CC BY
161
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ
УДК 621.396.6
УНИФИЦИРОВАННАЯ АМОРТИЗАЦИОННАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ АППАРАТУРЫ, РАЗМЕЩАЕМОЙ НА ЭЛЕМЕНТАХ СТВОЛА
АРТИЛЛЕРИЙСКИХ ОРУДИЙ
А.В. Филиппов, С.В. Лосев
Представлена конструкция амортизационной платформы для защиты аппаратуры от ударов высокого уровня, выполненной на серийно-изготавливаемых отечественных амортизаторах типа АП. Приведены результаты расчета и экспериментальных исследований амортизирующих характеристик платформы, сведения о её практическом использовании и преимуществах в сравнении с иностранными аналогами.
Ключевые слова: амортизатор, вибрация, удары, ускорение, коэффициент передачи, перемещение.
Современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА), размещаемая на подвижных объектах военной техники (ВТ), подвергается воздействию сложного комплекса дестабилизирующих факторов, в частности, ударам и вибрации высокого уровня. Проблема защиты РЭА от динамических перегрузок, обеспечение её работоспособности в этих условиях при растущей мощности двигателей, скорости и ускорений движения несущих объектов не снижает своей актуальности.
В последнее десятилетие возникла необходимость размещения РЭА непосредственно на элементах ствола артиллерийских орудий, в частности, радиолокационной аппаратуры для измерения начальной скорости выстреливаемого снаряда. В процессе эксплуатации данная аппаратура подвергается многократным ударным воздействиям с амплитудой 150 g длительностью 1...5 мс [1], на отдельных отечественных артсистемах ускорения могут достигать 210 g и более. Кроме того на аппаратуру действуют транспортные перегрузки - удары с амплитудой от 15 g до 100 g с количественным эквивалентом более 10000 ударов [2] и вибрация со сложным спектром частот.
В результате воздействия вибрации и ударов могут иметь место
следующие повреждения РЭА: обрыв коммутационных связей, отслоение печатных проводников, отрыв навесных электрорадиоэлементов, поломка (растрескивание) ситаловых подложек в микроблоках и т. п. [3].
Вследствие того, что РЭА, размещённая на пушке, подвергается воздействию как вибрации, так и ударам, амортизация такой аппаратуры представляет весьма сложную задачу - требования к ударозащитным амортизаторам часто не согласуются с требованиями к виброизолирующим амортизаторам. Жёсткий амортизатор обладает более высокой способностью к накоплению энергии и гашению ударов, в тоже время, имея относительно высокую частоту собственных колебаний, амортизатор снижает возможность использования его в качестве виброизолирующего. Для защиты от вибрации рекомендуется применять амортизаторы с собственной частотой 7...10 Гц, а для защиты от ударов более предпочтительны жёсткие, с собственной частотой 25.33 Гц [4].
В технической литературе и нормативной документации по расчётам и применению амортизации выработан ряд рекомендаций по разработке систем амортизации под названием «принципы рационального монтажа» [4,5]:
- координаты центра тяжести амортизируемого объекта должны по возможности совпадать с координатами центра жёсткости системы амортизации;
- статическая нагрузка на каждый амортизатор не должна превышать допустимую для выбранного типоразмера амортизатора;
- линия действия статической нагрузки должна быть параллельна одному из главных направлений каждого из установленных амортизаторов;
- недопустимо применять одностороннюю консольную подвеску амортизируемого объекта;
- количество амортизаторов в подвеске не должно быть менее трёх.
С учётом приведённых технических рекомендаций по рациональному монтажу амортизаторов была разработана конструкция амортизационной платформы, представленная на рис. 1, проведен расчёт параметров амортизации.
Платформа состоит из двух жёстких кронштейнов (поз. 2 и 4), сопряжённых между собой тремя амортизаторами (поз. 3, 7). Амортизируемый объект устанавливается на площадку кронштейна 2 и закрепляется на ней посредством направляющих штифтов 6 и невыпадающих винтов (поз.1, 5). В качестве амортизаторов рассматривались отечественные рези-нометаллические амортизаторы типа АП по ГОСТ 11679-76, в качестве объекта защиты - радиоэлектронный блок измерителя начальной скорости снаряда массой 7,95 кг.
В качестве расчётного метода использовался метод конечных эле-
ментов - реализация КЭ-анализа переходных (нестационарных по внешним нагрузкам) процессов в пакете SolidWorks Simulation.
Рис. 1. Конструкция амортизационной платформы:
1, 5 - винт; 2, 4 - кронштейн; 3, 7 - амортизатор типа АП по ГОСТ 11679-76; 6 - штифт
В ходе расчёта определялись: коэффициент передачи (амортизации) по осям, линейные и угловые перемещения защищаемого объекта.
Характеристики воздействующего ударного импульса: форма - синусоидальная, максимальные пиковые ускорения по трём осям 150 g длительностью 1.. .3 мс.
Защищаемый объект представлялся твёрдым телом с заданными габаритами из материала с большим модулем упругости (1015 Па) и эквивалентной плотностью.
Пространственный амортизатор представлялся соединёнными в одном узле тройками однонаправленных амортизаторов, ориентированных вдоль координатных осей. Характеристики амортизаторов типа АП в направлении осей в зависимости от их расположения определялись по экспериментальным данным, помещённым в [6].
Расчётная схема анализа системы амортизации защищаемого радиоэлектронного блока представлена на рис. 2.
По результатам расчёта было определено, что для выбранной схемы амортизации, заданных характеристик защищаемого объекта, прочности элементов крепления амортизаторов из ряда реально выпускаемых промышленностью наиболее рациональным является применение в системе амортизатора АП-3-90,0(9,00)-2 ГОСТ 11679-76.
Отдельные характеристики движения центра масс защищаемого блока при использовании вышеуказанного амортизатора представлены на рис. 3, 4, 5, 6.
Полученные расчётные характеристики показали, что максимальные ускорения на блок не превышают 27 g (при заданных допустимых -70 g), коэффициенты передачи (амортизации) по осям X, У, Ъ составляют соответственно 7,25; 6,04; 5,57. Линейные перемещения блока в направлении осей (до 4 мм) не превышают допустимых для выбранного типа амортизатора (10... 12 мм).
Рис. 2. Расчётная схема амортизации
Рис. 3. Ускорение по оси Х Рис. 4. Ускорение по от У
Ах, мм____ А у, мм
О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Рис. 5. Перемещение по оси Х Рис. 6. Перемещение по оси Y
Экспериментальные исследования, проведённые на опытном образце амортизационной платформы (рис. 7), исполненном в соответствии с выбранной схемой амортизации, при массе защищаемого блока 7,3 кг показали высокую эффективность защитных свойств платформы от ударов. При воздействии ударных импульсов по трём осям с амплитудой 150 g, длительностью 1,5 мс коэффициент передачи по осям составил не менее восьми единиц. При увеличении длительности импульса до 2...3 мс коэффициент передачи снижается на 1.3 единицы. При значительном увеличении амплитуды импульса (до 350 g) при малой длительности (до 1 мс) коэффициент передачи по всем направлениям составил около 25 единиц.
Рис. 7. Опытный образец амортизационной платформы
Отличительной особенностью разработанной конструкции амортизационной платформы является наличие в ней двух оснований (кронштейнов), между которыми смонтированы амортизаторы, выставляемые в процессе сборки с минимизацией перекосов и обеспечением зазоров, исключающих доведение перемещений амортизаторов до упора при динамических нагрузках. Такое техническое решение позволяет снимать защищаемый блок с платформы без внедрения в систему первоначальной выставки амортизаторов при сборке.
Наличие направляющих штифтов в сопряжении защищаемого блока с платформой обеспечивает сохранение прецизионных параметров юстировки блока относительно ствола несущего объекта при первоначальном монтаже платформы с блоком на стволе орудия. Демонтируемый с платформы блок укладывается в мягкую укладку, размещаемую в боевом отделении самоходных артсистем или тягаче прицепного орудия. Тем самым решается проблема защиты РЭА от транспортных перегрузок, носящих случайных характер, одновременно действующих ударов и вибраций. Особенно злободневна данная проблема для прицепных орудий, т. к. ударные нагрузки при подскоках прицепа на неровностях дороги представляют значительную величину. Разгрузка амортизаторов платформы при снятии защищаемого блока существенно увеличивает эксплуатационный ресурс платформы.
В известных иностранных аналогичных измерительных системах начальной скорости снарядов, размещаемых на стволах орудий (МУЯБ-700, фирма «Вайбель», Дания; Я8337-МКШ, фирма «РСЛ Электроникс», Израиль) амортизаторы типа «Lord» крепятся непосредственно к корпусу радиолокационного измерителя скорости (рис. 8, 9), исключая или существенно усложняя процедуру повторного монтажа снятого измерителя.
Рис. 8. Радиолокационный измеритель скорости системы МУЯБ-700
Рис. 9. Радиолокационный измеритель скорости системы ЯБ337-МКШ, установленный на орудии
Рис. 10. Измеритель скорости на амортизационной платформе
в составе прицепной гаубицы
Рис. 11. Измеритель скорости на амортизационной платформе в составе корабельной артустановки
Разработанная амортизационная платформа внедрена в ряд отечественных радиолокационных систем измерения скорости снаряда, успешно прошла в их составе многочисленные испытания на орудиях в рамках выполнения этапов ОКР. На рис. 10 и 11 представлены модификации данной платформы для различных измерителей скоростей, размещаемых на различных типах артсистем.
Выводы
1. Разработанная конструкция унифицированной амортизационной платформы, построенная на серийно выпускаемых отечественных амортизаторах типа АП, обеспечивает надёжную защиту РЭА, устанавливаемой на элементах ствола артиллерийских орудий в зоне действия многократ-
ных ударов высокого уровня.
2. Большая номенклатура выпускаемых промышленностью амортизаторов типа АП позволяет обеспечить создание широкого круга унифицированных амортизирующих платформ для различных соотношений габаритно-массовых характеристик блоков РЭА, защищаемых от ударов.
Список литературы
1. ГОСТ РВ 20.39.304-98. М.: Изд. стандартов, 1998. 55 с.
2. ГОСТ РВ 20.39.305-98. М.: Изд. стандартов, 1998. 50 с.
3. Ненашев А. П. Конструирование радиоэлектронных средств: учебник для радиотехнич. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990. 432 с.
4. Суровцев Ю. А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1974. 176 с.
5. ГОСТ 11679.1-76. Амортизаторы резинометаллические приборные и арматура. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1982. 39 с.
6. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры, её узлов и элементов: руководящий технический материал радиопромышленности и электронной промышленности. Ч. III. Н0.445.004. Упруго-деформирующие характеристики амортизаторов, ред. 1-66, 1966. 117 с.
Филиппов Александр Васильевич, канд. техн. наук, начальник отдела, strela@tula.net. Россия, Тула, ОАО «НПО «Стрела»,
Лосев Сергей Викторович, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, selo77@yandex.ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «Стрела»
UNIFIIED SCHOCK MOUNT FOR EQUIPMENT INSTALLED ON ARTILLERY GUN BARRELS
A. V. Filippov, S. V. Losev
A shock mount designed for protection of equipment from high g shocks is described. The shock mount is made using domestic series-produced AP-type shock absorbers. Theoretical calculations and experimental results are presented for the shock absorbing properties of the shock mount. Its practical applications and advantages over similar foreign systems are also described.
Key words: shock absorber, vibration, shocks, acceleration, shock absorption factor, axis motion.
Filippov Alexander Vasilyevich, candidate of technical sciences, department head, strela@tula.net Russia, Tula, "NPO Strela " Research and Production Association,
Losev Sergey Viktorovich, candidate of technical sciences, senior researcher, selo77@yandex.ru, Russia, Tula, Research and Production Association "NPO Strela "
