2.3. Затворы и их агрегаты

2.3.1. Типы узлов запирания канала ствола. Взаимодействие замкнутого узла запирания с гильзой при выстреле

Узлом запирания называется совокупность деталей, обес­печивающих перезаряжание орудия и воспринимающих силу дав­ления пороховых газов во время выстрела.

Обычно конструкция узла запирания (рис. 2.28) включает ствол 1, казенник или ствольную коробку 2, затвор 3 и детали крепления ствола с казенником (муфта 4).

В зависимости от характера связи между стволом и затвором можно выделить три типа узлов запирания:

-незамкнутый узел запирания или свободный затвор;

-полузамкнутый узел запирания или полусвободный затвор;

-замкнутый узел запирания.

Незамкнутый узел запирания - узел запирания, у которого ствол и затвор во время выстрела не взаимосвязаны друг с другом, то есть детали узла запирания образуют незамкнутый контур (рис. 2.28, а). Затвор удерживается в крайнем переднем положении толь­ко усилием предварительного поджатия возвратной пружины, дви­жение затвора начинается в тот момент, когда сила давления поро­ховых газов на дно гильзы превысит сумму сопротивлений, прило­женных к затвору и гильзе. Отбрасываясь назад вместе с гильзой давлением пороховых газов на дно гильзы, затвор сжимает воз­вратную пружину, аккумулируя энергию для своего возвращения в исходное положение. Экстракция гильзы происходит при доста­точно высоком давлении пороховых газов в канале ствола. При этом возникает опасность разрыва гильзы. Во избежание разрыва

Рис 2.28 Типы узлов запирания.

а - незамкнутый, б - полузамкнутый.

в - замкнутый

гильзы и для обеспечения обтю­рации пороховых газов требу­ется замедлить движение затво­ра на начальном участке, что дос­тигается увеличением массы затвора, причем с увеличением калибра масса затвора прогрес­сивно возрастает.

Схема узла запирания с полу­свободным затвором (рис. 2.28, б) отличается тем, что во избежание разрыва гильз на начальном уча­стке отката устанавливается ки­нематическая связь затвора со стволом, которая автоматически нарушается в процессе выстрела.

Описанные схемы наиболее просто реализуют процесс пере­заряжания, но из-за необходимо­сти существенного увеличения массы затвора используются в основном в стрелковом оружии и в маломощных орудиях малого калибра.

Наиболее широкое применение в артиллерийских орудиях име­ет замкнутый узел запирания (рис. 2.28, в). В таком узле запирания жесткая связь ствола и затвора сохраняется в течение всего процес­са выстрела.

В зависимости от способа сцепления затвора и ствола узлы за­пирания подразделяются на четыре вида:

а) узел запирания, в котором сцепление затвора и ствола произ­водится поворотом запирающей детали вокруг оси, параллельной или перпендикулярной оси канала ствола, - это узел запирания с поршневым или качающимся затвором;

б) узел запирания, в котором сцепление затвора и ствола произ­водится перемещением запирающей детали в направлении, пер­пендикулярном оси канала ствола, - это узел запирания с клино­вым затвором;

в) узел запирания, в котором сцепление затвора и ствола осу­ществляется перемещением специальных упоров или защелок, на­ходящихся на затворе;

г) узел запирания, в котором сцепление ствола и затвора произ­водится кривошипно-шатунным механизмом.

Рис 2.29 Схема работы замкнутого уз­ла запирания с гильзой

Из-за жестких требований, предъявляемых к оружию, осо­бенно к оружию автоматическо­му, детали узла запирания долж­ны иметь минимальные массы и размеры. При этом детали уз­ла запирания должны быть не только прочными, но и работать только в пределах упругих де­формаций, величина которых ча­сто ограничивается, исходя из условия обеспечения прочности гильзы.

Прочность гильзы при выстреле зависит не только от ее конст­рукции, но также и от жесткости узла запирания. Рассмотрим взаи­модействие при выстреле гильзы и замкнутого узла запирания.

После досылки патрона в камору между наружной поверхно­стью корпуса гильзы 2 и стенками патронника 1 (каморы) имеется начальный диаметральный зазор (рис 2.29). Независимо от кон­струкции затвора между дном гильзы и зеркалом затвора 3, как правило, имеется начальный осевой зазор . Для орудий среднего калибра = 0,15 ..0,4 мм, = 0,4 ..1,5 мм. В клиновых затворах осевой зазор необходим для обеспечения точной установки бойка ударного механизма строго на оси канала ствола и надежного вос­пламенения капсюля при работе ударного механизма.

В поршневых затворах этот зазор обеспечивает гарантирован­ный поворот поршня на строго определенный угол для полного сцепления боевых выступов поршня с нарезными секторами гнезда затвора в казеннике

Указанный зазор необходим также для быстрого и надежного заряжания орудия при тяжелых условиях эксплуатации, когда в ка­мору или на гильзу и затвор может попасть некоторое количество пыли, песка и т. п.

При выстреле (до начала смещения снаряда относительно дуль­ца гильзы) гильзу можно рассматривать как замкнутую тонкостен­ную оболочку, деформирующуюся сначала упруго, а затем и пла­стически Наибольшие деформации распространяются на скат и пе­реднюю часть корпуса гильзы, где стенки имеют наименьшую толщину и более низкий предел упругого сопротивления

К моменту времени, соответствующему достижению величины давления форсирования пороховых газов (10.. 50 МПа), в канале ствола радиальный зазор ц0, как правило, выбирается всей гильзой за исключением придонного участка, на котором стенки гильзы имеют значительную толщину. С момента смещения снаряда из дульца гильза становится незамкнутой оболочкой, в результате че­го под действием силы давления пороховых газов на дно гильзы последняя может смещаться в сторону затвора. Усилие, удержи­вающее гильзу от этого смещения, определяется силой сопротив­ления, возникающей на скате гильзы, и силой трения на корпусе гильзы. С этого момента времени начинается выбор осевого зазора , который в зависимости от соотношения указанных выше осе­вых сил определяется либо смещением гильзы в сторону затвора (если сила давления на дно гильзы больше сил сопротивления, удерживающих гильзу), либо деформациями гильзы в случае об­ратного соотношения сил. В некоторый момент времени дно гиль­зы плотно прижимается к зеркалу затвора При этом в стенках нижней части корпуса гильзы возникают осевые растягивающие напряжения, на величину которых влияет начальный осевой затвор.

По мере роста давления увеличиваются радиальные и осевые деформации гильзы за счет увеличения упругих радиальных де­формаций стенок каморы и упругих осевых деформаций деталей узла запирания.

К моменту максимального давления пороховых газов вся по­верхность гильзы (за исключением незначительных участков, при­легающих ко дну и срезу дульца) оказывается плотно прижатой к стенкам патронника. Усилие, препятствующее смещению гильзы в сторону затвора, к этому моменту значительно возрастает, перед­няя часть гильзы не может смещаться, то есть гильза заклинивает­ся. При этом из-за упругих осевых деформаций узла запирания происходит смещение зеркала затвора в сторону казенной части ствола. Указанные обстоятельства при недостаточной прочности стенок гильзы и при больших осевых деформациях могут привести к поперечному разрыву гильзы.

Осевое смещение дна гильзы, как за счет выбора начального осевого зазора, так и из-за осевой упругой деформации узла запи­рания, приводит к увеличению и радиальных пластических дефор­маций, особенно нижней части корпуса гильзы. Это объясняется тем, что даже так называемые цилиндрические гильзы имеют неко­торую конусность, которой соответствует и поверхность каморы.

При спаде давления пороховых газов и уменьшении упругих радиальных деформаций каморы и упругих осевых деформаций де­талей узла запирания конусная гильза, получившая пластические радиальные и осевые деформации, зеркалом затвора продвигается вперед в конусную камору, в результате чего конечный радиаль­ный зазор между каморой и гильзой уменьшается, а в отдельных случаях между гильзой и каморой образуется натяг, особенно в зад­ней части корпуса гильзы.

После выстрела зеркало затвора не возвращается в исходное положение, гильза защемляется в каморе, в результате образуется натяг между зеркалом затора и дном гильзы, между опорными по­верхностями затвора и казенника.

Появление указанного натяга приводит, с одной стороны, к уве­личению энергии, потребной для открывания затвора после вы­стрела, а, с другой стороны, к необходимости придавать клину или поршню такую форму, чтобы в начале их движения при открыва­нии осуществлялся отход зеркала затвора от дна стреляной гильзы. Защемление гильзы в каморе приводит к ухудшению условий экс­тракции гильзы и необходимости ее страгивания относительно ка­моры в начале процесса зкстрактирования.