Лафет как боевой станок

Основными требованиями, предъявляемыми к лафету как боевому станку, являются:

-конструкция лафета должна обеспечивать возможность произ­водить наводку орудия плавно, но с требуемой скоростью и без приложения больших усилий на маховиках подъемного и поворот­ного механизмов;

-устройство лафета должно обеспечивать несбиваемость навод­ки орудия при заряжании и при выстреле;

-механизмы лафета должны быть надежно прочными при вы­стреле и на походе в широком диапазоне условий эксплуатации;

-все механизмы лафета должны обладать большой живучестью при эксплуатации орудия в любых условиях;

-механизмы лафета должны обеспечивать высокую надежность их эксплуатации при их длительном использовании и хранении;

-орудие должно быть устойчивым при стрельбе, при этом долж­ны сохраняться требуемые скорострельность, кучность и меткость стрельбы;

Рис. 3.1. Орудие с жестким лафетом

-конструкция лафета долж­на обеспечивать высокую ма­невренность орудия на похо­де, при переводе из походно­го положения в боевое и об­ратно, во время стрельбы;

-лафеты должны иметь вспо­могательные устройства, обе­спечивающие правильное обращение с орудием, исключение поломок при эксплуатации, возможность обслуживания орудия малым количеством людей;

-все механизмы лафета должны быть удобными в обращении и простыми в производстве.

С начала появления артиллерии и до середины XIX в. орудия не имели противооткатных устройств. Жесткая связь ствола с лафетом, осуществляемая с помощью цапф в цапфенных гнездах станка, при­водила к тому, что при выстреле ствол и лафет перемещались вместе. Лафеты таких орудий получили название жестких (рис. 3.1).

С появлением бездымных порохов, позволивших существенно увеличить давление в канале ствола, сила, действующая на дно ка­нала ствола, существенно возросла. Приближенно ее можно опре­делить по формуле:

(3.1)

где р - давление пороховых газов в канале ствола;

S - площадь поперечного сечения канала ствола;

R_п - равнодействующая сил со стороны ведущего пояска снаряда, толкающая ствол вперед.

Оценку влияния этой силы на орудие можно получить, опреде­лив условие устойчивости орудия при выстреле. На рис. 3.2 приве­дена схема сил, действующих на орудие с жестким лафетом, при этом приняты следующие допущения:

-ось цапф пересекается с осью канала ствола;

-ствол и орудие являются абсолютно жесткими телами;

-стрельба производится при некотором угле возвышения ср с го­ризонтальной недеформируемой площадки;

-орудие и силы, действующие на него, имеют вертикальную плоскость симметрии (рассматривается плоская задача);

-ось цапф горизонтальна;

-центр площади сошника, взаимодействующей с грунтом, рас­положен на поверхности грунта (точка С на рис. 3.2)

Рис. 3.2. Схема сил, действующих на орудие с жестким лафетом

H- высота линии огня; D_ц - горизонтальная составляющая расстояния между осью цапф и точкой С; М₆ - масса орудия в боевом положении ( - сила тяжести орудия); L₆- расстояние между передней и задней опорами по горизонтали;

Составляя уравнение моментов относительно точки С, имеем для устойчивого орудия:

Условием устойчивости будет неравенство N_лб 0 , что означа­ет: орудие устойчиво, если его передняя опора давит на грунт. От­сюда следует, что для устойчивости орудия необходимо соблюсти неравенство:

(3.2)

Если пренебречь, ввиду его малости, углом наклона орудия ( <0), то наихудшим, с точки зрения устойчивости, является угол = 0, то есть h = Н. Таким образом, целесообразнее представлять прибли­женное условие устойчивости орудия с жестким лафетом в виде:

(3.3)

Если принять р_mах ~ 350 МПа для 152-мм пушки и считать Н 1 м, D 4... 4,5 м, то масса такой пушки для обеспечения ус­тойчивости должна быть порядка 150000 кг. Это и заставляло ар­тиллеристов-конструкторов искать пути уменьшения массы орудия. Наиболее удачной связью ствола с лафетом является упругий лафет. Первым в мире орудием с упругим лафетом была 2,5-дюймовая пушка системы В. С. Барановского (1872). В качестве упругой связи им были использованы гидравлический тормоз отката и пружин­ный накатник.

Рассмотрим условие устойчивости артиллерийского орудия с упру­гим лафетом.

У орудия с упругим лафетом имеются две части: подвижная (откатные части) и неподвижная. Во время выстрела подвижная часть откатывается назад, неподвижная остается на месте.

Уравнение движения откатных частей по направляющим люль­ки можно записать в виде:

(3.4)

где М-масса откатных частей;

V - скорость движения откатных частей;

R - равнодействующая всех сил сопротивления откату. Равнодействующая сила сопротивления откату приложена к цен­тру массы откатных частей и равна:

R =Ф + П + T + F + R_доп - M ∙gsin , (3.5)

где Ф - сила гидравлического сопротивления откату;

П - сила накатника;

Т = fM∙gcos - сила трения на направляющих люльки; коэффици­ент трения обычно принимают f= 0,16 для плоских направляющих и f = 0,20 - для цилиндрических направляющих;

F - суммарные силы трения в уплотнениях тормоза отката и накатника;

R_доп - силы сопротивления механизмов, приводимых в действие движением откатных частей (могут и отсутствовать).

Условием устойчивости орудия является отсутствие вращения орудия относительно задней опоры. Рассмотрим это на схеме, по­казанной на рис. 3.3.

Примем, что расстояние от оси канала ствола до центра массы откатных частей равно е, а центр площади соприкосновения сошника

Рис. 3.3. Схема сил, действующих на орудие с упругим лафетом

с грунтом (место приложения силы ) расположен ниже поверх­ности грунта на величину Н.

Как и для орудия с жестким лафетом внешними силами и дей­ствующими реакциями со стороны грунта будут Р_кн, Q = M g, N_л , N_х и Т_x . Приводя рассматриваемую систему к статической, по принципу Даламбера, к центру массы подвижного тела необходимо приложить силу инерции, направив ее противоположно ускорению. Силой инерции для подвижного тела в соответствии с (3.4) будет р_кн - R. Поскольку при действии силы давления пороховых газов на дно канала ускорение направлено в сторону отката, то к центру массы откатных частей необходимо приложить Р_кн -R. B результате действие выстрела для орудия с упругим лафетом сводится к дей­ствию силы R (численно равна суммарной силе сопротивления, но направленной назад) и момента Р_кне, называемого динамической парой. Силу R, направленную назад, называют обычно силой отдачи.

Сумма моментов относительно точки С будет равна:

N_лб∙ L + Rh + P_кнe-Q D = 0 (3-6)

Пределом устойчивости называют такое соотношение действую­щих на орудие сил, при котором орудие не вращается относительно точки С и не давит передней опорой на грунт (N_лб = 0). Называя сумму моментов Rh + P_кнe опрокидывающим моментом, а величину Q D - стабилизирующим моментом, можно записать условие ус­тойчивости в виде:

Q D Rh + P_кнe. (3.7)

Из условия устойчивости можно получить предельно допусти­мое сопротивление отката:

(3.8)

Для надежной устойчивости орудия, с учетом возможных изменений условий стрельбы, принимают обычно R_доп 0,9R. Анализируя условие (3.8), следует отметить, что входящие в него величины D и Р_кн являются переменными в процессе выстрела и отка­та, а величина h - переменна в зависимости от угла возвышения . В связи с этим допускаемое сопротивление R_доп для конкретных орудий выбирают при наихудших условиях (минимальное D, мак­симальное р_кн и h).