книги / Механизмы затворов ствольного оружия. Основы теории, расчета и проектирования

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Ю.П. Шелякин

МЕХАНИЗМЫ ЗАТВОРОВ СТВОЛЬНОГО ОРУЖИЯ. ОСНОВЫ ТЕОРИИ, РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

УДК 623.422.4.001.63.(075) Ш45

Рецензенты:

д-р техн. наук, чл.-корр. РАРАН, проф. А.А. Королев (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана);

д-р техн. наук, проф. В.В. Козлов (Пермский военный институт внутренних войск МВД РФ)

Шелякин, Ю.П.

Ш45 Механизмы затворов ствольного оружия. Основы теории, расчета и проектирования : учеб. пособие для вузов / Ю.П. Шелякин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. поли-

техн. ун-та, 2012. – 134 с.

ISBN 978-5-398-00711-4

Изложены теоретические основы функционирования основных механизмов перезаряжания затворов стрелково-пушечного и артиллерийского оружия, назначение, разновидности, конструктивные схемы и методы расчетов кинематических и динамических характеристик механизмов в процессе их взаимодействия при движении, а также при жестких соударениях между составляющими звеньями.

Рассмотрены методы решения проектных задач для систем с поперечно перемещающимися и продольно скользящими затворами на основе расчетов характеристик механических связей, уравнений движения механизмов с учетом изменения скоростей звеньев при ударном взаимодействии.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 170102.65 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие», изучающих дисциплины «Проектирование спецмашин» и «Проектирование стволов и затворов», а также аспирантов, научных работников и инженеров, занимающихся проектированием систем ствольного вооружения.

УДК 623.422.4.001.63.(075)

2

3

4

1. СОСТАВ МЕХАНИЗМОВ ЗАТВОРОВ, ПРОЦЕССЫ ПЕРЕЗАРЯЖАНИЯ ОРУЖИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВЯЗИ

1.1. Затворы ствольного оружия и их механизмы, назначение, принципы работы и классификация

Эффективность боевого применения, надежность и качество систем ствольного оружия непосредственно зависят от функциональных возможностей механизмов, обеспечивающих производство выстрела и процесс автоматического перезаряжания. Конструктивное сочетание этих механизмов образует затвор как неотъемлемую часть любого образца вооружения, включая стрелковое, пушечное и артиллерийское оружие.

Теория автоматического оружия создавалась в основном российскими учеными, начиная с ранних трудов Н.М. Филатова и В.Г. Федорова. В дальнейшем основа теории расчета автоматического оружия была заложена А.А. Благонравовым. Значительная роль в исследовании динамических процессов в механизмах затворов принадлежит Е.Л. Бравину, Э.А. Горову, Б.В. Орлову, В.В. Алферову, В.М. Кирилову, М.В. Грязеву, А.А. Королеву.

Несмотря на многообразие конструктивных схем затворов, для любого вида ствольного оружия характерно наличие основных базовых механизмов, выполняющих свойственные им технические функции. При этом каждый механизм выполняет определенное движение и обеспечивает требуемые расчетные перемещения и скорости рабочих звеньев.

Механизмы затворов функционируют в двух режимах движения: рабочий ход и холостой ход.

Рабочий ход обеспечивает движение с целью выполнения основной функции механизма за расчетное время.

Холостой ход предполагает движение с целью предварительного аккумулирования энергии механизма для последующего выполнения рабочего хода или с целью возврата механизма в исходное состояние.

5

Запирающий механизм (ЗПМ) – узел, предназначенный для запирания и отпирания казенной части ствола, функционирующий

вдвух режимах рабочего хода: отпирание и запирание.

Взависимости от характера связи со стволом ЗПМ разделяют на механизмы замкнутого типа с принудительным запиранием или отпиранием канала ствола и механизмы разомкнутого типа со свободным или полусвободным запиранием и отпиранием.

По характеру движения ЗПМ разделяются на три вида:

– поперечно перемещающиеся ЗПМ;

– продольно скользящие ЗПМ;

– качающиеся ЗПМ.

Рабочий ход замкнутых ЗПМ при отпирании предполагает выполнение двух последовательных операций: размыкание, т.е. устранение механической связи со стволом, и непосредственно отпирание, т.е. перемещение ЗПМ на расстояние, соответствующее

взависимости от вида оружия либо диаметру камеры, либо полной длине патрона, либо минимально допустимому углу поворота, обеспечивающему извлечение стреляной гильзы и досылку очередного патрона в камеру. Рабочий ход замкнутых ЗПМ при запирании – это аналогичные операции, выполненные в обратном порядке: запирание и замыкание. Поэтому ЗПМ состоит из замыкающего и запирающего элементов, соединенных между собой механической связью.

Конструктивно ЗПМ подразделяют на клиновые и поршневые.

Открывающий механизм (ОТМ) – многозвенный механизм,

предназначенный для перемещения запирающего механизма на расстояние, соответствующее его рабочему ходу. Рабочий ход открывающего механизма обеспечивает движение ЗПМ в направлении отпирания канала ствола, а угол поворота механизма конструктивно не должен превышать значения, соответствующего рабочему ходу ЗПМ.

По характеру движения выделяются:

– рычажно-копирные ОТМ;

– рычажно-скалочные ОТМ;

– кулачковые ОТМ.

6

Гильзовыбрасывающий механизм (ГВМ) предназначен для динамического воздействия на гильзу в случае унитарного или раз- дельно-гильзового заряжания с целью извлечения ее из камеры с необходимой скоростью экстракции и отвода из зоны эксплуатации оружия.

По характеру действия выделяются:

–рычажный ГВМ ударного действия;

–кулачковый ГВМ плавного действия;

–ГВМ тянущего действия.

Патроноподающий механизм (ППМ) предназначен для пода-

чи очередного патрона из бункера хранения патронов на линию досылки, совпадающую с осью канала ствола. Рабочий ход ППМ предполагает перемещение патрона на расстояние между осью патрона и линией досылки. Холостой ход – это возврат механизма в исходное положение, например взведение подвижной каретки для обойменного механизма. Во многих случаях, особенно для образцов стрелкового оружия, холостой ход ППМ может отсутствовать, если подача производится за счет энергии предварительно сжатой пружины при подаче из магазина или барабана.

В зависимости от бункера хранения используются ППМ следующих типов: магазинные, барабанные, обойменные, ленточные.

Патронодосылающий механизм (ПДМ) предназначен для перемещения поданного на линию досылки патрона в камеру ствола.

Для клиновых затворов с поперечно перемещающимся ЗПМ патронодосылающий механизм существует как самостоятельно действующий узел, для поршневых затворов с продольно скользящим ЗПМ патроноподающий механизм совмещен с запирающим, и рабочие ходы по досылке патрона и запиранию канала ствола полностью совпадают.

Рабочий ход ПДМ – это перемещение патрона вдоль оси канала ствола на расстояние, обеспечивающее полное вхождение патрона в камеру.

Холостой ход ПДМ – это аккумулирование энергии, т.е. сжатие досылающей пружины или рабочего газав цилиндре досылателя.

По характеру действия различают ПДМ:

7

–принудительного действия, когда рабочий элемент ПДМ толкает патрон на полную длину досылки;

–броскового действия, когда рабочий элемент ПДМ обеспечивает разгон патрона лишь на ограниченной длине, а оставшийся путь патрон двигается по инерции.

Закрывающий механизм (ЗКМ) предназначен для перемещения запирающего механизма на расстояние, соответствующее его рабочему ходу в направлении запирания канала ствола.

Как правило, рабочие ходы ЗКМ и ОТМ совпадают по величине перемещения, но противоположны по направлению движения.

Впроцессе холостого хода происходит сжатие закрывающей пружины для последующего использования ее энергии при закрывании.

Стреляющий механизм (СТМ) – узел, предназначенный для создания начального импульса, воздействующего на инициирующее вещество в капсульной втулке с целью воспламенения порохового заряда в гильзе или камере. Рабочий ход ударного СТМ определяется необходимой энергией и скоростью удара бойка. Холостой ход предполагает сжатие боевой пружины ударника.

Перечисленные выше механизмы обеспечивают последовательность операций по перезаряжанию, а именно: 1) ОТМ производит открывание (отпирание ЗПМ), 2) ГВМ – экстракцию стреляной гильзы, 3) ППМ – подачу патрона, 4) ПДМ – досылку патрона,

5)ЗКМ – закрывание (запирание ЗПМ), 6) СТМ – выстрел (спуск ударника) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема взаимодействия механизмов для автоматического затвора

8

В зависимости от степени автоматизации затворы оружия подразделяются на следующие виды:

1)полностью автоматические, когда все шесть операций автоматизированны;

2)3 -автоматические (самозарядные), когда спуск ударника

4

производится вручную;

3)полуавтоматические, когда вручную выполняются операции подачи, досылки и спуска ударника;

4)четвертьавтоматические, когда автоматически выполняется только одна операция (либо экстракция, либо закрывание).

Действие всех механизмов основывается на использовании части энергии пороховых газов и обеспечивается основным движущим звеном (ОДЗ). В зависимости от принципа действия и характера ОДЗ затворы классифицируют следующим образом:

– затворы, использующие энергию отдачи ствола (движущее звено – ствол при откате или накате);

– затворы, использующие энергию отдачи затвора (движущее звено – продольно скользящий ЗПМ);

– затворы, использующие энергию пороховых газов, отводимых из ствола в боковое газоотводное устройство (БГОУ) через газоотводное отверстие (движущий механизм – толкатель БГОУ).

Анализируя работу большинства систем оружия с отдачей ствола, можно выделить две принципиально отличающиеся схемы работы механизмов затворов, как клиновых, так и поршневых:

– системы с длинным откатом ствола;

– системы с коротким откатом ствола.

Для систем с длинным откатом характерно выполнение основных операций рабочих ходов при движении ствола в сторону наката. Для систем с коротким откатом, как правило, отпирание, открывание, выбрасывание гильзы и подача патрона осуществляются при откате ствола. Досылка патрона и спуск ударника производятся при накате.

Последовательность выполнения операций наглядно иллюстрируют временные циклограммы (рис. 1.2).

9

Рис. 1.2. Укрупненные циклограммы движения механизмов затворов: а– система с длинным откатом ствола с поперечно перемещающимся ЗПМ; б– система скоротким откатомстволас продольно скользящим ЗПМ;

На рис. 1.3 представлена упрощенная схема механизмов клинового затвора в двух положениях: перед началом открывания и в конце открывания после поворота рычага ОТМ и после удара клина по рычагу экстрактора. Подобное исполнение является типичным для систем как с длинным, так и с коротким откатом ствола.

На схеме использованы следующие обозначения: l, a – длины соответственно большого и малого плеч рычага; s – длина плеча рычага закрывающего механизма; θ0, ψ0 – начальные углы положения малого и большого плеч рычага при закрытом положении клина; θк – полный угол поворота открывающего рычага; zк – полное перемещение клина при открывании; δ1 – начальный угол расположения оси стакана закрывающей пружины при открытом положении клина; γ – угол наклона ударной поверхности (скоса) накладки

10