III—III сила Ф возрастает и откат пре­кращается.

Мы отмечали ранее, что важным достоинством тормоза вере­тенного типа является то, что у него тормоз наката (модератор наката) действует на всей длине наката. Это будет осущест­вляться, если во время отката вакуум будет сосредоточиваться только в нерабочей полости цилиндра, а полость штока будет пол­ностью заполняться жидкостью.

Условие заполняемости полости штока жидкостью в самой об­щей форме может быть записано в виде Преобразуем это неравенство к удобной для анализа форме:

Подставляя значения давлений из выражений (13.37) и (13.42), получим

или

Левая часть неравенства (13.50) есть величина Z, определяе­мая зависимостью (13.46). Следовательно:

Неравенство (13.51) должно выполняться на протяжении всего

отката, т. е. и в случае , После преобразования условие

заполняемости полости штока жидкостью примет окончательный вид:

При несоблюдении этого условия необходимо изменять геомет­рические размеры тормоза с учетом характера зависимости (13.52).

Найдем силу тормоза веретенного типа при накате. При накате, как и при откате, будем полагать реальную жид­кость несжимаемой. Названия полостей цилиндра (рабочая и нера­бочая), а также обозначения, площадей сохраним прежними. До­полнительно обозначим рабочую площадь поршня при накате чеоез

и через fl-тн площадь канавок штока. Последовательность рассу­ждений при выводе формулы для силы тормоза при накате будет также аналогичной: через давления определяется равнодейст-

Рис. 13.17. Схема действия тормоза веретенного типа при накате

вующая всех сил, приложенная к штоку с поршнем; применяя уравнение Бернулли, давления выражают через скорости потоков жидкости; затем неизвестные скорости потоков в свою очередь вы­ражают через значения площадей и скорость откатных частей на основе уравнения расхода.

Вообще эта последовательность рассуждений применима для гидравлического тормоза любого типа.

Сила гидравлического сопротивления тормоза при накате складывается из двух сил:

где —сила тормоза отката при накате;

— сила тормоза наката. Величины слагаемых определяются выражениями (рис. 13.17))

Такое общее значение сила гидравлического сопротивления будет иметь только после выбору вакуума в нерабочей полости. Довыбора вакуума давление в нерабочей полости поэтому По мере наката вследствие входа штока в цилиндр вакуум УДет частично убывать, а частично будет перемещаться из нера- очей полости в рабочую. Поэтому на всей длине наката в рабочей

полости будем принимать давление Найдем путь наката

при котором произойдет выбор вакуума в нерабочей полости и возникнет сила

Полный объем вакуума, равный

к концу отката сосредоточен в нерабочей полости. Его вытеснение будет происходить и поршнем, и жидкостью с площадью на

пути наката Тогда из равенства объемов

где

Для полевых орудий

Таким образом, после выбора вакуума на шток с поршнем бу­дет действовать сила гидравлического сопротивления тормоза

Уравнение Бернулли для потока жидкости, перетекающей из нерабочей полости в рабочую (сечения 2—1), имеет вид

Принимая получим

Скорость найдем из уравнения расхода

где —площадь цилиндра;

— путь наката;

— коэффициент сужения струи. Из последнего выражения

где —скорость наката.

Так как

то

где — рабочая площадь поршня при накате. С уче­

том этого выражение (13.59) примет вид

Подставив в формулу (13.57), получим

или

где — коэффициент сопротивления струи жидкости для

рассматриваемого потока. Запишем уравнение Бернулли для потока жидкости, вытесняе­мой из полости штока через канавки переменной глубины (сече­ния З'—З):

Принимая и пренебрегая разностью высот пото­

ков получаем

Скорость находим из уравнения расхода: откуда

где — площадь канавок штока.

Подставив значение скорости в выражение (13.62), полу­чим

^Где —коэффициент сопротивления струи.

Формулу для силы тормоза при накате в конечном виде полу­чим, подставив значения и в выражение (13.56):

где

Коэффициенты сопротивления струи изменяются в пределах:

Полагая

и обозначая

и

получаем

и

где —характеристика тормоза отката при накате;

— характеристика тормоза наката. Сила Фт_н и скорость наката и — величины, известные из рас­чета наката (см. далее), поэтому формула (13.69) применяется для расчета площади канавок штока. Площадь канавок штока

Из геометрических соображений (рис. 13.18

где п — число канавок; b — ширина канавки; h — глубина канавки.

Число канавок располагают их в полости штока сим­

метрично. Шириной канавок задаются, принимая ее постоянной в пределах мм. Тогда для обеспечения переменной пло­

щади истечения глубина ка­навок h должна быть переменной и равна

В результате расчета профиль канавок штока может оказаться нетехнологичным (рис. 13.19). По­этому его «сглаживают», т. е. приводят к форме, удобной для изготовления. Аналогично посту­пают и при расчете профиля ве­ретена.

Изменение профиля регулирующих деталей тормоза влечет за собой изменение характеристик отката и наката: скорости, длины отката, силы гидравлического сопротивления тормоза. Поэтому после сглаживания профиля регулирующих деталей решаются

обратные задачи отката и наката. Их сущность заключается в определении характеристик отката и наката при уже известных площадях отверстий истечения.

Решение обратной задачи может быть связано с изменением и Других условий, отличных от условий, при которых решалась пря­мая задача: изменение углов возвышения, применение других за­рядов (силы Р_Кн) и т. д. Решение обратных задач отката и наката рассматриваться не будет.

Для расчета профиля веретена и канавок штока необходимо знать площади которые входят в величину Z и

характеристику

Рис. 13.18. Схема расположе­ния канавок штока

Эти площади в свою очередь могут быть рассчитаны, если из- естны размеры диаметров цилиндра, штока и отверстия регули­рующего кольца, т. е. известны геометрические размеры тормоза.

1. Размеры цилиндра тормоза. Рабочая площадь: поршня определяется из опыта проектирования по формуле

При принятом ранее законе для силы сопротивления откату максимальное значение силы тормоза отката будет в момент вре-; мени (рис. 13.1)

Максимальное давление жидкости в рабочей полости цилиндра при откате принимают Так как

то

где (берется из опыта проектирования).

Наружный диаметр цилиндра находят, задаваясь толщиной стенок. После этого проводится проверочный расчет цилиндра на прочность по второй теории прочности:

где —предела текучести.

2. Размеры штока. Наружный диаметр штока равен

, Диаметр полости штока находят из условия прочности штока на растяжение

откуда

где

3. Диаметр отверстия регулирующего кольца

■

принимают из опыта проектирования.

Проверка веретена на устойчивость. Веретено можно рассматривать как длинный стержень, один конец которого

защемлен, а другой закреплен шарнирно и находится под дей­ствием сжимающей силы (рис. 13.20).

Рис. 13.20. Рас­четная схема нагружения ве­ретена

Курс сопротивления материалов дает следующее значение критической силы, при которой такой стержень может потерять устойчивость:

где Е — модуль упругости;

I — экваториальный момент инерции сечения стержня. Применительно к веретену и

Минимальная площадь веретена вычисляется по

формуле

где

Величину рассчитывают при

Из опыта проектирования запас устойчивости веретена дол­жен быть достаточно большим:

При расчетах силу можно принять равной силе в конце

первого периода наката (см. накат)

Рассмотрим тепловой режим тормоза при стрельбе.

Энергия, поглощенная тормозом отката при выстреле, превра­щается в тепло, что приводит к нагреву жидкости. Повышение температуры жидкости вызывает увеличение ее объема и умень­шение вязкости.

Увеличение объема жидкости без принятия специальных мер (применения компенсаторов, недолива жидкости) может приводить к недокатам ствола.

Уменьшение вязкости жидкости вызывает уменьшение силы гидравлического сопротивления тормоза (уменьшаются коэффи­циенты сопротивления , а это приводит к удлиненным от­катам и резким накатам.

Нагрев жидкости выше 90° С может привести к резкому сни­жению ее вязкости, потере упругих свойств резиновых воротников Уплотнений, выплавлению пропитки сальниковых уплотнений.

В силу сложности процессов теплообмена исследование тепло­вого режима тормоза отката представляет собой весьма слож­ную задачу. Ее решение позволяет установить для данного орудия режимы огня, исходя из предельной температуры нагрева жидко­сти, рассчитать компенсатор жидкости и т. д.

Рис. 13.21. Энергия, поглощенная тормозом отката при выстреле

Мы рассмотрим приближенное решение задачи. Основой рас­чета нагрева является определение повышения температуры жидкости за один выстрел. Полагая, что накатник энергию не по­глощает, энергия, поглощенная тормозом за один выстрел, будет равна (рис. 13.21)

где —энергия, поглощенная силами трения за цикл откат — накат.

Количество тепла, поглощенное тормозом за один выстрел, с другой стороны, будет равно

где —теплоемкости жидкости и металлических деталей тормоза, ;

—масса жидкости и деталей тормоза отката; — повышение температуры тормоза за один выстрел. Из равенства энергии вытекает, что

Для серии выстрелов повышение температуры жидкости за один выстрел будет равно

где — коэффициент, учитывающий потери тепла в атмосферу ме­жду выстрелами.

При скорострельности приближенное значение

У современных полевых орудий повышение темпера­туры жидкости в тормозе отката достигает Температура жидкости после N выстрелов

где — температура жидкости до выстрела.

а Я.

Рис. 13.22. Схемы компенсаторов жидкости: а — пружинного; б — пневматического

Наибольшая температура жидкости станет после числа

выстрелов которое находим из выражения (13.82):

Таким образом, одной из технических причин, лимитирующих режимы огня, является нагрев жидкости в тормозе до предельно допустимой температуры (другая причина — соответствующий на­грев стенок ствола). При расчетах принимают для стеола М и для веретенного масла.

Как отмечалось, повышение температуры жидкости при стрель­бе в тормозе отката сопровождается увеличением ее объема. От­сутствие устройств, позволяющих компенсировать это увеличение объема, приводит к недокатам, так как объем цилиндра тормоза может быть увеличен только за счет выхода из него части штока, заполненного жидкостью.

Устройство, предназначенное для поддержания постоянства объема жидкости в тормозе отката при стрельбе, называется ком­пенсатором. Конструктивно компенсаторы могут быть пружин­ными или пневматическими (рис. 13.22).

При нагревании и расширении вследствие интенсивной стрель­бы или значительного повышения температуры окружающей среды избыток жидкости поступает б компенсатор из цилиндра через отверстие а, сжимая пружину или воздушную подушку компенса­тора. После охлаждения под давлением пружины или воздуха жидкость возвращается в цилиндр тормоза. Помимо этого, при аждом выстреле вследствие изменения давления в нерабочей по- сти цилиндра происходит перетечка жидкости из компенса- Р- ^в цилиндр и обратно. Для уменьшения влияния пульсаций жидкости на работу тормоза во время отката и наката площадь

отверстия а делается небольшой. Влияние пульсаций жидкости может быть устранено постановкой клапана (рис. 13.23). При от­кате вследствие образования вакуума в нерабочей полости и силы пружины клапан закрывается; в конце наката поршень давит на стержень клапана, открывая его.

Компенсатор должен вмещать предельный избыточный объем жидкости при повышении ее температуры на

где —температурный коэффициент расширения жидкости; — объем жидкости в тормозе.

Зная предельный объем жидкости Аш_ШПр, перетекающей в ком­пенсатор, найдем начальный объем воздуха w₀, который должен находиться в пневматическом компенсаторе до истечения в него жидкости. Для этого запишем дважды уравнение состояния газа в компенсаторе — начальное и конечное:

где —начальные значения давления, объема газа и

температуры (до истечения жидкости);

—предельно допустимое давление, газа в компен­саторе;

— объем газа после поступления в компенсатор предельного избытка жидкости в тормозе;

— предельная температура нагрева тормоза.

Разделив второе уравнение на первое и решая его относительно

получим

В камере компенсатора еще до стрельбы находится жидкость, объем которой принимают равным начальному объему воздуха Тогда полный объем пневматического компенсатора

Предельное значение давления в компенсаторе находят из следующих соображений.

При недокате давление в компенсаторе и в жидкости тормоза станет На шток с поршнем в этом случае будет действовать равнодействующая

где

Для осуществления наката в наихудших условиях ()

начальная сила накатника должна преодолеть все тормозящие

силы, т. е.

откуда

или

Тогда

Величина служит основой для расчета пружины в случае применения компенсатора пружинного типа.

В тормозах отката при отсутствии компенсатора предусматри­вается недолив жидкости, равный который составляет около 2—3% полного ее объема.

§ 13.3. НАКАТ СТВОЛА

Равнодействующая всех сил, приложенных к откатным частям

при накате, равна

Сила накатника П является движущей силой, остальные силы

будут тормозящими. Обозначим через

С учетом формулы для силы трения сила равна

Силу называют накатывающей силой, или избыточной силой накатника, что объясняется следующим.

Ранее было показано, что для надежного удержания откатных частей в переднем положении начальная сила накатника должна ыть равна составляющей веса и сил трения либо несколько оольше ее, т. е.

или

Для осуществления наката было бы достаточно, чтобы накат­ник обладал этой постоянной для каждого данного угла возвыше­ния ствола силой на всей длине наката. В этом случае избыточная сила накатника была бы равна нулю (см. формулу (13.91). Так как закон изменения силы накатника имеет другой характер, то действительная сила накатника больше необходимой для осущест-

Рис. 13.24. График избыточной силы накатника

вления наката. Поэтому накатник обладает избыточной силой (рис. 13.24). Эта избыточная сила сообщает откатным частям из­быточную энергию (заштрихованная площадь на рис. 13.24), которую должен поглотить при накате тормоз. Величина избыточ­ной силы и избыточной энергии, как следует из формулы (13.91), будет наименьшей при и наибольшей при Условия

работы тормоза при накате будут наихудшими при так

как в этом случае тормоз должен поглотить наибольшее количе­ство избыточной энергии. Для ее поглощения тормоз должен со­вершить большую работу, что связано с возникновением больших усилий на детали и наихудших условий для устойчивости орудия. Так как стрельба при ведется редко, расчет наката произ­

водят при В этом случае избыточная сила накатника

где

С учетом сказанного равнодействующая при накате

В зависимости от значения равнодействующей накат мо­

жет быть ускоренным, равномерным и замедленным. Схема наката представляет собой сочетание этих периодов, причем период рав­номерного наката в схеме может отсутствовать. На практике могут быть двух-, трех-, четырех- и пятипериодные схемы наката.

Дата добавления: 2015-07-26