Будова ствола і елементів його конструкції

В

1 - дульне гальмо; 4,2 - з'єднуючі деталі (задня і передня обійми); 3 - труба;

5 - казенник; 6 -муфта; 7 - крива зміни тиску порохових газів в каналі ствола.

Рисунок 2.9 Схема загальної будови ствола

основному артилерійський ствол складається з таких основних частин: труби; казенника; з'єднуючих деталей; надульних пристроїв.

Труба - це основна частина ствола, яка виконує головне його призначення. її передня частина

називається дульною частиною ствола, а задня - казенною частиною.

За виглядом зовнішньої поверхні, трубу поділяють на конічну і циліндричну ділянки.

Циліндрична ділянка труби сприймає найбільший тиск порохових газів під час пострілу, а, отже, стінки її виготовляють більш товстими, ніж стінки конічної ділянки. Перехід від циліндричної до конічної виконують плавним для того, щоб виключити можливість концентрації напружень в місцях різких переходів під час пострілу.

Тиск порохових газів зменшується по довжині ствола в напрямку дульного зрізу (див. Графік рис.2.10.) і, саме цьому, товщина стінок конічної ділянки поступово зменшується. Але для забезпечення необхідної жорсткості товщина стінок ствола біля дульного зрізу повинна бути не менше 0,1 клб. На дульний зріз труби наносять взаємоперпендикулярні риски для закріплення перехрестя з ниток під час

Внутрішня порожнина труби називається каналом ствола і поділяється на каморну і напрямну частини, які обмежуються казенним і дульним зрізами і з'єднуються між собою з'єднувальним конусом.

Патрон з металевою гільзою вперше в світі був розроблений винахідником В.С.Барановським для гармати у 1872 році. Металеві гільзи в артилерії іноземних країн з'явилися на 25 років пізніше.

Каморна частина каналу ствола - це частина каналу ствола, яка обмежується казенним зрізом і початком напрямної частини. У каморі розміщується бойовий заряд і запаскова частина снаряда.

Будова і тип камори залежить від способу заряджання гармати. Основними способами заряджання є: унітарний; роздільно-гільзовий; картузний.

Заряджання гармати - здійснення подачі, досилання арт. пострілу й запирання каналу ствола гармати.

Під артилерійським пострілом, як сукупність елементів необхідних для виконання пострілу в загальному вигляді у артилерії розуміють сукупність снаряду та бойового заряду, який складається із гільзи або картуза, порохового заряду та капсульної втулки.

Перезарядження гармати - виконання операцій по витягу стріляної гільзи або арт. пострілу, що відказали до заряджання гармати для здійснення чергового постріл.

Унітарне заряджання - заряджання гармати при подачі й досиланні унітарного пострілу.

Роздільно-гільзове заряджання - заряджання А.Г. при подачі і досиланні роздільно снаряду і метального заряду, розміщеного в гільзі.

Картузне заряджання - заряджання гармати при подачі і досиланні роздільно снаряду і метального заряду, розміщеного в картузах.

Для пострілу унітарного заряджання камора має форму, що відповідає формі гільзи, і складається, як правило, із:

1. основного й перехідного конусів,

2. циліндричної частини

3. сполучного конуса.

Конічна форма камори необхідна для полегшення заряджання гармати й викидання гільзи.

Основні частини камори:

1- основний конус, в якому розміщується основний конус

гільзи;

2- перехідний конус, який з'єднує основний конус з циліндричною частиною камори;

3- циліндрична частина під дульце гільзи;

4- з'єднувальний конус (конус врізання), який з'єднує циліндричну частину з нарізною частиною каналу.

Основний конус призначений для полегшення заряджання і екстракції стріляної гільзи. Його конусність дорівнює 1/60... 1/120.

1 - основний конус; 2 - перехідний конус; З - циліндрична частина;

4 - перехідний конус.

Рисунок 2.11 Схема камори під унітарний патрон

При меншій конусності збільшується довжина каморної частини каналу ствола і в результаті збільшується і загальна довжина ствола. Більша конусність зменшує довжину ствола, але приводить до необхідності потовщення стінок казенної частини каналу ствола та викликає надмірне навантаження на затвор.

Перехідний конус має конусність 1/10... 1/20. Його найбільша величина визначається технологічними можливостями холодного протягування гільзи під час її виготовлення, а також величиною прийнятого уширення камори.

Циліндрична частина камори призначена для розміщення дульця гільзи і виготовляється довше гільзи настільки, щоб між початком нарізів і переднім зрізом дульця вміщувалися ведучі паски снаряда.

З'єднувальний конус (конусність 1/10... 1/20). Збільшення конусності може призвести до погіршення умов заряджання і врізання снаряда в нарізи. Зменшення конусності затруднює фіксацію снаряда під час досилання і створює постійний вільний об'єм камори, що викликає погіршення купності стрільби.

Основний конус призначений для розміщення гільзи із зарядом. Для того, щоб гільза упиралася фланцем в казенний зріз труби, її довжина повинна бути менше основного конуса.

З'єднувальний конус з'єднує каморну і напрямну частини каналу ствола і служить для заклинення ведучого паска в нарізи при заряджанні і полегшення його врізання в нарізи під час пострілу. У з'єднувальному конусі розміщується запаскова частина снаряда.

1 - обтюраторний конус; 2- циліндрична частина;

З - перехідний конус; 4 - з'єднувальний конус.

Рисунок 2.13 Схема камори під картузне (безгільзове заряджання)

Обтюраторний конус призначений для підтиснення до нього обтюратора затвора.

Циліндрична частина призначена для розміщення в ній картузного бойового заряду.

Перехідний конус призначений для полегшення заряджання гармати, що досягається виключенням можливості утикання снаряда.

З'єднувальний конус має аналогічне призначення.

Об'єм камори дорівнює:

W_к = W₀ + W_Г + Wсн

де W - об'єм камори, який розрахований балістичним розрахунком величини заряду;

Wг -об'єм матеріалу гільзи або картузного бойового заряду; W_сн - об'єм запаскової частини снаряда. Wг = (0,03-0,05); W_сн = 0,562

Незалежно від типу камор до них ставляться такі вимоги:

1. Камора повинна бути співосною з каналом ствола, щоб при унітарному заряджанні виключити перекіс снаряда в гільзі або навіть розпатронування. Неспівосність камори також приводить до нерівномірного початку нарізів. У цьому випадку нарізи можуть бути не перекриті ведучим паском снаряда, що призведе до проривання газів по дну нарізів і передчасного зносу каналу ствола.

2. Камора повинна бути круглою у кожному перетині без обробки на переходах з одного кінця на другий. Чистота обробки повинна бути не менше ⁶√, що потрібно для надійного викидання гільзи. Отже, камора в процесі експлуатації повинна бути чистою.

3. Перехідні конуси повинні мати раціональну конусність, щоб н були утикання снаряду під час досилання. Крім того, велика конусність знижує живучість ствола.

Напрямна частина каналу ствола - це частина каналу ствола, яка обмежена каморною частиною і дульним зрізом і призначена для спрямування польоту снаряда і надання йому визначеної початкової швидкості поступального і обертального руху в залежності від бойового заряду.

За конструкцією напрямної частини стволи поділяються на нарізні і гладкі.

Напрямна частина нарізного ствола - це циліндричний канал, поверхня якого складається із нарізів і полів з гранями. Нарізи каналу ствола служать для надання обертального руху з метою його стабілізації у польоті.

Ідея нарізних артилерійських гармат вперше в світі була реалізована у середині XVII століття. Як доказ цього факту в Петербурзькому артилерійському історичному музеї зберігається залізна нарізна пищаль. Теоретичні основи будови нарізів у зброї розроблені професором Петербурзької академії наук Лейтманом у 1728-1729 роках. Важливу роль у подальших розробках відіграли вчені артилеристи І.В.Маєвський, А.В.Гадолін, Д.К.Чернов, Н.А.Забудський та інші.

Наріз - це гвинтовий паз поверхні напрямної частини каналу ствола.

Гвинтовий виступ поверхні напрямної частини каналу ствола між двома сусідніми нарізами називається полем.

Номінальний діаметр по полям каналу ствола називається калібром каналу ствола — d.

Грані нарізу - це стінки нарізу, які складаються із:

- бойової грані - це бокова поверхня нарізу, яка призначена для надання снаряду обертального руху і на яку тисне ведучий пасок снаряду;

- холостої грані — це бокова поверхня нарізу, яка протилежна бойовій грані.

Дно нарізу - це ділянка поверхні нарізу між бойовою і холостою гранями.

Крім того, нарізи характеризуються геометричними параметрами : глибиною, шириною, кутом нахилу нарізу.

Глибина нарізу h. - це відстань від поля до дна нарізу у радіальному напрямку.

Ширина нарізу в_нр - це відстань між гранями, які обмежують один наріз у площині перетину, перпендикулярній осі каналу ствола.

Ширина поля в - це відстань між сусідніми гранями нарізів у площині перетину, перпендикулярній каналу ствола.

Кут нахилу нарізу а - це кут між дотичною до нарізу і твірною до напрямної частини каналу ствола.

Рисунок 2.14 Схема полів і нарізів на внутрішній поверхні каналу ствола

Число нарізів п визначається за такою формулою:

п =( 3-4) d;

для гаубиць п = 3 d, для гармат п=4 d, (d вимірюється в см).

Виходячи із технологічних міркувань, обчислене число нарізів округляють до найближчого числа, яке кратне 4.

Глибину нарізів практично вибирають в залежності від V_о в таких межах:

h = (0,01...0,04):

для гармат з

Vo < 800 м/с h = (0,01.. .0,015) d

Vo > 800 м/с h = (0,015...0,04) d

При h = 0,01d - нарізи називають нормальними;

h = 0,015 d - поглибленими;

h = (0,02...0,04) d - глибокими.

Ширина нарізів в_нр і ширина поля в визначається за умов забезпечення рівномірності виступів ведучого паска снаряда і полів каналу ствола, а також за умови живучості ведучих елементів. в_нр і в теж практично залежать від V_о .

Так, при

V_о < 1000м/с

в_нр/в = (1,5...1,7) ;

V_о >1000м/с

в_нр/в = (1,1...1,4).

Але в усіх випадках для виконання умов міцності виступів ведучого паска снаряду необхідно, щоб:

в_нр+в = 10...15мм і в_нр > в, а в>1,5h і в3мм.

Між числом нарізів, калібром ствола,шириною нарізу і шириною поля існує така залежність:

п =

Під час вибору елементів профілю і числа нарізів необхідно забезпечити легке врізання, що вимагає малого числа нарізів і невеликої глибини, а з іншого боку, забезпечити надійне просування снаряда по каналу ствола, що вимагає більшого числа і більшої глибини нарізів.

Отже, параметри нарізу залежать від потужності гармати (початкової швидкості V_o снаряда), матеріалу і форми ведучого паска.

Збільшення глибини нарізів підвищує живучість ствола, але викликає зменшення початкової швидкості.

Для зменшення прориву порохових газів іноді нарізи виготовляють так, що вони зменшуються по ширині і глибині по мірі просування в напрямку дульного нарізу. Такі нарізи називаються нарізами з підвищеним форсуванням.

Купність стрільби залежить від кутової швидкості обертання снаряда, яка визначається крутизною нарізів (кутом нахилу а) в дульній частині і швидкістю руху снаряда в стволі.

Крутизною нарізів називається величина кута нахилу а нарізу до осі каналу ствола, яка виміряється в градусах або радіанах.

Нарізи бувають постійної і прогресивної крутизни. Нарізи постійної крутизни мають постійний кут нахилу по всій довжині ствола. Нарізи прогресивної крутизни мають кут нахилу, який поступово збільшується в напрямку дульного зрізу. Використовуються і нарізи змішаної (змінної") крутизни, які мають ділянки постійної і прогресивної крутизни.

Якщо за довжиною ствол короткий (менше 25<d), а снаряду необхідно надати високу кутову швидкість (велике число обертів), т використовується прогресивна нарізка, бо інакше важко забезпечити міцність ведучого паска. Постійна нарізка використовується в довгих стволах.

Саме цьому, як правило, стволи гаубиць калібром до 152-мм мають нарізи прогресивної крутизни, а стволи гармат і гаубиць калібру 152-мм і більше - нарізи постійної крутизни.

Використання нарізів прогресивної крутизни має такі переваги:

1. Зменшується сила нормального тиску на бойову грань на ЗО...40% і одночасно зміщується місце її прикладення відносно Рmах, що підвищує живучість і міцність ствола.

2. Поліпшуються умови врізання ведучого паска в нарізи і тим самим досягається відсутність зривів ведучих пасків.

Але в технологічному відношенні прогресивна нарізка значно складніша. У всіх вітчизняних гарматах нарізка виконується правою або по ходу годинникової стрілки (зліва вверх направо).

Напрямна частина каналу гладкого ствола — це гладкий циліндричний канал рівного діаметра. Гладкі стволи призначені для стрільби снарядами, стабілізація яких у польоті здійснюється аеродинамічним способом (спеціальними пристроями снаряда). Такі снаряди не вимагають надання їм обертального руху з великою кутовою швидкістю. Гладкі стволи набагато легше виготовити, вони більш економічні у виробництві і не мають втрат початкової швидкості на надання обертального руху снарядам. Але такі стволи не забезпечують високої купності стрільби без передбачення спеціальних заходів у конструкції снарядів. Гладкі стволи використовуються в протитанкових, танкових і мінометних комплексах.

Казенник - це частина артилерійського ствола, яка має затворне гніздо під клин або поршень затвора. Клин (поршень) замикають канал ствола під час пострілу. В казеннику розміщуються і закріпляються всі механізми затвора і автоматики. Казенник забезпечує з'єднання ствола з ПВП, необхідну масу відкатних частин і положення центра мас підйомної частини гармати, чим полегшується їх врівноваження відносно осі цапф.

Корпус казенника має складну конфігурацію з великою кількіст заглиблень, гнізд і отворів для розміщення і кріплення механізмів затвора.

З'єднання казенника з трубою або кожухом ствола здійснюється, як правило, за допомогою муфти з різьбою або безпосереднім нагвинчуванням казенника на них. Правильне положення казенника на трубі або кожусі ствола фіксується шпонкою, яка розміщується між казенником і трубою або кожухом вздовж осі каналу ствола.

Надульні пристрої - це, як правило, газодинамічні пристрої, розташовані на дульній частині ствола і забезпечують гальмування відкатних частин під час відкату (дульне гальмо) і продування каналу ствола після пострілу (пристрій продування). Крім того, надульні пристрої в автоматичних гарматах забезпечують посилення відкату (підсилювач віддачі), приведення до дії автоматики з газовими приводами гармат (надульник), а, також для гасіння полум'я. В зразках артилерії, що розглядаються, використовуються дульні гальма і пристрої для продування стволів.

Дульне гальмо — це масивна сталева труба, яка нагвинчується на дульну частину ствола і має осьовий отвір для виходу снаряда і бокові отвори для виходу порохових газів. У деяких гармат дульне гальмо утворюється стінками труби ствола з боковими отворами.

Пристрій для продування ствола - це ресивер, який закріплений на дульній частині ствола і з'єднується з каналом ствола клапанами і сопловими отворами. Кріплення ресивера на стволі забезпечується різьбовим з'єднанням або безпосереднім нагвинчуванням на трубу.

Принцип дії надульних пристроїв побудований на використанні енергії порохових газів у процесі їх руху по каналу ствола і витіканню з нього з великою швидкістю.

З'єднувальні деталі ствола призначені для складання його елементів в одне ціле і для з'єднання ствола з люлькою, а в деяких зразках і з ПВП.

До з'єднувальних деталей належать :

• муфти і різьбові гайки для з'єднання труби з казенником,

• ресивера або дульного гальма з трубою і т.д.;

• захвати або обойми рухомого ствола для з'єднання з

• полозками люльки, а іноді і з ПВП;

• з'єднувальні муфти, гайки та інші деталі.

Труба і дульне гальмо ствола виготовляється із високоміцних сталей, а решта деталей виготовлюється з гарматних сталей з категорією міцності не вище міцності матеріалу труби.

Учбове питання №2 2. Призначення і будова стволів артилерійських гармат. Типи стволів артилерійських гармат. Вимоги, що подаються до стволів артилерійських гармат.

Стволи артилерійських гармат можна класифікувати по таких ознаках:

1. по устрою стінки ствола,

2. по наявності напруги в стінці ствола,

3. по устрою і формі направляючої частини каналу ствола.

а) По устрою стінки стволи діляться на типи:

- стволи-моноблоки;

- багатошарові стволи.

Ствол-моноблок - ствол артилерійського озброєння із монолітною по товщині стінкою.

Такі стволи прості по устрою і найбільше економічні у виробництві. Цей тип стволів до другої світової війни застосовувався в знаряддях малого калібру, у знаряддях із малими тисками порохових газів і в мінометах. Ствол-моноблок є найбільш поширеною конструкцією ствола в наземній (польовий) артилерії сучасних армій.

Стволи ковані, катані, відцентрово-литі доводяться до чистових розмірів на токарських верстатах.

Перші у світі сталеві ковані (із наступним свердлінням) гарматні стволи були виготовлені в Росії на Уралі, на Нижнє-Исетскім заводі в 1812 р., Яковом Зотіним.

Недоліком стволів-моноблоків є необхідність заміни труби у випадку її зносу. Проте висока якість гарматних сталей і суворе дотримання експлуатаційних заходів для підвищення живучості забезпечують достатньо тривалий термін служби стволів-моноблоків, що робить несуттєвим властиві їм недоліки.

Багатошаровий ствол - ствол А.Г., стінка якого складається з двох і більш прошарків.

У залежності від числа прошарків стволи називають двошаровими, трьохшаровими і т.д. Кожух ствола А.Г. - одношарова або багатошарова оболонка, охоплює внутрішню трубу ствола А.Г. Багатошарові стволи, прошарки яких надівають один на однин із зазором, що вибирається при пострілі, підрозділяються на стволи лейнеровані і з вільною трубою.

Лейнерований ствол - багатошаровий ствол А.Г., що містить у якості внутрішньої труби лейнер.

Лейнер - внутрішня труба багатошарового ствола А.Г., що вставляється в кожух із визначеним зазором і перекривається кожухом по усій її довжині.

Ствол із вільною трубою також двошаровий, але внутрішній його прошарок, який називається вільною трубою, покритий кожухом лише на частині його довжини. У зв'язку з цим вільна труба має більш товсті стінки і масу в 1,5...2 рази більше маси лейнера.

Розвантажена (не розвантажена) вільна труба ствола передає (не передає) частину радіального тиску кожуху ствола при дії на її тиску порохових газів. Розмір зазору (0,05...0,2мм для знарядь середнього калібру і 0,15...0,3мм - крупного) між внутрішнім і зовнішнім прошарками задається з умови забезпечення міцності ствола і можливості заміни внутрішнього прошарку без застосування складного спеціального устаткування.

Для легкості розбирання ствола зовнішня поверхня лейнера має конусність 0,002...004.

При пострілі лейнер або вільна труба під дією сили тиску порохових газів розширюється, вибираючи зазор між прошарками, і при подальшому зростанні тиску працює разом із кожухом. Після пострілу зазор між лейнером (вільною трубою) і кожухом відновляється.

Переваги багатошарових стволів:

- можливість відновлення ствола при зносі стінки каналу заміною внутрішнього прошарку (трубою або лейнером)

- раціональне використання легованої сталі (тільки для найбільше навантаженого прошарку - внутрішньої труби).

Основні недоліки таких стволів - складності й об'ємність процесів при виготовленні.

Лейнеровані стволи найбільш доцільно застосовувати для довгоствольних знарядь великої потужності, у яких знос каналу ствола більше, ніж у знарядь середніх і малих калібрів.

У деяких знаряддях застосовуються стволи з трубою моноблоком, вставленої в кожух із зазором, що при пострілі не вибирається. (122-мм гаубиця обр.1938 р. М-30). Тут кожух служить для збільшення маси відкатних частин із метою зменшення довжини відкату.

б) По наявності напруги в стінці стволи діляться на: нескріплені і скріплені.

Нескріплені стволи - це такі, у стінці труби яких до пострілу відсутні які-небудь напруги. До них відносяться всі багатошарові стволи з зазором між прошарками, а також стволи-моноблоки, якщо в їхніх стінках до пострілу немає напруг.

Скріплений ствол - багатошаровий ствол А.Г., усталений за рахунок з'єднання прошарків ствола з встановленим натягом між ними.

Один із, засобів штучного створення напруг у стінці багатошарового, ствола складається в тому, що на внутрішній прошарок надівають нагрітий до температури коло 400⁰С такий прошарок, діаметр отвору якого в холодному стані менше зовнішнього діаметра внутрішнього прошарку. При охолодженні верхній прошарок обжимає внутрішній, створюючи в його стінці напруги від стиску. Внутрішній же прошарок, діючи на зовнішній, викликає в його стінці напруги від деформації розтягу. Попередньо напружений стан стінки ствола більш рівномірно навантажує всі прошарки при пострілі, тобто підвищує міцність ствола без зміни якості стали або дозволяє зменшити вагу ствола без зміни його міцності з застосуванням більш якісного металу.

Такий тип стволів спочатку з'явився в другій половині XIX сторіччя в Росії. Він був основним до XX в. під час першої світової війни у всіх арміях:

Теорію скріплених стволів першим у світі розробив у 1861 р. А.З.Гадолин (1828-92), що став пізніше професором Михайловської артилерійської академії.

Основний недолік такого засобу скріплення це складність і дорожнеча виробництва стволів.

Штучно напруги в стінці ствола-моноблока створюються засобом автофретирування. Сутність засобу складається в тому, що в каналі заготовки труби ствола створюють тиск, що перевищує межа пругкості металу, при цьому внутрішні прошарки одержують пластичні деформації, а зовнішні - пружні. Після зняття тиску зовнішні прошарки, що одержали пружні деформації, ринуться прийняти старі розміри, чому перешкоджають внутрішні прошарки. У результаті в стінці ствола створюються напруги, аналогічні виникаючі при скріпленні ствола великою кількістю прошарків.

При автофретируванні поряд із створенням внутрішніх напруг утворюється зміцнення металу внутрішніх прошарків труби за рахунок явища наклепа.

Недолік скріплення ствола автофретируванням полягає в складності технології, і використанні особливої апаратури. Крім того, при підвищених режимах вогню, коли ствол нагрівається вище 480⁰С, напруги самоскріплення зникають, і ствол перетворюється в звичайний нескріплений ствол-моноблок.

Теорію і технологію самоскріплення стволів уперше розробив у XIX в. професор Михайловської артилерійської академії А.С.Лавров. Він же налагодив і виробництво самоскріплених стволів. Сучасну теорію самоскріплення стволів розробив професор Н.Ф.Дроздов.

в) По устрою і формі направляючої частини каналу стволи діляться на :

- нарізні циліндричні;

- гладкостінні циліндричні;

- циліндро-конічні комбіновані з циліндричною нарізною частиною і конічною гладкою частиною дула;

- нарізні конічні.

Найбільше поширення в наземній артилерії одержали нарізні циліндричні стволи, тому що їх значно простіше і дешевше виготовляти в порівнянні з іншими конструкціями нарізних стволів. Вони забезпечують гарну усталеність снаряда, а виходить, і гарну купчастість бою.

У конструкціях танкових гармат і протитанкових знарядь останнім часом застосовуються гладкостінні циліндричні стволи, що дозволяють повідомити снаряду високу початкову швидкість снаряда (до 1500 м/с і більше).