УСТРОЙСТВО ОПОРНОЕ Российский патент 2024 года по МПК F41A23/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение, устройство опорное, относится к военной технике, к самоходным артиллерийским орудиям на подвижном колесном шасси, в частности касается устройств для снижения нагрузок действующих на элементы конструкции самоходного артиллерийского орудия (САО) при стрельбе из орудия и уменьшения времени колебания САО после выстрела.

Сокращения, термины и определения, принятые в тексте и на фигурах:

АО - акционерное общество;

САО - самоходное артиллерийское орудие;

ЦНИИ - центральный научно-исследовательский институт;

Лонжерон - это основной силовой элемент конструкции многих инженерных сооружений (самолетов, автомобилей, вагонов, мостов, кораблей и другого), располагающийся по длине конструкции. У автомобилей, вагонов и локомотивов два лонжерона, соединенные поперечными элементами, представляют собой металлический короб сложной формы, образующий раму (шасси), служащую опорой для безрамного кузова, а также для крепления рессор, колес и других деталей. То есть другими словами лонжерон - это труба из металла, которая имеет прямоугольное сечение, чаще всего это парная деталь - для задней и передней части;

Шток - один из основных конструкционных элементов гидроцилиндра, передающий усилие от поршня. Это металлический стержень из нержавеющей или конструкционной стали, с хромированной поверхностью. То есть шток гидроцилиндра - это рабочая деталь, которая совершает возвратно-поступательные движения под воздействием повышенного давления жидкости в камере и передает усилие на исполнительные органы машин и механизмов. Марки стали, из которых делают штоки: 35Х, 40Х, 45Х, 30ХГСА и зарубежные аналоги, Ck45, 20MnV6;

Шаровый шарнир или сферический шарнир качения - это высокоточный шаровой шарнир, состоящий из сферического наружного и внутреннего колец, разделенных шарикоподшипниками. Шаровый шарнир представляет собой соединение деталей, при котором они перемещаются вокруг общего центра - цапфы, изготовленной в виде сферы. Шаровый шарнир еще называют сферической кинематической парой. Детали, собранные в такой узел, способны принимать положение под разными углами друг к другу. Для уменьшения трения в шарнире между цапфой и корпусом помещены специальные антифрикционные вкладыши, а внутренняя полость заполнена смазкой. Шаровой шарнир используется для обеспечения свободного вращения в двух плоскостях одновременно, предотвращая перемещение в любом направлении, включая вращение в этих плоскостях. Объединение двух таких шарниров с рычагами управления обеспечивает движение во всех трех плоскостях, позволяя управлять передней частью автомобиля.

Уровень техники

Несмотря на огромное развитие современного высокоточного ракетного оружия не утратили своего значения самоходные артиллерийские орудия (САО).

Самоходное артиллерийское орудие (САО) - это боевая машина, представляющая собой артиллерийское орудие, смонтированное на самоходном гусеничном или колесном шасси, и предназначенное для оснащения войсковых формирований и выполнения задач по огневому поражению оборонительных сооружений, живой силы и техники противника как с закрытых огневых позиций, так и прямой наводкой. Благодаря высокой мобильности, САО способны сопровождать танки в ходе глубоких прорывов обороны противника, резко повышая боевые возможности прорвавшихся танковых и мотопехотных подразделений. САО может быть, как бронированное, так и не бронированное, САО может иметь полноповоротную башенную или с разворотом на ограниченный сектор или неподвижную рабочую установку орудия. По компоновке САО может разделяться на САО с размещением артиллерийского орудия как в средней части шасси, так и в корме шасси. Наиболее часто САО компонуется с задним расположением артиллерийского орудия для более удобной подачи боеприпасов с грунта.

Основными причинами развития САО являются:

- артиллерийские снаряды не подвержены радиоэлектронным помехам,

- артиллерийские снаряды меньше зависят от метеорологических условий,

- стоимость артиллерийского снаряда значительно меньше ракет.

Исходя из вышеперечисленного очевидна актуальность ствольной артиллерии.

В связи с увеличением дальности и боевой скорострельности одной из проблем ствольной артиллерии является устойчивость САО. Более дальнобойные системы обладают большей отдачей, которую конструкция САО погасить не может и ее необходимо передать на опорную поверхность (практически всегда это просто грунт). А увеличение кучности и боевой скорострельности стрельбы предъявляет большие требования на уменьшение амплитуды раскачивания орудия. Грамотно спроектированный опорный контур позволяет снизить нагрузку на элементы САО от выстрела и передать ее на опорную поверхность (грунт), а также увеличить устойчивость САО в целом.

Особо остро в задаче создания опорного контура САО стоит вопрос проектирования устройства опорного способного обеспечить вывешивание и выравнивание САО на неровной поверхности грунта.

В настоящее время известны малорелевантные аналоги опорных устройств используемых для снижения нагрузок на элементы конструкции при выстреле из самоходного артиллерийского орудия, и повышающие устойчивость САО.

Рассмотрим ранее созданные аналоги опорных устройств для всех типов артиллерийских орудий на основании информации из открытых источников.

Из уровня техники известно несколько вариантов исполнения опорных устройств артиллерийских орудий.

Аналогами предлагаемого к патентованию опорного устройства являются опорный контур 152-мм армейской самоходной пушки на гусеничном шасси 2С5 «Гиацинт-С» (представлен на фиг. 1 и фиг. 2) [Википедия. Интернет-ссылка: https://ru.wikipedia.org/wiki/2%D0%A15. Дата обращения: 27.04.2023 г. ], а из зарубежных - является опорный контур французской 155-мм САО на колесном шасси CAESAR (представлен на фиг. 3 и фиг. 4) [Википедия. Интернет-ссылка: https://ru.wikipedia.ors/wiki/CAESAR_(%D0%A1%D0%90%D0%A3). Дата обращения: 27.04.2023 г. ]. Данные аналоги относятся к опорным контурам САО, смонтированных на гусеничном шасси САО 2С5 и колесном шасси САО CAESAR.

В качестве прототипа выбрана конструкция опорного устройства, описанная в патенте RU № 2355977 (МПК F41A 23/00 (2006.01), опубликовано: 20.05.2009, бюл. № 14), в которой, на корпусном основании артиллерийского орудия установлены выносные опоры с обеспечением расположения пятна контакта с грунтом за пределами кормовой и боковых сторон орудия. Выносные опоры выполнены в виде шарнирно установленных плит: одна - в корме и две - по боковым сторонам с предварительным поворотом на 45° в горизонтальной плоскости при установке на грунт.

Вышеприведенные аналоги опорного устройства объединяет наличие в задней части балки с шарнирами, на которых закреплена опорная плита, расположенная по всей ширине САО, для придания устойчивости при стрельбе. Откидная опорная плита, расположенная на корме корпуса, передает усилие отката выстрела на грунт, придавая устойчивость САО в момент выстрела и обеспечивая тем самым кучность стрельбы. В походном положении опорная плита поднята вертикально и находится за задним кормовым листом. В боевом - плита откидывается назад вниз с помощью гидравлической системы и упирается в грунт.

Конструктивно вышеуказанные опорные устройства с широкой плитой подходят для использования при стрельбе из САО, однако недостатками данных аналогов являются:

- большие габариты и масса;

- неравномерность распределения нагрузки на плиту на неровном грунте;

- зависимость точности установки САО от выравнивания опорной поверхности под плитой (изначальной подготовки позиции);

- малая эффективность опорной плиты опорного устройства на крайних углах сектора горизонтальной наводки артиллерийского орудия;

- конструктивное исполнение опорной плиты не позволяет увеличивать опорный габарит машины, поэтому эффективность опорного устройства мала на крайних углах сектора горизонтальной наводки;

- невозможность произвести выравнивание САО на неровной поверхности грунта позиции с первого раза, что приводит к необходимости самостоятельного выравнивания поверхности силами расчета или смены позиции.

Использование вышеприведенных опорных контуров в современном опорном устройстве САО нецелесообразно ввиду приведенных недостатков.

Раскрытие сущности изобретения

В задачу разработки изобретения положено создание устройства опорного, обеспечивающего улучшение устойчивости САО, во всем диапазоне углов вертикального и горизонтального наведения артиллерийского орудия, после выстрела, возможность работать с неподготовленной позиции и производить выравнивание (горизонтирование) САО, снижение за счет этого нагрузки на раму шасси САО, совмещающего легкость и прочность, удобство для работы расчета.

Основным критерием изобретения является разделение широкой опорной плиты на две независимые опорные плиты, расположенные в задней части по бокам САО в положении с предварительным поворотом на 45 град в горизонтальной плоскости при установке на грунт с независимым управлением процесса разложения и установки в боевом положении, что позволяет производить выравнивание (горизонтирование) САО и соответственно работать на неподготовленной (неровной) огневой позиции.

Техническим результатом от использования предлагаемого к регистрации изобретения является повышение эксплуатационных возможностей самоходного артиллерийского орудия (САО), а именно улучшение устойчивости САО при стрельбе с повышением кучности и боевой скорострельности артиллерийского орудия, повышения надежности установки и выравнивания САО на позиции, уменьшение массогабаритных характеристик устройства опорного и затрат на его изготовление, увеличение технологичности изготовления устройства опорного. Дополнительным техническим результатом так же является снижение стоимости продукции.

Решением технической задачи, предлагаемого изобретения, является создание устройства опорного состоящего из двух выносных опорных элементов (лап), расположенных по бокам САО. На корпусном основании установлены выносные опорные элементы, которые в разложенном боевом состоянии обеспечивают расположение пятна контакта опорных плит с грунтом за пределами кормовой и боковых сторон САО, что позволяет увеличить габариты площади опорной поверхности, разгрузить шасси и придать САО необходимую устойчивость за счет передачи силовых воздействий через опорные элементы непосредственно на грунт. Выносные опорные элементы представляют собой сварную балку П-образного профиля, одним концом соединенную с нижней опорой на лонжероне рамы шасси автомобиля, а другим концом со штоком гидроцилиндра передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту. Другим концом гидроцилиндр подвижно закреплен в верхней опоре, неподвижно установленной, на нижнем станке артиллерийского орудия. Опорная плита по конструкции аналогична опорной плите миномета. Это позволяет ориентировать опорную плиту на неровностях грунта. Опорная плита содержит стальную плиту со стальным кольцом, под которым размещается и вращается в горизонтальной плоскости на 360 град, стальной вкладыш. На стальной плите закрепляется алюминиевая плита для увеличения площади контакта с грунтом. Гидроцилиндр предназначен для подъема и опускания опорной плиты на грунт и выполняет роль элемента, передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту.

Каждый гидроцилиндр управляется отдельно, что позволяет выполнять операции по горизонтированию САО на неровностях грунта.

При реализации вышеописанного технического решения у САО появляется возможность работать на неподготовленной (неровной) огневой позиции, производить выравнивание (горизонтирование) САО, равномернее распределять нагрузку от выстрела на опорную поверхность (грунт), так же уменьшаются габариты и вес опорной плиты до значения допускающего удобную работу одним членом расчета.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен опорный контур аналогичного изделия в развернутом положении (САО 2С5 «Гиацинт-С» готово к стрельбе).

На фиг. 2 представлен опорный контур аналогичного изделия в транспортном положении (САО 2С5 «Гиацинт-С» готово к совершению маршей).

На фиг. 3 представлен опорный контур аналогичного изделия в развернутом положении (155-мм САО CAESAR готово к стрельбе).

На фиг. 4 представлен опорный контур аналогичного изделия в развернутом положении (155-мм САО CAESAR готово к совершению маршей).

На фиг. 5, 6, 7 представлен общий вид разработанного устройства опорного, которое предлагается для регистрации в качестве патента РФ на изобретение.

Конструктивно устройство опорное САО (фиг. 5-7) состоит из двух опорных балок. В состав каждой опорной балки входят следующие составные части:

1 - опора нижняя,

2 - опора верхняя,

3 - балка,

4 - опорная плита,

5 - гидроцилиндр.

Осуществление изобретения

В процессе проектирования устройства опорного была разработана концепция раздельного распределения нагрузки от выстрела на опорную поверхность (грунт) через две независимые опорные плиты, расположенные в задней части по бокам САО. Такая конструкция позволяет работать на неподготовленной (неровной) огневой позиции, производить выравнивание (горизонтирование) САО. Разработанное устройство опорное предназначено для распределения нагрузки от выстрела на опорную поверхность (грунт) через две независимые опорные плиты для снижения нагрузок, действующих на элементы конструкции САО при стрельбе из орудия и уменьшения времени колебания САО после выстрела.

Опора нижняя 1 располагается на лонжероне шасси автомобиля посредством болтового крепления и представляет собой сварной кронштейн, выполненный из конструкционной стали.

Опора верхняя 2 располагается на станке нижнем и является его частью, выполнена из конструкционной стали повышенной прочности.

Балка 3 представляет собой сварной П-образный профиль с внутренними ребрами, выполнена из конструкционной стали повышенной прочности, одним концом соединена с опорой нижней 1, а другим концом с штоком гидроцилиндра 5 и выполняет роль элемента, передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту 4.

Опорная плита 4 характеризуется тем, что в своей конструкции аналогична опорной плите миномета и содержит гофрированную стальную плиту с сошниковыми и периферийными ребрами, объединенными друг с другом дополнительным ребром в виде замкнутого тонкостенного конического сектора, и на внешней стороне которой закреплена алюминиевая плита, а в центре размещается стальное кольцо, под которым свободно размещается стальной вкладыш с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на 360°.

Гидроцилиндр 5 нужен для поворота балки 3. Гидроцилиндр 5 конструктивно связан одним концом с опорой верхней 2, а другим концом с балкой 3.

Устройство опорное, характеризуется тем, что содержит две одинаковых опоры нижних 1, закрепленных на лонжероне шасси автомобиля, к каждой опоре нижней 1 шарнирно закреплена балка 3, а к балке 3 посредством шарового шарнира закреплена опорная плита 4, также устройство опорное содержит два гидроцилиндра 5 связанных конструктивно одним концом с опорами верхними 2, а другим концом с балками 3, гидроцилиндры 5 обеспечивают независимый подъем и опускание опорных плит 4.

Лонжерон шасси автомобиля и станок нижний, не относятся к устройству опорному, предлагаемому для регистрации в виде изобретения РФ, и поэтому не пронумерованы на фигурах.

Две опоры нижние 1, показанные на фиг. 5, 6 и 7, закреплены на лонжероне шасси автомобиля. Балки 3, шарнирно прикреплены к опорам нижним 1. Такое соединение позволяет балкам 3 поворачиваться относительно опор нижних 1. Нижние части балок 3 шарнирными головками соединены с опорными плитами 4. Гидроцилиндры 5 предназначены для перевода балок 3 с плитами 4 из походного положения (верхнее положение - плита поднята) в боевое положение (нижнее положение - плита опущена до упора с поверхностью (грунтом)) и обратно. Опорные плиты 4 предназначены для восприятия и передачи на грунт силы отдачи орудия в момент выстрела САО.

В походном положении опорные плиты 4 могут быть отсоединены от балок 3 и хранятся отдельно. Поэтому на фиг. 7 две опорные плиты 4 не показаны.

Устройство опорное функционирует следующим образом.

В исходном/походном положении устройство опорное представлено на фиг. 7. Гидроцилиндры 5 находятся в положении с втянутыми штоками, балки 3 расположены в верхнем положении (подняты), а опорные плиты 4 отсоединены от балок 3 и хранятся отдельно. При переводе в рабочее положение, то есть при подготовке САО к выстрелу, к балкам 3 присоединяются опорные плиты 4, за счет подачи жидкости в гидроцилиндры 5 происходит опускание на грунт двух опорных плит 4, а при необходимости высоту опускания каждой из опор можно регулировать в отдельности. Особенностью устройства опорного является наличие раздельных опорных элементов (в отличие от большинства аналогичных опорных устройств САО). Благодаря двум независимым и разнесенным по бокам опорам появляется возможность выравнивать САО на неровном грунте за счет разности разложения опор по высоте.

Таким образом, благодаря двум раздельным опорам и независимого их разложения, устройство опорное позволяет производить выравнивание САО на неровном грунте. Так же благодаря расположению опор по бокам САО появляется возможность выполнить опорную базу больше ширины самого шасси, что невозможно в компоновке с одной цельной плитой, за счет чего значительно улучшена устойчивость САО при стрельбе.

Устройство опорное, характеризуется тем, что состоит из двух, расположенных по бокам в задней части самоходного артиллерийского орудия, опор, которые имеют независимое управление разложением, каждая из опор состоит из опоры нижней 1, закрепленной одним концом на лонжероне шасси автомобиля посредством болтового крепления и представляет собой сварной кронштейн, выполненный из конструкционной стали, к опоре нижней 1 шарнирно закреплена балка 3, которая представляет собой сварной П-образный профиль с внутренними ребрами, балка 3 выполнена из конструкционной стали повышенной прочности, одним концом соединена с опорой нижней 1, а другим концом с штоком гидроцилиндра 5 и выполняет роль элемента передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту 4, которая посредством шарового шарнира крепится к балке 3 и предназначена для восприятия и передачи на грунт силы отдачи самоходного артиллерийского орудия в момент выстрела, опорная плита 4 в своей конструкции содержит стальную плиту, на которой закреплены алюминиевая плита и стальное кольцо, а под стальным кольцом размещается и вращается в горизонтальной плоскости на 360° стальной вкладыш, также каждая из двух опор устройства опорного содержит гидроцилиндр 5, который конструктивно связан одним концом с опорой верхней 2, а другим концом с балкой 3, гидроцилиндр 5 нужен для поворота балки 3, а также он обеспечивает подъем и опускание опорной плиты 4, то есть гидроцилиндры 5 предназначены для перевода балок 3 с опорными плитами 4 из походного положения (верхнее положение) в боевое положение (нижнее положение) и обратно, опора верхняя 2 располагается на станке нижнем и является его частью, выполнена из конструкционной стали повышенной прочности.

Благодаря простоте конструкции уменьшены массогабаритные характеристики, повышена надежность, уменьшены затраты на изготовление, увеличена технологичность изготовления.

Промышленная применимость

Приведем примеры использования предлагаемого изобретения.

Предлагаемое изобретение, устройство опорное, снижает нагрузки действующие на элементы конструкции САО при выстреле и уменьшает время колебания САО после выстрела. Устройство опорное подтвердило свою эффективность в ходе ОКР «Набросок», проводимом в АО «ЦНИИ «Буревестник». В настоящий момент изобретение реализовано и используется в 152-мм изделии 2С43 производимом АО «ЦНИИ «Буревестник».

Изделие 2С43 выпускается с 2020 года и подтвердило свою эффективность по результатам предварительных испытаний завершенных в 2021 году и ряда дополнительных и государственных испытаний в 2022-2023 годах.

Использование устройства опорного позволило снизить нагрузку, действующую на элементы конструкции САО и уменьшило время колебания САО после выстрела.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство опорное содержит выносные опоры с гидроцилиндрами, выполненные в виде шарнирно установленных плит. Выносные опоры имеют независимое управление разложением в боевое положение и обратно. Каждая из выносных опор состоит из опоры нижней, выполненной с возможностью закрепления одним концом на лонжероне шасси автомобиля посредством болтового крепления и представляет собой сварной кронштейн, выполненный из конструкционной стали. К опоре нижней шарнирно закреплена балка, которая представляет собой сварной П-образный профиль с внутренними ребрами. Балка выполнена из конструкционной стали, одним концом соединена с опорой нижней, а другим концом со штоком гидроцилиндра и выполняет роль элемента передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту, которая посредством шарового шарнира крепится к балке и предназначена для восприятия и передачи на грунт силы отдачи самоходного артиллерийского орудия в момент выстрела. Обеспечивается улучшение устойчивости устройства, повышение надежности установки, уменьшение массогабаритных характеристик устройства, улучшение технологичности изготовления опорного устройства. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство опорное, содержащее выносные опоры с гидроцилиндрами, выполненные в виде шарнирно установленных плит, отличающееся тем, что выносные опоры имеют независимое управление разложением в боевое положение и обратно, каждая из выносных опор состоит из опоры нижней, выполненной с возможностью закрепления одним концом на лонжероне шасси автомобиля посредством болтового крепления, и представляет собой сварной кронштейн, выполненный из конструкционной стали, к опоре нижней шарнирно закреплена балка, которая представляет собой сварной П-образный профиль с внутренними ребрами, балка выполнена из конструкционной стали, одним концом соединена с опорой нижней, а другим концом со штоком гидроцилиндра и выполняет роль элемента, передающего нагрузку от выстрела на опорную плиту, которая посредством шарового шарнира крепится к балке и предназначена для восприятия и передачи на грунт силы отдачи самоходного артиллерийского орудия в момент выстрела.

2. Устройство опорное по п. 1, отличающееся тем, что каждая опорная плита содержит гофрированную стальную плиту с сошниковыми и периферийными ребрами, объединенными друг с другом дополнительным ребром в виде замкнутого тонкостенного конического сектора, и на внешней стороне которой закреплена алюминиевая плита, а в центре размещается стальное кольцо, под которым свободно размещается стальной вкладыш с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на 360°.