2.2 Типи стволів

Прагнення більш повно задовольнити суперечливі вимоги до конструкції ствола привело до створення стволів різних типів.

За найбільш загальними ознаками  стволи поділяються на такі

типи:

I. За будовою стінок ствола

 

 

Ствол-моноблок

1

Багатошаровий ствол

 

г

Рисунок 2.1 Схема класифікації стволів

З вільним лейнером

З розвантаженою ві­льною трубкою

З нерозвантаженою

вільною трубкою

Складений

II. За наявністю напружень в стінках

Нескріплений

"П Скріплений

Гаряческріплений

Холодноскріпле-

Автоскріплений

III. За формою і будовою каналу ство-

 

 

Гладкий

1

Нарізний

 

Рисунок 2.1 Схема класифікації стволів

Ствол-моноблок виготовляється з однієї заготовки і по всій до вжині - це ціла труба, яка не має в стінках штучно створених напру­жень.

Товщина стінок ствола в області найбільшого тиску не переви­щує одного калібру, оскільки перевищення дає малий виграш у міцно­сті, але різко збільшує вагу ствола.

Основні способи виготовлення стволів-моноблоків - це ковка, метод прокочування труб, метод відцентрової виливки.

Ствол-моноблок, завдяки простоті його виготовлення є най­більш поширеною конструкцією ствола у польовій артилерії. Він ви­користовується в гарматах калібром до 152-мм включно.

 

 

 

 

 

Ш

 

1 - труба; 2 - затвор; 3 - казенник. Рисунок 2.2 Схема ствола моноблока

Основним недоліком ствола-моноблока є необхідність заміни всієї труби при зносі ведучої частини ствола. Але висока якість гарма­тних сталей, які виробляє наша промисловість і суворе дотримання умов експлуатації стволів забезпечують достатньо довгий термін слу­жби стволів-моноблоків.

Основна перевага стволів-моноблоків — це простота їх виготов­лення у вОЄииий чяг

 

__А \_

шгтл,, ...і, Щ Щ Ці ЩщШ*

 

 

 

 

'^ВШьЦ......ШЫ

 

1- труба; 2-скріпдюючи циліндри. Рисунок 2.3 Схема багатошарового ствола

У процесі стрільби канали стволів поступово зношуються, що призводить до зменшення початкової швидкості снаряда і погіршенню влучності бою. Внаслідок цього після деякого числа пострілів ствол гармати буде вже практично непридатним для подальшого викорис­тання, як кажуть, наступає "балістична смерть" гармати.

Особливо швидко зношуються стволи потужних морських і зе­нітних гармат. Ствол морської гармати може важити 100 і більше тон. Таким чином, добре видно важливість швидкого відновлення ствола.

У другій половині XIX століття інженери на Обухівському заво­ді (зараз це завод "Більшовик") розробили конструкцію змінної тонко­стінної труби, яка встановлюється в ствол. Тонка труба встановлюєть­ся і виймається без нагрівання і великих зусиль.

 

1 - затвор; 2 - казенник; 3 - оболонка; 4 - лейнер. Рисунок 2.4 Схема ствола з вільним лейнером

Ці труби отримали назву "вільних лейнерів". Зазор (діаметраль­ний) між оболонкою і лейнером складає 0,05...0,2мм для гармат сере-днього калібру; 0,15...0,25мм для гармат великого калібру.

Під час пострілу внаслідок дії тиску порохових газів у каналі ствола лейнер розширюється доки не вибереться зазор між оболонкою і лейнером, після чого оболонка також приймає участь у опорі розри­ву. Після пострілу лейнер займає початкове положення.

Конструкція стволів з тонкостінними змінними лейнерами особ­ливо корисна для крупнокаліберних гармат. Використання такої конс­трукції приводить до значної економії металу і до порівняно швидкої заміни зношеного лейнера безпосередньо на вогневій позиції (для тренованої обслуги - 10...30 хвилин.)

Таким чином, стволи з вільним лейнером мають такі переваги:

1. Можливість відновлення ствола при зносі стінок каналу замі­ною внутрішнього шару лейнером.

2. Найбільш раціональне використання високоякісної сталі.

До недоліків таких стволів можна віднести складність і об'єм­ність процесів їх виготовлення.

Ствол з розвантаженою вільною трубою

Вільна труба відрізняється від вільного лейнера тим, що вона покривається оболонкою ствола не по всій довжині, а тільки на ділян­ці максимального тиску. Труба має більш товсті стінки і масу у 1,5...2,5 рази більше маси вільного лейнера.

 

Зазор між вільною трубою і оболонкою під час пострілу вибира­ється, при подальшому зростанні тиску оболонка і вільна труба роз­ширюються як одне ціле.

Виготовити ствол з вільною трубою легше, ніж ствол з вільним лейнером, оскільки довжина поверхні точної обробки у ствола з роз­вантаженою трубою значно менше, а, отже, собівартість виробництва менше.

Використання вільної розвантаженої труби дозволяє полегшити передню частину ствола, що забезпечує наближення центра ваги доказенника.

Недоліки стволів такого типу: у порівнянні з вільним лейнером вільна труба має підвищену масу (у 1,5...2,5 рази), що затруднює за­безпечення гармат запасними трубами.

Стволи з вільною розвантаженою трубою використовуються в 122-мм гарматах Д-74 і у деяких гаубицях-пушках калібру 152-мм зра­зка 1937 року.

Ствол з нерозвантаженою вільною трубою

Трубою-моноблоком називається труба, яка встановлюється в оболонку ствола з великим зазором, що не вибирається під час пострі­лу (наприклад, гармата М-30).

У конструкції такого типу є тільки дві ділянки точного спря­ження труби з оболонкою. Виробництво труби-моноблока дуже про­сте. Труба-моноблок повинна повністю витримувати внутрішній тиск порохових газів і саме цьому вона виготовляється із високоякісного матеріалу і має порівняно товсті стінки.

 

Оболонка (кожух) забезпечує правильне положення труби-моноблока відносно люльки, збільшує масу відкатних частин, сприй­має під час пострілу навантаження, які передаються від затвора і ка­зенника, має захвати або інші пристрої для направлення руху ствола під час відкату і накату.

Ця конструкція дозволяє виготовлення оболонки із ма-лолeгованої сталі.

Складені стволи

Складені стволи використовуються в гірських гарматах (напри­клад, 76-мм гармата М-99). Складений ствол - це багатошаровий ствол, який складається з кількох невеликих за розмірами і маси роз­бірних частин.

Складені стволи мають два різновиди:

1. Складені за шарами.

2. Складені за довжиною.

Стволи, складені за довжиною, мають просту технологію ремонту: замінюються ті частини, які максимально (гранично) зноше­ні.

 

Складені стволи можуть бути використані в автоматичних гар­матах, де відбувається швидкий знос внутрішньої поверхні труби на початку нарізів і в дульній частині.

Розглянемо стволи, аналізуючи наявність напружень в стінках ствола.

Нескріплений ствол - це такий ствол, в стінках труби якого до пострілу відсутні будь-які напруження. Це всі багатошарові стволи із зазорами між шарами, а, також стволи-моноблоки, якщо в їх трубах до пострілу нема напруження. Нескріплений ствол простіше і дешевше у виробництві.

Скріплений ствол

Штучно скріплені стволи складаються з кількох циліндрів різної довжини, які насаджені один на другий з натягом. Внаслідок цього внутрішня труба ще до пострілу буде стисненою, а скріпні циліндри трохи розтягнуті.

Для складання без прикладення великих зусиль зовнішній шар, перед надіванням його на внутрішній, нагрівають до температури 400°С. Після охолодження зовнішній шар обтискує внутрішній і в ре­зультаті досягається перерозподіл напружень шарів у металі, яке при­зводить до більш рівномірного навантаження стінок ствола під час пострілу.

Це дозволяє виготовити ствол з менш легованої сталі і до того ж меншої маси.

Теорію скріплених стволів першим у світі розробив у середині

XIX століття професор артилерійської академії А.В. Гадолін.

В залежності від кількості шарів стволи називаються дво-, три . чотири-, п'ятишаровими.

Внутрішній шар ствола може називатися трубою. Зовнішній шар називається кожухом. Проміжні шари мають номери у порядку зростання від труби до кожуха.

 

Виробництво скріплених стволів значно складніше, ніж стволів-моноблоків, оскільки необхідна виключно велика точність і чистота обробки поверхонь скріплення, а, також існує необхідність операції скріплення з нагріванням.

Двошарові скріплені стволи використовуються в наземній арти­лерії тільки в гарматах крупного калібру. В морській і береговій арти­лерії використовуються п'ятишарові стволи.

Гаряческріплений ствол - це багатошаровий ствол, радіальний натяг між шарами якого створюється внаслідок стиснення попередньо нагрітого зовнішнього шару. При охолодженні розміри зовнішнього шару зменшуються, в результаті чого у внутрішньому шару виника­ють напруження від пружної деформації стиснення, а у зовнішньому шарі -від пружної деформації розтягнення..

Холодноскріплений ствол - це також багатошаровий ствол, раді­альний натяг між шарами якого створюється в результаті розширення попередньо охолодженого внутрішнього шару.

Після нагрівання до температури навколишнього середовища розміри внутрішнього шару збільшуються, що приводить до виник­нення напружень у зовнішньому шарі від пружної деформації розтяг­нення, а у внутрішньому - від пружної деформації стиснення.

Таким чином, у внутрішньому шарі виникають напруження від пружної деформації стиснення, які протилежні за знаком напруженнявід тиску порохових газів під час пострілу. Завдяки цьому зменшу­ються сумарні напруження в стінках внутрішнього шару скріпленого ствола під час пострілу і більш рівномірно навантажуються всі його шари, що збільшує загальну міцність ствола.

Скріплення дозволяє збільшувати міцність, не змінюючи влас­тивостей сталі, або зменшити масу ствола, не змінюючи його міцності. Але виробництво таких стволів складне і дороге, а, отже, скріплені стволи використовуються переважно в крупнокаліберних гарматах. Труба ствола може скріплюватися як за всією довжиною, так і тільки у казенній частині, де величина тиску порохових газів найбільша.

Автоскріплений ствол (самоскріплений, автофретований)

За зовнішнім виглядом самоскріплений ствол-моноблок немож­ливо відрізнити від простого ствола-моноблока.

Самоскріплення ствола - це підвищення опірності внутрішніх шарів металу дії високого тиску газів за рахунок збудження в металі напружень, аналогічних напруженням, які виникають в стволі, скріп­леному з натягом.

Самоскріплення забезпечується утворенням залишкових дефор­мацій розтягнення в шарах металу, які прилягають до внутрішньої по­верхні ствола. Наявність залишкових деформацій у внутрішніх шарах є причиною збереження в зовнішніх шарах циліндра напружень розтя­гнення.

Внутрішні шари під впливом зовнішніх, які прагнуть поверну­тися у вихідне положення, будуть до пострілу стиснені, як у звичай­ному скріпленому стволі.

Як правило, утворення залишкових деформацій розтягнення у внутрішніх шарах самоскріпленого ствола здійснюється за допомогою високого гідравлічного тиску (6000...7000кг/см2) всередині автофрето-ваного циліндра. Крім того, самоскріплення може здійснюватися про­тягуванням через канал ствола спеціальних пуансонів або стрільбою із зарядом, який утворює підвищений тиск, здатний викликати залишко­ві деформації (без розриву труби).

Теорію і технологію самоскріплення стволів першим розробив у XIX столітті професор артилерійської академії А.С.Лавров. Він же наладив і виробництво самоскріплених стволів. Технологія цього виробництва дуже складна і вимагає особливої апаратури.

Під час підвищених режимів вогню, коли відбувається нагріван­ня ствола вище 450...500°С, напруження самоскріплення зникають іствол перетворюється в звичайний ствол-моноблок.

Переваги самоскріплених стволів:

1. Можливість виготовлення ствола з металу з меншою границею пружності Qe однакових розмірів і більш високої міцності, так як при автофретуванні границя пружності металу збільшується.

2. Витрати металу на виготовлення автофретованого ствола сут­тєво зменшуються у порівнянні зі стволом скріпленим циліндрами.

3. Під час заміни ствола скріпленим кожухом автофретованим скорочується об'єм механічної обробки і прискорюється сам процес виготовлення ствола.

Недоліки автофретованих стволів:

1 . Використання автофретованих стволів можливе тільки в гар­матах великого калібру з невисоким режимом вогню.

2. Необхідність використання складної апаратури у процесі ви­готовлення.

3. Живучість таких стволів нижче, ніж у нескріплених.

Цей тип стволів не дуже поширений внаслідок того, що були ви­готовлені спеціальні гарматні сталі високої категорії міцності, а це дозволило отримати простий нескріплений ствол необхідної міцності з максимальним тиском 4 000...5 000кгс/см2.

Гладкий ствол ~ це ствол з гладкою напрямною частиною і ци­ліндричним каналом ствола. Використовується він для стрільби сна­рядами і мінами з пристроєм для забезпечення їх аеродинамічно ста­білізації на траєкторії польоту. Гладкі стволи мають деякі протитанко­ві і танкові гармати, безвідкатні гармати і міномети. Гладкі стволи ле­гші і дешевші у виготовленні, і в них нема втрат енергії та надання снарядам обертання.

Нарізний ствол - це ствол, напрямна частина якого має нарізку для надання снаряду обертального руху з метою забезпечення його гіроскопічної стійкості на траєкторії польоту.

Нарізні стволи поділяються на стволи з циліндричним, конічним і циліндрично-конічним каналом ствола. Циліндрично-конічні мають. спочатку циліндричну нарізну частину, а в кінці гладку частину кана­лу ствола.

Найбільш поширені стволи з циліндричною нарізною частиною, оскільки їх виготовлення значно легше і дешевше в порівнянні з ін­шими конструкціями нарізних стволів.

Вони забезпечують добру стійкість снаряду у польоті і в резуль­таті добру точність і купність бою.

На основі розглянутих конструкцій стволів і досвіду їх експлуа­тації можна зробити такі висновки про доцільність використання тих чи інших типів артилерійських стволів:

- стволи-моноблоки найбільш доцільно використовувати для малокаліберних і середньокаліберних гармат;

- багатошарові скріплені і нескріплені стволи з вільним лейне-ром і навантаженою вільною трубою доцільно використову­вати для крупнокаліберних гармат. Стволи з вільним лейне-ром - для довгоствольних гармат великої потужності, в ство­лах яких відбувається знос каналу.