5.4 Затвори поршневі
В 1858 р. Трейль-де-Болье запропонував поршневий затвор, який і був прийнятий у Франції для 16-см гармат.
Затвор Трейль-де-Болье є прототипом для поршневих затворів всіх подальших конструкцій. По цій же ідеї і навіть схоже по конструкції був розроблений на Пермському заводі, по вказівках професора Артилерійської академії Гадоліна, затвор який був прийнятий для 9-дм (228-мм) гармат зразок. 1867 р. під назвою 'затвор Пермського завода
На рис.5.8 був зображен затвор Пермського заводу. Поршень забезпечений трикутною гвинтовою нарізкою, проструганою в трьох місцях завдяки чому при повороті поршня лише на одну шосту частку кола виходить зчеплення витків поршня з витками кубла затвора на половині довжини кола. Цим досягається швидкість роботи із затвором.
Для відкриття затвора потрібно, діючи важелем, поршень повернути зверху наліво. Оскільки це вимагає великого зусилля, то на верхньому кінці важеля був укріплений важіль, що обертається на осі. На верхньому краї казенного зрізу ствола була вироблена зубчата дуга. Вставляючи нижній кінець важеля між зубами дуги, можна розвинути необхідне зусилля для первинного повороту поршня при відкритті або досягти сильного затискання поршня при закритті. Змістивши дещо поршень при відкритті подальший його поворот проводять, діючи безпосередньо на рукоятку важеля. Коли поворот поршня буде закінчений, його витягають з кубла затвора за скобу, що становить одне ціле з важелем.
'.
Рисунок 5.8
При висовуванні поршень ковзає по санчатах утримуваним на місці клямкою. В кінці висовування поршня клямка повертається (а якби не обернулася, її можна відтягнути за кільце на ній), санчата розчіпляються із стволом і весь затвор повертається навкруги осі шарніра санчат зліва праворуч.
Для перекриття витків і пазів кубла затвора з метою зручного напряму снаряда і заряду в кубло затвора перед заряджанням вкладається жолоб. Після заряджання жолоб прибирають.
Закриття затвора проводиться в зворотному порядку.
Обтюратором служить каморне кільце і плита Бродвела. У французькій артилерії обтюратором служила сталева чашка (блюдце), прикріплена з передньої грані поршня. Дією тиску порохових газів її краю щільно притискалися до стінок ствола і закривали вихід газів в зазори між поршнем і кублом затвора.
У франко-прусськую війну французька артилерія була забезпечена знаряддями системи Лагіта, що заряджають з дула. Недоліком цієї артилерії в порівнянні з прусськими знаряддями, що заряджають з казни і велика втрата знарядь вимусили французів спішно розробити нову систему знарядь, що заряджають з казни. Цю задачу досить успішно виконав Реффі, розробивши поршневий затвор до бронзових стволів. Під час облоги Парижа було виготовлено декілька стільників таких знарядь.
Кубло для затвора було влаштовано не безпосередньо в стінках ствола, а в сталевому казеннику; вгвинченому в кубло у стінках ствола, що викликалося трудністю пригону складних частин із сталі і бронзи.
Для відкриття затвора необхідно:
а) Повернути за рукоять поршень справа - вгору - наліво на 1/6 частку кола. Поворот поршня як при відкритті, так і закритті затвора обмежується стопором, що входить своєю п'ятою в паз на поршні.
б) Витягнути поршень з кубла затвора і рами, діючи ручником і скобою. Висовування поршня обмежується тим же стопором, що ковзає своєю п'ятою по подовжній ділянці паза на поршні. При закінченні висовування поршня він стулиться з рамою особливим стопором, що сидить в спеціальному для нього кублі в рамі і під дією пружини, яка впадае в поглиблення на поршні, яке у цей момент до нього підійде.
в) Повернути весь затвор навколо осі шарніра рами зліва направо.
Закриття затвора проводиться в зворотньому порядку, причому, коли рама щільно приляже до казенного зрізу ствола, стопор, стуляючий поршень з рамою, виштовхне похилою гранню поглиблення в поршні і всовування поршня стане можливим. В той же час інший кінець стопора увійде до виїмки в стінці ствола і стулить раму з поршнем, що необхідний для утримання рами на місці при вийманні поршня з кубла в знарядді оскільки інакше рама могла б перекоситися і виймання поршня було б неможливим.
Запальний канал проходить в поршні похило до його осі.
Обтюратором в затворі Реффі служила жерстяна гільза, стінки якої були покриті декількома шарами паперу. Дно гільзи складала мідна чашка з картонним кільцем, що служила для з'єднання дна з корпусом гільзи. В дні гільзи зроблений отвір для пропуску променя вогню від витяжної трубки. Цей отвір закривався двома пластинками; в зовнішній був отвір для пропуску променя вогню, а у внутрішній декілька отворів, розташованих по сторонах в центрі ж знаходилося потовщення. При пострілі промінь вогню проходив по цих отворах і повідомляв вогонь заряду.
Коли ж розвивався тиск, внутрішня пластинка відсовувалася назад і своїм соском закривала отвір в першій пластинці. Таким чином, досягалося усунення прориву порохових газів через запальний канал.
Рисунок 5.9 Рисунок 5.10
На передній площині поршня була зроблена насічка, в яку вдавлювалося при пострілі дно гільзи. Таким шляхом гільза щеплювалася з поршнем і при висовуванні останнього гільза витягувалася з каналу ствола. Проте це не завжди вдавалося і доводилося гільзу витягувати якими-небудь пристосуваннями.
Дуже схоже, але досконаліше, особливо відносно обтюрації, був влаштований затвор, запропонований французьким артилеристом Банжем. Цей затвор був введений у французькій артилерії в 1877 р.
Як вже помічено, затвор дуже схожий на пристрій із затвором
Реффі. Особливістю затвора є розроблений Банжем пластичний обтюратор, який знаходить широке вживання і в даний час в знаряддях, що стріляють зарядами, поміщеними в картузах. На рис.5.10 був зображений подовжній розріз замкнутого затвора Банжа. В поршні зроблений крізний канал, через який проходить хвіст грибоподібного стрижня.
Між капелюшком грибоподібного стрижня і передньою площиною поршня вкладаються деталі обтюратора:
а) азбестова подушка - обтюратор, представляюча чехол з парусини, наповнений сумішшю азбесту з баранячим або яловичим несолоним салом і зпресована під тиском 3500 - 5500 кг/см' (при пресуванні подушці одночасно надається необхідна форма);
б) олов'яних чашок або кілець жолобів для зміцнення оболонки, запобігання їх від пропалювання пороховими газами і полегшення відлипання обтюратора від стінок ствола;
в) три сталеві кільця: два розрізних у зовнішніх країв обтюратора і одне цільне у задньої поверхні його на хвості стрижня; призначення цих кілець - перешкоджати продавливанию подушки в зазори між грибом і стінками ствола поршнем і стінками ствола і між хвостом стрижня і поршнем; розрізні кільця в той же час сприяють кращої обтюрації. Пропонуючи свій обтюратор, Банж виказав, між іншим, загальний принцип правильної, надійної роботи обтюратора: тиск між обтюріруючими поверхнями повинен бути більше, ніж тиск усередині каналу ствола. Цей принцип разом з принципом вказаним Каваллі, що обтюріруючі поверхні повинні бути невеликих розмірів, зберігає свою силу і по теперішній час.
Принцип Банжа в його обтюраторі справджується досить повно. Тиск порохових газів сприймається великою поверхнею гриба, а передається, за умови, що тиск в пластичній масі розподіляється у всі сторони однаково лише вузькою кільцевою обтюріруючею поверхнею в місці прилягання подушки до стінок ствола. Цей останній тиск може бути збільшений попереднім підтисканням обтюратора. Завдяки цьому обтюратори Банжа працюють дуже дзразкае і витримують велике число пострілів. Зразковою роботою обтюраторів Банжа пояснюється їх широке розповсюдження.
Банк провадив численні досліди з різними матеріалами для виготовлення своїх обтюраторів (каучук, віск, мило, сало), в результаті яких він зупинився на азбесті з салом, визнаному якнайкращим. В даний час з появою знарядь в яких тиск порохових газів виходить до 4000 - 4500 кг/см2 і більш, замість тих, що були близько 2000 кг/см2, виявляються деякі недоліки вказаної суміші. Дослідження в цій області ведуться. Грибоподібний стрижень, рухаючись під тиском порохових газів назад, одержує значне прискорення. Коли відбудеться зупинка стрижня унаслідок повного стиснення обтюратора, хвіст стрижня, продовжуючи за інерцією рух назад може відірватися і вилетіти із знаряддя. Для попередження цього канал для хвоста в поршні має виступ. Рівним чином і хвіст
має виступ. У разі відриву хвоста ці виступи приляжуть один до одного і хвіст не матиме нагоди продовжувати рух назад.
Вельми великий інтерес не тільки відносно затворів, але і в інших областях представляють роботи Барановського (1846 - 1879 рр.), є великим новатором.
Тут розглянемо його роботи, що стосуються тільки пристрою затворів а про інші буде сказано в своєму місці.
Один з перших затворів Барановського (1874 р.) схожий по ідеї із затвором Енгштрома з тією різницею, що бойові виступи розташовані в задній частині затвора, а не в передній. При повороті поршня за рукоятку для відкриття затвора зводиться ударник, подібно тому, як це відбувалося в гвинтівці 1891 р. Після повороту затвор з гільзою витягується. Остання падає через нижнє вікно ствола. При повороті затвора при закритті відбувається спуск ударника і постріл. Цей затвор, хоча і оригінальний, але, як видно, не є цілком самостійною конструкцією.
Прийом заряджання артилерійських знарядь унітарним патроном Барановськім був запропонований вперше. Гільзи Вітвортом, що пропонувалися, Реффі призначалися виключно для обтюрації.
Рисунок 5.12
Інший затвор Барановського також для 2,5-дм (60-мм) гармати, судів флоту, що призначалися і перебуваючих на озброєнні, представляє нову, абсолютно оригінальну конструкцію, в якій задоволені всі вимоги що пред'являються до затворів скорострільних знарядь, окрім хіба запобіжника на випадок затяжних пострілів.
Необхідність останнього, проте, не є важливою і в англійській артилерії вони в багатьох системах відсутні.
Рисунок 5.11
Затвор поршневий, з двома нарізними секторами і двома гладкими. На рис.5.11 (вигляд зверху) затвор було зображено в замкнутому положенні. Затвор був не тільки замкнутий, але і відкритий. Для відкриття тягнуть ударник за вушко x назад в результаті виступ вушка виходить з пазів в рамі z і рукояті у, відбувається розмикання цих частин і стане можливим поворот поршня, потім повертають рукоять, а разом з нею і поршень і відпускають ударник. В кінці повороту рукояті її кільце виступом ковзатиме по скошеній грані об рами, поршень злегка зсунеться назад і його подальше витягнення з кубла буде нескрутним. Разом з витягненням поршня витягується з каналу ствола гільза. В кінці висовування поршня він разом з рамою повертається навкруги осі шарніра і відходить вліво. Гільза виймається руками.
Після відкриття затвора проводиться заряджання унітарним патроном.
При закритті поршень з рамою повертаються і поршень, що всовується, досилає патрон в камору, а викидач захоплює зацепом краєчок гільзи. Далі поршень повертають, діючи на рукоять при цьому похила грань паза w в кільці рукояті вичавить з нього виступ s спускового гачка 7, відчого останній обернеться навкруги своєї осі p і його виступ r стане попереду грані отвору q в ударнику, - ударник залишиться на взводі.
Для пострілу спусковий гачок повертаю управо допомогою шнура. При повороті спусковий гачок взводом r зволікає ударник назад, бойова пружина стискається. При достатньому повороті взвод r виходить з вікна q в ударнику і ударник силою стислої бойової пружини буде посланий вперед, - відбудеться постріл.
Якщо затвор був не цілком закритий, пази у на рукояті і z на рамі не співпадуть, а, значить, виступ а ударника не зможе зайти в них тобто ударник не зможе податися вперед і постріл не відбудеться. Для цієї ж мети служить виступ до спускового гачка і паз на рамі v. При затворі, що недокрутив, паз не підійде під виступ 4 і останній, спираючись на раму, не дозволить спусковому гачку обернутися.
Таким чином, в цьому затворі Барановського були введені наступні нові механізми:
а) не допускаючі виробництва пострілу, поки затвор був не цілком закритий;
б) замикаючі при спуску ударника затвор, який не може відкритися.
Такі механізми признаються необхідними і в даний час.
Крім того, для зменшення навантаження на гвинтові сектори поршня в передній частині поршня зроблені бойові виступи, що зчіплюються при закритому затворі з гранями пазів в стінках ствола.
Рисунок 5.13
В затворі немає запобіжника на випадок затяжних пострілів, як про це вже було сказано; він з'являється вперше в 1897 р. у французькій скорострільній гарматі, тобто через років 25.
Як видно, описаний затвор є для свого часу вельми хорошим. В ньому були здійснені всі найважливіші вимоги до затворів скорострільних знарядь. Прийоми дозволу їх в затворі Барановського повторюються, правда в дещо зміненому вигляді і в сучасних затворах.
Поршневі затвори, подібні описаним, мають той недолік, що зчеплення витків поршня з витками в кублі затвора відбувається на дуже рисій довжині кола, взагалі кажучи, менш її половини. Внаслідок цього поршень доводиться робити порівняно довгим і важким, що затруднює поводження з ним.
Для усунення цих недоліків Велить запропонував робити поршні з східчастими витками, як це видно рис.5.13 для поршня з двома сходинками, але можна робити і роблять і триступінчатими. При пристрої поршня по схемі, представленій на рис.5.13 достатньо поршень повернути на 1/12 частку кола, як відбудеться зчеплення витків на 2/3 довжини кола. Пропозиція Велить представляє наступні переваги:
а) унаслідок зчеплення витків поршня з витками кубла затвора на більшій довжині поршень може бути меншої довжини;
б) поворот поршня потрібно проводити на невеликий кут, в 2 - 3 рази менший, ніж при звичайному пристрої поршня.
Взагалі ж поршневі затвори описаного пристрою мають наступні недоліки:
а) тиск порохових газів направлений туди ж, куди висувається : затвор;
б) затвор при відкритті цілком виходить з кубла затвора, тому необхідний пристрій надійного пристосування для його утримання при стволі і напряму в канал ствола при закритті;
в) кубло затвора, через яке при заряджанні повинні пройти снаряд і заряд, має багато западин і виступів, що необхідно. зробити (особливо в знаряддях середніх і великих калібрів) особливі частини, перекриваючі ці нерівності;
г) відведений від ствола затвор має великий момент ваги, унаслідок чого виходить перекіс його в рамі, а рами - на осі її шарніра;
д) при великих кутах піднесення після повороту поршня затвор сам відкривається і падає, а потім, якщо його не тримати весь час, він опускається і заважає заряджанню; для утримання затвора у відкритому положенні необхідне значне зусилля; при закритті затвор сам падає, а потім його доводиться з великим зусиллям підіймати і насилу вводити в кубло затвора.
Для усунення всіх цих недоліків доводиться застосовувати різні механізми, що ускладнює пристрій затвора, робить важчим його, ослабляє міцність ствола, оскільки для прикріплення цих додаткових механізмів необхідно робити в стінках ствола пази отвору, кубла і ін.
Всі ці недоліки відпадають в пристрої поршневих затворів, ексцентрично розташованих щодо осі каналу ствола. Такі затвори носять назву ексцентричних, хоча вони по суті поршневі і їх було слід би називати 'поршневими ексцентричними затворами'.
Поршневий ексцентричний затвор був запропонований Норденфельтом і вперше застосований в 75-мм французькій гарматі 1897 р.Поршень завжди, як в закритому, так і у відкритому положенні, цілком знаходиться в своєму кублі ствола. На мал. 70 затвор був ззразкаажено в замкнутому і замкнутому положенні, при цьому масивна частина поршня закриває канал ствола, а зарядний отвір доводиться внизу.
Для відкриття затвора при першому заряджанні (рис.5.3) необхідно натискувати пальцем вперед на інерційне тіло 5, розташоване в рукоятці. Інерційне тіло своїм виступом поверне клямку 3 і її виступ вийде з паза на казенному зрізі ствола - поршень буде розімкнений із стволом. Собачка 6 заскочить у виріз рукояті і утримає клямку у відведеному назад положенні. Після пострілу розмикання проводиться автоматично і прийом утоплення інерційного тіла при відкритті затвора відпадає. Далі повертають поршень за рукоятку справа - вгору - наліво до упора її у віконницю. Поршень буде повернений на необхідний кут і зарядний отвір стане проти каналу. Зарядний отвір має гладку поверхню, тому заряджання відбувається без утруднень.
При поверненні поршня палець собачки проходить над цілком, який піднімає палець, собачка звільняє клямку і остання пластинчатою пружиною 4 натискуватиме на казений зріз ствола.
Для закриття затвора повертають за рукоять поршень у зворотний бік. Поворот поршня буде обмежений упором рукояті у виступ на казеному зрізі ствола. В цей же час клямка під дією пластинчатої пружини заскочить в паз на стволі - затвор буде закритий і замкнутий.
В описуваному ексцентричному затворі витки поршня не мають довжини всього кола; частина їх була вирізана зарядним отвором. Але є ексцентричні затвори з нарізкою по всій довжині кола, наприклад у австрійської 105-мм гаубиці зразка. 1898 р. дивізійної артилерії.
Ексцентричний затвор постійно знаходиться в своєму кублі в стволі. Зусилля для відкриття і закриття постійне, майже не змінюється із зміною кута піднесення.
Для виробництва пострілу тягнуть грушу управо і вниз, шнур повертає при цьому молоток, який є на ньому зубчатим сектором потягне рейку. Остання стискає бойову пружину. Коли грушу відпустять, стисла бойова пружина потягне рейку назад ця остання поверне молоток, який з силою ударить по ударнику; ударник ударить по капсулі в дні гільзи, - відбудеться постріл і відкіт ствола. Інерційне тіло в рукояті зсунеться щодо ствола вперед і проведе розмикання затвора. Якби постріл не відбувся, не відбулося б і відкату і розмикання затвора і останній не можна було б відкрити без натиснення на инерціонне тіло.
Це пристосування складає 'запобіжник на випадок затяжних пострілів'. Значення цого пристрою полягає в наступному. Іноді при стрільбі виходять затяжні постріли, коли постріл відбувається не зразу ж після спуску молотка (ударника) а дещо затримується, затягується. Номер же, діючий затвором при швидкій стрільбі, поспішає відкрити затвор і може статися, що постріл відбудеться під час відкриття затвора або після його закриття. В першому випадку відбудеться викидання затвора і можливо руйнування ствола. В другому випадку руйнування менш вірогідні, але гільза і частина газів будуть викинуті назад. І в тому і іншому випадку можливі людські жертви. Запобіжник на випадок затяжних пострілів, не дозволяючи відкрити затвор до тих пір, поки постріл не відбувся, попереджає вказані шкідливі наслідки.
Викидання гільзи відбувається унаслідок удару грані паза на передній грані поршня по кулаку на осі викидача. Від цього удару повертаються кулак, вісь і викидач. Останній своїми зацепами діє на кінець гільзи і тим самим викидає її з каналу.
Перевагами описаного затвора є ще і те, що розташуванням зарядного отвору і вибором його форми поршень в замкнутому положенні може бути цілком урівноважений. Беручи до уваги, що решта частини ствола симетрична весь ствол при цьому затворі може бути цілком урівноважений щодо осі каналу. Це особливо важливо для в'ючної артилерії.