3.5.2. Типы уравновешивающих механизмов

Уравновешивающие механизмы толкающего типа. Схема уравновешивания качающейся части механизмом толкающего типа приведена на рис. 3.63.

Уравновешивающий механизм шарнирно соединен одним кон­цом (точка А) с люлькой, а другим (точка В) - с верхним станком. В результате действия силы упругого тела Р на плече h относи­тельно оси цапф появляется момент М_у = Ph, направленный на­встречу моменту силы тяжести. При повороте качающейся части центр А перемещается по дуге окружности радиуса г с центром в точке О (ось цапф). В результате меняется плечо h и расстояние между шарнирными опорами механизма АО, от которого зависит величина Р.

Рассмотрим конструкции основных типов механизмов.

Пружинный уравновешивающий механизм толкающего типа (рис. 3.64) представляет собой колонку, в которой между внутрен­ним цилиндром (штоком) и наружным цилиндром размещена ци­линдрическая винтовая пружина круглого или прямоугольного по­перечного сечения. Внутренний цилиндр опирается на сфериче­ский подпятник, расположенный на верхнем станке, а наружный цилиндр - шарнирно соединяется с люлькой. Надо иметь в виду, что расстояние между неподвижным и подвижным шарнирами может быть меньше высоты пружины, что видно на рис. 3.64. Пружина часто состоит из нескольких секций. Соседние секции име­ют разное направление витков и разделены промежуточными шай­бами. Это упрощает изготовление пружины, способствует обеспечению продольной устойчивости и уменьшает закручивание от момен­тов трения, появляющихся на опорных торцевых поверхностях. Поперечное перемещение витков пружины ограничивается цилин­дром или штоком.

-

Рис. 3.63. Схема уравновешивания механизмом толкающего типа

Рис. 3.64. Схема пружинного уравновешивающего механизма толкающего типа

Если момент от силы уравновешивающего механизма действу­ет не только в плоскости стрельбы, то возникают моменты от силы уравновешивающего механизма, разворачивающие качающуюся часть в плоскости оси цапф люльки. В связи с этим, а также для удобства компоновки обычно на орудии устанавливают две ко­лонки, расположенные симметрично по отношению к плоскости стрельбы.

Заметим, что механизмы толкающего типа не обеспечивают полного уравновешивания в заданном диапазоне углов возвыше­ния. Для достижения наиболее высокой точности уравновешивания и максимального сокращения массы пружины необходимо меха­низм расположить так на орудии, чтобы его неподвижный шар­нир В (рис. 3.63) находился на линии, проходящей через точки А0 и А„„ которые соответствуют положениям подвижного шарнира при нулевом и наибольшем углах возвышения. Выполнение ука­занного условия позволяет добиться полного уравновешивания в трех точках - на границах диапазона углов возвышения и при не­котором промежуточном значе­нии угла (рис. 3.62, е).

Пневматический уравнове­шивающий механизм толкающе­го типа приведен на рис. 3.65. Как и пружинный механизм, он име­ет вид колонки, концы которой шарнирно связаны с верхним стан­ком и люлькой. Между цилинд­ром 1 и поршнем 2 находится сжатый воздух или азот. Для уменьшения размеров механизма поршень делается пустотелым с учетом определенного объема га­за, установленного расчетным пу­тем. При повороте качающейся части происходит политропичес­кое изменение состояния газа в колонке. В месте подвижного сочленения поршня и цилиндра размещается уплотняющее устройство 3. Во избежание утечек газа из колонки доступ его к уплот­няющему устройству перекрывается жидкостью (стеолом или вере­тенным маслом), заливаемой в цилиндр. Для наполнения колонки жидкостью и газом предусматривается вентильное устройство 4. Объем и давление газа устанавливаются из расчета полного урав­новешивания качающейся части в трех точках (рис. 3.62, е), как и для пружинного механизма.

Рис.3.65.Схема пневматического уравновешивающего механизма толкающего типа.

Теоретически достижимая точность пружинного и пневматиче­ского уравновешивающих механизмов толкающего типа примерно одинакова. Пневматические механизмы легче и компактнее пру­жинных. Однако им присущи следующие недостатки:

давление газа в колонке зависит от температуры окружающей среды, что отрицательно влияет на точность уравновешивания и обусловливает необходимость частой регулировки механизма;

в уплотняющих устройствах действуют сравнительно большие силы трения, которые не могут быть уравновешены при повороте качающейся части в разных направлениях и потому нагружают привод вертикальной наводки;

пневматические механизмы менее надежны в эксплуатации; с помощью пневматического механизма можно добиться высо­кой точности уравновешивания в сравнительно малом интервале заданного диапазона углов возвышения, но тогда в остальном интервале (интервалах) неуравновешенность окажется слишком большой.

Пневмопружинные механизмы имеют более сложную конст­рукцию по сравнению с пружинными и пневматическими меха­низмами. По конструкции они представляют собой пневматические

механизмы, в которые введены одна или две пружины, вступаю­щие в работу при тех углах воз­вышения, при которых неуравно­вешенность наиболее велика. Здесь наличие пружин уменьша­ет неуравновешенность. В боль­шинстве случаев удовлетвори­тельный результат достигается с помощью одной контрпружины, которая сжимается только в ин­тервале больших углов возвыше­ния. Контрпружина размещается в Цилиндре (рис. 3.66, а) или по­лом штоке (рис. 3.66, б). Соответствующими конструктивными решениями можно обеспечить работу одной и той же пружины в начале и в конце диапазона уг­лов возвышения (рис. 3.66, в). При помощи пружины сначала уве­личивается усилие, создаваемое газом, а потом уменьшается. Для лучшей корректировки диаграммы изменения усилия пневматиче­ского механизма иногда приходится ставить две пружины (рис. 3.66, г). В интервале небольших углов возвышения действует в основном пружина малой жесткости 2, тогда как пружина боль­шой жесткости 1 почти не работает. В среднем интервале диапазо­на углов возвышения пружины выключаются, а затем частично компенсируют действие сжатого газа.

Рис. 3.66. Схемы пневмопружинных уравновешивающих механизмов

Типы уравновешивающих механизмов современных артиллерий­ских орудий приведены в табл. 3.3.

Уравновешивающие механизмы толкающего типа не позволяют добиться полной компенсации момента веса качающейся части на всех углах возвышения. Этот недостаток проявляется тем сильнее, чем шире диапазон углов возвышения и больше моменты силы тя­жести. Кроме того, при уравновешивании значительных по вели­чине моментов веса качающейся части возникают трудности раз­мещения таких механизмов на орудии.

Уравновешивающие механизмы тянущего типа воздействуют на задний конец люльки при помощи тягового звена (штока, цепи или троса). Обычно такие механизмы используют для зенитных и тяжелых орудий.

Наибольшее распространение получили пружинные механиз­мы, позволяющие добиться теоретически полного уравновешива­ния во всем диапазоне углов пово­рота качающейся части. Колонка с цилиндрической винтовой пру­жиной размещается на верхнем станке неподвижно или таким об­разом, что имеет возможность ка­чаться в вертикальной плоскости.

Схема уравновешивания ме­ханизмом тянущего типа с качаю­щейся колонкой, совмещенная в одной вертикальной плоскости, изображена на рис. 3.67.

Данная схема допускает возможность полного уравновешивания качающейся части при всех углах возвышения, если в качестве упругого тела механизма используется пружина.

Рис. 3.67. Схема уравновешивания механизмом тянущего типа с качающейся ко­лонкой

Таблица 3.3

Требуемое равенство момента силы веса качающейся части и мо­мента, создаваемого уравновешивающим механизмом (при принятых на рис. 3.67 обозначениях), можно записать в виде условия:

. (3.36)

Можно показать, что это условие будет выполняться при всех углах у, если

- жесткость пружины;

l - текущая стрела сжатия пружины;

при = 0 линия ОА₀ перпендикулярна линии ОО₁.

При этом следует иметь в виду, что суммарные силы трения во всех подвижных соединениях будут нарушать равенство (3.36).

Пружинный механизм тянущего типа с качающейся колонкой представлен на рис. 3.68. Цилиндрические цапфы 2 колонки 1 шарнирно сочленяются с кронштейном 3 верхнего станка. Сжатая пру­жина 4 упирается одним торцом в головку штока 5, другим - в дно 6. Шток 7 шарнирно связан с люлькой орудия.

Недостатком механизмов с качающейся колонкой является то, что при проектировании орудия требуется предусмотреть свобод­ное пространство для беспрепятственного поворота колонки. Кроме того, наличие момента от силы тяжести самого механизма относи­тельно оси цапф люльки отрицательно сказывается на точности уравновешивания качающейся части.

При тяжелых уравновешивающих механизмах, которые к тому же имеют и большие размеры, колонка крепится неподвижно на верх­нем станке (рис. 3.69). При этом усилие пружины передается качающейся части чаще всего через цепь 1, огибающую направляю­щий блок 2. Для уравновешивания больших моментов веса качаю­щейся части используются мощные пружины, обладающие большой жесткостью при значительной рабочей стреле сжатия. При этом пружины состоят из нескольких секций, которые размещаются в двух -трех параллельных рядах.

С целью уменьшения размеров и массы колонки применяют пневматические механизмы тянущего типа. Однако в этом случае возникают трудности обеспечения приемлемой точности компен­сации момента веса качающейся части. Устройство колонки пнев­матического механизма тянущего типа принципиально такое же, как пневматического накатника.

Хорошего уравновешивания удается достигнуть при помощи кулачка, который охватывается гибкой связью (рис. 3.70). Профиль

Рис. 3.68. Пружинный уравновешивающий механизм тянущего типа с качающейся колонкой

Рис. 3.69. Схема уравновешивающегося механизма тянущего типа с неподвижной колонкой

Рис. 3.70. Схема уравновешивания при помощи кулачка

Рис. 3.71. Схема уравновешивания торсионным механизмом: а - вид сзади; б - вид сбоку

кулачка выбирается так, чтобы при повороте качающейся части усилие механизма и плечо его действия относительно оси цапф ме­нялись бы в соответствии с величиной момента веса.

Торсионные уравновешивающие механизмы. До настоящего времени торсионные уравновешивающие механизмы, в которых упругим телом является торсион, не находят широкого примене­ния. Связано это с тем, что момент при закручивании торсиона пропорционален углу поворота, а момент силы тяжести качающей­ся части - косинусу угла. Кроме того, торсионные валики имеют большую длину и допускают сравнительно небольшие углы закру­чивания. Поэтому в большинстве случаев требуется введение про­межуточных передач от торсионного валика к качающейся части, что усложняет механизм и снижает его КПД. Имеются варианты размещения торсионов вдоль люльки и в полом коренном вале ме­ханизма вертикальной наводки.

Весьма удачно решен вопрос об уравновешивании качающейся части торсионным механизмом применительно к танковым уста­новкам, которые имеют небольшие углы возвышения. Торсионные валики размещаются на крыше 2 башни (рис. 3.71). Момент от за­крученных валиков передается качающейся части 3 через рычаг 4 с роликом. Силы трения на оси ролика можно свести к минимуму введением подшипников качения. Схема довольно проста и при небольшом диапазоне углов возвышения обеспечивает требуемое уравновешивание.

При небольших весовых моментах и ограниченных габаритах может применяться торсионный механизм с редуктором (рис. 3.72). Однако применение редуктора снижает общий КПД механизма, а при больших моментах резко увеличиваются усилия на зуб шес­терни. Для обеспечения уравновешивания могут применяться тор­сионные механизмы с копиром (рис. 3.73). Подбирая профиль копира можно добиться полного уравновешивания на всех углах возвышения.

Рис. 3.72. Схема торсионного механизма Рис. 3.73. Схема торсионного механизма с редуктором:

1 - редуктор; 2 - гибкая связь; 3 - шкив / - копир; 2 - ролик; 3 - рычаг; 4 - торсион

Рис. 3.74. Схемы уменьшения длины торсиона:

а - телескопический торсион:1 - торсион; 2 - труба торсиона;

б - пластинчатый торсион:1/ - пластины; 2 - обоймы

Торсион, как упругий элемент, может применяться не только для уравновешивания качающейся части, но часто применяется также для уравновешивания отдельных частей артсистем, напри­мер, различных крышек, створок, откидных домкратов и др. Если расчетная длина торсиона превышает допустимую по конструктив­ным соображениям, то длина механизма может быть уменьшена одним из следующих способов: применением телескопического торсиона (рис. 3.74, а); применением пучкового или пластинчатого торсиона (рис. 3.74, б).