- •1.2.3. Энергия свободного отката ствола
- •1.3. Проектирование накатников
- •П(А) = Пд- Цотк,
- •Вопросы для самоподготовки
- •2.1. Основные агрегаты лафета
- •2.2. Лафет как боевой станок артиллерийского орудия при выстреле
- •Вопросы для самоподготовки
- •3.1. Проектирование станин АО
- •3.2. Проектирование люльки АО
- •Вопросы для самоподготовки
- •4.1. Проектирование механизмов подрессоривания
- •5.2. Гидродинамические основы проектирования гидравлических тормозных устройств
- •Вопросы для самоподготовки
- •Вопросы для самоподготовки
- •Вопросы для самоподготовки
линейного расширения материала ствола, t° - увеличение сред ней температуры стенки ствола за время стрельбы.
В проектировочных расчетах можно принять
а 0 « 1,25-10-5; *° » 200 °С; Е я 2-10 7 н/см2; г2«1,5 гх.
Вопросы для самоподготовки
1. Станина и сошниковый узел; схема действия сил и мо ментов.
2. Конструктивные характеристики станин и сошнико вых узлов.
3. Сошниковый узел; конструктивные характеристики
ирасчетные зависимости.
4.Короб станины; схема и условия прочности.
5.Расчетная зависимость для определения толщины стен ки короба; принятые допущения.
6.Цапфы люлек; типовые схемы и проектировочные зави симости.
7.Подъемный механизм секторного типа; схема, характе ристики и расчетные зависимости.
8.Число зубьев коренной шестерни.
9.Люлька обойменно-штыревого типа; схема сопряжения со стволом.
10. Характеристики и проектировочные зависимости для штыря.
11. Гарантированный зазор по диаметру в соединении со стволом.
ГЛАВА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ЛАФЕТА
4.1. Проектирование механизмов подрессоривания
4.1.1. Механизмы подрессоривания
Механизмы подрессоривания служат для смягчения толч ков и ударов и снижения уровня шума при буксировке. К ним предъявляются требования: плавности хода; снижения относи тельного веса; живучести упругого элемента; простоты конст рукции и обслуживания (регулировки). Механизмы подрессори вания различаются по типу упругого элемента (рессорные, пру жинные и торсионные) и по схеме его расположения по отношению к АО (с продольным и поперечным расположени ем). Некоторые схемы таких механизмов показаны на рис. 4.1.
в |
г |
Рис. 4.1. Пружинные (а, 6) и торсионные {в, г) механизмы подрессоривания
4.1.2.Конструктивные характеристики механизма подрессоривания торсионного типа
Расчетная схема механизма подрессоривания торсионного типа с продольным расположением торсиона (130 мм ПП М-46) представлена на рис. 4.2, где: dT, /т, LT —диаметр и длина,рабочей части торсиона и полная длина торсиона; /б - длина балансира (расстояние от продольной оси торсиона до линии опоры коле са); ф у г о л закрутки торсиона и осадка подрессорной массы лафета; ао - угол наклона балансира к горизонту без нагрузки; Р\ - рабочая вертикальная нагрузка на одно колесо.
Рис. 4.2. Механизм подрессоривания торсионного типа: а - схема уста новки торсиона; 6 - конструктивные характеристики торсиона; в - схема нагружения торсиона
При проектировании механизма подрессоривания торсион ного типа рассчитываются следующие конструкционные харак теристики: LT, /т, dT, /б, ао, фт, где фт - максимальный угол за крутки торсиона.
Первые две характеристики определяются по статистиче ским зависимостям с учетом ширины хода колес, схемы распо ложения и типа головки торсиона:
LT= B y e; /т - ЬУ'е,
где Вк - половина ширины хода колес; р.',, р" - статистиче
ские коэффициенты, значения которых можно определить из условий
0,8 < ц'е <0,95; |
0,8 <ц" <0,875. |
Меньшее значение первого |
коэффициента соответствует |
поперечному расположению торсиона, а меньшее значение вто рого коэффициента - нормальной головке торсиона.
|
Для практического использования можно принять |
|
|
|
К ~ ВкМ*е s |
где |
= |
0,5 < \хс < 0,8. |
|
|
4.1.3. Основные расчетные зависимости |
|
Для определения основных конструктивных характеристик |
|
механизма |
подрессоривания торсионного типа, таких как dK |
и /б, необходимо обратиться к фундаментальным зависимостям
для угла закрутки ср и напряжения среза т в материале рабочей части торсиона
К р |
М |
кр |
Ф = — -; |
т = |
|
СW
^кр
где ср, т - угол относительной закрутки концов рабочей части торсиона и напряжение среза в его материале; Сф, WKp - жест
кость на кручение и осевой момент сопротивления сечения ра бочей части торсиона; М^ - крутящий момент. Для определения жесткости стержня круглого сечения используется известное выражение
Г
'~ф " 7 >
ч
где Лр -осевой момент инерции сечения рабочей части торсио на; G - модуль упругости на сдвиг (модуль упругости второго рода - модуль Юнга) материала торсиона, определяемый из ра венства G = 0,4 -Е, где Е - модуль упругости материала на рас тяжении (сжатие). В частности, для сталей Е « 2-1011 н/м2, сле довательно, G = 8*1010н/м2
Осевой момент инерции и осевой момент сопротивления,
в частности для круглого |
сечения, определяются известными |
|||
соотношениями |
|
|
|
|
г |
_ ^ |
j4. |
W |
=— d 3 |
* |
~ 32 |
т’ |
145 |
16 т’ |
а крутящий момент в соответствии со схемой нагружения торсиона (см. рис. 4.2, в) определяется равенством
Л^кр=Л -/бсоз(а о-ф)-
Используя исходные зависимости, можно определить две основ ные конструктивные характеристики механизма подрессоривания: dTи /6(диаметр рабочей части торсиона и длина балансира).
Прежде всего рассмотрим равенства |
|
|||||
|
^кр=ф -Сф= т -^ кр, |
|
||||
из которых можно получить уравнение |
|
|||||
|
|
т |
G |
ю |
|
(*) |
|
|
|
|
|||
Затем рассмотрим |
вторую |
исходную |
зависимость |
|||
х = |
, из которой можно получить равенство |
|
||||
|
= Р, -/6cos(a0-ф ). |
|
||||
Используя полученное ранее уравнение (*), из последнего |
||||||
равенства находим |
|
|
|
|
|
|
|
dT =- J - |
lj^ |
- |
Р, cos(a0 - ф). |
|
|
|
х уте |
/т |
|
|
|
|
В |
соответствии со |
схемой |
нагружения |
торсиона |
(см. рис. 4.2, в) при малых углах а 0 и ф можно получить при ближенные равенства
/6 -ф » /; cos(a0 - ф ) * 1,
где/ - осадка АО.
Используя принятые приближенные зависимости, из урав нения (*) получаем
(4.1)
6 т 2/т т
Кроме того, рассматривая вариант статистического нагру жения торсиона, принимаем
т = тст; ф = фст; / = / ст= /6фст;
|
тст |
|
где [х] - допустимое напряжение среза; К 0 = |
— коэффици |
|
|
|
ент |
ент перегрузки; |
т6 - масса АО в походном положении. |
|
Здесь необходимо особо отметить важное значение стати |
||
ческой осадки |
/ ст. Величина статической осадки АО задается |
отраслевым стандартом. Теоретическим и опытным путем пока зано, что величина статической осадки для АО всех типов и ка либров практически одинакова и при условии 2 < К0 <3 нахо
дится в диапазоне 0,065 < / ст < 0,085 м.
С учетом принятых выше условий можно получить систему уравнений, необходимую для проектирования механизма под-
рессоривания: |
|
|
|
|
|
|
К, |
j8/ CTf lCTG. |
|
K ,faG |
(4.2) |
||
|
|
|
|
|
|
|
l |
В . |
m |
. /бЛ ст |
_ 32 /т/б P,CT |
|
|
т ~ Цс' 5к’ |
Фст |
Сф |
n |
d TA G |
|
|
В проектировочных расчетах можно принимать |
|
|||||
2< К 0 <3; |
0,065 < / ст < 0,085 |
м; |
0,5<це <0,8; |
|
7,5• 1010< G < 8,5-1010н/м2; 6-108< [х]< 10-108н/м2
Величины ltift и Вк —это характеристики конкретного АО. Их, в частности, можно принять из таблицы.
|
Масса АО и ширина хода колес |
|
d, мм |
т6, кг |
2Вк>м |
100 |
3400 |
1,75 |
130 |
7500 |
2,1 |
152 |
10000 |
2,4 |
4.2.Проектирование уравновешивающих механизмов
4.2.1.Уравновешивающие механизмы. Типовые схемы уравновешивания и уравновешивающих механизмов
При компоновке артиллерийского орудия практически ни когда не удается совместить центр масс качающейся части с осью цапф, т.е. всегда имеет место момент качающейся части. Для его компенсации используются специальные уравнове шивающие механизмы, которые создают уравновешивающий момент.
Момент качающейся части и уравновешивающий момент изменяются по величине при изменения угла возвышения ство ла. Изменение это происходит неодинаково, поэтому практиче ски всегда остается некоторый момент неуравновешенности, как разница этих двух моментов. По этой причине различают час тичное и «полное» уравновешивание. При частичном уравнове шивании равенство момента качающейся части и уравновеши вающего момента достигается лишь в ограниченном числе точек диапазона угла возвышения ствола (как правило, в двух) а при «полном» уравновешивании - более чем в двух точках. Сте пень уравновешенности качающейся части АО зависит от типа уравновешивающего механизма и схемы уравновешивания. Раз личают четыре схемы уравновешивания: рычажно-толкающую, рычажно-тянущую, копирно-толкающую и копирно-тянущую. При этом рычажно-тянущая схема имеет два варианта: с ниж ним и верхним расположением уравновешивающего механизма.
Перечисленные схемы уравновешивания представлены на рис. 4.3, а, б, в, г, д. На рис. 4.3 использованы обозначения: 1 - ось цапф; 2 - рычаг; 3 - продольная ось ствола АО; 4 - центр масс качающейся части; GK- масса качающейся части; U - уси лие уравновешивающего механизма.
г |
д |
Рис. 4.3. Схемы уравновешивания: рычажно-толкающая (а); рычажно тянущая нижнего (б) и верхнего (в) расположения; копирно-толкаю- щая (г); копирно-тянущая (д)
Вариант АО с рычажно-толкающим уравновешиванием (130-мм ПП М-46) показан на рис. 4.4, а вариант АО с рычажно тянущим уравновешиванием (верхнего расположения) - на рис. 4.5.
Рис. 4.4. АО с рычажно-толкающим уравновешиванием
Рис. 4.5. АО с рычажно-тянущим уравновешиванием верхнего расположения
Основным элементом схемы «полного» уравновешивания является копир. При любой схеме уравновешивания может ис пользоваться уравновешивавший механизм (УМ) любого типа. Различают три типа УРМ: пружинные, торсионные и пневмати ческие. Пружинные механизмы используют в схемах уравнове шивания как толкающего, так и тянущего типа, а торсионные и пневматические - в схемах уравновешивания толкающего типа.
4.2.2. Конструктивные характеристики уравновешивающих механизмов и схем уравновешивания
Конструктивные характеристики уравновешивающих ме ханизмов рассмотрим на примере пневматического уравнове шивающего механизма (ПУМ). Одна из схем пневматического уравновешивающего механизма представлена на рис. 4.6, где использованы обозначения: X, do, d\, L, /упя - рабочий ход, диа метр внутреннего и наружного цилиндров уравновешивающего механизма, расстояние между точками крепления УМ (перемен ная величина) и длина уплотнительного устройства; х - путь поршня (перемещение внутреннего цилиндра относительно на ружного). Основными конструктивными характеристиками ПУМ являются: X, L, dQwd\.
уравновешивающий механизм рычажно-толкающего типа
Из схем уравновешивания более подробно рассмотрим схему уравновешивания рычажно-толкающего типа с пневмати ческим уравновешивающим механизмом. Схема уравновешива ния данного типа представлена на рис. 4.7, где: гь а.| и г2, а 2 - полярные координаты точек крепления уравновешивающего ме
ханизма (длина и угол); /,°т, GK—расстояние от оси цапф до цен тра масс качающейся части и её вес; U - усилие уравновеши вающего механизма; L, (3 - длина механизма (расстояние между точками крепления уравновешивающего механизма) и угол на клона его продольной оси; Ly, Lx - проекции расстояния L на координатные оси. Основными конструктивными характеристи ками схемы уравновешивания являются: ги оц, r2, а 2, L, р.
Текущее усилие пневматического уравновешивающего ме ханизма изменяется по показательному закону вида
Г |
г , |
\* |
и = и п |
Нп |
(о<х<х), |
нп-х+х |
где UQ, U - начальное и текущее усилие уравновешивающего механизма; Но, Х ,Х - приведенная высота столба воздуха, рабо чий ход и текущее перемещение внутреннего цилиндра УМ от
носительно наружного; к - показатель политропы; 1,2 —точки крепления уравновешивающего механизма. Основными функ циональными характеристиками ПУМ являются: Uo, Но.
Для определения конструктивных характеристик схемы уравновешивания рассмотрим некоторые зависимости меж ду ними.
Проекции расстояния L на оси координат будут
Lx = r2sina, -r,cos(cp-i-a1),
Ly = r2cos a 2+ rxsin((p + a ,).
Расстояние между точками крепления (длина) уравновеши вающего механизма может быть найдено из уравнения
L= TJI?X + 1?у
Сучетом первых двух равенств приводим последнее уравнение к виду
L = д/г,2+ г2 + 2г,г2sin(<p+ a, - a 2),
а угол наклона продольной оси уравновешивающего механизма по отношению к вертикали находим из уравнения
Рассмотрим такие важные характеристики схемы уравно вешивания, как момент качающейся части и момент уравнове
шивания. |
|
|
|
Момент качающейся части |
определяется |
условием |
|
Мкч = gmK4 /jjcoscp, а уравновешивающий момент - |
условием |
||
= п0Щ cos((p + a, - р), при этом условие полной уравнове |
|||
шенности качающейся части имеет вид |
М„„ = М„п. |
|
|
|
к.ч |
ур |
|
С учетом первых двух равенств приводим условие полной |
|||
уравновешенности качающейся части |
к виду |
gmK4/,c|.cos <р = |
= no^r\ cos(<p+ a, - р), где ткч_л0масса качающейся части ору дия и число уравновешивающих механизмов.
Из последнего равенства можно получить уравнение для
определения необходимого усилия уравновешивающего меха- /О
гг |
£ т к ч 1\т |
ТУ |
ТУ |
COS ф |
низма и = |
к ч 1т |
к9, |
где К,„ = |
----------cos((p + а,------- р) |
|
|
|
|
|
Конструктивные |
характеристики схемы уравновешивания |
рычажно-толкающего типа и пневматического уравновешиваю щего механизма можно разделить на две группы: характеристи ки, заданные начальными условиями, и характеристики, опреде ляемые при проектировании системы уравновешивания. К пер
вой группе относятся а ь г2, а 2, Zj°T , Ро где Р0минимальное
давление воздуха в уравновешивающем механизме, а ко вто рой - UQ, Яо, X, т, do, d\, где т - степень сжатия воздуха в УМ.
4.2.3. Проектировочные зависимости
Конструктивные характеристики системы уравновешива ния второй группы определяются в процессе проектирования. При использовании рычажно-толкающей схемы уравновешива ния можно обеспечить уравновешивания качающейся части лишь в двух точках диапазона углов возвышения ствола. В ка честве таких точек обычно принимаются
ф1 ~ фтахэ П р И ^ Г - X,
фО = фтт, При2Г=0.
Рабочий ход уравновешивающего механизма может быть определен из соотношения
|
X —Lmах —-^mi |
где |
Lmm = -Jrf+ rf+ b -ft sin(cpmax + а, - а 2), |
|
A ™ . = J f , 2 + ^2V +2sm ((p min + а , - а 2 ). |
Используя условие полной уравновешенности качающейся части в данных двух точках диапазона углов возвышения, мож но определить две проектные характеристики уравновешиваю
щего механизма, в частности С/0и т, где т - степень сжатия воз духа в уравновешивающем механизме.
Для их определения сначала получим из условия полной уравновешенности выражения для усилий УМ в двух крайних точках диапазона изменения угла возвышения ствола
и п = |
£ М Л К |
и т = |
К, |
’ |
|
ф1’ |
ср2 |
||
|
«ой |
|
«ой |
|
в которых имеют место соотношения
К„, =■ |
COStPmax |
к ^ = - |
cos(pn |
Lq>1 cos(cpmax+ a , - p i) ’ |
4,2 |
cos((pmin + a , - p 2)' |
Учитывая, что Um = UQm, из данного равенства находим
Uт т = ---- ,
и '
а используя первые два уравнения, приводим последнее выра жение к виду
*Ф2
т — — —
Kt 1
ф
Всвою очередь, из формулы для текущего усилия УМ, при
х= 0, следует
т =
Из последнего равенства получаем выражение для опреде ления одной из важнейших характеристик УМ - приведенной высоты столба воздуха
#0 =Х
где т = К ^ /К ^ , а следовательно, получаем выражение для оп
ределения необходимого объема воздуха в накатнике
w ^ d l -щ .
Затем введем в рассмотрение две известные зависимости:
и й = ^ 4 - р г
О5
где Р0- начальное (минимальное) давление воздуха в УМ. Ис пользуя данные зависимости, получаем выражения для опреде ления d0и d\
4C V |
|
d o - п Р 0 ’ d\ - d0 |
урм» |
где Цурм =
1+
7 1° *
v^l
м |
Г |
1 |
л |
|
|||
|
1 +JEL |
|
|
J \ |
^ |
; |
, /упл - длина уплотнительного уст
ройства.
В проектировочных расчетах целесообразно принять
2,5 < Р0 < 5,0 • 106 н/м2; 0.6 <ЦурМ^ 0,8.
Величины г\, а ь г2, а 2 определяются по аналогии с сущест вующим артиллерийским орудием данного калибра или по мес ту, исходя из конкретных условий. При этом необходимо учи тывать, что значения этих величин существенно влияют на кон структивные характеристики уравновешивавшего механизма, такие как Но и d\.
В качестве ориентировочных значений этих величин можно принять:
A-d<rx<6-d\ 15° < а, <20°; 6 d< r2<S-d-, 40°< а2 <50°
Вопросы для самоподготовки
1. Механизмы подрессоривания (МП); типовые схемы, предъявляемые требования.
2. Механизм подрессоривания торсионного типа; коструктивные характеристики.
3.Исходные зависимости для проектирования механизма торсионного типа.
4.Вывод формулы для определения диаметра рабочей
части торсиона.
5.Вывод формулы для определения необходимой длины балансира.
6.Уравновешивание качающейся части АО. Схемы урав новешивания.
7.Схема уравновешивания рычажно-толкающего типа; основные конструктивные характеристики.
8.Уравновешивающие механизмы (УМ); типовые схемы. Схема уравновешивающего механизма пневматического типа.
9.Текущее усилие УМ пневматического типа.
10.Момент качающейся части и момент уравновешивания.
11.Условие полной уравновешенности качающейся час
ти АО.
12.Начальное (минимальное) усилие пневматического УМ.
13.Степень сжатия и приведенная высота столба воздуха
впневматическом УМ.
ГЛАВА 5 ГИДРОДИНАМИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ В АО
5.1. Гидравлические тормозные устройства. Тормозные жидкости
5Л. 1. Гидравлические тормозные устройства
Гидравлические тормозные устройства в артиллерийском вооружении служат для формирования требуемого закона изме нения суммарной силы сопротивления откату (СССО) и равно действующей силы наката (РСН). Они дополняют группу про тивооткатных устройств (ПОУ) и включают в себя тормоза от ката и тормоза наката (ГТО и ГТН) ствола АО. Обычно гидравлические тормоза отката и наката выполняются в виде единого агрегата - гидравлического тормоза отката-наката (ГТОН). На гидравлические тормоза отката-наката существует ОСТ ВЗ-2171-74. В настоящее время известно большое количе ство типовых схем и вариантов исполнения гидравлических тормозных устройств. Некоторые из них как наиболее целе сообразные рекомендуются ОСТом для практического исполь зования.
Гидравлические тормозные устройства принципиально различаются по двум критериям: по типовым схемам каждого отдельного агрегата и по комбинациям отдельных агрегатов ПОУ друг с другом в едином агрегате.
Из вариантов ГТО наибольшее применение нашли тормоза отката канавочного, шпоночного, веретенного и золотникового типа, а из вариантов ГТН - в основном тормоза наката игольча того и модераторного типа. Из комбинированных схем ПОУ наибольшее распространение получили гидравлические тормоза отката-наката (ГТОН) с использованием в них тормозов наката игольчатого и модераторного типа. Комбинированные схемы противооткатных устройств иногда включают и третий агрегат ПОУ —накатник. В частности, гидравлический тормоз отката - накатник (ГТО-Н). Здесь недостающий третий агрегат ПОУ - тормоз наката —выполняется отдельно. Исключение составляет
5.1.3. Тормозные жидкости
Принцип действия гидравлических тормозных устройств основан на преобразовании энергии отката ствола в энергию движения жидкости из одной полости гидравлического устрой ства в другую через отверстия малого сечения с выделением значительного количества тепла. Для получения требуемого за кона изменения гидравлической силы сопротивления сечение отверстий должно заданным образом изменяться по ходу порш ня. Изменение сечения отверстий достигается изменением глу бины канавки, высоты шпонки, диаметра веретена, диаметра иг лы и т.д. В качестве рабочей жидкости в гидравлических тор мозных устройствах используется специальная так называемая тормозная жидкость. К тормозным жидкостям предъявляются жесткие требования, в том числе: устойчивость характеристик при длительном хранении; антикоррозийность; температуростойкость (тепло и морозостойкость); универсальность, недефицитность, безопасность в обращении и т.д. В современной ар тиллерийской практике наибольшее распространение получили тормозные жидкости четырех типов: Стеол, Стеол-М, ПОЖ и веретенное масло № 3 (АУ). Состав жидкостей и некоторые их характеристики представлены в табл. 5.1 и 5.2.
|
|
|
|
Таблица 5.1 |
|
Состав тормозных жидкостей |
|
||||
Состав жидкости |
Стеол |
Стеол-М |
ПОЖ |
АУ |
|
1. Вода |
40,17 |
32 |
9 |
|
|
2. Глицерин |
57,7 |
46,3 |
- |
Веретенное |
|
3. Этиловый спирт |
- |
20 |
- |
масло № 3 |
|
(фракция |
|||||
4. Хромокислый калий |
2,0 |
1,6 |
|
||
1 |
перегонки |
||||
5. Едкий натрий |
0,13 |
0,1 |
нефти) |
||
|
|||||
6. Этиленгликоль |
- |
|
90 |
|