алу, величини зазору між дзеркалом клина (поршня) і дном втулки. Звичайно, величина кінетичної енергії ударника становить 90-30 Дж. Нижня межа цієї енергії зумовлюється міркуванням безпеки в поводженні з капсульною втулкою; верхня – пов’язана з вимогами до її безвідмовності.
Вихід бойка над дзеркалом клина (поршня) має також велике значення. Вихід бойка в межах 2,0-2,4 мм для різних систем затворів забезпечує надійне спрацьовування капсульної втулки без пробивання її дна.
Розрахунок параметрів ударника і пружини
1. Діаметр бойка ударника має бути таким, щоб під тиском порохових газів не відбувалось вирізання пробки у дні капсульної втулки в отвір виходу бойка на дзеркалі клина (поршня) – рис. 7.12.
Рисунок 7.12 - До розрахунку параметрів ударника
Для уникнення вирізання пробки дно капсульної втулки має бути достатньо міцним, тобто напруга зрізу у дні втулки повинна бути меншою за допустиму напругу зрізу:
зр зр доп . |
(7.34) |
Величину діючої напруги зрізу знаходять за форму- |
лою |
|
зр |
P |
, |
(7.35) |
|
|
S |
|
де Р - сила, що зрізає пробку; S - площа зрізу.
Сила, що зрізає пробку в дні капсульної втулки, може бути визначена за тиском порохових газів на дно камори і площею дії цієї сили:
де d - діаметр отвору у дзеркалі для виходу бойка.
Площа зрізу визначається за формулою
S d ,
де - товщина дна капсульної втулки.
Підставивши значення сили Р і площі S за формулою
(7.35), отримаємо
|
|
p д н |
d 2 |
|
|
p |
д н d |
|
|
з р |
|
4 |
|
|
|
. |
|
|
d |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Підставивши останню формулу в умову (7.34), знайдемо величину безпечного діаметра отвору в дзеркалі клина (поршня):
|
p дн’ |
d |
|
зр |
, |
|
4 |
|
|
|
|
|
d |
|
|
4 |
|
зр . |
(7.36) |
p дн’ |
|
|
|
|
|
|
Оскільки через отвір дзеркала проходить бойок ударника, то його діаметр не може бути більшим за величину, що визначається формулою (7.36). Зменшення діаметра
бойка – недоцільне з причини зниження його міцності і жорсткості.
2. Бойова пружина розраховується на жорсткість, виходячи зі знання її початкової сили.
Початкова сила пружини задається з огляду на легкість при розбиранні ударного механізму:
Fo 350 45 0 H .
Жорсткість пружини
де F - кінцева сила пружини;
- хід ударника при зведенні механізму.
Кінцева сила пружини
де m = 1,8-2,2 – ступінь стиску пружини, яка вибирається з міркувань одержання мінімальної маси пружини.
Під час спуску ударного механізму потенціальна енергія, що накопичувалась у пружині при зведенні, переходить в енергію кінетичну.
Оскільки при зведенні механізму була затрачена ро-
бота
то величина цієї роботи і визначає запас потенціальної енергії в стисненій пружині.
Кінетична енергія ударника
Ay A ,
де – ККД механізму, що ураховує затрати потенціальної енергії на подолання тертя. Тому
2.
Зостанньої формули визначаємо хід ударника:
( Fo F )
Підставивши (7.39) в (7.37), отримаємо розрахункову формулу для жорсткості пружини:
c |
( F |
Fo )( F |
Fo |
) |
. |
(7.40) |
|
|
|
|
2A y
Уцій формулі значення кінетичної енергії ударника задають виходячи з того, яка капсульна втулка застосовується.
3. Масу ударника знаходять для розрахунку його розмірів.
Кінетична енергія системи “ударник-пружина”:
|
|
V y |
2 |
Aп р , |
|
|
A y m y |
|
|
|
m y |
2 |
|
де |
- маса ударника; |
|
V y |
- швидкість ударника; |
Aпр - кінетична енергія бойової пружини.
З огляду на те, що пружина завдає удару разом з ударником лише найближчими до дна ударника витками, а решта витків мають меншу швидкість, і їх участь у нанесенні удару менша, кінетична енергія пружини визначається так:
|
A |
|
|
1 |
m |
V y |
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
пр |
3 |
п р 2 |
|
|
|
|
|
|
|
де |
m п р - маса пружини. |
|
|
Таким чином
|
|
|
|
|
V y 2 |
|
|
1 |
|
|
V y2 |
|
|
|
|
|
|
m п р V y2 |
. |
|
|
|
A |
|
m |
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
y 2 |
|
п р 2 |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 2 |
|
|
|
|
Звідки отримуємо |
2 Ay |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
y |
|
|
|
1 |
m |
п р |
. |
|
|
|
|
|
(7.41) |
|
|
|
|
|
|
|
|
V y2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Швидкість ударника V y в момент удару задають: |
|
- при |
застосуванні латунної |
капсульної |
втулки |
V y |
5 7 |
м |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- при застосуванні стальної втулки V y |
10 15 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
Визначивши масу ударника, можна знайти його конструктивні розміри.
7.2.Дія пострілу на лафет гармати: відкот
7.2.1.Умови стійкості та нерухомості гармати з пружним лафетом під час пострілу
За способом з’єднання ствола з лафетом розрізняють: гармати з жорстким лафетом та гармати з пружним лафетом.
Угармати з жорстким лафетом ствол з’єднується з лафетом безпосередньо за допомогою цапф. Тому під час пострілу ствол стосовно лафета не переміщується. Такі артилерійські гармати застосовувалися приблизно до середини ХІХ століття, поки їх не витиснули створені у той самий час гармати з пружним лафетом внаслідок їх безперечних переваг. Проте слід відмітити, що системи з жорстким лафетом застосовуються і сьогодні. До них належать, зокрема, міномети.
Угармат з пружним лафетом ствол з’єднується з лафетом через противідкотні пристрої (ПВП), які дають мо-
жливість стволу переміщуватись під час пострілу. Переважна більшість сучасних гармат є гарматами з пружним лафетом.
Ствол під час пострілу переміщується під дією сили віддачі Ркн (рис. 7.13.) по напрямних люльки. Величина і швидкість переміщення обмежуються гальмом відкотних частин. Це переміщення називається відкотом. Після відкоту ствол повертається у початкове положення за допомогою накатника.
Рисунок 7.13 - Схема сил, що діють на гармату з пружним лафетом під час пострілу
При розгляді сил, що діють на гармату з пружним лафетом при пострілі, беруть до уваги такі припущення:
ґрунт абсолютно жорсткий;
усі сили діють у площині осі каналу ствола;
лінія дії сили віддачі збігається з геометричною віссю каналу ствола;
центр мас 0 відкотних частин у загальному випадку не лежить на осі каналу ствола (наявний ексцентриситет мас е);
стволу надається деякий кут підвищення , при цьому лінія дії сили віддачі проходить на деякій відстані h від опорної точки В сошника.
На рис. 7.13 величина Но – висота лінії вогню.
На гармату з пружним лафетом діють такі сили (рис. 7.13):
сила віддачі Ркн, прикладена до відкотних частин гармати і спрямована вздовж осі каналу ствола;
сила ваги гармати QБ, прикладена до центра мас С гармати;
сила опору відкоту R, прикладена до центра мас 0 відкотних частин і спрямована проти руху відкоту; це є внутрішня сила системи “ствол-лафет”, з якою лафет діє на ствол при відкоті;
нормальна реакція NЛБ у передній опорі гармати на ґрунт;
нормальна реакція NХБ у задній опорі гармати на ґрунт, тобто на сошнику;
горизонтальна реакція ТХБ у задній опорі га-
рмати на ґрунт;
сила інерції ІО відкотних частин, прикладена
до центра мас О відкотних частин.
Рівняння руху відкотних частин має такий вигляд:
|
M o |
d V |
Pкн R , |
(7.42) |
|
d t |
де |
I o M o |
|
dV |
- сила інерції; |
|
|
d t |
|
|
|
M o - маса відкотних частин; |
|
|
V - швидкість загальмованого відкоту. |
|
Таким чином, |
|
|
R . |
|
|
I o Pкн |
(7.42 ) |
Стійкість і нерухомість гармати є складовими стану її спокою під час пострілу. Гармата з пружним лафетом знаходиться у стані спокою, якщо система сил і моментів, що діють на гармату під час пострілу, знаходиться у рівновазі. Позначивши суму проекцій сил на горизонтальну вісь Fx,
на вертикальну вісь – Fу , а суму моментів обертання відносно точки В сошника – МВ , отримаємо загальну умову рівноваги:
Fx 0
Fy 0 . (7.43)
M B 0
Умова нерухомості гармати
Під нерухомістю гармати розуміють відсутність її переміщення в горизонтальній площині:
З (7.44) знаходимо алгебраїчну суму проекцій сил на вісь Х і записуємо умову (7.44) у розгорнутому вигляді:
Pкн cos Io cos TХБ 0.
З урахуванням (7.42 ) отримуємо
Pкн cos ( Pкн R)cos TХБ 0 ,
Rcos TХБ 0.
Остаточно отримуємо
TХз R cos . (7.45)
З (7.45) випливає, що для забезпечення нерухомості гармати необхідно, щоб горизонтальна реакція у задній опорі гармати на ґрунт (на сошнику) дорівнювала горизонтальній проекції сили опору відкоту.
При куті підвищення 0 горизонтальна проекція сили опору відкоту найбільша, і умова (7.45) може бути записана як
Отже, для забезпечення нерухомості гармати при всіх(в тому числі і при найбільш несприятливому для неру-
хомості 0) необхідно, щоб на сошники діяла горизонтальна реакція, що дорівнює силі опору відкоту.
Зформули (7.46) випливає, що у всякому разі вигідно
ідоцільно для забезпечення нерухомості збільшувати величину TХБ . Очебачимо, що ця величина залежить від міц-
ності ґрунту. Оскільки на практиці гармати можуть установлюватись на ґрунті, міцність якого нижче потрібної (пісок, рілля тощо), то в таких випадках для задоволення умов (7.45) і (7.46) доцільно штучно збільшити опорну поверхню сошника з метою збільшення горизонтальної реакції TХБ (шляхом підкладання під нього колод, дошок, балок тощо).
Умова стійкості гармати
Гармата з пружним лафетом вважається стійкою, якщо під час пострілу виконуються дві умови:
1. Гармата не перекидається навколо сошника за
умови
2. Передня опора гармати не втрачає зв’язку з ґрун-
том за умови
З рисунку випливає, що умова рівноваги моментів
(7.47) набирає вигляду
QБD - NЛБL - PKHh + Io (h-e) = 0.
З урахуванням формули (7.2.1 ) отримуємо
QБD - NЛБL - PKHh + (PKH - R )(h-e) = 0
або
QБD - NЛБL - PKHh + PKHh - Rh - PKHe + Re = 0.
Нехтуючи величиною Rе внаслідок її малості (Rе 0),
після спрощень отримаємо
QБD - NЛБL - PKHе - Rh = 0. |
(7.48) |
З другої умови стійкості випливає, що під час відкоту повинна постійно існувати нормальна реакція NЛБ , тобто
|
|
NЛБ 0. |
|
|
(7.49) |
Знайдемо NЛБ з рівняння (7.48): |
|
|
|
QБ D РКН |
е Rh |
|
NЛБ |
|
|
|
. |
(7.50) |
L |
|
|
|
|
|
|
З порівняння (7.49) і (7.50) випливає |
|
і остаточно |
|
QБD - PKHe - Rh 0 |
|
|
QБD PKHe + Rh . |
(7.51) |
|
|
Нерівність (7.51) – це комплексна умова стійкості гармати з пружним лафетом під час пострілу і під час відкоту.
Ліва частина (7.51): QБD = МСТ – це стабілізувальний момент, який спрямований на зберігання стану спокою гармати і запобігання від її перекидання.
Права частина (7.51): PKHe + Rh = Мпер – це перекидний момент, який направлений на виведення гармати з рівноваги, тобто перекинути її навколо опорної точки В сошника.
Отже, для збереження стійкості гармати при відкоті необхідно, щоб стабілізувальний момент був не менший за момент перекидний:
