• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Лекція № 10

Тема: «Напруги та деформації, які виникають при пострілі. Знос каналу ствола »

Питання:

1. Сили, діючі на ствол при пострілі.

2. Напруги і деформації, що виникають в стволі при пострілі.

3. Поняття зносу каналу ствола.

Навчально-матеріальне забезпечення:

демонстраційні схеми та слайди щодо сил, яки діють на ствол при пострілі.

і стенди аудиторії № 1-145, навчальна література.

Навчальна література :

1. ГОСТ В 20132-84 Зброя артилерійська (терміни і визначення).

2. ГОСТ В 20134-84. Зброя артилерійська. Група ствольно-затворної артилерійської зброї. Терміни і визначення

3. Остапенко Ю.И. Артиллерийские установки и боеприпасы. СВМИ , 1994. (основы устройства) ст. 36-39, 43-47.

4. Корольков Н.Н. Основания устройства и конструкция орудий и боеприпасов наземной артиллерии. Войн. Издат. М.,-1976г. стр.146-161, 235-241.

5. Лопирев М. А. Учебник командора стр.62-75.

6. Савєльєв К.К., Болох О.Я.Основи побудови і конструкції артилерійських установок. СВМІ, 2006-124 с.

1. При пострілі в стволі створюється високий тиск порохових газів, під дією сили якого приводиться в рух система СТВОЛ – СНАРЯД, також виникають і сили взаємодії.

У свою чергу рух ствола гальмується силами опору відкоту.

Всі сили, діючі на ствол при пострілі підрозділяються на:

- сили тиску порохових газів;

- сили взаємодії снаряда із стволом;

- сила, що проводить відкіт ствола;

- сила опору відкоту;

-сила інерції частин відкотів, що виникають унаслідок нерівномірного руху ствола.

А. Сили тиску порохових газів діють на внутрішні поверхні стінок ствола і направлені нормально до цих поверхонь. Вони діють на:

- стінки труби;

- скати камори;

- дно каналу ствола.

Сили тиску порохових газів на стінки ствола прагнуть змінити його діаметральні розміри тобто деформувати стінки ствола, не викликаючи його переміщення уздовж осі, оскільки рівнодіюча цих сил на вісь каналу ствола рівна нулю. Величина цих сил визначається балістичним тиском порохових газів Р.

При русі снаряда сила тиску порохових газів змінна по довжині ствола. Найбільша величина цієї сили діє на стінки труби, розташовані між гузівним зрізом і опорною точкою m, відповідає max тиску газів. По величині сил тиску порохових газів розраховують стінки ствола на міцність.

Рівнодіюча сила тиску порохових газів на скати камори Рск виникає унаслідок різниці діаметрів дна і ведучої частини каналу ствола з урахуванням нарізу.

Вона направлена по осі каналу до дульної частини і визначається по формулі:

Рск = Р ((- ks _d2^),

де ks – коефіцієнт, що враховує наявність нарізу в каналі ствола.

Сили тиску порохових газів на дно каналу направлені паралельно осі ствола і рівнодіюча їх визначається по формулі:

Рдн = Р ,

де dдн – діаметр дна каналу ствола.

Ця сила використовується для розрахунку деталей затвора і щок гузівника на міцність.

Сили Рск і Рдн є основними силами, під дією яких скоюється відкіт ствола.

Для гармат середнього калібру величина їх складає декілька мільйонів Н¢ютонів в межах Рдн = 7,6 ×10⁶ Н; Рск = 3,34 × 10⁶ Н.

Б. К силам взаємодії снаряда із стволом відносяться сили, що виникають в результаті:

- радіального тиску ведучього поясочка снаряда на стінки ствола;

- тиск ведучього поясочка на бойові грані нарізу;

- рухи снаряда по каналу ствола, має кривизну в допустимих межах;

- рухи статично і динамічно неврівноваженого снаряда по стволу.

Радіальний тиск ведучього поясочка на стінки ствола виникає унаслідок різниці діаметрів провідного поясочка і каналу ствола.

При входженні в конічний скат ведучий поясочок снаряда обжимається, в результаті в стінках ствола виникає тиск g'.

У момент урізування в наріз за рахунок ущільнення і напливу металу ведучього поясочка створюється додатковий тиск на стінки ствола g'' і при цьому радіальний тиск ведучього поясочка на стінки ствола буде рівний сумі цього тиску g_п = g' + g''

Радіальний тиск ведучього поясочка досягає свого максимуму у момент повного урізування ведучього поясочка в наріз, після чого різко зменшується. Це падіння відбувається унаслідок збільшення діаметру каналу ствола через пружні деформації стінок ствола під дією тиску порохових газів.

У середній частині ствола воно дещо зростає за рахунок збільшення діаметру снаряда через деформацію його корпусу під дією сил інерції і за рахунок зменшення пружних деформацій стінок ствола через падіння тиску порохових газів.

У дульній частині радіальний тиск зростає через зменшення пружного розширення стінок через збільшення їх товщини і унаслідок падіння тиску порохових газів.

Радіальний тиск ведучього поясочка робить сильний вплив на знос ствола. Тому цю величину g_п враховують при аналітичному визначенні живучості стволів. Облік g_п проводиться призначенням відповідних коефіцієнтів запасу міцності.

При русі снаряда з боку ведучього поясочка на бойові грані нарізу діють нормальні поверхневі сили, рівнодіючі яких прикладені до середини бойових граней, направлені перпендикулярно нарізом і називається силою нормального тиску ведучього поясочка на бойову грань нарізу N.

Крім того на поверхню бойової грані діє сила тертя fN, де f – коефіцієнт тертя. Вектор цієї сили направлений у бік руху ведучього поясочка снаряда. Сила N по величині рівна силі нормальної реакції бойової грані нарізу на той, що веде поясочок снаряда, але направлена в протилежну сторону і визначається по формулі:

N= рS tga,

де l для бронебійних снарядів = 0,56, для фугасних 0,6¸0,68.

n – число нарізу;

a - кут нахилу нарізу;

S – площа поперечного перетину каналу ствола з урахуванням нарізу.

Сила нормального тиску ведучьогопоясочка на бойову грань нарізу залежить від тиску в каналі ствола, величини і характеру зміни кута нахилу нарізу і швидкості снаряда. Ця сила має найбільше значення для нарізки з a= const в зоні максимального тиску, а у разі прогресивної нарізки – в дульній частині, де тиск порохових газів має значення значно менше максимального.

Вживання нарізу прогресивної крутизни дозволяє:

- зменшити силу Nmax на 30-40% в порівнянні з Nmax для a= const і змістити її додаток щодо Рm, підвищуючи тим самим живучість ствола;

- полегшити умови урізування в наріз і виключити зрив ведучього поясочка снаряда, оскільки сила N рівномірно змінюється залежно від шляху снаряда.

При русі снаряда по каналу, що має кривизну на стінки ствола діє відцентрова сила Fцб, направлена по радіусу кривизни у бік опуклості і вона визначається по формулі:

Fцб = , де

- маса снаряда;

n - швидкість снаряда;

r - радіус кривизни каналу ствола.

При постійній кривизні каналу ствола сила Fцб досягає найбільшого значення у дульного зрізу.

Під дією відцентрової сили Fцб, направленої убік опуклості ствола, відбувається односторонній знос каналу і зміна кута вильоту снаряда. Тому при виробництві кривизну ствола прагнуть забезпечити мінімальною.

Для артилерійських стволів приймають допустимий радіус кривизни r³ 600м оскільки в цьому випадку величина Fцб невелика, при = 33,4 кг n₀ =930 м/с з 130мм АУ при r= 600м Fцб = 47595 Н.

При русі статично і динамічно неврівноваженого снаряда по каналу ствола виникає сила статичної і динамічної неврівноваженості снаряда, діюча на ствол через центруюче потовщення снаряда. (рис.3.1)

Снаряд, у якого центр тяжкості С не співпадає з віссю симетрії, буде статично неврівноважений і має ексцентриситет центру мас снаряда е_с .

При русі статично неврівноваженого снаряда на ствол діятиме сила статичної неврівноваженості снаряда Fс, щорозраховується по формулі:

Fс = ,

де Fцб - відцентрова сила від статичної неврівноваженості снаряда;

е_с – ексцентриситет центру мас снаряда;

- відстань між середніми площинами центруючого потовщення і ведучього поясочка снаряда;

₁ – відстань між т. С і середньою площиною ведучього поясочка снаряда.

Снаряд, у якого центри окремих його частин не лежать на осі симетрії, буде динамічно неврівноваженим, хоча він може бути при цьому статично урівноважений. При русі такого снаряда, кожна неврівноважена маса викликає появу пари відцентрових сил F¢_цб, які у свою чергу утворюють момент пари Fцбі в результаті на ствол діятиме сила Fd, визначувана по формулі:

Fd =

Окрім сил Fс і Fd на ствол діятиме сила, що виникає унаслідок наявного зазора між центруючим потовщенням снаряда і полями нарізу.

При односторонньому зазорі між осями каналу ствола і снаряда утворюється кут d= і при цьому центр тяжкості снаряда не співпадає з віссю каналу ствола

У= d =

Через те, що рівнодіючої сили тиску порохових газів проходячих уздовж осі каналу ствола, на снаряд діятиме момент

М_D = УРS = РS, викликаючи появу сили F_Д= = РS

Центруюче потовщення передає на ствол сумарну силу

Fц = Fс + Fd + F_D = + + РS

Максимальне значення цієї сили Fц виникає тоді, коли вектори цих 3-х сил мають один напрям, при е_с = 0,2 мм на центруючому потовщенні снаряда при його русі по каналу ствола з'являється відбиток нарізу глибиною до 0,5 мм.

В. Сила Ркн (рис.3.5) що проводить відкіт ствола або сила віддачі є сумою алгебри проекцій сил, що виникають в каналі при пострілі, на вісь ствола

Р_КН= Р_ДН – Р_СК -rn = РS - rn_,

де Р_ДН- сила тиску порохових газів на дно каналу;

Р_СК- сила тиску порохових газів на скати камори;

rn – сила подовжнього тиску ведучього поясочка на бойові грані нарізу.

Ця сила Р_КН у момент досягнення пороховими газами тиску Рm величини 416 ×10⁴ Н.

Г. При відкоті ствол гальмується силою опори відкоту R, яка прикладена до центру тяжкості частин відкотів і визначається по формулі

R = Ф₀ + П + R_f - Q₀ sin j,

де Ф₀ – сила гідравлічного опору гальма відкоту;

П - сила накочувача;

R_f – сумарна сила тертя в спрямовуючих і ущільнювачах пристроях;

Q₀ sin j- становляча сила тяжкості частин відкотів на напрям відкоту;

j - кут піднесення ствола.

Ця величина R встановлюється з умови стійкості нерухомості гармати.

Д. Сили інерції I. При пострілі розглядається сила інерції в будь-яких поперечних перетинах частин відкотів і ствола зокрема, яка визначається по формулі

I =Мn ,

де n – маса передньої частини ствола від даного перетину;

- прискорення ствола при відкоті.

У результаті ряду допущень і перетворень сила інерції визначається по наступній формулі:

I = Р_КН,

де М₀ – маса частин відкотів; Р_КН – сила проводить відкіт ствола.

Аналізуючи даний вираз можна зробити наступні висновки:

- чим ближче даний перетин до казенника ( чим більше Мn), тим більше сила інерції;

- максимальне значення сили інерції Iбуває у момент відкоту, коли в каналі ствола тиск порохових газів досягає Рmax.

Оскільки сила інерції не направлена убік, зворотну відкоту, то вона прагне відірвати дульну частину ствола від гузівника.

По абсолютній величині сила інерції коливається в межах 70 × 10⁴ ¸ 150 × 10⁴ Н.

Силу інерції використовують при розрахунку різьблення гузівника на міцність і осьових деформацій ствола.

2.Щоб ствол витримав досить високий тиск газів, не руйнуючись в період експлуатації, він повинен бути достатньо міцним. Мірою міцності є межа пружного опору ствола.

Межею пружного опору ствола називається такий максимальний тиск газів в каналі, при якому в стінках ствола не утворюються залишкові деформації.

При визначенні величини межі пружності опору ствола використовується 2-а з 4-х існуючих теорій міцності. Ця теорія припускає що, залишкові деформації в матеріалі схильні до об'ємного напруженого полягання наступають тоді, коли найбільше відносне подовження буде більше відносного подовження при простому розтягуванні у момент досягнення в матеріалі напруги, рівної межі пружності s_е.

e_к £ s_е / Е – відносне тангенціальне (окружне) подовження.

e_r £ s_е / Е – відносне радіальне подовження.

Е – модуль пружності першого роду.

При визначенні межі пружного опору ствола встановлюється залежність між головними напругами і напругами, що виникають в стінках ствола при пострілі, маючи зважаючи на наступні допущення:

- труба має циліндрову форму до і після деформації;

- матеріал труби однорідний і ізотропний;

- по поверхнях труби сили тиску розподілені рівномірно і прикладені нормально до них;

- частинки металу під дією зовнішніх сил знаходяться в рівновазі.

У загальному випадку стінки ствола при пострілі під дією сил тиску порохових газів піддаються складному навантаженню і випробовують об'ємні деформації.

У його поперечному перетині відбувається розтягування металу по колу s_к (тангенціального), має центр на осі каналу і одночасне стиснення по радіальних напрямах s_r .

Під дією сил інерції ствола і сили подовжнього тиску ведучього поясочка на наріз, направленої вперед, виникає осьове розтягування в подовжньому перетині ствола s_z.

При цьому виводяться наступні залежності:

1. s_r + r - s_к = 0, яка встановлює зв'язок між радіальними і окружними (тангенціальними) напругами, званими рівнянням Ляме – Гадоліна.

Ці напруги не залежать від осьових s_z

2. s_z = const, осьові напруги не залежать від радіусу.

При пострілі додатково діють відповідні розтягуючі сили:

Р _r – радіальні, збільшуючі лінійний розмір ствола по радіусу r.

Р _к – окружні (тангенціальні) зменшуючі лінійні і розміри

Р _z – осьові ствола у напрямі радіусу r.

Повна відносна деформація у напрямі радіусу r виражається різницею відносного подовження і укорочення.

Провівши певні математичні дії із залежностями напруг, деформацій, сил і лінійних розмірів ствола приходять до висновку що:

1. Для будь-якого радіусу r абсолютні величини окружних напруг більше абсолютної величини радіальних напруг ½s_к ½³½s_r ½

2. Найбільша напруга виникає на внутрішній поверхні труби. Значить, при надмірно великому тиску до Р₁ першочергового руйнування схильні внутрішні шари металу каналу ствола.

Дослідження показують, що:

1. Розподіл радіальних і тангенціальних напруг нерівномірний. Внутрішні шари навантажені більше, ніж зовнішні.

2. Найбільше значення досягають тангенціальні напруги e_к які і слід вважати самими небезпечними і по яких слід вести наближений розрахунок ствола.

Виходячи з цих висновків межа пружного опору ствола визначається з умови міцності e_к £ s_е / Е Þ

Е e_к = 2/3 Р₁ = s_е, а звідси Р₁= 3/2 s_е

Аналіз даної залежності показує, що межа пружного опору ствола Р₁ залежить від:

- якості металу s_е » 800- 1100 Н/мм²;

- товщина стінок ствола r₁ і r₂ .

Підвищення межі пружного опору Р₁ при певній якості металу досягається збільшенням зовнішнього радіусу r₂ і при r₂®¥ визначається по формулі Р1max =3/4 s_е

При нескінченному збільшенні товщини стінок ствола межа пружного опору ствола прагне величини 3/4 s_е. Товщину стінок по перетину недоцільно робити зверху (0,8-1) d оскільки подальше збільшення трохи збільшує межу пружного опору і різко зростає маса ствола. У більшості гармат товщина стінок ствола моноблоку » 0,7 d ( 76 мм - D 35 мм, 152мм - D 100 мм). Цю задачу вперше вирішив чудовий російський учений артилерист А.В.Гадолін.

3.Знос ствола артилерійської гармати – зміна якості артилерійської гармати від дії пострілів.

При пострілі, основною причиною зносу є теплова дія порохових газів і дія тиску. Т° порохових газів складає 2000-3000 °С ( що більше температури плавлення сталі). Тиск досягає 3500 кг/см².

Нарізна частина каналу ствола зношується неоднаково по всій довжині. Найбільший знос відбувається на ділянці, прилеглій до початку нарізу. В середній частині ствола має місце невелике зменшення розмірів каналу ствола унаслідок відкладення міді від ведучього поясочка снаряда і частинок сталі, винесених з початку нарізу.

Дульна частина зношується нерівномірно. Спостерігається явище розплющення полів, яке залежить від центровки снаряда.

Показники, що характеризують ступінь зносу каналу ствола у нас прийнята величина подовження зарядної камори, яка заміряється змінними дисками. Величина зносу характеризується просуванням дисків певного діаметру на певну довжину. Знос визначається по таблиці в % від початкової швидкості.

Визначення падіння початкової швидкості може проводиться відстрілом і вимірюванням початкової швидкості за допомогою артилерійських балістичний станцій.

Повний знос каналу ствола характеризується:

- граничною величиною падіння початкової швидкості ( 6-10) %;

- збільшенням розсіювання снарядів в бічному напрямі в 2 рази проти норм ТУ.

Для зменшення зносу каналу ствола і збереження балістичний якостей гармати необхідно:

- дотримувати встановлений режим вогню;

- застосовувати зменшені і знижувано-бойові заряди у всіх випадках, коли вживання їх забезпечує виконання бойової задачі;

- застосовувати флегматизатори;

- регулярно проводити чищення і мастило каналу ствола.

Вживання флегматизаторів на основі парафіну, церезину дозволяє підвищити живучість стволів в 2-3 рази, а хромування стволів 1,5- 2 рази.

Завдання на самостійну підготовку, вивчити:

1. Сили, діючі на ствол при пострілі.

2. Напруги і деформації, що виникають в стволі при пострілі.

3. Поняття зносу каналу ствола.

Читайте також:

1. Вид заняття: лекція
2. Вид заняття: лекція
3. Вид заняття: лекція
4. Вид заняття: лекція
5. Вид заняття: лекція
6. Вступна лекція
7. Вступна лекція 1. Методологічні аспекти технічного регулювання у
8. Клітинна селекція рослин.
9. Колекція фонограм з голосами осіб, які анонімно повідомляли про загрозу вибуху
10. ЛЕКЦІЯ (4): Мануфактурний період світової економіки
11. Лекція - Геополітика держави на міжнародній арені
12. Лекція 02.04.2013

Переглядів: 682