Типовые конструкции противооткатных устройств

Рассмотрение требований к ПОУ позволяет заключить, что для их реа­лизации необходимо в составе ПОУ иметь:

— преобразователь энергии — регулятор отката, назы­ваемый в прак­тике тормозом отката;

— аккумулятор энергии — накатник;

— преобразователь энергии — регулятор наката, назы­ваемый в прак­тике тормозом наката.

В зависимости от степени совмещения этих трех элемен­тов различают:

- нераздельные ПОУ, в которых все три элемента кон­структивно и функционально объединены;

- раздельные ПОУ, в противном случае.

Современные тормоза и накатники, как правило, исполь­зуют эффект поступательно перемещающегося (по направ­лению линии откат—накат) поршня, взаимодействующего с рабочим телом. Поэтому наружные очерта­ния ПОУ имеют форму цилиндров.

В современных артиллерийских орудиях наиболее часто встречаются

схемы противооткатных устройств со следующей конструктивной компоновкой:

1) тормоз отката и тормоз наката конструктивно объединены в

один агрегат, накатник является отдельным агрегатом;

2) тормоз отката, тормоз наката и накатник конструктивно

объединены в один агрегат.

При этом, может быть еще и дополнительный тормоз наката, работающий только на последнем участке и представляющий собою отдельный агрегат;

3) тормоз отката, тормоз наката и накатник являются отдельными

агрегатами.

Выбор той или иной схемы противооткатных устройств, так же как и выбор конструктивного типа тормоза или накатника, осуществляется в зависимости от типа орудия, от боевых, экс­плуатационных и производственно-экономических требований, предъявляемых, к орудию, а также от субъективных факторов, связанных с накопленным опытом проектирования устройств и механзимов определенного типа.

Накатники артиллерийских орудий

Основным назначением накатника является возвращение ствола после выстрела в исходное положение и удержание его в этом положении при всех углах возвышения не только в не­подвижном орудии, но и при движении его.

Во время отката накатник аккумулирует часть механической энергии откатных частей, участвуя в торможении. Затем боль­шая часть аккумулиро­ванной энергии, ставшей потенциальной энергией сжатого упругого тела, вновь возвращается откатным частям в виде кинетической энергии движения их в обратном на­правлении, т. е. в накат.

В качестве упругого тела в накатниках применяют либо вин­товые ци­линдрические пружины, либо сжатый воздух (или азот). В первом случае на­катники именуют пружинными, во втором — пневматическими. Ствол удер­живается в исходном положении при всех углах возвышения и при наличии переносных ускорений от движения орудия в результате предварительного поджатия пружины или газа в накатниках. Пружинные накатники имеют не­сколько конструктивных схем.

На рисунке 1.2 изображена схема пружинного накатника с распо­ложением цилиндрических винтовых пружин 1 в виде одной колонки, надетой на ствол 2. Одним концом колонка пружин упи­рается в дно 5 неподвижной люльки 3, а другим — в кольцевую обойму 4 ствола. Во время отката ствола пружина сжимается между кольцевой обоймой и дном люльки. Упругое усилие пру­жины возрастает по линейному закону, зависящему от выбран­ной жесткости пружины.

В накате пружина разжимается и возвращает ствол в исход­ное положе­ние.

Преимуществом такой схемы является компактность конст­рукции, от­сутствие на откатных частях масс, эксцентрично рас­положенных относи­тельно оси канала ствола.

Рисунок 1.2 - Пружинный накатник на стволе

Недостаток — сравнительно большие габариты пружины и возмож­ность ее интенсивного нагрева от ствола при длительной стрельбе.

Эта схема получила распространение в автоматической артил­лерии малых и средних калибров.

Преимуществом пружинных накатников является их простота устройства и обслуживания, малая чувствительность к наружным поврежде­ниям от пуль и осколков, независимость действия от внешних условий.

Недостатками пружинных накатников являются большая мас­са и раз­меры, особенно у орудий крупных калибров. С увеличением размеров пру­жин усложняется технология и стоимость их изготовления.

Поэтому сферой применения пружинных накатников в насто­ящее время, в основном, является автоматическая артиллерия малых и средних ка­либров.

Для более крупных орудий чаще применяют пневматические накат­ники, в которых в качестве упругого тела используется сжатый азот или сжа­тый воздух.

Для того чтобы обеспечить запирание газа, в накатнике всег­да имеется некоторое количество жидкости.

Примеры пневматического накатника приведены на рисунке 5.

Основное различие представленных схем с конструктивной точки зре­ния заключается в том, что в первой схеме при откате шток вдвигается внутрь цилиндра, а во второй — выдвигается наружу.

В схеме на рисунке 5а цилиндр накатника 7 скреплен с не­подвижной люлькой, а шток 1 является частью откатных частей орудия. Герметичность подвижного соединения цилиндра и што­ка обеспечивается уплотнением, со­

стоящим из двух, поставлен­ных навстречу один другому, воротников 2, пространство между которыми заполнено жидкостью, находящейся под дав­лением, повышенным по сравнению с давлением газа внутри цилиндра. По­вышенное давление в уплотнении обеспечивается мультипли­катором давле­ния, состоящим из цилиндра 4, внутри которого помещен поршень 6, снаб­женный уплотнением 5. Шток 3 порш­ня через свое уплотнение 2 выпущен наружу.

Полость 1 мультипликатора (рисунок 1.4), где находится шток 2, заполнена уплотняющей жидкостью и соединена с полостью уплотнения штока накат­ника. Полость мультипликатора по дру­гую сторону поршня 3 присоединена непосредственно к цилинд­ру накатника и наполнена тем же газом притом же давлении, что и накатник. Поршень со штоком мультипликатора установят­ся в состояние равновесия только в том случае, если давление жидкости, посту­пающей в полость уплотнения штока накатника, будет выше, чем давление газа, так как рабочая площадь дав­ления жидкости, действующего на поршень мультипликатора, меньше, чем рабочая площадь давления газа, заставляю­щего поршень мультипликатора перемещаться и поджимать жидкость.

При движении вместе с откатными частями шток входит внутрь ци­линдра, объем, занимаемый газом, уменьшается, давление газа возрастает по политропическому закону от величины, обеспечивающей, усилие предвари­тельного поджатия накатника, до максимальной величины в конце отката. Поскольку процесс сжатия протекает достаточно быстро, газ нагревается, так как его возросшая внутренняя энергия не успевает рассеяться в виде тепла. После окончания отката, под воздействием давления газа на дно подвижного цилиндра, откатные части возвращаются в исходное положение, давление газа падает также по политро­пическому закону, но уже в обратном направле­нии, газ в ци­линдре охлаждается. Следует отметить, что «прямая» и «обрат­ная» политропические зависимости не совпадают, так как часть энергии все же теряется, главным образом, в виде тепла.

Начальное усилие пневматического накатника, так же как и пружин­ного, выбирается из условия удержания откатных частей в исходном поло­жении при всех углах возвышения и при нали­чии переносных ускорений от движения орудия. Начальное дав­ление газа, обеспечивающее это усилие, оп­ределяется обычно из возможности обеспечения сборки и заполнения накат­ника в ус­ловиях ремонтной мастерской либо от компрессора, либо от бал­лона со сжатым газом. Обычно его величина находится в преде­лах от 2,5 МН/м² до 7,5 МН/м².

Соотношение между выбранной величиной начального давле­ния и тре­буемым начальным усилием определяет величину ра­бочей площади, а, сле­довательно, и поперечных габаритов рабочего цилиндра накатника. Общие габариты определяются длиной отката и объемом газа, выбираемыми с уче­том необхо­димой степени сжатия его при откате.

В схеме, представленной на рисунке 1.3 а, с откатными частями соединен шток 1, а цилиндр 2, заполненный газом, располага­ется в неподвижной люльке. Для того чтобы систему уплотне­ний вывести на неподвижную часть накатника, длина поршня 3 должна несколько превышать длину отката. Для более эконом­ного использования пространства поршень выполняют в виде по­лого цилиндра, заполненного сжатым газом, сообщающимся с рабочим цилиндром, где также находится сжатый газ.

Рисунок 1.3 - Пневматический накатник

В схеме, представленной на рисунке 1.3 б, с откатными частями соединен шток 1, а цилиндр 2, заполненный газом, располага­ется в неподвижной люльке. Для того чтобы систему уплотне­ний вывести на неподвижную часть накатника, длина поршня 3 должна несколько превышать длину отката. Для более эконом­ного использования пространства поршень выполняют в виде по­лого цилиндра, заполненного сжатым газом, сообщающимся с рабочим цилиндром, где также находится сжатый газ.

Недостатком этой схемы, по сравнению с предыдущей, явля­ется боль­шее количество уплотнений. Однако то обстоятельство, что эти уплотнения и мультипликатор, обеспечивающий повы­шенное давление жидкости в уплот­

нениях, расположены на не­подвижной части орудия, является преимущест­вом. При этом обеспечивается надежная работа уплотнений.

Рисунок 1.4 - Мультипликатор

Более надежными, с точки зрения обеспечения уплотнения, являются пневматические накатники, которые кроме объема воздуха содержат еще некоторый объем жидкости.

Рабочий цилиндр пневматического накатника пол­ностью заполнен жидкостью, которая запирается уплотнениями штока. Сжатый газ находится в другом резервуаре, также частично заполненном жидкостью. Газовый ре­зервуар и рабочий цилиндр накатника соединены между собою таким обра­зом, что при всех возможных углах возвышения по каналу сообщения может поступать только жидкость, а сжатый газ не может по­падать в рабочую по­лость. При этом используется свойство газа находиться в верхней части ре­зервуара. На рисунке 1.3 представлены две схемы пневматических накатников. В пер­вой из схем с откатными частями связан шток, цилиндры неподвижны. Во

второй схеме шток закреплен на не­подвижной люльке, в откат вместе со стволом движутся ци­линдры. Отверстия а и б расположены таким образом, чтобы газ не мог попасть во внутренний рабочий цилиндр.

Применение пневматических накат­ников дает ряд преимуществ по сравнению с пружинными, а именно, уменьшаются масса конструкции и габариты.

В то же время пневматические накат­ники имеют следующие недос­татки:

1) зависимость работы накатника от наружной температуры. С повы­шением температуры давление, а, следовательно, и усилие накатника, воз­растает; с понижением температуры — падает;

2) усложнение эксплуатации. Необходимость наблюдения за давлением газа, за работой уплотнительных устройств, за воз­можной коррозией;

3) повышенная чувствительность к повреждениям пулями, осколками снарядов и мин.

Основные характеристики накатников некоторых артиллерийских орудий приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Характеристики накатников