ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВЫМ КОНТЕЙНЕРОМ МИННОГО ЗАГРАДИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к гидравлическим системам управления положением транспортно-пусковых контейнеров мобильных систем дистанционного минирования (минных заградителей), и может быть использована на других военно-гусеничных машинах, например реактивной системе залпового огня.
Как известно, одним из способов сдерживания наступающего противника является установка минных полей из одной или нескольких полос мин на вероятном направлении наступления противника. С этой целью используются или предлагаются для использования минные заградители, например отечественный универсальный минный заградитель УМЗ [1], позволяющий осуществлять возведение таких минных полей. Он содержит самоходное шасси, горизонтальную грузовую платформу рамной конструкции, транспортно-пусковые контейнеры, установленные на опорно-поворотных устройствах грузовой платформы, и систему управления постановкой мин. Каждый транспортно-пусковой контейнер на опорно-поворотном устройстве размещен с фиксированным углом установки в вертикальной плоскости (40° к горизонту). Горизонтальное наведение (поворот контейнера в сторону направления метания) осуществляется вручную его поворотом на опорно-поворотном устройстве с возможностью разворота вправо или влево на 90°. Однако, отсутствие дистанционной возможности наведения транспортно-пусковых контейнеров является существенным недостатком, поскольку при постановке минного поля для установки контейнера по горизонту и на заданный угол метания требуется выход в незащищенную зону (на платформу заградителя). Другим недостатком является установка транспортно-пусковых контейнеров на грузовой платформе шасси с заданным постоянным углом отклонения от вертикали, что ведет к увеличению габарита минного заградителя по высоте в транспортном положении.
Для устранения этих недостатков заявителем были предложены варианты гидравлических систем управления положением транспортно-пусковых контейнеров с помощью гидропривода по полезной модели [2] «Гидравлическая система управления транспортно пусковым контейнером минного заградителя»
второй вариант которой (по 3 пункту формулы), принят за прототип для заявляемого технического решения
Рассматриваемая в прототипе гидравлическая система минного заградителя выполненного на самоходном шасси с платформой опорно-поворотными устройствами для установки транспортно-пусковых контейнеров и шарнирными узлами для их подъема поворотом содержит насосную станцию с нагнетающим насосом и гидробаком, расположенную под платформой в корпусе шасси, гидромотор для вращения опорно-поворотного устройства, электрогидрораспределители, гидропривод с гидрозамками и силовым гидроцилиндром для подъема поворотом транспортно-пускового контейнера на угол метания, гидролинии нагнетания и слива, соединяющие насосную станцию с гидромотором и исполнительным гидроцилиндром. Для удержания контейнера на угле метания гидропривод подъема поворотом транспортно-пускового контейнера снабжен двумя симметрично расположенными относительно продольной оси транспортно-пускового контейнера компенсационными гидроцилиндрами, штоки которых связаны шарнирно с транспортно пусковым контейнером, отслеживая его положение при работе силового гидроцилиндра. Оба компенсационных гидроцилиндра подключены в гидролинии нагнетания и слива с обеспечением возможности свободного перепуска рабочей жидкости из штоковой и поршневой полости в сливную магистраль (при работе силового гидроцилиндра) при этом указанные рабочие полости компенсационных гидроцилиндров встроены в гидросистему с возможностью запирания собственным гидрозамком после установки транспортно-пускового контейнера на требуемом угле метания. Для обеспечения стабильного положения транспортно-пускового контейнера при метании мин поршневые полости компенсационных гидроцилиндров связаны с клапанными полостями гидрозамков, их штоковые полости - с подклапанными полостями гидрозамков, а поршневые полости гидрозамков - с линией слива. Опоры силового гидроцилиндра и компенсационных гидроцилиндров размещены на опорно-поворотном устройстве по разные стороны от оси шарнира служащего для подъема поворотом транспортно-пускового контейнера на угол метания.
В работе при установке транспортно-пусковых контейнеров по горизонту рабочая жидкость, подаваемая насосной станцией через трубопроводы напорной гидролинии и гидрораспределитель поступает к гидромотору, который поворачивает подвижную опору опорно-поворотного устройства транспортно-
пусковым контейнером в заданное положение по горизонту. Одновременно, рабочая жидкость через другой гидрораспределитель поступает в штоковую полостью силового гидроцилиндра. Шток этого гидроцилиндра поворачивает транспортно-пусковой контейнер в шарнире, устанавливая его относительно горизонта на заданное значение угла метания. При этом поршни компенсационных гидроцилиндров, принудительно выдвигаются из корпуса за шток, а рабочая жидкость из напорной гидролинии поступает в подпоршневые полости гидрозамков, открывая клапан гидрозамка. Полости компенсационных гидроцилиндров оказываются связанными между собой через подклапанные полости гидрозамков и со сливной гидролинией, что обеспечивает свободное перемещение штоков компенсационных гидроцилиндров, отслеживающих положение днища транспортно-пускового контейнера, поднимаемого силовым гидроцилиндром. После установки транспортно-пускового контейнера по горизонту и на соответствующий угол метания электромагниты гидрораспределителей запирают гидролинии.
Однако, наряду с упомянутым достоинством в гидравлической системе управления имеется недостаток, ограничивающий ее функциональные возможности, суть которого заключается в имеющей место кратковременной задержке срабатывания гидрозамка (здесь и далее под срабатыванием гидрозамка понимается полное закрытие клапана гидрозамка, прерывающего сообщение поршневой полости компенсационного гидроцилиндра с подклапанной полостью гидрозамка, полностью исключающего перетечки рабочей жидкости в сливную магистраль). Несмотря на кратковременность такой задержки, транспортно-пусковой контейнер до полного срабатывания гидрозамка имеет возможность «проседания» из положения, установленного силовым гидроцилиндром, в результате чего не обеспечивается стабильность заданного угла метания. При этом скорость и величина проседания зависят от степени загрузки транспортно-пускового контейнера боеприпасами и величины угла метания, а следовательно не могут быть скорректированы алгоритмом системы наведения минного заградителя.
Анализ причины «проседания» выявил, что в ходе переходных процессов в гидросистеме минного заградителя при выставке силовым гидроцилиндром транспортно-пускового контейнера на угол метания, сопровождающейся принудительным выдвижением поршней у компенсационных гидроцилиндров с
вытеснением рабочей жидкости из их штоковых полостей в поршневую происходит забор некоторого объема рабочей жидкости через сливную магистраль из гидробака, вызванный разностью объемов штоковой и поршневой полостей на единицу длины гидроцилиндра. При этом в сливной магистрали имеет место кратковременное падение давления (в сравнении с атмосферным), вызванное значительным сопротивлением сливной гидролинии из-за удаленности транспортно-пусковых контейнеров от гидробака, а также более низким расположением гидробака относительно транспортно-пусковых контейнеров (фактически от компенсационных гидроцилиндров), что предопределяет увеличение времени заполнения поршневой полости компенсационного гидроцилиндра рабочей жидкостью и увеличение времени срабатывания гидрозамка. Тем самым при срабатывании гидрораспределителя, отключающего при достижении заданного угла метания силовой гидроцилиндр транспортно-пускового контейнера, и гидрораспределителей, отключающих запиранием гидрозамка его компенсационные гидроцилиндры, через открытый клапан гидрозамка рабочая жидкость из поршневой полости компенсационного гидроцилиндра перетекает частично в сливную гидролинию, частично в штоковую полость этого же гидроцилиндра, предопределяя некоторое перемещение штока, связанного с транспортно-пусковым контейнером (и нагруженного им), вниз. Это вызывает изменение угла метания у транспортно-пускового контейнера, что, в конечном итоге приводит к изменению параметров устанавливаемого минного поля, снижая эффективность использования минного заградителя.
Задача, решаемая полезной моделью заключается в создании гидравлической системы управления транспортно-пусковым контейнером минного заградителя повышенной эффективности.
Технический результат, достигаемый полезной моделью заключается в стабилизации транспортно-пускового контейнера минного заградителя на угле метания для обеспечения заданных параметров минного поля.
Поставленная задача по первому варианту исполнения решается тем, что, в гидравлической системе управления транспортно-пусковым контейнером минного заградителя, например заградителя, выполненного на самоходном шасси с опорно поворотными устройствами для установки транспортно-пусковых контейнеров и шарнирными узлами для их подъема поворотом, содержащей насосную станцию, гидролинии нагнетания и слива, гидромотор для вращения
опоры опорно-поворотного устройства, электрогидрораспределители, гидропривод с гидрозамками, силовым гидроцилиндром для подъема поворотом транспортно-пускового контейнера на угол метания и компенсационными гидроцилиндрами для удержания контейнера на угле метания, согласно полезной модели, в зоне каждого транспортно-пускового контейнера образована локальная гидролиния с компенсационным резервуаром, в верхней части которого выполнено дренажное отверстие с встроенным воздушным фильтром, компенсационные гидроцилиндры гидросистемы выполнены по схеме одностороннего действия и подключены в гидролинии через собственный гидрозамок, при этом рабочая полость компенсационного гидроцилиндра соединена с клапанной полостью соответствующего гидрозамка, подклапанная полость гидрозамка через локальную гидролинию - с упомянутым компенсационным резервуаром, а поршневая полость гидрозамка - с гидролинией, выполненной с возможностью соединения через двухпозиционный распределитель с гидролинией нагнетания или гидролинией слива.
Для более полного достижения технического эффекта целесообразно выполнять компенсационный резервуар удлиненной формы, устанавливать его вертикально на опоре опорно-поворотного устройства с обеспечением уровня рабочей жидкости в нем выше уровня рабочей жидкости в компенсационном гидроцилиндре.
Поставленная задача по второму варианту исполнения решается тем, что, в гидравлической системе управления транспортно-пусковым контейнером минного заградителя, например заградителя, выполненного на самоходном шасси с опорно поворотными устройствами для установки транспортно-пусковых контейнеров и шарнирными узлами для их подъема поворотом, содержащей насосную станцию, гидролинии нагнетания и слива, гидромотор для вращения опоры опорно-поворотного устройства, электрогидрораспределители, гидропривод с гидрозамками, силовым гидроцилиндром для подъема поворотом транспортно-пускового контейнера на угол метания и компенсационными гидроцилиндрами для удержания контейнера на угле метания, согласно полезной модели, в зоне каждого транспортно-пускового контейнера образована локальная гидролиния с компенсационным резервуаром, в верхней части которого выполнено дренажное отверстие с встроенным воздушным фильтром, компенсационные гидроцилиндры гидросистемы выполнены по схеме
одностороннего действия и подключены в гидролинии через гидрозамок, при этом рабочие полости компенсационных гидроцилиндров соединены с клапанной полостью гидрозамка, подклапанные полости гидрозамка через локальную гидролинию - с упомянутым компенсационным резервуаром, а поршневая полость гидрозамка - с гидролинией, выполненной с возможностью соединения через двухпозиционный распределитель с гидролинией нагнетания или гидролинией слива.
Для более полного достижения технического эффекта целесообразно выполнять компенсационный резервуар удлиненной формы, устанавливать его вертикально на опоре опорно-поворотного устройства с обеспечением уровня рабочей жидкости в нем выше уровня рабочей жидкости в компенсационном гидроцилиндре.
Анализ отличительных признаков минного заградителя по первому варианту исполнения показал следующее:
- образование в зоне каждого транспортно-пускового контейнера локальной гидролинии с компенсационным резервуаром, в верхней части которого выполнено дренажное отверстие с встроенным воздушным фильтром, необходимо для снижения длины гидролинии, служащей для пополнения поршневой полости компенсационного гидроцилиндра рабочей жидкостью при принудительном выдвижении его штока;
- выполнение компенсационных гидроцилиндров гидросистемы по схеме одностороннего действия необходимо для снижения гидравлических потерь во вновь образованной локальной гидролинии и, тем самым, исключения падения давления в этой гидролинии ниже атмосферного. Этой же цели служит выполнение компенсационного резервуара удлиненной формы с установкой его вертикально на опоре опорно поворотного устройства, обеспечивая более высокий уровень рабочей жидкости в резервуаре в сравнении с поршневой полостью компенсационного гидроцилиндра, облегчающий заполнение поршневой полости;
- подключение каждого компенсационного гидроцилиндра к локальной гидролинии и гидролинии слива через собственный гидрозамок служит независимой работе каждого гидроцилиндра в режиме жесткого упора при закрытых гидрозамках;
- соединение рабочей полости компенсационного гидроцилиндра с клапанной полостью соответствующего гидрозамка, подклапанной полости гидрозамка через локальную гидролинию - с упомянутым компенсационным резервуаром, а поршневой полости гидрозамка - с гидролинией, выполненной с возможностью соединения через двухпозиционный распределитель с гидролинией нагнетания или гидролинией слива необходимо для нормальной работы минного заградителя в режиме наведения транспортно-пускового контейнера на угол метания мин и, также, в режиме метания мин (выстреливания мин);
Анализ отличительных признаков минного заградителя по второму варианту исполнения показал, что отличительные признаки, общие с первым вариантом, идентичны и по функциональному назначению. В то же время этот вариант упрощает конструкцию гидросистемы, за счет уменьшения общего числа используемых гидрозамков, хотя это в определенной степени снижает надежность использования такой гидросистемы, в частности, в условиях боевого взаимодействия.
В целом оба предложенных варианта служат решению единой задачи с достижением одинакового технического результата.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - вид с левого борта на кормовую часть минного заградителя, выполненного на гусеничном шасси, в транспортном положении;
- на фиг.2 - вид на привод поворота по горизонту транспортно-пускового контейнера, (разрез по А-А на фиг.1);
- на фиг.3 - вид с правого борта на устройства подъема контейнера поворотом на угол метания (транспортно-пусковой контейнер показан условно: штрихпунктирной линией - в транспортном положении, сплошной - в рабочем положении);
- на фиг.4 - вид сверху на устройство подъема контейнера в рабочее положение (вид Б на фиг.3);
- на фиг.5 - гидравлическая схема минного заградителя для управления положением транспортно-пусковых контейнеров по первому варианту исполнения;
- на фиг.6 - гидравлическая схема минного заградителя для управления положением транспортно-пусковых контейнеров по второму варианту исполнения;
Минный заградитель содержит самоходное шасси 1 (фиг.1), например гусеничное, с грузовой платформой 2, на которой установлены транспортно-пусковые контейнеры 3 для размещения и метания противотанковых или противопехотных мин. Каждый транспортно-пусковой контейнер 3 связан с опорно-поворотным устройством 4 (см. также фиг.2), что обеспечивает возможность его разворота на грузовой платформе 2 по горизонту, и установлен с помощью шарнирного узла 5 (шарнира 5, см. также фиг.3), выполненного на стойках 6, закрепленных либо непосредственно на опорно-поворотном устройстве, либо, как показано на поясняющих фигурах, на жестко связанном с опорно-поворотным устройством поддоне 7 транспортно-пускового контейнера 3, что является эквивалентным.
Минный заградитель снабжен гидросистемой с насосной станцией 8, питающей гидромоторы 9 служащие для поворота по горизонту каждого транспортно-пускового контейнера на опорно-поворотном устройстве и гидропривод 10, (см. также фиг.4) служащий для подъема контейнера поворотом на угол метания. Поворот транспортно-пускового контейнера по горизонту гидромотором 9 в предлагаемой конструкции осуществляется через передаточный механизм 11, выполненный, например в виде червячной пары. Гидропривод 10 включает, силовой тяговый гидроцилиндр 12, служащий для подъема контейнера на угол метания и два компенсационных гидроцилиндра 13, с помощью шарниров 14 связанных с днищем контейнера, а с помощью шарниров 15 с поддоном 7. Оба компенсационных гидроцилиндра 13 в отличие от тягового гидроцилиндра 12 не являются активными элементами гидросистемы, и по сути, отслеживая положение днища транспортно пускового контейнера, выставляемого на угол метания с помощью силового гидроцилиндра 12, выполняют в последующем роль жестких упоров, фиксирующих транспортно пусковой контейнер в установленном положении.
Для выполнения функций по обеспечению возможности оператору дистанционно управлять положением транспортно-пусковых контейнеров гидросистема (см. также фиг.5) минного заградителя (в первом варианте исполнения) выполнена следующим образом.
Насосная станция 8 связана с гидромоторами 9 и гидроцилиндром 12 напорной 16 и сливной 17 гидролиниями через электрогидрораспределители 18 и 19 (далее упоминаются как гидрораспределители). Гидрораспределители 18
и 19 - трехпозиционные, имеют по три характерные позиции «а (а′)», «б (б′)» и «в (в′)». В гидросистеме имеются также двухпозиционные гидрораспределители 20, служащими для управления работой гидроцилиндров 13 через гидрозамки 21. Эти распределители имеют две характерные позиции «г» и «д» для соединения подпоршневых полостей «е» гидрозамков с напорной 16 или сливной 17 гидролиниями.
Компенсационные гидроцилиндры выполнены по известной, например из работы [3], схеме одностороннего действия, состоят из поршня 22, установленного в цилиндре 23 с образованием поршневой полости «ж», конструктивно не имеют штоковой полости и не имеют непосредственной связи с гидролиниями 16 и 17, а подключены (полостью «ж») в локальную гидролинию 24, содержащую компенсационный резервуар 25 с дренажным, выполненным в верхней части резервуара, отверстием 26, в котором встроен воздушный фильтр. Связь полости «ж» с гидролинией 24 происходит при открытом клапане гидрозамка 21 через трубопроводы 27 клапанную полость «и» гидрозамка и его подклапанную полость «к». Тем самым, при открытом клапане гидрозамка рабочая жидкость в зависимости от величины выдвижения поршня 22 имеет возможность перемещаться между полостью «ж» и полостью компенсационного резервуара 25.
Компенсационный резервуар 25 выполнен удлиненной, например, цилиндрической формы и установлен (см. фиг.3) вертикально, параллельно силовому гидроцилиндру в его исходном положении, и жестко связан с подвижной опорой опорно-поворотного устройства через поддон 7 транспортно-пускового контейнера. Наружный размер резервуара 25 по величине не превышает диаметр силового гидроцилиндра, что обеспечивает возможность его установки не выходя за габариты опорно-поворотного устройства. С этой же целью резервуар 25 установлен на опоре опорно-поворотного устройства параллельно силовому гидроцилиндру с использованием свободного пространства справа или слева от этого гидроцилиндра. Вертикальное размещение резервуара постоянно обеспечивает размещение рабочей жидкости в резервуаре выше уровня рабочей жидкости, находящейся в подпоршневой полости «ж» компенсационного гидроцилиндра, в том числе при максимально выдвинутом штоке 22.
По второму варианту исполнения минного заградителя его гидросистема (см. фиг.6) имеет, в отличие от первого варианта, упрощающее конструктивное
исполнение. Здесь на пару компенсационных гидроцилиндров 13 установлен единый гидрозамок 28 с повышенной нагрузочной способностью, связанный с резервуаром 25.
Следует отметить, что в этом варианте упрощение конструкции связано с некоторым понижением надежности гидросистемы.
В обоих вариантах исполнения гидросистемы в гидролинии 29, связывающей штоковую полость «м» силового тягового гидроцилиндр 12 с гидролиниями встроено дроссельное устройство 30.
Работа гидросистемы минного заградителя.
Перед установкой минного поля командир с пульта системы управления минированием выдает команды на установку транспортно-пусковых контейнеров 3 в положение метания, обеспечивая их разворот по горизонту и подъем контейнеров на соответствующий угол метания α. При этом на электромагниты гидрораспределителей 18, 19, 20 подается управляющий сигнал. Гидрораспределители 18 и 19 устанавливаются в положения «а, а′», соединяя напорную гидролинию 16, соответственно с линией нагнетания гидромотора 9 и штоковой полостью «л» силового гидроцилиндра 12. Рабочая жидкость, подаваемая насосной станцией 8 через трубопроводы напорной гидролинии 16 и гидрораспределитель 18 поступает к гидромотору 9, который через передаточный механизм 11, поворачивает подвижную опору опорно-поворотного устройства 4 с транспортно-пусковым контейнером 3 в положение, определяемое системой путевых датчиков 31. Одновременно, рабочая жидкость через гидрораспределитель 19 поступает в штоковую полостью «р» силового гидроцилиндра 12. Шток этого гидроцилиндра, взаимодействуя с кронштейном 32, поворачивает транспортно-пусковой контейнер в шарнире 5, устанавливая его на заданное значение угла метания α.
Управляющий сигнал поступивший на гидрораспределитель 20 устанавливает его в положение «д». Рабочая жидкость из напорной гидролинии 16 поступает в подпоршневые полости «л» гидрозамков 21, открывая клапан гидрозамка. Тем самым, полость «ж» каждого компенсационного гидроцилиндра 13 оказывается связанной через трубопроводы 27 клапанную полость «и» и подклапанную полость «к» гидрозамка и гидролинию 24 с резервуаром 25. Это обеспечивает пополнение поршневой полости «ж» из резервуара 25 и свободное перемещение штоков 22 гидроцилиндров 13,
связанных через упомянутый шарнир 14 с днищем транспортно-пускового контейнера, поднимаемого силовым гидроцилиндром 12. (Поскольку в любой момент времени гидроцилиндры 13 выдвижением штока компенсируют величину перемещения транспортно-пускового контейнера при его подъеме поворотом, из этого в терминологии описания используется их название, как компенсационных)
После установки транспортно-пускового контейнера по горизонту и на соответствующий угол метания α система управления минированием в автоматическом режиме путем подачи сигнала на электромагниты гидрораспределителей 18, 19, 20 переводит их в положение, запирающее гидролинии. При этом сначала гидрораспределитель 20 устанавливается в положение «г», затем с некоторым запаздыванием, установленным системой управления минированием, гидрораспределитель 18 устанавливаются в положение «б′», а гидрораспределитель 19 - в положение «б». Установкой гидрораспределителя 20 в положение «г» производится запирание клапанов гидрозамков 21 и отсоединение поршневых полостей «»ж» компенсационных гидроцилиндра 13 от гидролинии 24, исключая истечение рабочей жидкости из полостей «ж» обратно в резервуар 25 в том числе при воздействии дополнительной нагрузки на транспортно-пусковой контейнер при метании (выстреливании) мин. Благодаря этому стабилизируется угол метания α.
Существующее отличие в работе между первым и вторым вариантом исполнения полезной модели заключается только в том, что для запирания поршневых полостей и соединения их с резервуаром 25 используется единый гидрозамок 28.
В конечном итоге, выбор варианта для конкретного минного заградителя определяется предъявляемыми к нему тактико-техническими требованиями.
Из сравнения предлагаемого технического решения с прототипом видно, что в предлагаемом решении исключено влияние потенциально возможного понижения давления в сливной магистрали ниже уровня атмосферного на скорость заполнения поршневой полости.
Техническое решение опробовано с подтверждением поставленного технического результата.
Тем самым созданная полезная модель, отвечает решаемой задаче, а именно, повышению эффективности гидравлической системы управления транспортно-пусковым контейнером минного заградителя с достаточно высоким
уровнем стабилизации транспортно-пусковых контейнеров на угле метания в целях обеспечения заданных параметров минного поля. Источники информации:
1. Универсальный минный заградитель. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, М., Воениздат МО СССР, 1989 г, стр.15-23.
2. Патент РФ №65641 на полезную модель «Гидравлическая система управления транспортно пусковым контейнером минного заградителя» по заявке №2007114345 от 16.04.2007 г., кл. F41Н 7/10.
3. Башта Т.М. «Машиностроительная гидравлика», М., «Машиностроение», 1971 г., стр.318, рис.177в.