Конструкция и работа амортизатора силы отдачи

Как было отмечено выше, одним из самых значительных воздействий, которые испытывает артиллерийская установка и летательный аппарат в процессе стрельбы из оружия, является сила отдачи – R₀.

Для снижения силы отдачи между корпусом артиллерийского оружия и установкой помещается упругий элемент (рисунок 4.5). В процессе стрельбы корпус оружия, откатываясь под действием силы отдачи, деформирует упругий элемент. В результате, к артиллерийской установке (к летательному аппарату) будет приложена не сила отдачи R₀, а реакция (П_а) упругого элемента, пропорциональная его деформации.

Рисунок 4.5. Схема силового воздействия системы «оружие-установка»

Величина реакции упругого элемента значительно меньше величины силы отдачи, П_а < R₀ или П_а < Р_дн.

Устройство, содержащее в себе упругий элемент и обеспечивающее снижение силового воздействия оружия на артиллерийскую установку (летательный аппарат), называется амортизатором силы отдачи (АСО). В качестве упругого элемента обычно используется пружина.

В процессе стрельбы АСО должен не только снизить силовое воздействие, но и не влиять на надежность работы автоматики и эффективность стрельбы из оружия.

АСО в процессе очереди выстрелов преобразует кратковременное, но значительное по величине, действие сил Р_дн в более продолжительную по времени действия, но менее значительную по величине реакцию пружины, которая воспринимается артиллерийской установкой (летательным аппаратом).

Следует отметить, что АСО является составной частью конструкции оружия с газоотводным двигателем автоматики. В этом оружии при каждом выстреле затвор, через ствол, жестко скреплен с корпусом и поэтому сила Р_дн непосредственно передается на корпус оружия. В оружии с откатным двигателем автоматики сила Р_дн действует только на подвижный ствол и жестко связанные с ним детали. Корпус в таком оружии воспринимает силы, тормозящие откат ствола. Эти силы значительно меньше по величине, чем Р_дн, но более продолжительны по времени. Поэтому в оружии с двигателем автоматики откатного типа вопрос о силовом воздействии на артиллерийскую установку является менее важным и АСО в состав конструкции не включается.

Пружина в АСО может быть различной конструкции. Чаще используется витая (рисунок 1.37) пружина (пушки ГШ-23, ГШ-6-23М, ГШ-6-30А, пулемет ЯкБ-12,7). В амортизаторах пушек ГШ-30, ГШ-30К применяются кольцевые пружины (рисунок1.38).

Возникающая в процессе стрельбы из оружия и приложенная к артиллерийской установке, реакция (П_а) пружины АСО – называется силой отдачи амортизатора. Ее значение определяется главным образом упругими свойствами пружины. В соответствии с законом Гука, сила упругости (F_y), возникающая в пружине при сжатии, определяется выражением

, (4.5)

где с – коэффициент жесткости пружины,

x – величина сжатия пружины.

При выстреле, под действием силы Р_дн, корпус оружия из исходного положения перемещается относительно артиллерийской установки назад (рисунок 4.6). Это движение называется откатом. Оно продолжается до момента выравнивания по величине силы Р_дн и силы упругости пружины. После того, как последняя станет больше, чем Р_дн, начнется движение корпуса оружия вперед. Оно называется накатом.

Придя в исходное положение, оружие не останавливается, а под действием силы инерции продолжает движение вперед, которое называется выкатом. Выкат заканчивается, когда сила инерции сравнивается по величине с силой упругости пружины. Под действием последней оружие начинает движение назад, которое называется возвратом.

На практике жесткость пружины АСО подбирается такой, что в процессе очереди выстрелов выкат и возврат не происходят. Они имеют место только по окончании стрельбы.

Работа амортизатора при откате и накате корпуса оружия называется циклом АСО. Время цикла АСО обозначим t_a.

Следует подчеркнуть, что при тех значениях технических характеристик, которые имеют современные патронные ленты, величина отката пружины ограничена и не должна превышать 30…40 мм. При большей величине не будет обеспечена надежная подача патронной ленты из-за значительного смещения приемного окна корпуса оружия.

Рисунок 4.6. Движение оружия при стрельбе

Пружины во всех АСО имеют предварительное поджатие. Это делается для надежного удержания оружия на артиллерийской установке (летательном аппарате) в исходном, до стрельбы, положении.

4.3.1. АСО с витой пружиной

На рисунок 4.7 представлен АСО с витой пружиной.

Все детали амортизатора объединены в корпусе 4. Корпус амортизатора соединяется с корпусом оружия через зуб 5. На артиллерийской установке амортизатор крепится проточкой штока 6. Между регулировочной шайбой 7 и гайкой 1 помещается витая пружина 3. Гайка навертывается на шток до совмещения отверстий в штоке и гайки под штифт 2. Предварительное поджатие (П₀) пружины, среднее значение которого П₀ = 5400 Н, обеспечивается подбором толщины шайбы 7. Это осуществляется на заводе-изготовителе.

В процессе стрельбы сжатие пружины амортизатора происходит между шайбой и гайкой. При окончании стрельбы, в процессе выката, сжатие пружины происходит между буртиком корпуса амортизатора и шайбой.

Рисунок 4.7. Амортизатор пушки ГШ-23

1 – гайка; 2 – штифт; 3 – пружина; 4 – корпус; 5 – зуб корпуса; 6 – шток; 7 – шайба регулировочная.

На рисунке 4.8 приведена зависимость силы отдачи (П_а) амортизатора от величины сжатия витой пружины.

Рассматриваемый амортизатор обеспечивает максимальный откат корпуса пушки ГШ-23 (без локализаторов) на величину 18 мм, а максимальный выкат составляет 13 мм.

Рисунок 4.8. Изменение силы отдачи амортизатора при стрельбе из пушки ГШ‑23

Следует отметить, что при сжатии в витой пружине АСО, кроме силы упругости F_y, действует еще, вторая по значимости, сила вязкого (линейного) сопротивления. Ее значение пропорционально скорости сжатия пружины:

, (4.6)

где в – коэффициент вязкости,

– скорость сжатия пружины.

Наличие силы F_в является характерной особенностью витых пружин.

На рисунке 4.9 дано схематичное представление витой пружины, отражающее ее упруго-вязкие свойства.

Таким образом, значение силы отдачи АСО с витой пружиной определяется как сумма сил

(4.7).

Рисунок 4.9. Упруго-вязкая модель витой пружины

4.3.2. АСО с кольцевой пружиной

На рисунке 4.10 представлен АСО с кольцевой пружиной.

Кольцевая пружина 7 одета на шток 1. Через упор 6, который опирается на ось 5 и стакан 3, пружина закреплена на штоке гайкой 4. От самоотвинчивания гайка удерживается подпружиненным фиксатором. Величина предварительного поджатия, среднее значение которого П₀ =11800 Н, обеспечивается подбором толщины компенсирующего кольца 2. Это осуществляется на заводе-изготовителе оружия.

Амортизатор соединяется с корпусом оружия через ось 5. На артиллерийской установке амортизатор крепится специальным штифтом, который вставляется в отверстие стакана 3 и лафета.

В процессе стрельбы сжатие пружины амортизатора происходит между закраиной головки штока и упором амортизатора. При окончании стрельбы, в процессе выката, сжатие пружины происходит между упором и закраиной головки штока.

Как указывалось выше, кольцевая пружина, представляет собой набор внешних и внутренних колец (рисунок 1.38). Взаимодействие колец пружины при сжатии происходит следующим образом (рисунок 4.11).

Рисунок 4.10. Амортизатор пушки ГШ-30

1 – шток; 2 кольцо компенсирующее; 3 – стакан;

4 ‑ гайка; 5 – ось; 6 – упор; 7 – кольцевая пружина

Рисунок 4.11. Кольцевая пружина

В результате действия силы отдачи R₀ ≈ Р_дн на конусных поверхностях соприкасающихся колец создаются большие силы давления N_k. Под воздействием этих сил наружные кольца растягиваются, а внутренние сжимаются. В результате внутренние кольца вдвигаются во внешние, что приводит к сокращению, в целом, длины пружины. В процессе сжатия наступает момент, когда сила Р_дн уравновешивается силами упругости колец и силами трения на их конусных поверхностях. Обозначим через F_y и F_тр равнодействующие сил упругости и трения соответственно.

Конусные поверхности колец спроектированы так, что их угол конусности α_k в несколько раз больше угла трения ρ_тр. Поэтому при снятии нагрузки на пружину (при окончании стрельбы) силы упругости колец преодолевают силы трения на конусных поверхностях и восстанавливают начальную длину пружины.

На рисунке 4.12 приведен качественный график, показывающий зависимость силы отдачи (П_а) амортизатора от величины сжатия (x) кольцевой пружины.

Рисунок 4.12. Изменение силы отдачи амортизатора с кольцевой пружиной

На участках АВ и А₁В₁ происходит сжатие, а на участках АС и А₁С₁ – разжатие кольцевой пружины АСО. На участках ВС и В₁С₁ часть силы упругости, аккумулированной в кольцах при сжатии, расходуется на преодоление сил трения на конусных поверхностях колец. В АСО пушки ГШ-30 на преодоление сил трения расходуется 45…47% от максимального значения силы упругости. При стрельбе максимальный откат пушки ГШ-30 не превышает 30 мм.

Следует подчеркнуть, что при сжатии в кольцевой пружине АСО, кроме силы упругости F_y колец, действует, вторая по значимости, сила трения F_тр на конусных поверхностях. Ее часто называют силой кулоновского (сухого) сопротивления. Как известно, она определяется выражением

F_тр=f_тр*N_k(P_дн), (4.8)

где f_тр = arctgρ_тр – коэффициент трения;

N_k(P_дн) – нормальная сила, действующая на конусных поверхностях колец; ее значение зависит от величины силы P_дн.

Наличие силы F_тр является характерной особенностью кольцевых пружин.

На рисунке 4.13 дано схематическое представление кольцевой пружины, отражающее ее упруго-фрикционные свойства.

Рисунок 4.13. Упруго-фрикционная модель кольцевой пружины

Таким образом, значение силы отдачи АСО с кольцевой пружиной определяется как сумма

(4.9)

В заключение следует отметить, что при условии сохранения неизвестной величины П_о, АСО с кольцевой пружиной имеют гораздо меньшие габариты и массу, чем АСО с витой пружиной.

Дата добавления: 2014-12-27