Самоходное артиллерийское орудие с виброзащитным механизмом

Полезная модель относится к военной технике, а именно к самоходным артиллерийским орудиям.
Современные артиллерийские орудия оснащаются средствами автоматизации их навигации и управления наведением на цель. Важнейшей составной частью этих средств является гироскопическое устройство.
Гироскопическое устройство (гироблок) автоматически вырабатывает информацию в полярной системе координат о приращении дирекционного (курсового) угла и углах крена и тангажа орудия (углах его наклона относительно горизонта в поперечном и продольном направлениях). Эта информация используется для точного наведения орудия на цель. Для получения достоверных данных о названных углах гироскопическое устройство должно быть строго скоординировано относительно выбранной для его крепления базы на орудии. Это условие является обязательным для всех типов самоходных артиллерийских орудий.
На принятом за прототип самоходном артиллерийском орудии 2С42 (ко- пия чертежа прилагается) такой базой является жестко закрепленный на шаровом погоне башни орудия кронштейн, на котором также жестко закреплена система гироскопического курсо - креноуказания (СГККУ).
При стрельбе из этого орудия кронштейн СГККУ подвергается большим вибрационным перегрузкам (по ускорению до 23g), которые оказывают весьма негативное влияние как на ресурс гироблока, так и наточность его измерений, особенно при стрельбе по борту на угле возвышения ствола в 65°. При этом необходимо отметить, что вибрации кронштейна орудия при выстреле имеют относительно широкий спектр частот от 10 Гц до 200 Гц, а резонансная частота колебаний гироблока составляет 30 Гц и находится в этом спектре, поэтому колебания кронштейна с частотой 30 Гц и перегрузкой до, 6g (по данным осциллограмм) вызывают резонансные колебания гироблока и выход его из строя.
Попытки применения классических приборных демпферов для снижения перегрузок гироскопа и фильтрации резонансной частоты колебаний кронштейна не дают положительных результатов, так как нарушают плоско-параллельную координацию гироскопического устройства по отношению к кронштейну и приводят к большим погрешностям его измерений и, как следствие, к недопустимо большому рассеиванию снарядов при стрельбе.
Целью полезной модели является повышение точности стрельбы из орудия и исключение повреждения гироскопического устройства путем уменьшения воздействия колебаний орудия при стрельбе на гироблок.
Предлагаемая виброзащита лишена перечисленных недостатков. Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что гироскопическое устройство установлено с возможностью плоско-параллельного его перемещения по трем взаимно перпендикулярным направлениям относительно исходного положения минимум на одном шарнирном параллелограммном механизме, нижнее основание которого закреплено неподвижно на орудии, а на верхнем закреплено неподвижно гироскопическое устройство. При этом верхнее основание подпружинено относительно нижнего основания таким образом, что рычаги параллелограммного механизма в состоянии покоя расположены под тупым углом к плоскости горизонтального наведения орудия в секторе его стрельбы. На нижнем основании жестко закреплены как минимум две пластинчатые V-образные пружины и одна одноплечая пластинчатая пружина. При этом одна V-образная пружина упирается своими свободными лапами в верхнее основание, а другая имеет между своими лапами и верхним основанием зазор, меньший амплитуды низкочастотных вертикальных его колебаний. Последнее условие необходимо для того, чтобы при низкочастотных колебаниях с большой амплитудой нагруженного верхнего основания в работу включалась вторая V-образная пружина, ограничивающая указанные колебания. Третья одноплечая пружина упирается плоскостью свободного конца в торец верхнего основания. Верхнее основание, кроме того, подпружинено относительно нижнего в направлений осей шарниров параллелограммного механизма. Геометрические размеры и жесткости всех пружин определены исходя из допустимой перегрузки гироскопа и отношения резонансной частоты его колебаний к собственной частоте колебаний нагруженного верхнего основания, большего единицы. Последнее условие позволяет отфильтровать колебания орудия с частотой, равной или близкой резонансной частоте колебаний гироблока, и тем самым избежать недопустимой его перегрузки.
Жесткое крепление пластинчатых пружин на нижнем основании параллелограммного механизма и возможность скольжения их свободных лап (плоскостей) относительно верхнего основания являются достаточными условиями рассеивания энергии его колебательных движений на преодоление сил трений в местах контакта с пружинами и, следовательно, обеспечения ускоренного затухания указанных колебаний.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена часть проекции в продольном сечении орудия, на фиг. 2 - часть проекции в поперечном сечении орудия. В изображенном на чертеже примере выполнения изображения гироскопическое устройство установлено на двух параллелограммных механизмах.
Приведенный на чертеже амортизатор состоит из жестко закрепленного на кронштейне 1 (базе) орудия неподвижного основания 2 с четырьмя шарнирами А, подвижного основания 3 с четырьмя шарнирами Б, соединенного шарнирно с неподвижным основанием посредством четырех рычагов 4 и четырех осей 5. Между неподвижным и подвижным основанием установлена двухплечая пластичная пружина 6. Высота этой пружины меньше, примерно, в 1,4 раза длины рычагов, благодаря чему последние наклонены к неподвижному основанию под углом, примерно, 45''. На неподвижном основании закреплена также одноплечая пластинчатая пружина 7, упирающаяся с некоторым поджатием в лобовой торец В подвижного основания. В проеме пружины 6 закреплена неподвижно еще одна двухплечая пластинчатая пружина 8 с зазором Г между своими лапами и подвижным основантем. Эта пружина играет роль демпфера при больших амплитудах колебаний на малых частотах. На верхних осях 5 установлены в распор между рычагами поперечные пружины 9.
В рассматриваемой схеме амортизатора функции нижней, средней и верхней платформ выполняет только одно подвижное основание, так как оно непосредственно имеет возможность перемещаться относительно неподвижного основания во всех трех направлениях. При сближении неподвижного и подвижного оснований и одновременном их смещении друг относительно друга в продольном направлении "х" в работу включается сначала одна двухплечая пружина, а после выбора зазора Г - другая двухплечая пружина (демпфер). При удалении оснований и одновременном их смещении друг относительно друга в продольном направлении в работу включается одноплечая пружина.
Движения нижнего и верхнего оснований имеют сложный затухающий характер с несущими и наложенными частотами. При этом спектр частот колебаний нижнего основания лежит в диапазоне 10-200 Гц, а верхнего основания - в диапазоне 10-15 Гц. Верхним пределом колебаний верхнего основания с гироскопическим устройством является его собственная частота колебаний, определяемая упругомассовыми его характеристиками по зависимости:
где:
-ω=2πυ - циклическая частота колебаний верхнего основания;
- υv; 1/с (Гц) - собственная частота колебаний верхнего основания;
- масса верхнего основания с гироскопическим устройством и смонтированными на нем деталями;
- G, кгс - вес верхнего основания с гироскопическим устройством и смонтированными на нем деталями;
- жесткость пружины 5 (6, 7);
- модуль упругости металла пружины;
- осевой момент инерции пружины 5 (6, 7);
1
- b=2b; м - ширина пружины;
1
- b; м - ширина одной ветви V-образной пружины 5 (6, 7);
- δ, м - толщина пружины 5 (6, 7);
- м - длина ветви пружины 5 (6, 7).
Описанное устройства было спроектировано и испытано на виртуальном вибростенде с применением программы SolidWorks с перегрузками по ускорению до 20g в диапазоне моночастот 5 Гц - 500 Гц.
Эти испытания показали, что:
- амплитуды колебаний верхнего основания с СГККУ значительно меньше максимально допустимых стрел изгиба пружин;
- перегрузки верхнего основания по ускорению составляют в зависимости от направления колебаний (продольное, вертикальное) 5.2g-12g, что в 1.5-3.5 раза меньше перегрузок, приложенных к нижнему основанию;
- собственная частота колебаний верхнего основания с СГККУ составляет 12 Гц, что в 2.5 раза меньше резонансной частоты колебаний гироблока