книги / Механизмы затворов ствольного оружия. Основы теории, расчета и проектирования
.pdfтельного механизма и в момент удара затвора о затыльник коробки при полном откате. Структура этого механизма сходна со структурой рычажно-копирного открывающего механизма клинового затвора плавного действия (см. рис. 3.7).
Характеристики связи ствол– рычаг полностью соответствуют выражениям (3.17) для ОТМ клинового затвора плавного действия.
Характеристики связи рычаг– запирающий элемент определяются выражениями (3.32).
Тогда характеристики всего открывающего (ускорительного) механизма имеют вид:
|
kОТМ = |
l |
|
sin α |
sin (ψ |
0 − θ ) |
; |
|
|
(3.39) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
a sin (θ 0+ θ + α ) |
|
|
|
|||||||
η = |
1 + f ctg (θ 0+ θ + α |
) |
|
|
1 |
|
. |
(3.40) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ОТМ |
1 + 2 f ctg α |
1+ |
f ctg (ψ |
0 − θ ) |
|
|||||||
|
|
|||||||||||
В практике проектирования принимается положение, что время начала работы ускорительного механизма (размыкания ЗПМ со стволом) совпадает с моментом вылета снаряда из канала ствола. При этом размыкание происходит в период последействия газов, когда давление в канале, как известно, быстро падает и извлечение гильзы из патронника становится возможным с учетом малой вероятности ее поперечного обрыва.
Тогда, используя известные зависимости и пренебрегая на малом перемещении ствола сопротивлением возвратных пружин, имеем:
V |
|
= |
mq + 0,5mω |
|
V ; |
(3.41) |
|
|
|
|
|||||
с.н |
|
|
mс + mз |
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
= |
mq + 0,5mω |
l . |
(3.42) |
|||
|
|||||||
с.н |
|
|
|
mс + mз |
|
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где mq, mω – масса снаряда и масса порохового заряда соответственно; Vд, lд – дульная скорость снаряда и его путь до дульного среза ствола.
91
Полное перемещение затвора до крайнего заднего положения определяется в соответствии с выражением (3.35), как для систем с рычажным ускорительным механизмом.
Перемещение затвора в конце работы ускорительного механизма xз.у выбирается конструктивно: xз.у = (0,3…0,6) xз.к.
Потребная скорость затвора в конце работы ускорительного механизма Vз.у определяется исходя из условия достаточности его энергии для дальнейшего инерционного перемещения до положения xз.к, при этом учитывается преодоление сопротивления возвратной затворной пружины и рекомендуемая остаточная скорость в конце движения Vз.к (не менее 1,2…1,5 м/с). Однако, с другой стороны, эта скорость регламентируется условиями дальнейшего движения затвора в противоположном направлении при закрывании с одновременной досылкой патрона.
Для систем оружия с магазинной подачей патронов уравнение баланса энергии записывается для всего участка инерционного
движения затвора: |
|
|
|
|
|
|
|
V |
= |
V 2 |
+ |
2 |
∆ Е |
(+ ) . |
(3.43) |
|
|||||||
з.у |
|
з.к |
|
mз |
з.к |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для систем оружия с ленточной или обойменной подачей патронов проектирование проводится на основании уравнений балансов энергий и ударных процессов в порядке, противоположном порядку расчета движения затвора при открывании ускорительным механизмом рычажного типа: по заданной скорости затвора в конце открывания с учетом энергетических затрат на работу патроноподающего механизма определяется скорость затвора после удара о подающее звено ППМ Vз.п* (см. (3.39)), затем скорость затвора до удара Vз.п (см. (3.38)) и, наконец, его скорость в конце работы ускорительного механизма.
Скорость ствола в конце работы ускорителя Vс.у определяется из условия сохранения баланса энергии движущихся звеньев системы с учетом сопротивления возвратных пружин:
92
|
m |
+ m |
2 |
|
m |
|
|
2 |
|
m |
2 |
|
|
Iр |
|
2 |
( ) |
|
|
(+ ) |
|
|
|||
|
с |
з |
|
с |
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Vс.н |
= |
|
|
Vс.у |
+ |
|
|
Vз.у |
+ |
|
|
ω |
р.у + ∆ |
|
Eз.у + ∆ |
|
Eс.у |
, |
(3.44) |
|||
|
|
2 |
2 |
|
|
2 |
2 |
|
|||||||||||||||||
где ∆Eз.у(+), ∆Eс.у(+) – |
энергии сжатия затворной и ствольной пружин |
||||||||||||||||||||||||
на участке движения за счет ускорительного механизма, |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(xз.у− |
|
xз.н +) |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
∆ Ез.у(+)= τ п(+) |
Пз.н |
|
( +) |
|
|
з.п |
|
(xз.у2− |
xз.н |
2 ) , |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(xс.у− |
|
xс.н +) |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
∆ Ес.у(+ )= τ п |
(+ ) |
Пс.н |
(+ ) |
|
|
з.п |
|
(xс.у2− |
xс.н |
2 ) ; |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ωр.у – скорость вращения рычага в конце работы ускорителя,
ω р.у= Vз.у . kр-з
Последнее выражение позволяет получить значение скорости движения ствола в конце работы ускорительного механизма.
Угол поворота открывающего рычага в конце работы ускорительного механизма выбирается конструктивно: θу = (0,6…1,0) ψ0.
Перемещение затвора относительно ствола и перемещение ствола в конце работы ускорителя определяются по формулам:
x |
(c) = l (cos (ψ − θ |
−) cosψ |
0 |
), |
x= |
x− |
x |
(c) . |
(3.45) |
з.у |
0 |
к |
|
с.у |
з.у |
з.у |
|
||
Передаточная функция ускорительного механизма в конце открывания
|
V |
(с) |
|
V |
−V |
|
l |
|
sin α |
к |
sin (ψ |
0 |
− θ |
у. |
) |
|
|
kу = |
з.у |
= |
|
з.у |
с.у |
= |
|
|
|
|
|
. |
|||||
Vс.у |
|
Vс.у |
a sin (θ 0+ θ у+ α |
у ) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Расчетный угол наклона касательной к профильной поверхности скольжения в точке контакта с рычагом (в конце работы ускорительного механизма) можно вычислить по формуле
|
l |
sin(ψ |
0 − θ у ) |
|
|
|
|
||
ctg α = |
|
|
|
|
− ctg(θ + θ |
у |
). |
(3.46) |
|
|
|
|
|
||||||
у |
kуa |
sin(θ |
0+ θ |
у ) |
0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
93
Дальнейшие расчеты полностью аналогичны расчетам при проектировании ОТМ для клинового затвора (см. формулы (3.24) –
(3.26)).
3.4. Проектирование закрывающих механизмов
3.4.1. Закрывающие механизмы для поперечно перемещающихся ЗПМ
На рис. 3.11 представлена расчетная схема пружиннорычажного закрывающего механизма клинового затвора (дополнительно обозначена скорость штока закрывающей пружины Vш).
Рис. 3.11. Схема работы закрывающего механизма клинового затвора
Механизм включает в себя три последовательно действующих звена: ведущее звено – шток, перемещающийся под действием усилия пружины в качающемся стакане, ось которого расположена на казеннике; закрывающий рычаг, являющийся одновременно и открывающим при работе ОТМ, и клин, перемещающийся в клиновом пазу казенника, а также две связи: шток– рычаг с характеристиками kш-р, ηш-р, рычаг– клин с характеристиками kр-к, ηр-к.
94
Для связи шток– рычаг можно воспользоваться выражениями (1.18) для характеристик связи ползун– рычаг– подвижная направляющая.
Согласно рис. 3.11
|
|
γ = δ 1+ δ + θ −1 θ + |
β − |
π |
. |
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пренебрегая трением в шарнирах, имеем |
|
|
||||||||||
kш-р = |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
, η ш-р≈ |
1, |
(3.47) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
s sin |
δ |
|
+ δ + θ |
− θ + β − |
|
π |
||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
где s – длина плеча закрывающего рычага, соединенного со штоком; β – угол между малым плечом рычага a и плечом s; δ1, δ – начальный угол расположения оси стакана закрывающей пружины и его текущее значение.
Для связи рычаг– клин используем полученные ранее для открывающего механизма выражения (3.18), тогда для всегомеханизма:
kЗКМ = |
l |
|
|
|
|
sin |
(ψ 1 − θ − ε |
) |
|
|
|
; |
|
s sin (δ |
1+ δ + θ |
−1 θ + β |
− |
π |
) cos ε |
||||||||
|
(3.48) |
||||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||
η ЗКМ= |
|
|
1 − 2 f tg ε |
|
|
. |
|
|
|||||
1 |
+ f ctg (ψ 1− θ − ε |
) |
|
|
|||||||||
Находим средние значения характеристик закрывающего механизма при выполнении всего рабочего хода:
|
|
ЗКМ = |
kЗКМ (θ = θ |
к+) |
kЗКМθ(= |
0) |
; |
|
||||
k |
||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.49) |
||||
|
|
|
|
η |
|
θ( = θ +)η |
θ =( |
|||||
|
η ЗКМ= |
|
ЗКМ |
0) |
|
|||||||
|
|
|
|
к |
ЗКМ |
|
|
. |
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Углы расположения рычагов ЗКМ при открытом положении клина находим по формулам:
θ1 = θ0+θк, ψ1 = ψ0+θк, δ1 = δ0− δк.
Энергии закрывающей пружины, работающей в режиме разжимания, должно быть достаточно для перемещения клина массой
95
mк на расстояние zк с учетом наличия некоторой остаточной скоро-
сти в конце закрывания Vк.з = 1,0…1,3 |
м/с. |
|
|||
Поэтому находим ее по формуле |
|
|
|||
|
1 |
m V 2 |
|
|
|
Eз.к(−) = |
|
|
к к.з |
+ mкg zк . |
(3.50) |
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
|
η ЗКМ |
|
|||
Задаваясь приемлемым с точки зрения эксплуатации значением среднего усилия закрывающей пружины Пср(-) в режиме разжимания, определяют потребный полный ход штока hп, усилие предварительного поджатия Пн(–) и жесткость пружины с. Обозначая степень сжатия пружины nп , имеем:
|
= |
E |
(−) |
, П |
(−) = |
2 nп Пср(−) |
, c = |
П |
(−) ( n |
−1) |
||||
h |
з.к |
|
|
|
|
н |
п |
|
. (3.51) |
|||||
|
τ |
|
(−) (1+ |
n ) |
|
n h |
|
|||||||
п |
|
П |
(−) |
н |
|
п |
|
|
|
|
||||
|
|
|
ср |
|
|
|
|
п |
|
|
п п |
|
|
|
3.4.2.Закрывающие механизмы для продольно скользящих ЗПМ
Сфункциональных позиций роль ЗКМ для продольно скользящих затворов выполняют затворные пружины, работающие в режиме разжимания и обеспечивающие при этом запирание канала ствола с одновременной совмещенной досылкой патрона в патронник. При этом движение запирающего элемента в сторону наката начинается из крайнего заднего положения (или при снятии защелки) с начальной нулевой скоростью либо после жесткого удара
озатыльник оружия с начальной скоростью, определяемой в соответствии с принятым коэффициентом восстановления.
Проектирование ЗКМ связано с выбором параметров затворной
пружины при ее разжимании, обеспечивающих приемлемые с точки зрения продольной прочности досылаемого патрона скорости и ускорения. Продольные усилия действуют на патрон в начале досылания при ударном взаимодействии затвора с дном патрона (досылающий удар) и в конце досылания или закрывания затвора при ударе затвора и патрона дульцем гильзы о переходный конус патронника (закрывающий удар). В том и другом случаях на гильзу действуют сжимающие динамические осевые нагрузки, вызывающие ее продольную деформацию, превышение которой может при-
96
вести к разрыву или изгибу гильзы. Допускаемые значения энергии продольной деформации гильзы, как правило, известны: Eп.д – при досылающем ударе; Eп.к – при закрывающем ударе.
Расчет параметров движения затвора и затворной пружины основан на совместном решении системы алгебраических уравнений, включающей уравнения балансов энергий и кинематические соотношения для жестких ударов.
Уравнения включают следующие параметры: Vз0 – скорость затвора после отскока от затыльника оружия; Vз.г – скорость затвора в момент удара по дну гильзы досылаемого патрона; Vз.д – скорость затвора после соударения с дном патрона (после досылающего удара); Vп.д – скорость патрона в направлении линии досылки после досылающего удара; Vп.к – скорость патрона в конце досылания или закрывания затвора (в момент закрывающего удара); Ез.п(–) – энергия затворной пружины, необходимая для перемещения и досылки патрона; mз – масса затвора; mп – масса патрона; b – коэффициент восстановления.
Как известно, возможны две схемы досылания: бросковое
ипринудительное.
Вслучае броскового досылания коэффициент восстановления
b можно принять равным 0,4…0,6; после досылающего удара патрон и затвор двигаются самостоятельно; скорость движения патрона считаем постоянной на всей длине досылки и равной Vп.д; время движения патрона до момента утыкания его в патронник меньше времени закрывания затвора (условие отсутствия повторного досылающего удара).
В случае принудительного досылания связь удерживающая (b = 0), после досылающего удара затвор и ствол движутся вместе под действием затворной пружины.
Система уравнений имеет следующий вид:
V |
= |
V |
mз |
− b mп |
; |
|
m |
|
|||||
з.д |
|
з.г |
+ m |
|||
|
|
|
з |
п |
||
V |
= |
V |
mз |
+ b mз |
; |
|
m |
|
|||||
п.д |
|
з.г |
+ m |
|||
|
|
|
з |
п |
||
97
|
|
|
mз |
V 2 |
= |
|
mз |
V |
2 |
+ |
mп |
V |
|
2 + E |
|
; |
|
|
|
|
(3.52) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 з.г |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
з.д |
|
2 |
|
|
п.д |
п.д |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
mз |
V |
2 |
+ Е |
|
|
(−) = |
mз |
V 2 |
; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
з.д |
|
|
|
з.п |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
з.к |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mз |
V |
|
2 = E |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з.к |
|
|
п.к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
После совместного решения 4-го и 5-го уравнений определяем |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
потребную энергию затворной пружины: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|
|
(−) |
= E |
− |
mз |
V |
2 . |
|
|
|
|
|
|
(3.53) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з.п |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п.к |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
з.д |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
При совместном решении 1, 2 и 3-го уравнений системы (3.52) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
определяется скорость затвора после досылающего удара Vз.д и его |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
скорость в момент удара Vз.г |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2E |
п.д |
(m |
− b m )2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Vз.д = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
; |
(3.54) |
|||||
(1 + 2b) m 2 m |
+ (1 |
− 2b − b2 ) m m |
2 |
− b2 m 3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
п |
|
|
п |
|
||||||
|
|
|
|
|
V |
= |
|
|
|
V |
|
mз + mп |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з.г |
|
|
|
|
|
|
|
з.д |
|
m |
− b m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В случае принудительной досылки при b = 0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Е |
(−) = E |
− |
mз + mп |
V |
2 |
; V |
= |
|
|
|
|
2Eп.дmз |
|
; |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
m m |
+ m |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
з.п |
|
п.к |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
з.д |
|
|
|
|
з.д |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
п |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
= |
|
|
V |
|
|
mз + mп |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
з.г |
|
|
|
|
|
з.д |
mз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Последним |
этапом |
является определение |
скорости |
затвора |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
в начале закрывания после отскока от затыльника оружия. С небольшой погрешностью можно принять положение, что после отскока затвора от затыльника на расстоянии ∆xз.к до момента соударения его с дном гильзы скорость закрывания не изменяется: Vз0 =
= Vз.г.
98
Таким образом, при анализе процессов движения продольно скользящих затворов сначала проводится определение характеристик затворной пружины при закрывании и досылке патрона (в режиме ее разжимания), а затем проектирование открывающего ускорительного механизма и параметров движения затвора при сжатии пружины.
3.5.Проектирование патроноподающих механизмов
Взависимости от принципа действия патроноподающие механизмы (ППМ) можно разделить на два типа:
– механизмы с принудительной подачей патронов за счет движения ОДЗ при открывании или закрывании затвора (схемы ленточной и обойменной подачи);
– механизмы с подачей патронов за счет энергии предварительно сжатой пружины (схемы магазинной или барабанной подачи).
Для всех схем ППМ основными расчетными характеристиками являются:
hп.п – шаг подачи патрона;
Vп.п – максимальная или средняя скорость подачи патрона; tп.п – время подачи патрона на линию досылки;
ЕППМ – энергия, необходимая для подачи патрона на линию досылки.
3.5.1. Механизмы подачи патронов за счет движения ОДЗ
Механизм, обеспечивающий подачу патрона за счет поступательного движения подающего звена (каретки подачи) (рис. 3.12) в направлении, перпендикулярном линии досылки, по конструкции представляет собой двухзвенный механизм ползун– ползун с постоянными характеристиками связи.
Характеристики связи затвор– каретка ППМ определяются известными соотношениями:
k |
|
= tg γ , η |
= |
tg γ − 2 f tg2 γ |
. |
(3.55) |
ППМ |
|
|||||
|
|
ППМ |
tg γ + 2 f |
|
||
|
|
|
|
|
||
99
Рис. 3.12. Схема механизма подачи с поступательным движением подающего звена
При проектировании ППМ ленточного типа необходимо иметь в виду, что для обеспечения достаточной прочности звена патронной ленты максимальная скорость ее перемещения (подачи патрона) не должна превышать 5 м/с. Задаваясь скоростью подачи при известном шаге подачи hп.п и расчетном перемещении затвора при подаче патрона ∆xз.п.п, можно найти значение передаточной функции kППМ и угол наклона рабочей поверхности профильного паза γ:
kППМ = |
hп.п |
, |
γ = arctg kППМ. |
|
|||
|
∆ xз.п.п |
|
|
Расчетное время подачи
tп.п = hп.п . Vп.п
Энергия, необходимая для подачи патрона, зависит от конструкции механизма подачи, определяется величиной силы сопротивления движению подающего звена Qп.п и скоростью подачи патрона и рассчитывается по формуле
2 |
|
|
|
ЕППМ = Qп.п hп.п + |
mППМVп.п |
. |
(3.56) |
|
|||
2 |
|
|
|
100