ОСНОВИ БУДОВИ АРТИЛЕРІЙСЬКИХ
.pdf
1 |
2 |
3 |
Рисунок 4.47 – Схема гальма відкотних частин з канавковим гальмом відкоту і клапанним гальмом накату:
1 – циліндр; 2 – клапан; 3 – шток з поршнем
При накаті клапан закривається пружиною і рідина після вибирання вакууму пробризкується по канавках змінної глибини, гальмує накат так само, як це відбувається у гальмі відкоту канавкового типу. Таким чином, гальмо відкоту є постійним, неповним і м’яким (площа витікання залежить від тиску рідини).
Клапанне гальмо відкоту легко пов’язується конструктивно і функціонально у єдиний агрегат з накатником, який отримав назву – гальмо відкотних частин – накатник.
Змінне ГВЧ здійснює гальмування відкоту на довжині, яка залежить від кута підвищення ствола гармати, що забезпечується використанням механізму зміни довжини відкоту. При цьому довгий відкот буде при малих кутах підвищення ствола, а короткий – при невеликих, що пов’язано з умовами стійкості гармати при пострілі.
Так, при збільшенні кута підвищення ствола перекидний момент зменшується внаслідок зменшення плеча дії сили опору відкоту, а при деякому значенні кута, при якому лінія дії цієї сили пройде через площу опори, перекидний момент дорівнює нулю і залишається без зміни при подальшому збільшенні підвищення ствола. Величина сили опору відкоту, яка навантажує лафет у цьому випадку, не впливає на стійкість гармати. Збереження початкової довжини відкоту викликає небезпеку “упирання” відкот-
371
них частин у ґрунт і ускладнює умови заряджання та екстракції стріляних гільз.
Запобігти цьому можна трьома способами: перший – підкопуванням ґрунту; другий – збільшенням висоти лінії вогню; третій – збільшенням сили гідравлічного опору гальма.
Перший спосіб ускладнює умови експлуатації. Другий – збільшує габарити гармати і зменшує її
стійкість.
Третій – ускладнює ПВП за рахунок введення до конструкції механізму зміни довжини відкоту, але усе ж таки є найбільш раціональним.
Змінне ГВЧ являє собою сполучення гальма відкоту веретенного типу з гальмом накату канавкового типу з механізмом зміни довжини відкоту.
На веретені (контрштоці) такого гальма з постійним діаметром є дві довгих і дві коротких канавки змінної глибини. Усередині поршня замість регулювального кільця закріплена втулка з чотирма вікнами, через які рідина підходить до канавок. Веретено (контршток) кінематично зв’язане з механізмом зміни довжини відкоту, який являє собою копір, закріплений на верхньому станку гармати, і важіль, зв’язаний кінематично з веретеном (контрштоком).
При малих кутах підвищення веретено (контршток) нерухоме і рідина з робочої порожнини витікає в неробочу по всім чотирьом канавкам. У цьому положенні веретена відкот буде довгим. При збільшенні кутів підвищення ствола ролик двоплечового важеля буде рухатися по фігурному пазу копіра. При цьому двоплечовий важіль повертає через кінематичну систему веретено (контршток), змінюючи положення його канавок відносно вікон регулювальної втулки гальма відкоту. При цьому довгі канавки перекриваються, а короткі залишаються відкритими. Опір витіканню рідини збільшиться, і відкот буде коротким.
372
Рисунок 4.48 – Схема дії гальма відкоту зі змінною довжиною відкоту:
1 – довга канавка; 2 – вікно; 3 – коротка канавка
У деяких конструкціях ПВП веретено має тільки довгі канавки, а короткі розміщуються на внутрішній поверхні циліндра.
Таким чином, розглянута схема ГВЧ канавкового типу, по суті, має переваги в тому, що канавки змінної глибини легше зробити на внутрішній поверхні циліндра. Крім того, на величину отворів витікання у канавковому ГВЧ суттєво впливає знос сорочки поршня, а саме цього і немає у розглянутому гальмі.
Регулювання довжини відкоту легко зробити і у золотниковому ГВЧ за рахунок повороту штока з поршнем відносно циліндра за допомогою механізму зміни довжини відкоту, що забезпечується попереднім частковим перекриванням отворів витікання рідини у золотнику.
Змінне гальмо відкотних частин мають ПВП гармат М-46, Б-4М, 2А36.
373
4.2.4. Тепловий режим гальма відкотних частин і заходи щодо його забезпечення
Кінетична енергія, яка поглинається ГВЧ при стрільбі, перетворюється у теплову енергію, що приводить до нагрівання рідини. Процес нагрівання рідини при стрільбі і процес її охолодження відбуваються нерівномірно. Так, нагрівання відбувається швидко (за час циклу відкотунакату), а охолодження – значно повільніше, бо воно визначається явищами теплопровідності і випромінювання.
Отже, при інтенсивній стрільбі рідина у ГВЧ поступово нагрівається. Величина нагрівання залежить від: кількості кінетичної енергії, що поглинається; кількості рідини та її питомої теплоємності; матеріалу та величини поверхні охолодження; режиму стрільби.
Після кожного пострілу підвищення температури рідини становить 0,5 – 1,5 С у ГВЧ причіпних гармат і до 8 С – у самохідних та танкових гармат.
Підвищення температури рідини викликає збільшення її об’єму і зменшення в’язкості, а зниження – навпаки.
Зменшення в’язкості рідини при нагріванні призво-
дить до зміни режиму роботи ГВЧ за рахунок зниження сил гідравлічного опору, а це, у свою чергу, приводить до збільшення довжини відкоту і різкого накату відкотник частин. Крім того, сильне розігрівання рідини може призвести до втрати пружних якостей гумових манжет і витікання речовин які промащують сальникові ущільнення, що призведе до течі рідини.
Отже, нагрівання рідини до гранично допустимої температури є однією з технічних причин, що лімітує режими вогню (інша причина – відповідне нагрівання стінок ствола).
При проведенні розрахунків беруть tдоп = 90 С для
СТЕОЛУ-М, ПОЖ-70 і tдоп = 110 С – для веретенного мастила.
374
Збільшення в’язкості рідини, пов’язане з глибоким охолодженням ГВЧ до початку стрільби, приводить до збільшення сил гідравлічного опору під час виконання перших пострілів (особливо на початковій ділянці відкоту) і супроводжується зменшенням довжини відкоту. Все це може призвести до втрати стійкості гармати і навіть до обривання штоків ПВП. Щоб уникнути цього, рекомендується при низьких температурах перші 2 – 3 постріли виконувати на зменшених зарядах для розігрівання рідини, а потім вести стрільбу у потрібному режимі.
Збільшення об’єму рідини призводить до того, що шток ГВЧ, входячи до циліндра при накаті, не знайде для себе достатнього місця і не зможе зайняти положення, яке відповідає повному накату ствола. Стрільба із положення недокату призводить до подальшого розладнання нормального режиму роботи ГВЧ і може бути небезпечною для гармати, оскільки це призводить до збільшення навантажень на лафет і до втрати стійкості і нерухомості гармати. Крім того, збільшення об’єму рідини може призвести до руйнування ущільнень і нарізних з’єднань ГВЧ.
Зменшення об’єму рідини при значному її охоло-
дженні призводить до порушення нормального режиму роботи ГВЧ, а саме – до збільшення довжини відкоту і до різкого накату.
Якщо з деякою нестачею рідини можна миритися, то переливання рідини у ГВЧ допускати не можна, оскільки це призводить до недокатів.
Отже, конструкція ГВЧ повинна передбачати можливість регулювання об’єму рідини у його порожнині.
Автоматичне регулювання кількості рідини у ГВЧ ПВП сучасних гармат досягається двома способами:
1. Використання компенсаторів. Компенсатори виконуються як у одному циліндрі з гальмом відкотних частин, так і у вигляді самостійного вузла, функціонально зв’язаного з гальмом відкотних частин.
375
2. Недоливання рідини – це найбільш простий спосіб, оскільки він не приводить до збільшення габаритів і ускладнення конструкції ГВЧ, але він завжди супроводжується деякими змінами закону гальмування. Тому цей спосіб поширений серед ПВП гармат калібром до 100 мм включно, у яких ГВЧ мають порівняно невеликий об’єм рідини, наприклад, ПВП гармат Д-48, 2А19, БС-3, ЗИС-2 та ін. Недоливання рідини становить 2 – 3% від повного об’єму її у ГВЧ.
Вільний об’єм таких гальм заповнений повітрям, яке при розширенні рідини стискується і дає можливість рідині збільшуватися у об’ємі.
4.2.5. Призначення і типи компенсаторів гальм відкотних частин, принцип їх будови та дії
Компенсатор ГВЧ призначений для автоматичного регулювання кількості рідини у ГВЧ при стрільбі.
Принцип дії компенсатора полягає в тому, що при розігріванні надлишковий об’єм рідини у циліндрі ГВЧ через отвір малого діаметра перетікає у порожнину компенсатора, деформуючи пружний елемент, який там знаходиться. При охолодженні рідини у гальмі і зменшенні її питомого об’єму стиснений пружний елемент виштовхує рідину назад у циліндр ГВЧ, де вона заповнює звільнений об’єм. Робота компенсатора повинна бути такою, щоб перетікання рідини в його порожнину і навпаки мало статичний поступовий характер у міру нагрівання рідини у процесі стрільби або після її охолодження. Підвищення і зниження тиску у циліндрі гальма під час циклу “відкот - накат” не повинні приводити до інтенсивного циркулювання рідини з циліндра гальма у компенсатор і навпаки, бо це може привести до серйозних змін характеру роботи ГВЧ, особливо під час накату.
Існуючі конструкції компенсаторів ГВЧ за виглядом їх пружного елемента розподіляються на два типи: пружинні та пневматичні.
376
Пружинні компенсатори ГВЧ наповнюють рідиною порожнину циліндрів гальм під тиском пружин, а пневматичні – під тиском стисненого газу.
Пружинний компенсатор ГВЧ складається всередині циліндра гальма і відділяється від нього діафрагмою з невеликим отвором.
1 |
2 |
3 |
Рисунок 4.49 – Схема пружинного компенсатора:
1 – циліндр; 2 – плаваючий поршень; 3 – пружина
Усередині порожнини компенсатора розміщується плаваючий поршень зі зворотною пружиною. При нагріванні і розширенні внаслідок інтенсивної стрільби або значного підвищення температури навколишнього середовища надлишок рідини перетікає у компенсатор із циліндра через отвір діафрагми і тисне на плаваючий поршень, переміщуючи його і стискуючи пружину. При охолодженні рідини плаваючий поршень під тиском зворотної пружини переміщується назад і повертає рідину у порожнину гальма.
Компенсатори аналогічної конструкції входять до складу ГВЧ гармат 2С1, М-30, Д-1.
Під час відкоту у робочій порожнині ГВЧ утворюється вакуум і виникає можливість перетікання рідини із компенсатора в циліндр гальма, що приводить до збільшення кількості рідини у ньому.
У цьому випадку скорочується об’єм вакууму, викривляється закон гальмування відкоту і збільшується гідравлічний опір при накаті. У кінці накату цей надлишковий об’єм рідини повинен бути витісненим назад у порожнину компенсатора.
377
Для запобігання такому явищу зменшують отвори у діафрагмі, що призводить до збільшення гідравлічного опору при підвищених швидкостях рідини, і у той самий час при невеликому статичному натиску рідина зможе вільно перетікати із однієї порожнини в іншу і навпаки.
Це відбувається тому, що гідравлічний опір пропорційний квадрату швидкості і обернено пропорційний квадрату площі витікання.
Інколи для повного виключення перетікання рідини між гальмом і компенсатором під час циклу “відкот-накат” ставиться клапан, який дозволяє перетікати рідині тільки у проміжках між пострілами. При відкоті поршня зі штоком клапан, звільнений поршнем гальма, під тиском своєї пружини перекриває отвір у діафрагмі і утримує його закритим до того моменту, поки у кінці каната поршень не натисне на хвостовик клапана. Клапан відкриває отвір, стиснувши свою пружину, і буде знаходитись у такому положенні до наступного пострілу.
1 |
2 |
3 |
4 |
5
Рисунок 4.50 – Схема пружинного компенсатора з клапаном:
1 – циліндр; 2 – пружина; 3 – плаваючий поршень; 4 – шток з поршнем; 5 – клапан
Недоліком такої конструкції є ускладнення її будови та зниження надійності роботи. Останнє ускладнюється ще й тим, що пружина клапана звільняється лише короткочасно на час циклу “відкот-накат”.
378
У ПВП деяких гармат, наприклад, Д-30 пружинний компенсатор і його клапан виконуються у вигляді окремих вузлів, з’єднаних трубопроводами між собою і з циліндром ГВЧ. Зворотна пружина плаваючого поршня компенсатора підбирається за умови забезпечення відсутності недокатів за заданих режимів стрільби.
Недоліком пружинних компенсаторів ГВЧ є порівняна складність, наявність плаваючого поршня з ущільненнями, який вимагає надійної центрівки.
Пневматичний компенсатор ГВЧ також складається всередині циліндра ГВЧ і відокремлюється від нього діафрагмою з невеликим отвором і трубкою у ньому.
У верхній частині порожнини компенсатора міститься повітря, а у нижній – рідина. Положення отвору і трубки повинно бути таким, щоб при всіх кутах підвищення ствола повітря не потрапило всередину гальма. Іноді отвір у діафрагмі виконується з клапаном з тією ж метою, що і у пружинних компенсаторах.
1 2
Рисунок 4.51 – Схема пневматичного компенсатора:
1 – циліндр; 2 – трубка
Початковий тиск повітря дорівнює атмосферному. Недоліком цієї конструкції є можливість спінювання
рідини при взаємодії її з повітрям і створення емульсії. Емульсія може потрапляти до порожнини ГВЧ, що, з
одного боку, може викривити закон гальмування, а з іншого - буде сприяти винесенню повітря із компенсатора, зменшенню кількості і початкового об’єму повітря, що порушує режим роботи компенсатора.
379
Усунення цього недоліку введенням плаваючого поршня, який розділятиме рідину і повітря, значно ускладнює конструкцію і призводить до появи тих самих недоліків, що і у пружинного компенсатора. До того ж додаються незручності, пов’язані з необхідністю забезпечення початкового стиснення повітря при заповненні компенсатора для подолання опору тертя в ущільненнях плаваючого поршня.
Загальним недоліком пневматичних компенсаторів є залежність режиму їх роботи від температури, що необхідно враховувати при забезпеченні тривалої та інтенсивної стрільби, особливо зі швидкострільних гармат.
4.2.6. Призначення і типи накатників Вимоги до накатників
Накатник – це частина ПВП, яка призначена для акумулювання енергії пружним тілом при відкоті ствола, повернення відкотних частин у початкове положення після відкоту і утримання їх у цьому положенні за будь-якого кута підвищення до виконання наступного пострілу.
Під час відкоту накатник акумулює частку кінетичної енергії руху відкотних частин, і, отже, бере участь в гальмуванні відкоту. Потім більша частина акумульованої енергії, яка перетворилася на потенціальну енергію стисненого пружного тіла, повертається відкотним частинам у вигляді кінетичної енергії руху у зворотному напрямку при накаті.
У початковому положенні ствол утримується при всіх кутах підвищення і за наявності прискорень під час руху гармати, за рахунок попереднього стиснення пружного тіла.
380