Трёхтактный полуавтоматический поршневой затвор
THREE-STROKE SEMI-AUTOMATIC PISTON LOCK

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано при разработке или модернизации артиллерийских орудий для запирания канала ствола артиллерийского орудия, в первую очередь безгильзового заряжания, в основном среднего и крупного калибра.
Для запирания канала ствола артиллерийского орудия и обеспечения производства выстрела после проведения операций заряжания казнозарядных артиллерийских орудий применяются затворы различных конструкций.
Известно техническое решение, где описывается усовершенствование двухтактного поршневого затвора путём введения внешнего гидравлически управляемого привода (пат.US№ 2996957, F41A5/32 от 05.03.1959). Здесь ось рамы затвора расположена перпендикулярно оси канала ствола. Для открывания и закрывания затвора требуется подвод энергии от внешнего источника, а кинетическая энергия движения откатных частей, возникающая при выстреле, для открывания и закрывания затвора не используется.
Известно также техническое решение, которое направлено на усовершенствование поршневого затвора по конструкции аналогичного вышеописанному (пат.US№ 8813629, F41A3/06 от 12.07. 2012). Использование изменений в конструкции, предложенных здесь, позволяют надежно фиксировать поршень в открытом положении под заданным углом.
В тоже время имеются артиллерийские орудия среднего и большого калибра использующие для запирания канала ствола орудия двухтактные поршневые полуавтоматические затворы. Известна гаубица М284 (TM 9-2350-311-10. OPERATOR’S MANUAL FOR HOWITZER, MEDIUM, SELF-PROPELLED, 155MM M109A2 (2350-01-031-0586)(EIC:3EZ),M109A3 (2350-01-031-8851)(EIC:3E2),M109A4 (2350-01-277-5770)(EIC:3E8), M109A5 (2350-01-281-1719) (EIC:3E7).HEADQUARTERS,DEPARTMENT OF THE ARMY.NOVEMBER 1994, интернет URL: www.nsncenter.com/Library/TM/TM-9-2350-311-10, дата обращения 16.08.18) c двухтактным поршневым полуавтоматическим затвором. Здесь ось вращения рамы затвора перпендикулярна оси канала ствола. На неоткатных частях орудия имеется подпружиненный копир, взаимодействующий при накате с расположенным на откатных частях кривошипом, вращение которого преобразуется в поворот поршня «на открывание» с последующим открыванием рамы затвора путём разворота рамы затвора относительно оси рамы. При этом для открывания затвора при ведении стрельбы используется кинетическая энергия откатных частей.
Недостатком указанного устройства является необходимость выполнения нетехнологичных выборок в поршневом гнезде.  В случае применения обтюратора де Банжа возникает необходимость использовать обтюратор конической формы, что увеличивает габариты и массу поршня, усложняет компоновку орудия, особенно при жестких массогабаритных ограничениях.  При эксплуатации орудия также может снижаться скорострельность.
Имеется техническое решение в котором для запирания канала ствола орудия среднего и крупного калибра с безгильзовым заряжанием применяется трёхтактный поршневой неавтоматический затвор (поршневой затвор с продольным движением в раме) с внешним приводом (см., например, Курс артиллерии. Под ред. Д.Е. Козловского. М.: Воениздат 1941). В данной конструкции ось рамы затвора расположена перпендикулярно оси канала ствола, на раме размещается поршень с упорными резьбовыми секторами, продольно перемещающийся относительно рамы в процессе открывания и закрывания. Это обеспечивает простую форму поршневого гнезда и дает возможность применять обтюратор де Банжа как конической, так и цилиндрической формы. Однако для открывания и закрывания затвора требуется подвод энергии от внешнего источника (мускульных усилий расчёта).  Кинетическая энергия движения откатных частей, возникающая при выстреле, для открывания и закрывания затвора никак не используется.
Имеется техническое решение, принятое в качестве наиболее близкого к заявляемому, в котором для запирания канала ствола 152 мм орудия с безгильзовым заряжанием применяется трёхтактный поршневой неавтоматический затвор с внешним приводом (см., например, TM 9-2350-230-10 Armored Reconnaissance/Airborne Assault Vehicle Full-Tracked 152-mm Gun/Launcher M551A1 (NSN 2350-00-140-5151) M551 NTC (NSN 2350-01-115-1579). SUPERSEDES COPY DATED JUNE 1976, интернет URL:www.liberatedmanuals.com/TM-9-2350-230-10.pdf, дата обращения 16.08.18). В данной конструкции ось рамы затвора расположена параллельно оси канала ствола. На раме размещается поршень с упорными резьбовыми секторами, что обеспечивает простую форму поршневого гнезда и дает возможность применять обтюратор де Банжа как конической, так и цилиндрической формы.  Однако для открывания и закрывания затвора требуется подвод энергии (электрической) от внешнего источника, кинетическая энергия движения откатных частей при выстреле для открывания и закрывания затвора не используется.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является   усовершенствование поршневого затвора обеспечивающего повышения степени использования им энергии откатных частей орудия при выстреле при одновременном упрощении конструкции поршневого гнезда артиллерийского орудия и повышении скорострельности.
При реализации заявляемого изобретения достигаемый технический результат заключается в обеспечении полуавтоматической работы затвора за счет прямолинейного движения поршня вплоть до выхода из поршневого гнезда при открывании затвора.  Это исключает необходимость выполнения выборок в поршневом гнезде, а также позволяет использовать (в случае безгильзового заряжания) обтюратор де Банжа цилиндрической формы.  Это позволяет уменьшить габариты поршня и поршневого гнезда, повышает технический уровень изделия и может способствовать повышению скорострельности.
Указанный технический результат достигается тем, что в трёхтактном поршневом полуавтоматическом затворе артиллерийского орудия, включающим подвижную относительно откатных частей затвора раму затвора, ось  которой параллельна оси канала ствола, расположенный на раме поршень, кулису  с защёлкой, а также кривошип и подпружиненную защёлку-упор, располагающуюся на неоткатных частях орудия, расположение кривошипа выполнено соосно с осью рамы, внутри оси рамы расположено промежуточное тело-ползун с упором и пружина поворота поршня, а привод, обеспечивающий упругую связь рамы затвора с откатными частями, имеет, по меньшей мере, одну пружину и расположен параллельно оси рамы,  также дополнительно на откатных частях закреплена неподвижно деталь,  которая содержит не менее одного отверстия с размещённым в них не менее, чем одним шариком, при этом на хвостовике промежуточного тела-ползуна  имеется фигурный паз, взаимодействующий с шариком, проходящим через окно в оси рамы, взаимодействующим с пазом  в кривошипе, вдобавок на поверхности оси рамы имеются фигурные пазы, предназначенные для взаимодействия с шариками, размещенными в глухих отверстиях детали , закрепленной на откатных частях.
Кроме того, фигурный паз на хвостовике промежуточного тела-ползуна выполняется сквозным и взаимодействует через посредство блока роликов с отверстием кривошипа, а в закреплённой неподвижно на откатных частях детали (может также быть оформлена как часть казённика), имеется не менее одного отверстия с размещённым в них не менее чем одним блоком роликов.
К тому же, на оси рамы расположен кривошип для поворота поршня, который своим роликом взаимодействует с пазом размещённой в пазу рамы кулисы, которая осуществляет открывание и закрывание поршня.
В дополнение, на поршне выполнен выступ (например, с роликом) для взаимодействия с пазом кулисы, обеспечивающий поворот поршня.
Далее, в кулисе имеется подпружиненная защёлка, которая обеспечивает сцепление кулисы и рамы при открытом затворе и автоматически выключается в конце закрывания рамы.
К тому же, ось рамы затвора и привод закрывания затвора располагаются в отверстиях, параллельных оси канала ствола, выполненных в казённике либо иной детали, закреплённой на откатных частях орудия.
Дополнительно, для управления подпружиненной защелкой-упором используется внешний привод (например, ручной, пневматический и т.п.), который в данной заявке не рассматривается.
Предлагается также при ведении стрельбы открывание затвора выполнять при накате, используя для этого энергию откатных частей, одновременно накапливая энергию для последующего закрывания затвора.
Кроме того, закрывание затвора, после подачи команды на внешний привод управления подпружиненной защелкой-упором, осуществляется пружиной промежуточного тела-ползуна и приводом закрывания затвора с использованием накопленной при открывании затвора энергии.
Кроме того, в приводе вместо пружин как вариант могут использоваться работающие на сжатие пневмоцилиндры.
Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить полуавтоматическую работу затвора, упростить конструкцию поршневого гнезда артиллерийского орудия, повысить скорострельность, тем самым расширяя технические возможности и повышая технический уровень устройства.
В патентно-технической литературе не обнаружены известные технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа. Указанные признаки обеспечивают появление у заявленного объекта свойства (у созданной конструкции накапливается энергия при откате и отдаётся при накате на закрывание затвора), не совпадающего со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях, и не равное сумме этих свойств. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критериям “новизна” и “изобретательский уровень”.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид трёхтактного поршневого полуавтоматического затвора;
на фиг. 2 – разрез, проходящий по оси рамы затвора;
на фиг. 3 – разрез, перпендикулярный оси канала ствола, показывающий раму затвора и кулису поворота поршня;
на фиг. 4 а и 4б – общий вид промежуточного тела-ползуна и общий вид оси рамы.
На представленных рисунках трёхтактный поршневой полуавтоматический затвор артиллерийского орудия включает подвижную относительно откатных частей затвора раму затвора 1 с расположенными на ней поршнем 2 с упорными сегментами (резьбовыми секторами), кулисой 3 с защёлкой 4, кривошипом 5, а также осью рамы 6, параллельной оси канала ствола орудия, с выполненными на её поверхности по меньшей мере одним фигурными пазом 7 и по меньшей мере одним окном 8. На неоткатных частях орудия располагается подпружиненная защёлка-упор 9. Кривошип 5 расположен соосно с осью рамы 6. Внутри оси рамы 6 расположено промежуточное тело-ползун 10 с фигурным пазом 11 на своём хвостовике 12 и упором 13. Шарик 14 взаимодействует через окно 8 в оси рамы 6 с фигурным пазом 11 промежуточного тела-ползуна 10 и ответным пазом 15 в кривошипе 5. Для поворота поршня предназначена пружина 16. Привод 17, располагающийся параллельно оси рамы 6, обеспечивает упругую связь рамы затвора 1 с откатными частями и включает, по меньшей мере, одну пружину 18, а также закреплённую неподвижно на откатных частях деталь 19, которая может также быть оформлена как часть казённика и которая содержит не менее одного глухого отверстия (гнезда) с размещённым в них не менее, чем одним шариком 20. Фигурный паз на хвостовике промежуточного тела-ползуна (10), как вариант, выполняется сквозным и взаимодействует через посредство блока роликов с отверстием кривошипа, а в закреплённой неподвижно на откатных частях детали, которая может также быть оформлена как часть казённика, имеется не менее одного отверстия с размещённым в них не менее чем одним блоком роликов. А в приводе (17) вместо пружин, как вариант, используются работающие на сжатие пневмоцилиндры.
Работает устройство следующим образом.
Перед выстрелом все детали находятся в положении, изображённом на первых трёх рисунках (затвор закрыт). Поршень своими зацепами входит в поршневое гнездо казённика или ствола (на рисунках не показаны), обеспечивая запирание.
При выстреле все расположенные на откатных частях детали идут в откат, а расположенная на неоткатных частях подпружиненная защелка - упор 9 занимает рабочее положение и стопорится в нем. Конструкция и принцип работы подпружиненной защёлки – упора в здесь подробно не рассматриваются.
При накате упор 13 промежуточного тела-ползуна 10 набегает на располагающуюся на неоткатных частях орудия подпружиненную защёлку - упор 9. Орудие продолжает накатываться, и, одновременно сжимая пружину 16, перемещает промежуточное тело-ползун 10 относительно откатных частей, причем хвостовик 12 промежуточного тела-ползуна 10 путём взаимодействия не менее чем одного профилированного паза 11 на поверхности промежуточного тела-ползуна через посредство шарика 14 с пазом 15 кривошипа 5, разворачивает кривошип 5 на необходимый угол. При этом кривошип 5 посредством кулисы 3 разворачивает поршень 2, выводя зацепы поршня из зацепления с поршневым гнездом казённика (ствола). После чего промежуточное тело – ползун 10 упирается в ось рамы 6 и начинает перемещать её относительно накатывающихся откатных частей. После начала движения рамы в определённый момент происходит сцепление кулисы 3 с корпусом рамы 1 посредством защёлки 4. При этом в приводе 17 накапливается энергия для последующего закрывания рамы. В конце движения рама 1 разворачивается на угол, необходимый для освобождения тракта досылки посредством взаимодействия фигурного паза (пазов) 7, расположенных на оси рамы 6, с не менее чем одним шариком 20, размещённым в отверстии (отверстиях) закреплённой неподвижно на откатных частях детали 19 (может также быть оформлена как часть казённика). Затвор открыт.
После расстопорения внешним приводом (напр., ручным, пневматическим и др.) подпружиненной защелки упора поз.9 освобождается упор 13 и под действием привода 17 рама затвора 1 начинает движение вперед на закрывание, одновременно, вследствие взаимодействия фигурных пазов 7 на поверхности оси рамы 6 с шариками поз.20, разворачиваясь таким образом, чтобы обеспечить вхождение поршня 2 в поршневое гнездо казённика (ствола). В конце движения защелка 4 взаимодействуя с казённым торцем казённика (ствола) освобождает кулису 3. Промежуточное тело – ползун 10 под действием пружины 16 начинает движение вперёд, одновременно посредством взаимодействия фигурного паза 11 на своём хвостовике 12 с шариком поз.14 поворачивая кривошип 5, который через кулису 3 разворачивает поршень 2 на закрывание. Затвор закрыт.
Также возможен вариант конструкции в которой фигурный паз на хвостовике промежуточного тела-ползуна 10 выполняется сквозным и взаимодействует через посредство блока роликов (вместо шарика поз.14) с отверстием (выполненным на кривошипе 5 взамен паза 15) кривошипа 5, а в закреплённой неподвижно на откатных частях детали (может также быть оформлена как часть казённика), имеется не менее одного отверстия с размещённым в них не менее чем одним блоком роликов (взамен шариков поз.20).
Также возможен вариант конструкции когда в приводе 17 вместо пружин используются работающие на сжатие пневмоцилиндры.
На приведённый механизм разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец для проведения испытаний.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет обеспечить  полуавтоматическую работу затвора, расширить технические возможности, повысить технический уровень, упростить конструкцию поршневого гнезда артиллерийского орудия, повысить скорострельность, обеспечить возможность применения обтюратора де Банжа цилиндрической формы.