Копирующая секция модульного минного трала сплошного траления, содержащая генератор направленных колебаний

Заявляемая полезная модель относится к области военно-инженерного дела и является составной частью средства для преодоления дистанционно установленных минных полей на путях движения и маневра военной техники - модульного минного трала сплошного траления.
Возможности противника по применению дистанционно установленных минных полей на широком фронте и на большую глубину чрезвычайно высоки, постоянно модернизируются мины, кассетные боеприпасы, средства их доставки, такие минные поля составляют основу минно-взрывных заграждений /1, 2/. Основным, сравнительно недорогим и самым массовым типом мин, используемым в кассетных боеприпасах систем дистанционного минирования является противоднищевая мина с неконтактным магнитным взрывателем, предназначенная для подрыва движущейся техники с нижней полусферы. Установка минных полей с таким типом мин предусматривается в первую очередь на путях движения и маневра военной техники /3/.
Механическое траление мин на путях движения и маневра военной техники является сложной технической задачей, так как рельеф дорожного полотна имеет выбоины, ямы, колейные перепады высоты, кочки, лужи и грязь сезонной распутицы, травяной либо снежный покров, участки с рыхлым, либо песчаным грунтом, непреодолимые препятствия (камни, пни и др.).
Модульный минный трал сплошного траления предназначен для решения задачи преодоления дистанционно установленных минных полей на путях движения и маневра военной техники с обеспечением качественного и надежного копирования рельефа пути траления, без поломок при этом элементов конструкции трала на непреодолимых препятствиях.
Модульный минный трал сплошного траления состоит из механизма подвески, несущей рамы эллиптической формы, состоящей отдельных модулей, копирующих секций, выносного устройства, четырех опорных лыж, электромагнитной приставки.
Копирующие секции модульного минного трала сплошного траления являются одной из основных составных частей модульного минного трала сплошного траления.
Предлагаемая полезная модель является одним из вариантов конструкции копирующих секций модульного минного трала сплошного траления, в которых реализована функция копирования на основе применения схемы шарнирного четырехзвенника.
Успешное применение в элементах конструкции минных тралов шарнирных четырехзвеннников для решения задачи копирования рельефа пути встречается в колейных ножевых тралах КМТ-6, КМТ-8, КМТ-10. В данных конструкциях копирование неровностей грунта обеспечивалось под воздействием силы, возникающей при сопротивлении грунта резанию наклонными ножами ножевой секции трала при тралении мин, установленных в грунт, и противоположной ей силе давления лыжи ножевой секции на грунт /4, 5/.
Применение в элементах конструкции минных тралов шарнирных четырехзвеннников для решения задачи копирования рельефа пути встречается также в тралах зарубежного производства /6/.
Известны минные тралы AMP (angled mine plow) и SMP (surface mine plow), применяемые с бронетранспортером Stryker ESV (США) /6/.
Минный трал SMP имеет с модульным минным тралом сплошного траления наиболее схожие компоновку и конструктивные решения.
Трал SMP состоит из механизма подвески, несущей рамы двухотвальной конфигурации, подвижно закрепленных на раме копирующих секций, выносного устройства в виде металлической цепи, закрепленной на пяти выносных пружинах и устройства MSD (magnetic signature duplicator) для траления мин с магнитными взрывателями.
Несущая рама трала SMP двухотвальная, прямоугольного профиля, с двумя откидными секциями. Угол между отвалами несущей рамы составляет 120°.
Копирующие секции трала SMP состоят из двух звеньев разной длины - верхнего и нижнего, которые подвижно соединены пальцевым соединением к проушинам на несущей раме с одной стороны и толкающей лопаткой, с другой стороны. Таким образом формируется шарнирный четырехзвенник, позволяющий толкающей лопатке скользя при тралении по поверхности, копировать продольные неровности пути. Вертикальная нагрузка, являющаяся необходимой для обеспечения копирующим секциям функции копирования рельефа пути движения, создается вертикальными пружинами сжатия - по одной в каждой секции. Всего в конструкции 20 боковых секций и одна центральная V - образная секция. Толкающие лопатки копирующих секций, при такой по отношению к несущей раме прямоугольной посадке, располагаются стык в стык друг к другу с минимальным зазором, образуя сплошную линию траления, с углом траления в 35° к направлению движения.
Выносное устройство трала SMP, представляет собой металлическую цепь, закрепленную на пяти выносных пружинах, обеспечивает срабатывание мин с неконтактными и штыревыми взрывателями на удалении от копирующих секций, минимизируя повреждения основной конструкции от воздействия взрыва мин. Также, в случае отсутствия взрыва мин, лежащих на поверхности, цепь участвует в смещении их в сторону обочины.
Трал SMP работает в комплексе с устройством MSD, являющимся по функции аналогом электромагнитного трала ЭМТ.
Траление мин и взрывоопасных предметов тралом SMP осуществляется:
смещением мин и взрывоопасных предметов в сторону обочины;
подрывом мин с помощью металлической цепи (мин с магнитными, штыревыми механическими и электронно-механическими взрывателями) и устройством MSD (мин с магнитными взрывателями) на безопасном для основной конструкции расстоянии.
В данной конструкции решены такие основные проблемы ранее перечисленных механических средств траления, как:
вес трала - 1,3 тонн против 7 тонн и более (катковые колейные тралы) и 16 тонн и более (катковые сплошные тралы), что позволяет применять его с колесной техникой, имеющей тягово-сцепные характеристики ниже, чем гусеничное шасси;
возможность сплошного траления;
независимость от типа грунта и типа дорожного полотна;
независимое от типа и степени модернизации взрывателя механическое смещение мины (взрывоопасного предмета) с дороги в сторону обочины.
К недостаткам, характерным для копирующих секций трала SMP указанной конструкции следует отнести:
копирующие секции трала не имеют возможности оснащения съемными ножами, повышающими надежность траления дорог с грунтовым покрытием, имеющим травяной либо снежный покров, дорог с рыхлым, либо песчаным грунтом, траление маршрута на слабо пересеченной местности, надежность траления мин, при падении частично вошедших корпусом в грунт;
копирующие секции трала, при резком перепаде рельефа (ямы, кочки, бугры) и при встрече с непреодолимым препятствием на пути движения (крупные камни, пни и др.) деформируются (особенно на скорости траления, близкой к максимальной). Учитывая минимальные зазоры между толкающими лопатками, даже небольшая деформация подвижных частей копирующих секций приводит к заклиниванию, потере свойств копирования рельефа и пропуску мин под проекцию техники;
сплошная линия отвала, образуемая расположенными с минимальным зазором друг относительно друга толкающими лопатками, на отдельных участках пути с рыхлым, либо песчаным грунтом приводит к повышенному образованию призмы грунта, зарыванию конструкции в грунт. Это существенно увеличивает нагрузку на базовую машину, снижает скорость траления вплоть до полной остановки;
Конструкция модульного минного трала сплошного траления особенностями технических решений позволяет устранить ряд вышеназванных недостатков.
В части, касающейся копирующих секций, конструкция модульного минного трала сплошного траления имеет следующие нижеперечисленные отличия.
Копирующая секция состоит из верхнего и нижнего горизонтальных звеньев, которые подвижно соединены посредством пальцевого соединения с модулем несущей рамы с одной стороны и посредством пальцевого соединения и пружин скручивания с опорным звеном с другой стороны, образуя совместно шарнирный четырехзвенник, толкающей лопатки с двумя съемными ножами, соединенной посредством поворотной петли с опорным звеном и прижимаемой к опорному звену с определенным усилием пружиной скручивания, находящейся на оси поворотной петли.
Крепление копирующих секций к модулю несущей рамы осуществлено под таким углом, чтобы расположить толкающую лопатку перпендикулярно к оси прямолинейного движения, с зазором между двумя взаимно расположенными толкающими лопатками, не превышающими минимальных линейных размеров основных типов наиболее компактных противотанковых мин, что дает возможность не пропуская мины под трал и удаляя их в сторону обочины, обеспечить толкающей лопатке при встрече с непреодолимыми препятствием возможность его обогнуть без поломки, осуществлять траление участков пути с рыхлым, либо песчаным грунтом не зарываясь, удаляя излишки грунта в обе стороны от толкающей лопатки, не формируя высокой призмы грунта.
Пружины скручивания, находящиеся на осях пальцевых соединений верхнего и нижнего горизонтальных звеньев, и опорного звена толкающей лопатки, предварительно заневолены и обеспечивают при тралении необходимую для копирования неровностей пути вертикальную нагрузку толкающей лопатке.
Применение в конструкции копирующей секции подвижного соединения в виде поворотной петли и находящейся на ее оси пружины скручивания между опорным звеном и толкающей лопаткой позволяет избежать в ходе траления деформаций и поломок копирующих секций при встрече основания толкающей лопатки и съемных ножей с непреодолимыми препятствиями.
Применение в конструкции копирующей секции съемных ножей позволяет повысить надежность траления дорог с грунтовым покрытием, имеющим дефекты в виде ям, кочек, наезженной колеи, луж и сезонной распутицы, имеющим травяной либо снежный покров, дорог с рыхлым либо песчаным грунтом, осуществлять траление маршрута движения, проложенного по слабо пересеченной местности.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является расширение возможностей модульного минного трала сплошного траления с применением копирующей секции трала со съемными ножами при тралении в твердых грунтах и на пересеченной местности, повышение надежности траления мин, при падении частично вошедших корпусом в грунт.
Ножи копирующей секции при тралении испытывают сопротивление грунта резанию, что с увеличением скорости траления, либо повышения твердости грунта воспринимается копирующей секцией как непреодолимое препятствие, происходит выглубление ножей с дальнейшим их скольжением по поверхности грунта. Это ухудшает траление дистанционно установленных мин в условиях, когда некоторые мины при падении частично вошли корпусом в грунт. Кроме того, при сезонном колебании температур с положительных на отрицательные, такие мины могут вмерзать в грунт. При тралении в таких условиях вероятен частичный пропуск мин копирующей секцией (как непреодолимого препятствия) под проекцию техники.
Обеспечение траления пути копирующей секцией в положении с заглубленными в грунт ножами, на максимально возможной при этом скорости траления и (или) при повышении твердости грунта (в том числе в результате замерзания), возможно применением устройства, генерирующего в нужный момент направленные колебания на ножах копирующей секции.
Сущностью предлагаемой полезной модели, кроме вышеперечисленных отличий, является включение в состав копирующей секции закрепленного в верхней части толкающей лопатки генератора направленных колебаний.
Генератор направленных колебаний представляет собой электромагнит, который при подаче электропитания с бортовой электросети машины перемещает горизонтальный шток, создающий инерцией своего перемещения направленные колебания.
Конструкция модульного минного трала сплошного траления с копирующей секцией, содержащей генератор направленных колебаний изображена на фиг. 1, копирующая секция содержащая генератор направленных колебаний, закрепленная на модуле несущей рамы изображена на фиг. 2, схема работы генератора направленных колебаний изображена на фиг. 3.
Копирующая секция, содержащая генератор направленных колебаний закрепленная на модуле несущей рамы 2 состоит из верхнего 4 и нижнего 5 горизонтальных звеньев, пальцев 6 с пружинами скручивания, опорного звена 7, толкающей лопатки 8, поворотной петли 9 с пружиной скручивания, съемных ножей 10, генератора направленных колебаний 11, кнопки генератора направленных колебаний 12.
Копирующие секции модульного минного трала сплошного траления, содержащие генератор направленных колебаний работают следующим образом:
С помощью пневмоцилиндра подвески 1 несущая рама 2 опускается в вниз, опираясь под собственным весом на лыжи скольжения 3 принимает рабочее положение.
Толкающие лопатки 8, упираясь основанием в дорожное полотно, несколько приподнимаются в рабочем положении относительно модулей несущей рамы на половину амплитуды своего допустимого шарнирным четырехзвенником вертикального перемещения. Пальцы с пружинами скручивания 6 при этом, через опорное звено 7 передают толкающим лопаткам 8 постоянное усилие, вертикально прижимающее толкающую лопатку основанием к дорожному полотну.
При тралении, находясь в свободном плавающем положении, несущая рама 2 обеспечивает подвижно закрепленным на ней копирующим секциям возможность основанием толкающих лопаток 8 копировать неровности дорожного полотна, преодолевая кочки и ямы, подъемы и углубления, извлекать и уводить, смещая перекатом в сторону обочины мины и другие взрывоопасные предметы, не пропуская их под проекцию движущейся техники. При этом величина усилий, создаваемых пружинами скручивания, и наклон толкающих лопаток 8 к дорожному полотну при тралении дорог с грунтовым покрытием не допускают срезания стружки грунта и не приводят к зарыванию конструкции в грунт на отдельных участках пути с рыхлым либо песчаным грунтом.
Призма грунта, образующаяся перед толкающими лопатками 8 при движении по грунтовой дороге, равномерно удаляется в правую и левую стороны. При этом крупной призмы грунта, создающей избыточное сопротивление и помехи движению машины с тралом, не образуется. Трал в грунт не зарывается, скользя по поверхности дорожного полотна надежно производит траление противоднищевых мин, установленных системами дистанционного минирования, удаляя их в сторону обочины. В результате траления перед боевой машиной образуется безопасная протраленная полоса, ширины которой достаточно для проезда машины и совершения ею маневров поворота и разворота.
Траление дорог с грунтовым покрытием, имеющим травяной либо снежный покров, дорог с рыхлым, либо песчаным грунтом, траление маршрута на слабо пересеченной местности, производится с установленными съемными ножами. Установка ножей производится в посадочные гнезда, расположенные в основании толкающей лопатки с фиксацией ножей при помощи пружинного фиксатора.
При встрече с непреодолимым препятствием, толкающая лопатка 8 копирующей секции, вращаясь по оси поворотной петли с пружиной скручивания 9, изменяет свой угол наклона и, с выглублением ножей 10 из грунта, по касательной пропускает под себя непреодолимое препятствие без поломок и деформации, продолжая при этом надежное траление пути. При этом величина минимального усилия, необходимого для проворачивания толкающей лопатки 8 с целью предотвращения поломок и деформации конструкции, значительно превышает величину максимального усилия, необходимого для преодоления кочек и ям, извлечения из углублений и смещения в сторону обочины наиболее массивных мин и взрывоопасных предметов.
Увеличение скорости траления, либо повышение твердости грунта воспринимается копирующей секцией как непреодолимое препятствие и происходит выглубление ножей с дальнейшим их скольжением по поверхности грунта.
Для продления процесса резания грунта и предотвращения выглубления ножей с увеличением скорости траления, либо при повышении твердости грунта на пути движения, к процессу кратковременно подключается генератор направленных колебаний 11, приводя колебаниями ножей 10 к ударному разрушению грунта перед передней гранью профиля ножей с активным трещинообразованием и рыхлением грунта /7/.
Кратковременное подключение генератора направленных колебаний 11 происходит при размыкании кнопки генератора направленных колебаний 12 вследствие поворота толкающей лопатки 8 на оси поворотной петли 9. Колебания создаются до тех пор, пока усилия резания грунта не уменьшатся, и толкающая лопатка 8, возвратившись в исходное положение не отключит генератор, замкнув кнопку.
1
Сила F направленных колебаний ножей, пропорциональна силе F направленных колебаний, создаваемых генератором в верхней части толкающей лопатки и вычисляется по формуле:
где:
1
L - расстояние от ножей до оси поворотной петли;
L - расстояние от крепления генератора направленных колебаний до оси поворотной петли.
1
Создаваемая таким образом полезная сила F направленных колебаний ножей предлагаемой конструкции копирующей секции примерно втрое больше силы F направленных колебаний, создаваемых генератором в верхней части толкающей лопатки копирующей секции, что является положительным фактором процесса, так как допустимые размеры и масса устанавливаемого генератора ограничены. Кроме того, возникающие попутно вибрации разрезаемого грунта, также положительно влияют на процесс скольжения копирующих секций по поверхности пути и смещение мин в сторону обочины.
Нагрузки, возникающие в элементах конструкции трала при работе генератора направленных колебаний носят кратковременный характер и существенно не влияют на безотказность и долговечность трала, однако повышают надежность и эффективность траления мин в особых условиях, сохраняя экипаж и боевую машину.
Источники информации:
1. Ахмедов P.P. Инженерные войска иностранных армий: учебное пособие - Омск: СибАДИ, 2011
2. Полевой устав сухопутных войск США FM 20-32 «Ведение наземной минной войны». - Москва: ГРУ, 1995
3. Заграждения, их устройство и преодоление в бою - Москва: ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», 2016
4. Патент RU 2146800 «Ножевой минный трал»
5. Михайлов В.И. Долгий путь с тралом: Воспоминания - Челябинск: Юж. - Урал. кн. изд-во, 2005
6. Сайт «Отвага» (http://otvaga2004.ru/bronya-pehoty/ifv-foto/m1132-stryker-esv/)
7. Основы разрушения грунтов механическими способами. Зеленин А.Н. Изд. 2-е перераб. и доп. М., Машиностроение, 1968