книги / Проектирование лафетов и противооткатных устройств артиллерийских орудий
..pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Н.И. Романов, Х.А. Пономарев, М.Н. Романов, Ю.П. Шелякин
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАФЕТОВ И ПРОТИВООТКАТНЫХ УСТРОЙСТВ
АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебнцготюеобия
Издательство Пермского государственного технического университета
2007
УДК 623.42.001 П79
Рецензенты:
член-корр. РАРАН, профессор В.А. Девяткин; д-р техн. наук, профессор С.Г. Ярушин
(Пермский государственный технический университет); канд. техн. наук, профессор В.Г. Кучеров
(Волгоградский государственный технический университет)
Проектирование лафетов и противооткатных устП79 ройств артиллерийских орудий: учеб, пособие / Н.Й. Ро манов, Х.А. Пономарев, М.Н. Романов, Ю.П. Шелякин. -
Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 123 с. ISBN 978-5-88151-727-7
Разработано в соответствии с учебным планом и рабочей учебной програм мой дисциплины СД.03. «Проектирование спецмашин» для студентов специально сти 170102 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие».
Рассматриваются вопросы, связанные с устройством, принципом дейст вия и проектированием различных механизмов лафета полевого артиллерийско го орудия.
Из агрегатов лафета более подробно рассматриваются люлька, верхний и нижний станок, из механизмов - подъемный механизм и механизм подрессоривания, а из противооткатных устройств - гидропневматический накатник и гид равлический тормоз отката и наката веретено-модераторного типа. Из основных динамических процессов рассматриваются воздействие выстрела на орудие, свободный и торможенный откат и накат ствола, статическая и динамическая устойчивость орудия при выстреле и буксировке.
Предназначено для студентов 4-5 курсов специальности. Может быть ис пользовано аспирантами и научными сотрудниками кафедры, а также специали стами промышленных и научно-исследовательских организаций, занимающихся исследованием, разработкой и эксплуатацией артиллерийских орудий.
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития-вегипна на базе'многопрофильного техническо го университета»
УДК 623.42.001
ISBN 978-5-88151 -727-7 |
© ГОУ ВПО «Пермский государственный |
|
технический университет», 2007 |
Введение........................................................................................... |
7 |
Условные обозначения и сокращения......................................... |
10 |
Глава 1. Откат и накат ствола АО при выстреле...................... |
11 |
1.1. Воздействие выстрела на артиллерийское орудие........ |
11 |
1.1.1. Давление пороховых газов в канале ствола |
|
при выстреле......................................................................... |
11 |
1.1.2. Импульс силы давления пороховых газов на дно |
|
канала ствола......................................................................... |
13 |
1.2. Свободный откат ствола................................................... |
13 |
1.2.1. Откат-накат ствола при выстреле.............................. |
13 |
1.2.2. Параметры свободного отката ствола....................... |
14 |
1.2.3. Энергия свободного отката ствола.......................... |
15 |
1.3. Проектирование накатников............................................. |
16 |
1.3.1. Противооткатные устройства.................................... |
16 |
1.3.2. Накатники. Типовые схемы...................................... |
16 |
1.3.3. Конструктивные характеристики гидропневма |
|
тического накатника............................................................. |
18 |
1.3.4. Проектировочные зависимости.................................. |
20 |
1.4. Торможенный откат ствола АО....................................... |
22 |
1.4.1. Суммарная сила сопротивления откату.................. |
22 |
1.4.2. Желательный закон изменения СССО...................... |
23 |
1.4.3. Параметры желательного закона изменения |
|
СССО..................................................................................... |
24 |
1.4.4. Скорость торможенного отката ствола..................... |
25 |
1.5. Накат ствола АО при выстреле........................................ |
26 |
1.5.1. Равнодействующая сила наката................................ |
26 |
1.5.2. Законы изменения равнодействующей силы |
|
наката..................................................................................... |
27 |
1.5.3. Проектировочные зависимости................................. |
28 |
1.5.4. Параметры наката ствола........................................... |
30 |
Вопросы для самоподготовки.................................................. |
30 |
Глава 2. Функциональные и коструктивные характеристики |
|
основных агрегатов лафета........................................................... |
32 |
2.1. Основные агрегаты лафета.............................................. |
32 |
2.1.1. Краткие сведения об агрегатах лафета................... |
|
32 |
2.1.2. Люлька........................................................................ |
|
32 |
2.1.3. Верхний станок.......................................................... |
|
33 |
2.1.4. Нижний станок.............................................. |
„.......... |
33 |
2.1.5. Станины и сошники.................................................. |
|
34 |
2.2. Лафет как боевой станок артиллерийского орудия |
|
|
при выстреле............................................................................ |
|
35 |
2.2.1. Схема действия сил и моментов на лафет при |
|
|
выстреле............................................................................... |
|
35 |
2.2.2. Конструктивные характеристики лафета............... |
|
37 |
2.2.3. Статическая и динамическая устойчивость |
|
|
артиллерийского орудия при выстреле............................. |
|
38 |
2.3. Лафет АО как повозка при буксировке.......................... |
|
39 |
2.3.1. Требования к лафету как повозке АО .................... |
|
39 |
2.3.2. Характеристики функциональных качеств лафета |
|
|
как повозки АО.................................................................... |
|
40 |
Вопросы для самоподготовки............................................ |
|
44 |
Глава 3. Проектирование агрегатов лафета.............................. |
|
45 |
3.1. Проектирование станин АО............................................. |
|
45 |
3.1.1. Схемы и конструктивные характеристики |
|
|
станин................................................................................... |
|
45 |
3.1.2. Действующие силы. Условия равновесия сил |
|
|
и моментов........................................................................... |
|
46 |
3.1.3. Условия прочности станины.................................... |
|
47 |
3.1.4. Конструктивные характеристики станины. |
|
|
Проектировочные зависимости......................................... |
|
49 |
3.2. Проектирование люльки АО ........................................... |
|
50 |
3.2.1 Проектирование короба люльки............................... |
|
51 |
3.2.2. Проектирование цапф............................................... |
|
56 |
3.2.3.Проектирование сектора подъемного механизма.. 58
3.2.4.Проектирование люльки обойменно-штыревого
типа....................................................................................... |
60 |
Вопросы для самоподготовки................................................ |
62 |
Глава 4. Проектирование механизмов лафета........................... |
63 |
4.1. Проектирование механизмов подрессоривания......... |
63 |
4.1.1. Механизмы подрессоривания............................... |
63 |
4.1.2. Конструктивные характеристики механизма |
|
подрессоривания торсионного типа.................................. |
64 |
4.1.3. Основные расчетные зависимости.......................... |
65 |
4.2. Проектирование уравновешивающих механизмов..... |
68 |
4.2.1. Уравновешивающие механизмы. Типовые схемы |
|
уравновешивания и уравновешивающих механизмов.... |
68 |
4.2.2. Конструктивные характеристики уравновеши |
|
вающих механизмов и схем уравновешивания................ |
70 |
4.2.3. Проектировочные зависимости............................... |
73 |
Вопросы для самоподготовки................................................... |
75 |
Глава 5. Гидродинамика при проектировании гидравли |
|
ческих тормозных устройств в АО............................................ |
77 |
5.1. Гидравлические тормозные устройства. Тормозные |
|
жидкости................................................................................... |
77 |
5Л.1. Гидравлические тормозные устройства.................. |
77 |
5.1.2. Типовые схемы гидравлических тормозных |
|
устройств.............................................................................. |
78 |
5.1.3. Тормозные жидкости................................................. |
81 |
5.2. Гидродинамические основы проектирования |
|
гидравлических тормозных устройств.................................. |
82 |
5.2.1. Гидродинамика идеальной жидкости..................... |
82 |
5.2.2. Основные законы состояния идеальной |
|
жидкости............................................................................... |
83 |
5.2.3. Некоторые приложения законов состояния |
|
идеальной жидкости........................................................... |
85 |
5.3. Гидравлическое сопротивление и гидравлические |
|
потери........................................................................................ |
87 |
5.3.1. Реальная жидкость.................................................... |
87 |
5.3.2. Гидравлическое сопротивление............................... |
87 |
5.3.3. Гидравлические потери............................................ |
88 |
5.3.4. Некоторые характеристики гидравлических |
|
потерь.................................................................................... |
90 |
Вопросы для самоподготовки................................................ |
92 |
Глава 6. Проектирование гидравлических тормозов отката |
|
и наката веретено-модераторного типа..................................... |
94 |
6.1. Проектирование ГТОН веретено-модераторного |
|
типа в режиме отката ствола.................................................. |
94 |
6.1.1. Схема ГТОН веретено-модераторного типа.......... |
94 |
6.1.2. Принцип работы ГТОН в режиме отката............... |
95 |
6.1.3. Сила гидравлического сопротивления ГТОН |
|
в режиме отката................................................................... |
96 |
6.1.4. Построение необходимого закона изменения |
|
площади регулируемого сечения тормоза отката.......... |
99 |
6.2. Проектирование ГТОН веретено-модераторного |
|
типа в режиме наката ствола................................................... |
101 |
6.2.1. Схема работы ГТОН веретено-модераторного |
|
типа в режиме наката........................................................... |
101 |
6.2.2. Сила гидравлического сопротивления ГТОН |
|
в режиме наката..................................................................... |
102 |
6.2.3. Построение необходимого закона изменения |
|
площади регулируемого сечения тормоза наката............ |
104 |
6.2.4. Проектирование веретена и канавки тормоза |
|
наката...................................................................................... |
106 |
Вопросы для самоподготовки.................................................. |
110 |
Глава 7. Поверочные расчеты при проектировании |
|
ПОУ АО.......................................................................................... |
111 |
7.1. Обратная задача отката ствола.......................................... |
111 |
7.1.1. Постановка обратной задачи отката........................ |
111 |
7.1.2. Математическая модель процесса отката ствола... |
112 |
7.1.3. Решение обратной задачи отката ствола.................. |
114 |
7.2. Обратная задача наката ствола.......................................... |
115 |
Вопросы для самоподготовки................................................. |
117 |
Список рекомендуемой литературы |
118 |
Приложения.................................................................................... |
119 |
Учебное пособие «Проектирование лафетов и противоот катных устройств артиллерийских орудий» разработано на ос нове существующей учебной литературы по специальности
«Стрелково-пушечное, артиллерийское |
и ракетное оружие». |
В частности, методическая разработка |
«Проектирование лафе |
тов и противооткатных устройств» составлена по материалам лекций профессора Н.И. Романова для студентов 4-5 курсов специальности 170102. Большинство разделов этого источника существенно доработаны и дополнены новыми материалами. Особенно это касается раздела 1.4, связанного с разработкой и использованием так называемого желательного закона изме нения суммарной силы сопротивления откату (СССО). С ис пользованием этого закона удается существенно изменить под ход и порядок проектирования лафетов полевых артиллерий ских орудий (ПАО) на самой ранней стадии разработки орудия. Применение желательного закона изменения СССО в проектных расчетах позволяет более эффективно использовать возможно сти лафета по торможению отката ствола, существенно облегча ет задачу выполнения студентами курсового и дипломного про ектирования, связанных с разработкой лафетов ПАО. Законы, подобные закону изменения СССО, еще не нашли отражения в учебных изданиях ни в нашей стране, ни за рубежом.
Дополнен раздел «Статическая и динамическая устойчи вость АО при выстреле». В частности, раздел снабжен двумя схемами, иллюстрирующими процесс вывода математических зависимостей по статической и динамической устойчивости АО при буксировке.
Раздел «Лафет как боевой станок...» дополнен схемой од ностанинного варианта лафета, в которой, в отличие от извест ных схем, домкрат расположен на линии опоры колес, что ис ключает необходимость их вывешивания в боевом положении.
Введен новый раздел «Проектирование люлек АО», в кото ром рассмотрены вопросы: а) проектирование короба, цапфен ного узла и сектора подъемного механизма для люльки корытного типа, б) проектирование механизма штыревого соединения ствола с люлькой и определение необходимого гарантированно-
го зазора в подвижном соединении ствола с люлькой для люлек обойменного типа. При определении необходимой толщины стенкй короба люльки дается теоретическое обоснование мак симального значения изгибающего усилия в критическом сече нии короба как функции от максимальной перегрузки. Приведе на формула для определения максимального значения перегруз ки по линии переднего пояса опор ствола.
Дальнейшее развитие и существенное дополнение получил раздел «Проектирование механизмов подрессоривания». Добав лен вывод расчетных зависимостей для определения основных характеристик механизма подрессоривания - диаметра рабочей части торсиона и длины балансира.
Существенно расширен раздел «Типовые схемы уравнове шивания качающейся части АО». Здесь дополнительно введен в рассмотрение вариант рычажно-тянущего уравновешивания верхнего расположения. Приведены фотографии конкретных АО: с рычажно-толкающей (130-мм ПП М-46) и рычажно тянущей верхнего расположения (155-мм АО США) схемами уравновешивания.
Расширен и дополнен также раздел «Поверочные расчеты при проектировании ПОУ».
Учебное пособие дополнено Приложением, в котором, в частности, приведен систематический расчет по проектирова нию лафета и противооткатных устройств артиллерийских орудий.
Материал дисциплины излагается в том порядке, в котором наиболее рационально выполнять, предусмотренное рабочей учебной программой, курсовое проектирование. В этой связи, раздел «Проектирование. накатников» помещен после раздела «Свободный откат ствола», перед разделом «Торможенный от кат ствола». В этом варианте отсутствуют проблемы с разработ кой желательного закона изменения СССО.
Материал учебного пособия составлен на основании рабо чего учебного плана специальности 170102 (171300) «Стрелко во-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие» очной формы обучения и в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по на правлению 652800 «Оружие и системы вооружения».
Учебное пособие - это результат коллективного труда. Подразделы 1.4, 4.1, 4.2, 6.1, 6.2 (Н.И. Романов); подразделы 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2 и компьютерная графика (Х.А. Пономарев); подразделы 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 7.1 (М.Н. Романов); подразделы 5.1, 5.2, 5.3, 7.2 (Ю.П. Шелякин).
Материал учебного пособия может быть использован аспи рантами кафедры и специалистами предприятий, занимающи мися вопросами разработки и проектирования артиллерийского вооружения.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
q,(o ,М 0, М б - масса снаряда, масса заряда, масса откат ных частей и масса орудия в боевом положении;
- балансировочная длина станин;
DK - опорная база станин (расстояние от линии центра масс орудия до линии опоры колес);
V,W, со - скорость снаряда, скорость отката и наката ствола;
1,Ь —путь снаряда и путь отката ствола;
d,la,X - калибр, длина калиберной части и длина отката ствола;
P,PKlfiPCH - среднее баллистическое давление пороховых
газов по заснарядному пространству, давление ПГ у дна канала ствола и у дна снаряда;
П0,Н 0,т - начальное (минимальное) усилие накатника,
приведенная высота столба и степень сжатия воздуха в на катнике;
Dn,Db - диаметр поршня, диаметр внешнего цилиндра; lT,dr,l6 - длина и диаметр рабочей части торсиона и длина
балансира;
U, UQ- текущее и начальное (минимальное) усилие уравно вешивающего механизма;
ах,а: - суммарная площадь регулируемого сечения тормо за отката и тормоза наката.
АО - артиллерийское орудие; ПАО - полевое артиллерийское орудие;
ПОУ - противооткатные устройства; ГТО - гидравлический тормоз отката; ГТН - гидравлический тормоз наката;
ГТОН - гидравлический тормоз отката-наката; РСН - равнодействующая сила наката; ЛОС - линия опоры сошников; ЛОК - линия опоры колес; ПГ - пороховые газы;
СДПГ - сила давления пороховых газов.