3.8. Ходовые части лафета

Ходовая часть лафета включает в себя следующие основ­ные элементы: боевая ось, колеса, тормозное устройство, подрессоривание.

Боевая ось является основным элементом ходовой части, вос­принимающей при выстреле и при транспортировке значительные нагрузки. Она изготавливается из высокопрочной стали и имеет, как правило, прямоугольное поперечное сечение (см. поз. 4 на рис. 3.89) с вертикальной стороной по размеру большей, чем гори­зонтальная сторона. Боевая ось имеет шейки для крепления на них колес. Часто встречается вариант ходовой части с полуосями (см. поз. 7 рис. 3.91), соединенными с лобовой коробкой.

Специфической особенностью колес артиллерийских орудий является то, что они, как правило, не являются ведущими. Это по­зволяет снизить требования к ним, но лишь по некоторым парамет­рам (например, по рисунку протектора). В остальном же требования к ним предъявляются, как к колесам армейских автомобилей. Сопро­тивление качению и сцепление колес с грунтом определяется кон­структивными характеристиками шин. По форме сечения шины раз­деляются на четыре типа: тороидные, широкопрофильные, ароч­ные, пневмокатки. Компоновка шин в колесе показана на рис. 3.92, а соотношения основных конструктивных размеров, приведенных на рисунке, даны в табл. 3.4.

Тороидные шины (рис. 3.92) имеют относительно узкий про­филь, а их радиальная деформация не превышает 12...15 % Н, по­этому опорная площадь у них невелика, что приводит к увеличе­нию удельного давления на грунт и недостаточному сцеплению

Таблица 3.4

Соотношения конструктивных размеров шин

с грунтом. На армейских автомобилях устанавливаются шины с ре­гулируемым давлением, позволяющие за счет снижения внутреннего давления в шине увеличивать опорную площадь для преодоления участков пути со слабыми грунтами (песчаные, пахотные, ув­лажненные и тому подобные земли). Широкопрофильные шины имеют увеличенную относительную ширину протектора, что позволяет увеличить размеры опорной площад­ки, существенно (примерно в два раза) снизить удельное давление на грунт, улучшить проходимость по слабым грунтам. Снижение удель­ных давлений и повышение сцепных качеств будет еще большим для ароч­ных и пневмокатков, однако уве­личенное сопротивление качению и недостаточная работоспособность таких шин на высоких скоростях ограничивают их применение в ар­мейских автомобилях и артиллерий­ских орудиях.

Для артиллерийских орудий ко­леса снабжаются шинами автомо­бильного типа, но очень часто вмес­то пневматической внутренней ка­меры колеса наполнены губчатым каучуком (ГК). Именно такая шина показана на рис. 3.92. Они менее чув­ствительны к проколам, пулевым и осколочным повреждениям, од­нако они менее упруги, имеют боль­ший вес, сильнее нагреваются при

Рис. 3.92. Колесо:

1 - ступица; 2 - диск; 3 - шина; 4 - напол­нитель; 5 - подшипники; б - боевая ось

стрельбе и уменьшают проходимость артиллерийского поезда в це­лом. Кроме того, при длительном стоянии на месте в нагруженном состоянии такие шины будут деформироваться в месте опоры, по­этому рекомендуется при хранении орудий в складах под нижним станком располагать подставку для разгрузки колес.

В качестве тормозных устройств ходовой части применяются ленточные, колодчатые или дисковые автомобильные тормоза, расположенные в ступице колеса. Обычно такие тормоза приво­дятся в действие из кабины водителя тягача, будучи включенными в общую тормозную систему всего артиллерийского поезда.

Плавностью хода артиллерийского орудия называют его спо­собность перемещаться по дорогам и по местности с заданными эксплуатационными скоростями без значительных ударов, толчков и таких колебаний установки, которые могли бы оказывать вредное влияние на физиологическое состояние членов боевого расчета при его расположении на орудии в процессе транспортировки, а также на сохранность и нормальную работу всех механизмов орудия. Для обеспечения плавности хода используются механизмы подрессоривания, которые, являясь упругой связью между ходовой частью и остальной массой орудия, изменяют характер и длительность пе­редачи действия препятствия на орудие. Время передачи удара препятствия на основную массу орудия через механизм подрессо-ривания значительно больше времени жесткого удара. При одина­ковом импульсе удара сила, действующая на массу подрессоренной части орудия будет тем меньше, чем больше времени потребуется на передачу этого удара.

Основными требованиями к механизмам подрессоривания яв­ляются: небольшая жесткость; способность быстро поглощать ко­лебания орудия от толчков и ударов; надежность действия при раз­личных направлениях ударов со стороны препятствий; возможность автоматического выключения механизма при переводе орудия в боевое положение; возможность ручного включения и выключе­ния подрессоривания.

В качестве упругих элементов в механизмах подрессоривания служат пластинчатые, цилиндрические пружинные, торсионные, гидравлические и пневматические рессоры.

Каждый упругий элемент имеет свою специфическую характе­ристику. Характеристикой упругого элемента называется графиче­ская или аналитическая зависимость между нагрузкой F на упругий элемент и его деформацией/^ Она может быть линейной или нели­нейной (рис. 3.93).

Рис. 3.94. Характеристика пластинчатой рессоры

Рис. 3.93. Характеристики упругих элементов:

1 - для винтовой цилиндрической пру­жины и торсиона; 2 - для винтовой кони­ческой пружины

Линейную характеристику имеет винтовая цилиндрическая пру­жина, а также торсион, для которого характеристикой служит зави­симость скручивающего момента от угла закрутки. Нелинейную характеристику имеет винтовая коническая пружина.

Своеобразную характеристику имеет пластинчатая рессора (рис. 3.94). Вследствие трения между полосами и связанного с этим гистерезиса линии нагружения и разгрузки не совпадают. Средняя (пунктирная) линия, не учитывающая трение, представляет собой расчетную характеристику рессоры. Она также нелинейная, но на некотором участке АВ при нагрузках, близких к статической, мо­жет быть принята за линейную. Аналогичную характеристику име­ет пневматическая шина.

Гидравлические амортизаторы, использующие перетекание вяз­кой жидкости из одного объема в другой через малые отверстия, имеют нелинейную характерис­тику. Обычно ее представляют (рис. 3.95) в виде зависимости, имеющей типичную гистерезисную петлю, между усилием FaM, приложенным к поршню, и ско­ростью Vn перемещения поршня:

, (3.41) где i= 1... 2 (в расчетах принима­ют i = 1);

к_ам - коэффициент сопротивления ,зависящий от конструкции амортизатора.

Рис. 3.95. Характеристика гидравлического амортизатора двустороннего действия

Рис. 3.96. Пластинчатая рессора

Обычно коэффициент сопро­тивления при обратном ходе в 3... 7 раз больше, чем при прямом (сжатии).

Следует иметь в виду, что ха­рактеристики механизмов подрессоривания в целом являются прак­тически нелинейными при любых видах упругих элементов. Это

обусловлено дополнительным влиянием шин и конкретным разме­щение упругих элементов относительно колес.

Пластинчатые (листовые) рессоры обычно состоят из 6... 10 стальных полос (рис. 3.96) одинаковой толщины (примерно 10... 12 мм) и ширины, изогнутых по дугам эллипсов. Концы наиболее длинной пластины имеют ушки, с помощью которых пластина через тягу 5 соединяется с боевой осью 1. Средняя часть рессоры 3 с помощью обоймы соединена с лобовой коробкой 2, которая может в пределах некоторого зазора Л смещаться в вертикальной плоско­сти относительно боевой оси. При разведении станин штырь 4, размещенный на лобовой коробке, проходит в отверстие боевой оси и жестко соединяет боевую ось с лобовой коробкой, выключая тем самым подрессоривание.

Расчет прочности рессор ведется на максимальную статическую нагрузку, приходящуюся на боевую ось (или полуось при постановке таких рессор на каждое колесо), умноженную на коэффициент ди­намичности нагрузки к_дин = 2,5...3,0. Допускаемое напряжение при расчете на изгиб принимают порядка 800.. .1000 МПа.

Пластинчатые рессоры за счет трения плотно прижатых друг к другу пластин поглощают часть энергии колебаний подрессорен­ной массы, превращая ее в тепло и рассеивая в пространстве. Это способствует быстрому затуха­нию возникающих колебаний.

Схема винтовой цилиндричес­кой рессоры показана на рис. 3.97. В таких пружинных рессорах ме­талл работает на кручение, что по­вышает энергоемкость пружин по сравнению с листовыми, ра­ботающими на изгиб. Это обеспе­чивает им большую компактность и меньшую массу по сравнению с листовыми рессорами.

Рис. 3.97. Винтовая цилиндрическая рессора:

1 - пружина; 2 - полуось колеса; 3 - ось; 4 - тяга; 5 - лобовая коробка

Практическое отсутствие гистерезиса в их характеристике при­водит к низкой скорости затухания колебаний подрессоренной массы при ударе колеса о препятствие, что является недостатком подобных рессор. Конструктивное исполнение элементов связи по­луоси колеса с пружиной может быть весьма разнообразным, что способствует разработке компактных конструкций.

Принцип действия торсионного подрессоривания показан на рис. 3.91. При сведении станин механизм 9 выключения торсиона под действием своей пружины выходит из гнезда полуоси 7 и не соединяет ее жестко с трубой 3. При набегании колеса на препятствие полуось вращается вокруг своей оси и скручивает торсион 2. В вари­анте, показанном на рисунке, крутящий момент при воздействии на одно колесо через паразитную шестерню 5 передается также и на второй торсион, уменьшая тем самым нагрузки на оба торсиона.

Если механизм самоустановки орудия отсутствует, то каждый из торсионов будет воспринимать нагрузку только от своего колеса.

Угол закручивания торсиона определяется по формуле:

, (3.42)

где М_кр - крутящий момент, приложенный к торсиону;

l - длина рабочей части торсиона; G = 8,5-104 МПа - модуль упругости второго рода; I_p - полярный момент инерции сечения торсиона (для кругло­го валика с диаметром d I_р = nd4/32 ).

Для уменьшения длины торсиона иногда применяют телескопи­ческие торсионы (см. рис. 3.74) с рабочей трубой 2, шлицы, на которой соединяются со шлицевым гнездом лобовой коробки.

Для тяжелых орудий с торси­онным подрессориванием каждо­го колеса длина механизма под­рессоривания не позволяет разме­стить их поперек хода орудия. В этом случае возможно разме­щение торсионов вдоль хода; торси­он может размещаться в любом

состоит из основного цилиндра 3, цилиндра противодавления /, га­зового баллона 4 с разделительной диафрагмой 5 и клапана 6.

Под воздействием дорожных препятствий цилиндр противо­давления может перемещаться в основном цилиндре на величину h.

Рис. 3.99. Гидропневматическая рессора с противодавлением:

1 - цилиндр противодавления; 2 - трубка; 3 - цилиндр; 4 - газовый баллон; 5 - разде­лительная диафрагма; 6 - клапан

Поступающая из полости А в газовый баллон жидкость сжимает находящийся там газ. При расширении газа в полости В (обратный ход) цилиндр противодавления перемещается вниз. При этом жид­кость из полости Д по трубке 1 перетекает в полость Е; объем ка­меры противодавления сжимается. Таким образом, при перемеще­ниях цилиндра противодавления, перемещенного с колесом, на него действуют противоположно направленные усилия со стороны основной полости А и полости противодавления Е, в результате чего достигается корректирование упругой характеристики, пока­занной на рис. 3.95.

Преимуществом гидропневматических рессор с противодавлени­ем являются высокий уровень амортизации колебательных движений подрессоренной массы, что обусловлено гистерезисной характеристи­кой рессоры, и высокая стабильность статического хода (отсутствует постепенное всплытие машины в процессе движения), так как при интенсивном движении температура воздуха повышается как в полос­ти В, так и в полости Г. Недостатком гидропневматических рессор является зависимость их работы от внешних условий.