Что бы башню не срывало

НОВЫЕ ОПОРНО-ПОВОРОТНЫЕ УСТРОЙСТВА В БРОНЕТЕХНИКЕ 26 Май 2016, 06:54
В бронетехнике соединение вращающейся башни с корпусом осуществляется с помощью опорно-поворотного устройства (ОПУ) или, проще говоря, погона. ОПУ состоит из двух колец с внутренними беговыми дорожками, одно из которых крепится на башне, а второе – на корпусе. Между кольцами закладываются тела качения, которые и обеспечивают вращение.

В танках используются погоны с кольцами из стали и стальными шарами в качестве тел качения. В БМП, БМД и других объектах БТТ легкой категории для снижения массы применяются кольца из алюминиевых сплавов и шары из пластмасс СТД-30С и СФД-30С.
И те, и другие кольца имеют тороидальные беговые дорожки.

Если раньше такие  ОПУ удовлетворяли характеристикам боевых машин, то сегодня в связи с возросшими требованиями к ним по точности и надежности выявился ряд их недостатков. Ударостойкость или нагрузочная способность ОПУ, ограниченная величиной предельных контактных напряжений в точке соприкосновения стальных шаров с беговыми дорожками, не обеспечивает сохранение его работоспособности при обстреле машин современными средствами поражения.

Тороидальные беговые дорожки стальных погонов подвергаются закалке ТВЧ, в результате чего появляется эллиптичность колец, которая затем частично устраняется довольно трудоемкой рихтовкой, а алюминиевые погоны вообще не рихтуются. В этом случае во избежание «заклинивания» ОПУ, предусматриваются повышенные зазоры, которые приводят к снижению точности наведения башни.

Обязательное наличие консистентной смазки в погонах при эксплуатации боевых машин в условиях повышенной запыленности, влажности, агрессивных сред и перепадов температур в широком диапазоне приводит с течением времени к образованию абразивной
твердой корки из смеси пыли и смазки, что, в свою очередь повышает момент сопротивления вращению башни, а следовательно, и нагрузки на привода горизонтального наведения и снижает их работоспособность.

В 1970 – 80-е годы за рубежом были разработаны и приняты в эксплуатацию облегченные ОПУ с алюминиевыми кольцами и стальными роликами, при этом беговые дорожки выполнены в виде стальных проволочных колец с конусными лысками. Так фирма «Rotek»
(США) для танка «Абрамс» разработала двухрядную роликовую опору качения с проволочными беговыми дорожками, изготовленными из специальной стали и установленными в тороидальных расточках колец.  Западногерманская фирма «JNA» для танка «Леопард» разработала облегченную однорядную опору качения с перекрещивающимися стальными роликами. Эти ОПУ имеют существенно большую точность, чем шаровые опоры, благодаря тому, что проволочные беговые дорожки имеют возможность скручиваться в тороидальных расточках колец, т.е. являются самоустанавливающимися элементами, компенсирующими перекосы колец. Такие опоры могут функционировать с легким натягом.
Однако, по мнению самих зарубежных специалистов, такие ОПУконструктивно сложны и дорогостоящи в изготовлении, хотя это компенсируется более высокими точностными и эксплуатационными параметрами.

В эти же годы перед отечественной оборонной промышленностью также была поставлена задача по разработке новых ОПУ с улучшенными кинематическими и эксплуатационными характеристиками.

Специалисты «ВНИИТрансмаш», среди которых необходимо отметить Г.Н. Рыбина, Н.А. Колонистова, В.С. Галецкого, Н.А. Лукьянова, В.П. Близгарева, В.Н. Касьянова провели целый рад исследований по выбору материалов для ОПУ и оптимальных технических решений. Была разработана методика геометрического и прочностного расчета погона. В первоначальном варианте опытного образца танкового погона использовались упругие ролики из стали, которые в процессе испытаний оставляли вмятины на конусных беговых дорожках, не прошедших обработку ТВЧ. Впоследствии сталь была заменена на пластмассу, которая и обеспечила положительный эффект.

В результате было создано новое ОПУ для танка, которое сочетало в себе простоту конструкции и технологичность изготовления, удовлетворяющие современным требованиям точностные параметры, высокую ударостойкость и малую стоимость. Такая разработка не имела аналогов за рубежом.

В качестве материала для тел качения была выбрана высокопрочная, ударостойкая пластмасса фенилон С2. По своим физико-механическим свойствам фенилон С2 представляет собой высококачественный конструкционный материал, пригодный для эксплуатации в экстремальных условиях: при воздействии больших статических и динамических нагрузок, в интервале температур от –80°С до +200°С, в условиях трения, излучений и воздействия различных сред.

  Ниже приведены некоторые характеристики фенилона С2:

плотность, г/см3..........................................................................................1,33
разрушающее напряжение на изгиб, кг/см2, не менее.........................1630
прочность при растяжении, кг/см2, не менее.........................................1630
предел текучести при сжатии, кг/см2
при – 80°С...................................................................................................5098
при +100°С...................................................................................................1937
ударная вязкость, не менее КДж/м2............................................................50
модуль упругости, кг/см2.......................................................................42828
твердость по Бриннелю, кг/см2...............................................................2957
Фенилон С2 хорошо обрабатывается, не растворяется и не набухает в большинстве органических растворителях и углеводородах (топливах, маслах), обладает определенной стойкостью к концентрированным щелочам и кислотам. Его отличительной чертой является сочетание большой жесткости и прочности с высокой ударной вязкостью.

В новом погоне шары были заменены на упругие ролики. Каждый ролик устанавливается в индивидуальный сепаратор, выполненный в виде литой пластмассовой коробочки. Между сепараторами в определенном порядке расположены свободно скользящие упоры,
изготовленные также из фенилона. Высота упора меньше диаметра ролика на величину допустимой упругой деформации последнего. Количество упоров может меняться или даже вовсе отсутствовать в зависимости от размеров ОПУ и задаваемых нагрузок. Внутреннее и
наружное кольца имеют конусные беговые дорожки, по которым перекатываются перекрещивающиеся ролики. Фрагмент опорно-поворотного устройства с телами качения из фенилона представлен на рисунке.
Принцип работы такого погона заключается в следующем. Начальную нагрузку – осевую и радиальную воспринимают ролики, сжимаясь до определенной величины в пределах упругой деформации, ограничиваемой высотой упоров. При нарастании нагрузки вплоть до
экстремальной, соответствующей попаданию в танк снаряда, она воспринимается уже не только деформированными роликами, но и всеми упорами, имеющими значительно большую прочность и поверхность контакта с беговыми дорожками. Таким образом, ролики обеспечивают вращение башни при ее наведении на цель, а упоры – ударостойкость погона при обстреле. После прекращения действия ударной нагрузки ОПУ возвращается в исходное состояние. Фенилоновые упоры выполняют не только роль ограничителей деформации роликов, но и являются замками, препятствующими «раскрытию» погона. В момент обстрела танка упоры заклинивают верхнее и нижнее кольца и ОПУ работает как цельное устройство.

Испытания показали, что даже при пробитии подбашенного листа роликовый погон вращался с помощью ручного механического привода, тогда как в шаровом ОПУ кольца деформировались и погон заклинивало.

В качестве смазки в ОПУ используется дисульфитомолибденовая паста ВНИИНП-232, которой натирают беговые дорожки, ролики и упоры.

Роликовые погоны, как их принято называть в отрасли, могут иметь диаметр беговых дорожек до 3500 мм, выдерживать вертикальную статическую нагрузку до 2600 кН, радиальную нагрузку до 300 кН, моментную нагрузку до 2300 кН*м.

В 1984 году по документации ОАО «ВНИИтрансмаш» в омском КБ транспортного машиностроения был изготовлен опытный образец танкового погона с фенилоновыми роликами. Он был установлен натанкТ-72 и успешно прошел в ВНИИТрансмаш всесторонние испытания – стационарные, пробеговые и стрельбовые, подтвердив свои высокие точностные, прочностные и эксплуатационные качества. В 1989 году с положительными результатами завершились испытания на Курганском машиностроительном заводе опытного образа погона для БМП-3.

   К основным преимуществам ОПУ с фенилоновыми роликами и упорами можно отнести:

– простоту конструкции – по своей схеме – это широко известное роликовое опорно-поворотное устройство с конусными беговыми дорожками, простыми по профилю и несложными в изготовлении;
– упрощенную технологию изготовления колец, т.к. при использовании пластмассовых роликов отпадает необходимость термообработки ТВЧ беговых дорожек, что резко уменьшает поводку колец и исключает их рихтовку;
– повышение прочностных характеристик, т.к., во-первых, благодаря упругости все ролики находятся в постоянном контакте с беговыми дорожками, тогда как в шаровом ОПУ из-за технологической разноразмерности шаров в контакте находится только часть из них и,
во-вторых, за счет наличия упоров, воспринимающих ударные нагрузки, что уменьшает вероятность «раскрытия» погона при обстреле;
– повышение точности наведения башни и снижение нагрузки на привод, в том числе при больших кренах и дифферентах, за счет уменьшения зазоров и люфтов в погоне с 1,5 мм при селективном подборе колец для шаровых ОПУ до 0,5 – 0,8 мм без подбора колец для
Роликовых ОПУ;
– повышение безотказности функционирования ввиду того, что упругие ролики могут
деформироваться по длине, образующей при перекосах беговых дорожек, т.е. ролики являются самоустанавливающимися элементами в отличие, например, от сложных в изготовлении скручивающихся проволочных беговых дорожек фирм «Rotek» и «JNA»;
– отсутствие необходимости применения консистентной смазки; дисульфидомолибденовая паста исключает образование абразивной смеси на беговых дорожках и обеспечивает стабильность функционирования ОПУ во всех условиях боевого применения;
– возможность изготовления колец из алюминиевых сплавов, что дает существенный выигрыш в массе.

Сегодня роликовыми погонами оснащаются серийно изготавливаемые изделия «Спрут». Все больший интерес к фенилоновым роликам и упорам проявляют предприятия, занимающиеся созданием комплексов вооружения кораблей ВМФ. Они применяются как в поворотных устройствах, так и в конвейерах подачи боеприпасов. Интерес вызван не только выше перечисленными преимуществами, но и высокой работоспособностью фенилона в морской воде.

Перспективным направлением использования упругих роликов может быть робототехника, где требуются безлюфтовые поворотные устройства, а также в устройствах, в которых не допускается использование консистентной смазки.

Литература
1. «Ароматические полиамиды и полиэфиры», каталог, ВНИИСС, г. Владимир, 1984г.
2. «Опоры качения в тяжелых режимах эксплуатации», Машиностроение, Москва, 1987г.
3. «Опоры качения с проволочными беговыми дорожками», технический отчет фирмы «Rotek», США, 1976г.
4. «Испытание на изделии 184 опытного погона с роликами и упорами из фенилона», Н.А. Молодняков, г. Нижний Тагил, 1988г.
5. «Разработка универсальной технологической схемы получения кинематических элементов из фенилона С2», ВНИИСС, г. Владимир, 1989г.
6. «Методика расчета опорно-поворотного устройства с упругими фенилоновыми роликами и упорами», ВНИИТрансмаш, 1992г.
7. «Опорно-поворотное устройство», патент №1754957 от 12.05.1993г.
8. «Многорядное опорно-поворотное устройство», патент№1751494 от 12.05.1993г.
9. «Ударостойкое опорно-поворотное устройство», патент№2241149 от 27.11.2004г.
В.С. Галецкий, И.К. Иванов, В.Н. Лукьянов
(ОАО «ВНИИТрансмаш»)

Источник: Сборник «Актуальные проблемы защиты и безопасности» Труды Тринадцатой Всероссийской научно-практической конференции. Том 3. «Бронетанковая техника и вооружение». РАРАН.,СПб.,2010, С.73-76