Для чего служит затвор
Для чего служит затвор
Затворами снабжаются стволы орудий, заряжающихся с казенной части. Во время выстрела они принимают на себя давление пороховых газов. Поэтому затвор должен плотно закрывать канал ствола, чтобы не допускать прорыва газов наружу. Кроме того, затвор должен надежно запирать канал ствола, то есть в момент выстрела затвор не должен самопроизвольно открываться.
Надежно запирая канал ствола при выстреле, затвор должен просто и легко открываться после выстрела для нового заряжания орудия и легко и плотно закрываться после заряжания. При этом открывание и закрывание затвора должно производиться или простым движением руки без затраты большого усилия, или автоматически.
В орудиях крупного калибра для открывания и закрывания затворов используется энергия специальных двигателей, так как затворы имеют очень большой вес.
Типы затворов весьма разнообразны. Наиболее широко применяются клиновые и поршневые затворы (рис. 24).
Рис. 24. Типы затворов: а — клиновой затвор с горизонтальным клиновым гнездом; б — клиновой затвор с вертикальным клиновым гнездом; в — поршневой затвор.
Клиновой затвор имеет форму четырехгранной призмы. Передняя грань такой призмы перпендикулярна оси канала ствола, а задняя опорная грань наклонена по отношению к передней. Это делается для того, чтобы облегчить открывание и закрывание затвора и обеспечить наиболее плотное закрывание ствола. Клиновым гнездом называется сквозная прорезь в затворной части орудия. Форма гнезда в казеннике соответствует форме клина. При выстреле клин опирается на грани пазов клинового гнезда. В зависимости от своего направления клиновое гнездо называется горизонтальным или вертикальным. В первом случае клин выдвигается в сторону, а во втором случае он движется сверху вниз.
Горизонтальное движение клина выгодно, так как в этом случае усилие на открывание и закрывание распределяется равномерно, но при этом требуется место для выхода клина в сторону. У вертикально движущегося клина усилие на рукоятку очень неравномерно и при большом весе клина может оказаться непосильным для человека, поэтому у таких затворов вводятся специальные механизмы в виде пружин, которые взводятся при открывании затвора и уменьшают энергию падения клина, а при закрывании облегчают его подъем.
При открывании наклонные грани выступов позволяют легко выдвинуть клин и открыть канал даже при сильном нажатии дна гильзы на переднюю грань клина.
При выстреле давление пороховых газов на переднюю грань клина через заднюю грань передается заклиновой части казенника. Растягивающее усилие может быть разложено на две составляющие: одна, направленная перпендикулярно задней грани, стремится оторвать заклиновую часть казенника, другая, направленная вдоль наклонной грани, вниз или вбок, стремится выбросить клин из его гнезда (см. рис. 246). Чем больше угол наклона задней грани, тем усилие, стремящееся выбросить клин из его гнезда, больше. В современных орудиях этот угол близок к нулю, следовательно, близка к нулю и сила, действующая вдоль наклонной грани.
Отрыву заклиновой части казенника препятствует сам казенник, а выбрасыванию клина из гнезда противодействует сила трения.
Благодаря наличию клинового гнезда с пазами уменьшается длина затворной части орудия, что, несомненно, выгодно. Однако эта конструкция менее прочна, так как щеки гнезда, не связанные сзади, могут разойтись. Такой тип клинового гнезда применяется преимущественно в орудиях малого калибра. Применение клинового гнезда с фигурными пазами исключает возможность расхождения щек.
В современной артиллерии клиновые затворы, как правило, применяются в орудиях раздельного гильзового и патронного заряжания. В этих случаях обтюрация и предохранение от прорыва газов обеспечивается самой гильзой, которая, расширяясь под давлением пороховых газов, плотно прижимается наружной поверхностью к стенкам каморы, в результате чего устраняется прорыв газов наружу. Поэтому применение клинового затвора при раздельном гильзовом и патронном заряжании не требует применения каких-либо специальных обтюрирующих приспособлений.
В старых системах клиновой затвор применялся в орудиях картузного заряжания. Обтюрация в этих орудиях обеспечивалась особым приспособлением — обтюратором. Но применявшиеся обтюрирующие приспособления не давали хороших результатов. Поэтому клиновой затвор при картузном заряжании в современных артиллерийских орудиях не применяется.
По сравнению с затворами других типов клиновой затвор имеет более простое устройство и надежно запирает канал ствола. Для закрывания и открывания клина требуется одно прямолинейное движение, обеспечивающее простоту и быстроту действия такого затвора, тем более, что углы возвышения не влияют на величину усилия, необходимого для открывания и закрывания, особенно в затворах с горизонтальным расположением клина. Это обстоятельство облегчает автоматизацию клиновых затворов. В современной артиллерии полуавтоматические затворы в большинстве случаев являются клиновыми.
Вертикальные клиновые затворы обычно применяются в орудиях малого калибра, там, где вес клина мал и изменение усилий на рукоятки при открывании и закрывании ничтожно, а также в орудиях, где открывание и закрывание производится автоматически. Применение вертикальных клиновых затворов выгодно в тех случаях, в которых выдвижение клина вбок ограничивает угол горизонтального обстрела вследствие упора в станины лафета или другие части орудия.
Кроме клиновых затворов, действующих вручную, имеются еще полуавтоматические и автоматические. Полная или частичная автоматизация осуществляется за счет использования силы пороховых газов при отдаче.
Полуавтоматические затворы за счет использования этой силы открываются, выбрасывают стреляную гильзу и закрываются. Заряжание и производство выстрела производится вручную. Большинство современных артиллерийских орудий малого и среднего калибров имеют полуавтоматический затвор. К таким орудиям относятся 45-миллиметровая противотанковая пушка обр. 1937 г. и обр. 1942 г., 76-миллиметровая пушка обр. 1939 г. и обр, 1942 г. и др. Встречаются затворы, у которых автоматизировано только закрывание (76-миллиметровая горная пушка обр. 1938 г.).
Автоматический затвор во время стрельбы без всяких усилий орудийного расчета в результате действия пороховых газов открывается, заряжает орудие, закрывается, производит выстрел и выбрасывает стреляную гильзу. Зенитные орудия малого калибра, как правило, имеют автоматические затворы.
Кроме клиновых затворов, у некоторых артиллерийских орудий сохранились еще и поршневые затворы.
Поршневые затворы применяются в орудиях среднего и крупного калибров. Главная часть запирающего механизма поршневого затвора представляет собой цилиндр с винтовой нарезкой на наружной поверхности, называемый поршнем. При закрывании затвора поршень ввинчивается в нарезное затворное гнездо ствола, обеспечивая надежное запирание ствола при выстреле. Большое давление пороховых газов на поршень вызывает необходимость большего числа витков. Устройство такого поршня, в виде обыкновенного винта, потребовало бы много времени на открывание и закрывание затвора. Для ускорения работы затвора на поршне и в затворном гнезде витки нарезки делаются не по всей окружности, а чередуются с гладкими участками. Наиболее часто применяются поршни с двумя нарезными и двумя гладкими участками. В таком поршне каждый участок соответствует сектору с углом в 90 градусов. Бывают поршни с тремя и четырьмя парами нарезных и гладких участков.
При закрывании поршень устанавливается нарезными секторами против гладких секторов затворного гнезда и в таком положении вдвигается в гнездо на всю длину. После вдвигания поршня он поворачивается на определенный угол (90, 60, 45 градусов), при этом витки поршня входят в зацепление с витками затворного гнезда. Таким образом, вместо большого количества оборотов поршня вокруг оси закрывание производится путем поворота его на небольшой угол.
Срезание части витков ускоряет работу затвора, но вместе с тем уменьшает прочность закрепления поршня в стволе. Для увеличения прочности зацепления увеличивают число витков на поршне, что вызывает увеличение длины поршня, а следовательно, и увеличение его веса. Оба эти фактора уменьшают скорострельность орудия.
Для уменьшения длины и веса поршня и увеличения прочности его соединения с казенником иногда применяют так называемые ступенчатые поршни. Такие поршни имеют секторы различной высоты, то есть нарезка делается разных диаметров, соответственно которым нарезается и затворное гнездо.
В некоторых затворах применяются конические ступенчатые поршни. Диаметр такого поршня увеличивается по направлению к казенной части. Это дает возможность сократить длину поршня, так как благодаря увеличению диаметра витков прочность поршня увеличивается. Однако конические поршни мало применяются из-за сложности их изготовления. Силы трения, возникающие в месте соприкосновения поверхностей витков поршня и затворного гнезда, препятствуют повороту поршня под действием пороховых газов. Кроме того, затвор в закрытом положении стопорится специальными приспособлениями, что также устраняет возможность открывания затвора при выстреле.
Обтюрация в поршневых затворах орудий раздельного гильзового и патронного заряжания, как и в клиновых затворах, обеспечивается гильзой, Несколько иначе обстоит дело при картузном заряжании. При закрытом затворе в месте соприкосновения его с телом орудия образуется небольшая щель, через которую могут прорваться сильно нагретые газы. Газы, проходящие через щель с большой скоростью, могут оплавить металл и, таким образом, привести затвор в негодность. Кроме того, эти газы, вырываясь назад, могут нанести сильные повреждения орудийному расчету. И, наконец, разрушительное действие газов может повредить и другие детали затвора, не рассчитанные на большие усилия. Прорыв газов не может быть устранен тщательной обработкой, точной пригонкой соприкасающихся поверхностей, потому что газы постоянно стремятся вырвать затвор из орудия и проникнуть в сколько-нибудь свободное пространство. Так как прорыв газов совершенно недопустим, то в самом затворе должно быть специальное приспособление, препятствующее протеканию газов. Такое приспособление называется обтюратором.
Обтюратор должен быть сделан из пластического материала, чтобы под действием давления он мог принимать форму окружающих поверхностей. Обтюратор помещается в казеннике так, чтобы прикрыть щель между затвором и телом орудия при выстреле.
В современных затворах применяют только автоматически действующие обтюраторы, то есть такие, у которых плотное запирание производится исключительно под действием давления пороховых газов. Автоматически действующие обтюраторы можно подразделить на две группы: первая — обтюраторы, действие которых основано на сжатии, вторая — обтюраторы, действие которых основано на растяжении. К первой группе относится грибовидный обтюратор, ко второй группе — металлические гильзы и поддоны.
Грибовидный обтюратор (рис. 25) состоит в основном из кольцевой подушки и грибовидного стержня.
Рис. 25. Затвор с грибовидным обтюратором.
Кольцевая подушка делается из холста, набивается асбестом, пропитывается бараньим салом и прессуется под большим давлением. Она помещается на переднем срезе поршня и удерживается грибовидным стержнем, имеющим сквозной запальный канал. Грибовидный стержень имеет возможность несколько перемещаться вдоль оси.
В момент выстрела под действием пороховых газов грибовидный стержень продвигается назад и расплющивает подушку, которая прижимается к стенкам каморы, устраняя возможность прорыва газов. Для того, чтобы материал подушки не вдавливался в зазоры между затвором и стволом, в обтюраторе имеются стальные разрезные кольца, которые под давлением подушки при выстреле разжимаются и прижимаются к соответствующим поверхностям. Вследствие упругости подушки и колец они после выстрела принимают первоначальные размеры и не затрудняют открывания затвора.
Для закрывания затвора поршень устанавливается нарезными секторами против гладких секторов затворного гнезда и вдвигается на всю длину, после чего поршень повертывается на некоторый угол так, чтобы его витки сцепились с витками затворного гнезда. Следовательно, поступательное и вращательное движения поршня при открывании и закрывании выполняются простым действием на рукоять. Для удобства открывания и закрывания поршень укрепляется в раме, шарнирно связанной с казенником ствола при помощи оси. На конце оси насажена рукоять. Чтобы закрыть затвор, необходимо повернуть рукоять до упора в казенник. При этом затвор полностью закроется.
По количеству простых движений поршня, совершаемых при открывании и закрывании затвора, различаются двух- и трехтактные поршневые затворы.
В двухтактных поршневых затворах поршень при закрывании движется вместе с рамой по дуге до полного ввода его в затворное гнездо, а затем поворачивается вокруг оси, ввинчиваясь в гнездо. При открывании затвора движение производится в обратном порядке.
В трехтактных поршневых затворах поршень при закрывании затвора вместе с рамой подводится к казенному срезу, двигаясь по дуге окружности, затем выдвигается из рамы и вдвигается в поршневое гнездо, двигаясь по оси канала ствола, и поворачивается до полного зацепления нарезных участков, иными словами поршень ввинчивается в затворное гнездо. При открывании затвора движение совершается в обратном порядке.
По расположению оси рамы поршневые затворы, так же как и клиновые, бывают горизонтальными и вертикальными. В первом случае ось рамы располагается вертикально, а вращение рамы вместе с поршнем происходит в горизонтальной плоскости. Во втором случае ось рамы располагается горизонтально, а вращение поршня вместе с рамой производится в вертикальной плоскости.
Мы уже говорили, что затвор предназначен не только для запирания канала ствола, поэтому в конструкцию современного затвора, кроме запирающего устройства, входит еще несколько механизмов.
Основным механизмом любого затвора является запирающий механизм.
В клиновых затворах запирающий механизм состоит в основном из клина, передвигающегося при помощи кривошипов и рукоятки, укрепленных на одной оси (рис. 26а). Ролики кривошипов входят в пазы на клине. При движении рукоятки вперед ролики кривошипов надавливают на грани пазов, заставляя опуститься клин, в результате чего канал ствола открывается. Чтобы закрыть затвор, рукоятку необходимо повернуть назад.
Рис. 26. а — запирающий механики клинового затвора; б — запирающий механизм поршневого затвора; в — ударный механизм клинового затвора; г — стреляющее приспособление поршневого затвора.
В двухтактном поршневом затворе запирающий механизм состоит из поршня (рис. 26б), рамы, гребенки и рукоятки, укрепленной на оси. При повороте рукоятки назад шип рукоятки потянет гребенку, которая своими зубьями сцеплена с зубчатым сектором поршня. Поршень будет поворачиваться вокруг своей оси до тех пор, пока нарезные секторы его не расцепятся с нарезными участками поршневого гнезда. В момент полного расцепления выступ на оси рукоятки упрется в грань дугового паза на раме. Дальнейшее движение рукоятки будет связано с движением самой рамы, которая вместе с поршнем повернется вокруг оси рамы и выведет поршень из гнезда. Закрывание затвора производится движением рукоятки в обратном направлении.
В вертикальных затворах для устранения влияния веса клина или поршня при открывании и закрывании затвора применяется уравновешивающий механизм. При открывании затвора рычаг, насаженный на ось рукоятки, сжимает пружину механизма. Сила сжатой пружины уравновешивает вес затвора, поэтому закрывание его производится легко и без особых усилий. В клиновых затворах сила сжатой пружины превышает вес затвора; в этом случае затвор закрывается автоматически.
Для того, чтобы не произошло самопроизвольного открывания затвора, имеется специальное замыкающее устройство, которое входит в запирающий механизм. В клиновом затворе таким устройством является дуговой участок паза и выемка для ролика кривошипа. Клин не может сдвинуться с места до тех пор, пока рукоятка с кривошипами не повернется на некоторый угол и ролик не выйдет на прямолинейный участок паза.
В поршневом затворе запирание производится при помощи зуба ручки. Чтобы открыть затвор, необходимо надавить на ручку вниз, при этом зуб выйдет из зацепления с рамой и рукоятку можно будет повернуть.
На рис. 24 показан открытый клиновой затвор и горизонтальное клиновое гнездо.
Для производства выстрела в затворе имеется стреляющее приспособление. В клиновых затворах наибольшее распространение получили стреляющие приспособления, состоящие из ударного и спускового механизмов.
Оттягивание курка для производства выстрела производится при помощи спускового шнура или механизмом спускового стержня.
Изредка бывают такие случаи: вы спускаете ударник, а выстрела нет. Через некоторое время совершенно неожиданно раздается выстрел. Что произошло? Произошел, как говорят артиллеристы, затяжной выстрел. Преждевременное открывание затвора при затяжных выстрелах очень опасно и может привести к ранению номеров орудийного расчета или вывести из строя орудие. Во избежание этого в современных орудиях применяются предохранители инерционного типа на случай затяжных выстрелов.
Основной частью такого предохранителя является массивное тело, которое помещается или в затворе, или в казеннике и может перемещаться в своем гнезде вдоль оси ствола. При закрывании затвора предохранитель перемещается так, что связывает какую-либо часть затвора с казенником. Следовательно, обычным движением открыть затвор уже нельзя. Во время отката или наката вследствие инерции предохранитель освобождает ту часть затвора, которую он связал с казенником во время закрывания, и тогда затвор можно открыть простым движением. Но если выстрела не произошло, то открыть затвор можно только после выключения предохранителя.
Для выбрасывания стреляной гильзы после выстрела у затворов обоих типов имеются специальные выбрасывающие приспособления, действие которых основано на принципе рычага первого рода. Обычно выбрасыватель состоит из одной или двух ветвей, надетых на одну общую ось. Ось служит опорой при действии выбрасывателя.
Кроме описанных выше механизмов, у затворов современных орудий имеются откидные лотки, которые служат для направления тяжелых снарядов при заряжании. Чтобы при заряжании не задеть за выступы и неровности в затворном гнезде головной частью снаряда или ведущим пояском, имеются направляющие планки. Направляющая планка должна обеспечить свободное скольжение снаряда при заряжании; для того, чтобы убрать направляющую планку при закрывании затвора, не нужно дополнительных движений: поднимание и опускание планки производится при помощи рычага, надетого на ось, связанную с рукояткой затвора. При повороте рычага планка поднимается и подается несколько вперед. При обратном повороте рычага она опускается и не мешает закрыванию затвора.
Принципы действия, способы запирания и затворные механизмы автоматического оружия
1. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ
Далее весь цикл повторяется.
ОРУЖИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТДАЧИ ЗАТВОРА
В оружии с обеими типами затворов не рекомендуется ис пользование винтовочных патронов, так как в этом случае из- за повышенного давления пороговых газов скорость затвора становится слишком большой.
ОРУЖИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТДАЧИ СТВОЛА
В оружии с коротким ходом ствола затвор отпирается уже после непродолжительного движения ствола. Для того чтобы в достаточной мере ускорить движение затвора после отпирания ствола, в механизм встраивают так называемые ускорители.
Автоматика в таком оружии работает чрезвычайно надеж но и обеспечивает высокую скорость стрельбы при незначи тельной отдаче. По этой причине такая конструкция широко ис пользуется в станковых и крупнокалиберных пулеметах.
ОРУЖИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ПОРОХОВЫХ ГАЗОВ, ОТВОДИМЫХ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЕ В СТЕНКЕ СТВОЛА
— система с фиксированным соединением между газо вым поршнем и направляющим механизмом затвора (дли иным поршневым ходом);
— система со свободным соединением (коротким поршневым ходом):
— система без газового поршня.
Наиболее широко распространены системы с длинным пор шневым ходом. По этому принципу действует часть автоматов и автоматических винтовок, а также почти все современные пу леметы.
2. СПОСОБЫ ЗАПИРАНИЯ
В стрелковом оружии используют следующие способы за пирания, зависящие от соответствующей конструкции:
— вращающейся головкой затвора или муфтой,
— с помощью клина (шпонки),
Также при использовании предохранительных клапанов промежутки времени между запираниями достаточно вели ки. Но поскольку затвор с предохранительными клапанами имеет относительно простую конструкцию, современное ору жие нередко оснащено этим типом затвора.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАПИРАНИЯ И ОТПИРАНИЯ ЗАТВОРА
В зависимости от вида отпирании (запирания)эти устройства подразделяются на:
— устройства с самооткрывающимся затвором;
— устройства с частично вынужденным отпиранием;
— устройства с вынужденным отпиранием.
К устройствам с самооткрывающимся затвором относятся конструкции, в которых пороховые газы воздействуют на основание гильзы и затвор и автоматика которых работает по принципу заторможенного затвора. В таких системах осуществ ляется торможение отпирания и запирания в период макси мального давления пороховых газов.
В случае частично вынужденного запирания давление по роховых газов также переносится на затвор, но отпирание затвора во время максимального давления паролевых газов ог раничено движением автоматических частей. Тем самым за медляется движение затвора по отношению к стволу, а также уменьшается скорость извлечения гильзы. По причине слож ности конструкции такие системы отпирания практически не ис пользуются.
В современном автоматическом стрелковом оружии ча ще всего используются системы вынужденного отпирания. Отпирание затвора осуществляется здесь за счет использования кинетической энергии подвижных частей автоматики. Разли чают системы с ранним и поздним отпиранием затвора. Раннее отпирание завершается на том этапе, когда дав ление газа в стволе еще относительно высоко. Оно воздейст вует на затвор через гильзу и используется для функционирования автоматики. При раннем отпирании значительная часть кинетической энергии переносится непосредственно на за твор. При этом уменьшается сила, воздействующая на звенья механизмов. В этом отношении раннее отпирание является более приемлемым конструктивным вариантом. Кроме то го, достигается высокая скорострельность, обусловленная более высокой скоростью движения отдельных частей авто матики. С другой стороны, высокая скорость экстракции гильз в этих системах делает невозможным использование более мощных патронов и предполагает целый ряд специальных технических мер, позволяющих уменьшить силу, с которой выбрасываются гильзы. Кроме того, при раннем отпирании следует учитывать возможность разрыва гильз. Такие недо статки существенно сокращают диапазон применения конст рукции этого типа. Но, несмотря на это, она используется в особенности в скорострельном оружии, где с более сложной конструкцией соглашаются в интересах высокого темпа стрельбы.
Позднее отпирание происходит при относительно низком давлении газа в стволе, которое практически не имеет значении для функционирования автоматики, а кинетическая энер гия переносится на затвор либо через газовый поршень, либо через ускоряющее устройство (система с коротким откатом ствола). В целом при этом возникают большие усилия в звень ях механизма, что оказывает отрицательное воздействие, как на долговечность частей, так и на плотность стрельбы.
К устройствам с вынужденным отпиранием относятся: устройства с запиранием клином; устройства с запиранием перекосом затвора; устройства с запиранием боевыми упорами или ры чагом; устройства с вращающимся стержнем рукоятки; устройства с вращающимся затвором или стволом;
устройства с вращающейся головкой затвора или муфтой.
3. ЗАТВОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Среди множества, типов затворных механизмов, в зави симости от вида движения затвора, можно выделить сле дующие: механизмы со скользящим (цилиндрическим) за твором;
механизмы с вращающимся затвором; механизмы со скользящим стволом.
МЕХАНИЗМЫ СО СКОЛЬЗЯЩИМ ЗАТВОРОМ
Механизмы для запирания и отпирания ствольного канала скользящим (цилиндрическим) затвором
При движении затвора на его поверхности неизбежно в большей или меньшей степени действует сила трения, поэто му соприкасающиеся поверхности должны быть выполнены та ким образом, чтобы сила трения оставалась небольшой и не увеличивалась из-за пыли и смазки, а затвор при движении пол учал кинетическую энергию, значительно превышающую си лу трения.
Еще одним очень существенным компонентом является фактор времени. Для запирания или отпирания затвором ствольно го канала нужна большая часть времени, предназна ченного для автоматического цикла выстрела. Поэтому движение затвора должно быть точно согласовано с требуемым тем пом стрельбы.
МЕХАНИЗМЫ С КАЧАЮЩИМСЯ ЗАТВОРОМ
МЕХАНИЗМЫ СО СКОЛЬЗЯЩИМ СТВОЛОМ
