2.3.4. Поршневые затворы и их приводы

Запирающей деталью поршневого затвора (рис. 2.35) яв­ляется поршень, представляющий собой стальную деталь цилинд­рической формы с боевыми выступами 11 на наружной поверхно­сти, выполненными по винтовой линии. Изготовление боевых вы­ступов поршневого затвора по винтовой линии необходимо для обеспечения легкости открывания затвора после выстрела. При та­ком выполнении боевых выступов поворот поршня для открывания

сопровождается его осевым смещением от казенного среза ствола, что резко уменьшает величину натяга между передним торцом поршня и дном стреляной гильзы, а также между опорными по­верхностями поршня и казенника. Угол наклона винтовой линии нарезов соответствует, как и в клиновых затворах, углу самотор­можения.

Передняя торцевая поверхность поршня, на которую опирается дно гильзы во время выстрела, называется зеркалом затвора. Зерка­ло поршневого затвора при его закрытом положении располагается перпендикулярно оси канала ствола. В центре зеркала изготавлива­ется отверстие для выхода бойка ударного механизма.

Для повышения быстродействия процесса открывания и закры­вания поршневым затвором (путем уменьшения угла поворота поршня) нарезка на поршне изготавливается секторами. Нарезной и гладкий секторы поршня образуют секцию. Соответствующий профиль поперечного сечения имеет и затворное гнездо в казенни­ке. При таком устройстве поршня и затворного гнезда для запира­ния ствола достаточно поршень ввести в затворное гнездо на пол­ную глубину и повернуть на некоторый угол. Угол поворота порш­ня равняется рад, где n - общее количество нарезных и гладких секторов. Наиболее распространены поршневые затворы двухсек­ционные, то есть с двумя нарезными и двумя гладкими секторами и четырехсекционные. Однако при любом количестве секторов прочность сцепления поршня со стволом остается в данном случае

Рис 2.35 Схема поршневого затвора с приводом реечно-шестереночного типа

Рис. 2.36 Схема сцепления затвора с казенником:

а - одноступенчатый затвор, б - двухступенчатый затвор, 1 - боевые выступы

практически одинаковой, так как для сцепления используется лишь 50 % наружной поверхности поршня. Такие затворы получили на­звание одноступенчатых, то есть в одной секции на гладкий сектор приходится лишь один нарезной, образующий одну ступень над гладким сектором. Для повышения прочности сцепления поршня со стволом без увеличения его длины применяют так называемые двух- и трехступенчатые конструкции поршней, то есть на один гладкий сектор приходится два или три нарезных сектора (рис. 2.36).

Однако без крайней необходимости применять конструкцию многоступенчатого затвора не следует, так как такие затворы более трудоемки при изготовлении.

Увеличивать количество ступеней (нарезных секторов в сек­ции) не следует также из-за того, что явление самооткрывания (са­моотвинчивания) поршня под действием силы давления пороховых газов на дно ствола недопустимо. Так как в многоступенчатом за­творе шаг винтовых линий боевых выступов на нарезных секторах одинаков, а выполняются они на цилиндрических поверхностях разного диаметра, то угол наклона винтовых линий различен. Это обстоятельство может привести к тому, что угол наклона винтовой линии боевых выступов секторов, расположенных по наименьшему радиусу, будет уже не самотормозящимся (более 0,026 рад.).

Для повышения надежности запирания ствола в любом случае, несмотря на малую величину угла наклона винтовой линии боевых выступов, рекомендуется после сцепления поршня со стволом до­полнительно фиксировать (замыкать) поршень в закрытом положе­нии. Фиксацию закрытого положения поршня обычно производят приводами, которые по виду последней пары делятся на приводы реечно-шестереночного типа и приводы копирного типа.

Привод затвора реечно-шестереночного типа (см. рис. 2.35) состоит из зубчатой рейки (гребенки) 10, расположенной в затвор­ной раме 7 и действующей от рукоятки затвора 6, и находящегося с ней в зацеплении зубчатого сектора 9, выполненного на заднем торце поршня 8. При закрывании затвора поворотом за рукоятку затворной рамы относительно оси 3, поршень 8 вводится в затвор­ное гнездо казенника 1. Повернуться относительно своей продоль­ной оси поршень 8 в это время не может, так как рейка 10 застопо­рена специальным стопором 5. В конце поворота рамы 7, стопор 5, упираясь в казенник, освобождает зубчатую рейку 10. При даль­нейшем повороте рукоятки 6 относительно неподвижной рамы 7 происходит перемещение рейки 10 и поворот поршня в затворном гнезде. Процесс открывания затвора происходит в обратной после­довательности.

Для поворота поршня в подобных затворах можно также ис­пользовать взаимодействие выступа рейки (без зубьев) с копирным пазом поршня, выполненным на заднем торце поршня. Применение механизма копирного типа в таком виде для поворота поршня це­лесообразно при картузном заряжании орудия. В этом случае вы­бором формы копирного паза легче обеспечить в конце поворота поршня предварительное поджатие упруго-пластического обтюра­тора, необходимое для надежной обтюрации газов при малых дав­лениях.

При большой длине поршня его вывод из затворного гнезда це­лесообразнее осуществлять поступательным движением. В этом случае затвор становится трехтактным. В трехтактном поршневом затворе поршень совершает следующие три движения: расцепление с затворным гнездом (вращением относительно продольной оси); вывод из затворного гнезда (поступательным движением относи­тельно затворной рамы); отведение от казенника (вращением вме­сте с рамой относительно ее оси).

Достоинством трехтактных поршневых затворов является про­стота конструкции и изготовления поршня и затворного гнезда, не­достатком - сложность устройства привода (рис. 2.37). Привод со­стоит из рукоятки затвора 1, вала 2, червяка 3, червячного колеса 4, на валу которого находится шестеренка 5, имеющая сектор а с ко­сыми зубьями и сектор в с прямыми зубьями. На образующей поршня 6 также имеется сектор с косыми зубьями б и рейка г с пря­мыми зубьями. При вращении рукоятки / вращательное движение через вал 2 червяк 3 и червячное колесо 4 передается на шестерен­ку 5. Косозубый сектор а, воздействуя на косозубый сектор б поршня, поворачивает поршень относительно продольной оси до расцепления его с казенником (показано расцепленное положение поршня) При дальнейшем вращении рукоятки затвора и шестерен­ки 5 во взаимодействие вступает прямозубый сектор в с рейкой г поршня, в результате чего поршень, совершая поступательное дви­жение, выводится из затворного гнезда Рама затвора в это время вращаться относительно своей оси не может (на рисунке не пока­зана), так как она зафиксирована специальным стопором В конце поступательного движения поршня этот стопор выключается и рама вместе с выдвинутым поршнем поворачивается относительно своей оси, совпадающей с осью вращения червячного колеса 4 и шестеренки 5 Обратное вращение рукоятки затвора обеспечива­ет обратную последовательность движения поршня.

Рис 2.37 Схема трехтактного поршневого затвора

Для безгильзового (картузного) заряжания используется порш­невой затвор с упруго-пластическим обтюратором (рис 2.38) Через поршень затвора 1 пропускается грибовидный стержень 2 Между грибовидным стержнем и передним торцом поршня распо­ложена обтюрирующая подушка 3 из специальной резины Для предотвращения затекания резины в зазоры между деталями по краям подушки ставятся косоразрезанные или тонкие Г-образные стальные кольца 4.

При выстреле осевая сила давления пороховых газов в каморе, воспринимаемая головкой грибовидного стержня, передается на поршень только через обтюрирующую подушку Осевое давление в обтюрирующей подушке всегда будет больше давления порохо­вых газов в каморе:

. (2.19)

Давление прижатия обтюри­рующей подушки к конусу ка­моры равно

, (2.20)

где а - угол конуса, - коэф­фициент Пуассона для резины (0,36 … 0,46)

Рис.2.38. Схема поршневого затвора с упруго-пластичным обтюратором:

1 - затвор; 2 - грибовидный стержень; 3 - обтюрирующая подушка;

4 - кольца; а - обтюрирующий конус.

Подбором диаметра d мож­но добиться, чтобы обеспечить р2 > р Конусность обтюрирую­щей подушки необходима для удобства выведения ее из каморы

Замыкание (фиксация) закры­того положения поршня в затво­рах, открывающихся в сторону, щелкой рукоятки затвора

При большой массе поршневого (а также и клинового) затвора для облегчения работы таким затвором вручную в конструкцию за­твора вводится уравновешивающий механизм,

Автоматический привод открывания продолъно-скользящего поршневого затвора состоит из ускорительного механизма затвора, сообщающего поступательное движение остову затвора, и меха­низма поворота поршня, сообщающего вращательное движение поршню на открывание

Рассмотрим механизм отпирания поршня копирного типа (рис 2 39)

Рис 2.39 Схема продольно-скользящего затвора с приводом копирного типа

На поршне 1 предусмотрен специальный копирный паз 2, в ко­торый входит палец (штырь) 3 остова затвора 4. При поступатель­ном движении остова затвора назад, которое осуществляется спе­циальным ускорительным механизмом, его палец воздействует на стенки копирного паза и заставляет поршень повернуться относи­тельно своей продольной оси и расцепиться с затворным гнездом.

В конце поворота поршня остов затвора 4 пальцем 3 сообщает поршню поступательное движение. При совместном движении ос­това и поршня назад происходит сжатие возвратной пружины за­твора 5 и западание специальной фиксирующей защелки 6 между поршнем и остовом. Привод закрывания продольно-скользящих за­творов состоит из возвратной пружины затвора 5 и механизма по­ворота поршня.

Для исключения несвоевременного поворота поршня при веде­нии его остовом затвора в переднее положение передача усилия возвратной пружины 5 поршню 1 осуществляется не через палец 3, а через защелку 6, торец правого плеча которой стоит на пути дви­жения остова.

В крайнем переднем положении, когда поршень полностью войдет в затворное гнездо, защелка б набегает передним плечом на скос казенника а и выключается, а остов затвора 4, продолжая движение вперед, воздействует пальцем 3 на нижнюю стенку паза поршня и поворачивает его до сцепления с казенником.

Замыкание (фиксация) закрытого положения поршня обеспечи­вается тем, что после поворота палец остова затвора входит в про­дольный передний участок копир­ного паза.

Примером однотактного пор­шневого затвора может служить поршневой затвор эксцентрико­вого типа (рис. 2.40).

Поршень 1 затвора имеет сплошную винтовую нарезку, ко­торой он прочно сцеплен со ство­лом 2. Ось поршня 00 смещена относительно оси ствола на ве­личину, примерно равную радиу­су дна каморы. В поршне сде­лан сквозной канал а, через ко­торый может пройти фланец до­сылаемой гильзы. При повороте поршня на угол л рад канал а

Рис 2.40 Поршневой затвор эксцен­трикового типа

становится на продолжении каморы - затвор открыт для заряжа­ния. При обратном повороте поршня на угол я рад против каморы оказывается сплошная часть поршня, в которой расположен удар­ный механизм - затвор закрыт.

Подобный затвор впервые был применен в старой 75-мм фран­цузской пушке. Достоинством однотактных затворов является их быстродействие, недостатком - увеличение габаритов казенной части ствола.

Наибольшее распространение получили двухтактные поршне­вые затворы, так как они обеспечивают требуемые габариты затвора и казенника при приемлемой их сложности конструкции и изготов­ления. В орудиях малого калибра, особенно в авиационных и зенит­ных пушках, широкое распространение получили продольно-сколь­зящие двухтактные затворы, а в орудиях среднего и крупного ка­либра - поршневые затворы, открывающиеся в сторону.

Следует также отметить, что продольно-скользящие затворы являются затворами автоматическими. Что же касается поршневых затворов, открывающихся в сторону, то они плохо поддаются ав­томатизации и потому являются в основном затворами неавтома­тического, ручного, действия.