Проектирование качающейся части артиллерийского орудия

Этапами решения обратной задачи проектирования являются: установление желаемого закона движения откатных частей, учёт сил трения в направляющих люльки и уплотнениях, а также расчёт и установление конструктивных параметров накатника.

Прямая задача проектирования складывается из «прямой задачи отката» и «прямой задачи наката» и заключается в установлении режимов отката и наката для широкого заданного диапазона условий стрельбы при уже выбранной конструкции противооткатных устройств и корректировке некоторых конструктивных параметров в связи с производственными и эксплуатационными требованиями.

5. Решение обратной задачи проектирования
1. Проектирование накатника

Проектирование и расчёт накатника преследуют определение  таких конструктивных и силовых  его параметров, при которых обеспечиваются:

1. Удержание откатных частей в переднем положении на буфере наката до выстрела при наибольших углах возвышения ствола и  возможных инерционных перегрузках, если орудие установлено на подвижном носителе (танк, корабль, самоходная установка)
2. Возвращением откатных частей в исходное положение после выстрела с обеспечением (совместно с тормозом) приемлемых режимов наката
3. Привод работающих при накате механизмов автоматики (открывание затвора, экстракция гильзы и т.д.)

При этом накатник должен иметь  приемлемые габаритно - весовые показатели.

В нашем случае для 125-мм танковой пушки используется гидропневматичесий накатник, размещённый в казённике, крепящийся в нём снаружи фланцем, а хвостовиком соединённый с люлькой через её боковой прилив.

Накатник по устройству является трёхцилиндровым. Чертёж накатника см. в Приложениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Проектирование тормоза откатных частей

Помимо основной функции  – торможения в откате ОЧ, тормоз отката в современных орудиях  выполняет дополнительную функцию  – участвует в торможении отката за счёт выполненного заодно с ним тормоза наката.

Проектный расчёт тормоза  откатных частей при откате предполагает определение конструктивных параметров тормоза, в том числе конфигурации регулирующей детали (в нашем случае веретена и регулирующего очка), обеспечивающих приемлемые режимы отката.

В этой задаче по откату находятся  начальные приближения конструктивных параметров тормоза, обеспечивающих желаемый режим торможения при некоторых  фиксированных внешинх условиях (возмущающая нагрузка Pкн(t), расчётный угол возвышения ствола, температура рабочей жидкости и др.)

Проектный расчёт тормоза  при откате предполагает определение  конструктивных параметров тормоза, в  том числе  профиля регулирующей детали (профиля канавок), обеспечивающих приемлемые режимы наката. В обратной задаче наката находят начальные приближения конструктивных параметров тормоза, обеспечивающих желаемый режим торможения наката при некоторых фиксированных внешних условиях (расчётный угол возвышения ствола, температура рабочей жидкости и др.)

Используемый в нашем орудии тормоз откатных частей – веретено- канавочный с модератором- по конструктивному исполнению. Таких тормозов на пушке установлено 2 – на диагонали симметрично оси канала ствола орудия. Таким образом, распределение усилий на тормоза происходит равномерно и уменьшается в 2 раза.

 

Тепловой расчёт тормоза откатных частей

Являясь диссипативной силовой  связью откатных частей с люлькой, рассеивающей энергию движения откатных частей в  окружающую среду, тормоз  испытывает интенсивные тепловые нагрузки. Теплофизические и конструктивные характеристики тормоза должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить заданные наиболее напряжённые режимы стрельбы. Температура рабочей жидкости тормоза не должна повышаться сверх допустимых пределов  t^o≤t^o_доп, обусловленных температурой её кипения (Стеол-М имеет допустимую температуру t^o_доп=90-120^oС).

Тепловой расчёт включает в себя:

1. Расчёт изменения температуры тормоза во времени при наиболее напряжённых режимах стрельбы с последующим обоснованием потребного объёма жидкости, обеспечивающего приемлемые температуры разогрева тормоза
2. Расчёт конструктивных параметров компенсатора жидкости или свободного, не заполненного жидкостью объёма рабочей полости тормоза.

 

Расчёт компенсатора

Наряду с обеспечением допустимых температур при наиболее напряженных режимах стрельбы, конструкцией тормоза должна быть предусмотрена  компенсация тепловых деформаций рабочей  жидкости. Компенсация путём введения упруго- податливого звена (недолив  рабочей жидкости, применение пружинных  или пневматических компенсаторов) исключает чрезмерные повышения  статических давлений в полостях тормоза, вызывающих недокаты откатных частей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Комплектование качающейся части орудия

Выполнение этого раздела  сводится к в данной работе удовлетворению следующим пунктам:

1. Проверка сочетания длины патрона с длиной отката орудия

Относительно небольшая  длина гильзы (частично сгорающей  при выстреле)  -290 мм даже при учёте  короткого хода/отката ствола (368 мм при максимальном откате) является приемлемой для проектируемого орудия. Извлечённая после выстрела гильза в ходе в накат ствольно -затворной группы попадает в уловитель гильз, крепящийся к ограждению пушки.

2. Обеспечение устойчивости орудия при стрельбе

Устойчивость орудия при  стрельбе обеспечивается уравновешиванием качающейся части за счёт работы уравновешивающего  механизма, а также крепления  к ограждению люльки внизу блока  грузов. Устойчивость необходима для поддержания стабильности орудия при выстреле, влияющей на точность стрельбы, необходимость внесения поправок при наводке и т.п.

3. Обеспечение безударности возвращения откатных частей при накате

Безударность возвращения ОЧ при накате обеспечивается установкой в люльке под размер казённика тонких резиновых буферов, справляющихся с ударными нагрузками со стороны казённика. Небольшая конечная скорость наката (торможённая) позволяет не применять мощные системы гашения ударных нагрузок.

4. Обеспечение равномерного нагружения направляющих

Равномерное нагружение направляющих в откате-накате обеспечивается точностью установки ствола в обойменный кожух люльки, а также точностью крепления ствола-трубы с казёнником при сборке. Не меньше сказывается влияние точности изготовления самих деталей-узлов для базирования откатных частей – то есть торцевых биений боковых поверхностей по профилю направляющих на ограждении пушки, точность по соосности и цилиндричности внутреннего и наружного цилиндров обоймы люльки.

Всё требования по точности необходимо обеспечивать дополнительным контролем на производстве на этапах изготовления деталей и сборки их в узлы и агрегаты.

5. Крепление штока накатника и тормоза в люльке

Хвостовики штока накатника  и тормоза крепятся к люльке через  проушины-приливы, находящейся на её боковых скатах наружной поверхности  обойменного участка. Это обуславливает повышенные требования к изгибной устойчивости и прочности приливов и люльки в целом.

6. Узлы для заполнения тормоза жидкостью и её слива, узел с отверстием для стравливания газа

Эти узлы предусматриваем из соображений необходимости стравливания излишков газа из соответствующей полости в тормозе отката и в накатнике, а также заполнения жидкостью рабочей полости и слива её излишков через выходное отверстие. В случае

7. Блоки уплотнений

Расчёт блоков уплотнений производится в пакете Mathcad 14 и находится в приложении.

8. Сварные соединения

Сварка в данном случае необходима для обеспечения требуемого по прочности соединения двух и более  деталей. В нашем случае сварка необходима для соединения люльки обойменной с  ограждением пушки, имеющем направляющие для скольжения по ним в откате и накате казённика с трубой. Таким образом, две эти детали необходимы для направления и удержания откатных частей пушки в откате и накате. Технологически выполнить их заодно проблематично, поскольку при специфике форм каждой из них коэффициент использования металла при изготовлении цельной детали окажется мал.

Сварка производится нахлёсточным соединением по контурам контакта деталей по ГОСТ 5264-80-ТЗ.

По аналогии сваркой обеспечивается соединение деталей накатника с  целью получения герметичности  газовой полости в нём во избежание прорыва газа за пределы накатника. Отдельные детали типа «цилиндр» и «цилиндр-кольцо» соединяются сваркой из необходимости фиксации от проворота. Соединение здесь производится с V-образной разделкой кромок контактируемых деталей.

9. Казённик

Казённик танковой пушки  по массе составляет 30—35% массы откатных  частей, но имеет значительные размеры (500 -700 мм).

Казённик нашего орудия –  ТП 2А46М – с учётом установки  противооткатных устройств, размера  зарядной каморы трубы, скатов для удобства экстракции и заряжания гильз, без  учёта высоты направляющих, имеет  назначенные размеры – 518x680x620 мм (см. чертёж).

Предусмотрены отверстия  для крепления в казённике  противооткатных устройств –  двух тормозов отката симметрично относительно КС и одного накатника по центру снизу.

Казённик соединяется  с трубой с помощью быстроразъёмной секторной резьбы, что позволяет производить смену ствола без демонтажа пушки, т.е. является существенным эксплуатационным преимуществом.

10. Зубчатый сектор (секторный подъёмный механизм)

Механизм вертикальной наводки, имеющий в числе своих звеньев  зубчатую пару, состоящую из шестерни и зубчатого колеса  (сектора), называется секторным подъёмным  механизмом.

При установке сектора  на качающуюся часть, примем решение  о том, что он будет крепиться  к люльке жёстко с помощью шести  болтов. Вращение шестерни, находящейся  в контакте с зубчатым сектором, приведёт к вращению самого сектора  и, как следствие жёсткой связи  «люлька-сектор», подъёму люльки и  ствола на заданный угол.

Расчёт секторного подъёмного механизма:

1. Передаточное отношение пары «сектор - шестерня»:

 

-, где n –число оборотов маховика с минуту (в пределах т=60-120 об)

  -заданная тактико-техническими требованиями скорость вертикальной наводки, выраженная в град/сек

 

 

С учётом необходимости подъёма  качающейся части на требуемый угол возвышения, лежащий в пределах -5^o-+15^o, а также интервала служебных углов в пределах 10^o назначаем угловую величину сектора δ=30^o. Поэтому введённый нами диаметральный коэффициент сектора k= поможет нам осуществлять переход от зубчатого колеса к сектору.

Рассчитаем геометрию  зубчатого сектора:

Зубчатый сектор является прямозубым, эвольвентным.

Первый вопрос, возникающий при построении зубчатого  колеса - правильное построение профиля  зуба. Поскольку наибольшее применение имеет эвольвентное зацепление, рассмотрим построение эвольвентного профиля  зуба.

Размеры зубьев с эвольвентным профилем определяют параметры, характеризующие положение  любой точки эвольвенты. Эвольвента представляет собой развертку основной окружности диаметром Db в виде траектории точки прямой, перекатывающейся без  скольжения по этой окружности.

Исходными данными для  расчета как эвольвенты, так и  зубчатого колеса являются следующие  параметры: m - Модуль - часть диаметра делительной окружности приходящаяся на один зуб. Модуль - стандартная величина и определяется по справочникам. z - количество зубьев колеса. α - угол профиля  исходного контура. Угол является величиной  стандартной и равной 20°. Для примера  возьмем следующие данные: 
m=9