Кулачковый ЗСМ - Гладкий зацеп
У подводных ружей с фрикционным запорно-спусковым механизмом (ФЗСМ), так же иногда называемым "гладким зацепом", есть комплекс полезных свойств, которого нет у пневматических ружей с другими типами ЗСМ.
Например:
- ступенчатое заряжание, т.е. заряжание в несколько "подходов" - это удобно при использовании длинных ружей.
- заряжание с уменьшенной энергией выстрела
- отсутствие проточки на гарпуне, которая значительно ослабляет его
- простейший по конструкции гарпун
- лёгкий поршень
Для обеспечения стопорения гладкого гарпуна необходимо создать силу трения превышающую силу заряжания ружья. Для этого необходимо его сдавить с суммарной силой более, чем частное от деления силы заряжания на коэффициент трения.
К примеру, при зарядном усилии F = 20 кГ и коэффициенте трения f = 0,1, сила "сдавливания" должна быть не менее
R = F/f = 200 кГ
Действие ФЗСМ основано на заклинивавнии гарпуна подвижным элементом: шариком, роликом, наклонной шайбой, кулачком и др.
Для создания своей схемы ФЗСМ я выбрал кулачёк, как самый надёжный и прогнозируемый клинящий элемент.
Существуют кулачковые ФЗСМ, в которых поворот кулачка осуществляется против хода гарпуна, что приводит к сильным повреждениям поверхности гарпуна.
Задача состояла в разработке схемы, в которой бы при освобождении (расклинивании) гарпуна кулачёк поворачивался по ходу гарпуна, не повреждая его поверхности.
В итоге родилась схема с кулачком установленным на поперечной качалке - ось поворота (подвески) качалки А находится с одной стороны гарпуна, а ось вращения кулачка на другой.
Рис.1
Перемещение качалки вперёд ограничено (регулируется) длиной тяги от СК или упором спереди.
Позиция 1. Заряжено. Кулачёк заклинивает гарпун. Размеры взаимодействующих элементов подобраны (рассчитаны) таким образом, что ось вращения кулачка, точка его контакта с гарпуном и ось качалки расположены, примерно, на одной линии. На качалку не передаётся вращающий момент от расклинивающей силы, т.к. она (сила) направлена по оси качалки А. Система, при этом, находится в неустойчивом равновесии и её достаточно легко можно вывести из равновесия повернув качалку - препятствует повороту только трение в осях и трение качения в точке контакта.
Если немного повернуть качалку против часовой стрелки (чс), например, при помощи тяги спускового крючка (СК), то система выйдет из равновесия. Точка контакта О сместится с линии соединяющей ось качалки А и ось кулачка; при этом возникает сила поворачивающая качалку против чс. Гарпун движется вперёд, кулачёк катится по гапруну, а качалка продолжает двигаться против чс.
Система переходит впозицию 2. Гарпун отпущен; он движется вперёд, а кулачёк катится по нему назад.
После отпускания гарпуна, кулачёк уходит против чс, не препятствуя его движению - пружина кулачка стремится повернуть его против чс относительно нижней оси качалки.
Определяющим моментом работоспособности схемы является диаметр кулачка - при вертикальном положении качалки, он должен свободно проходить под гарпуном.
Таков принцип действия схемы.
Для предварительной проверки работы кинематики был сделан масштабный макет схемы, который показал, что схема должна работать
Рис.2
В описываемой схеме ФЗСМ положительными моментами являются компактность, замкнутость сил на одной верхней оси ("охватывающий", силовой надульник, вообще, не нужен) и незначительность инициирующей силы необходимой для производства выстрела.
Схему можно настроить разными способами.
На рисунке один и тот же механизм, только верхние оси качалок расположены по-разному:
(1) правее линии действия расклинивающей силы
(2) левее её
Рис.3
Главное различие в том, что на схеме (1) к качалке приложен вращающий момент Ма, который пытается повернуть её против чс, и равный R*a (где а - плечо силы R относительно оси А).
На схеме (2) момент Mb=R*b по чс.
Т.е. чтобы схема (1) была в равновесии требуется принудительно удерживать качалку от поворота против чс. Если прекратить удержание (убрать упор), то качалка под действием момента Ма повернётся и произойдёт выстрел. Чтобы, после выстрела, вернуть систему в исходное состояние, нужно вернуть качалку на первоначальное место, т.е. требуется предвзвод.
На схеме (2) наоборот, вращающий момент пытается повернуть качалку по чс, но ей поворачиваться не куда - кулачёк упирается в гарпун. Чтобы вывести систему из равновесия, необходимо оттянуть качалку назад, чтобы плечо b уменьшилось до нуля и далее (т.О перешла "мёртвую точку"). Т.е. для выстрела необходимо качалку принудительно повернуть против чс. Для возвращения в исходное состояние необходимо отпустить СК и его возвратная пружина вернёт качалку на место.
Существуют и другие способы настройки, например, схема (1) с пружиной не дающей качалке повернуться (уравновешивает момент Ма). Для выстрела надо оттянуть качалку назад...
При переходе к практическому конструированию встаёт проблема связанная с низким коэффициентом трения сталь по стали f = 0,1-0,15. Получается, что для самозаклинивания гарпуна угол наклона линии АВ к вертикали должен быть не более 6-8,5 градусов (угол самоторможения равен arctg f). При таких углах поворота качалки проблематично обеспечить необходимое для проворота кулачка под гарпуном опускание его оси.
Для нормальной работы механизма необходимо увеличить угол заклинивания ROT, а для этого нужно увеличить коэффициент трения гарпункулачок.
Можно попробовать применить титановый калачёк (f = 0,3), но в парах трения титан ведёт себя нестабильно...
Возникла идея применить на кулачке клиновидную проточку, подобную тем, которые используются в клиноремённых передачах.
Рис.4
За счёт её применения можно значительно увеличить коэффициент трения (его называют приведенным f* = f/sin"а").
Например, при стандартном для клиноремённой передачи угле раскрытия клина 40 гр, приведенный коэффициент трения f* = 3f.
При угле раскрытия в 30 гр, для стальсталь (sin15 = 0,26):
f = 0,1 "превратится" в f* = ~0,39
а f = 0,15 в f* = ~0,58
при этом углы клинения будут, соответственно, 21 и 30 гр, а расклинивающие силы уменьшатся в несколько раз - что очень не плохо...
Примем f = 0,1, угол раскрытия 30 гр, угол клинения 20 гр, угол наклона качалки 30 гр, хотя можно выбрать и другие параметры.
В качестве подопытного было выбрано ружьё описанное в статье
т.к. оно имело передний зацеп и, предположительно, потребовало бы минимум переделок. Сложность заключалась в малом диаметре ресивера - 24 мм.
Но всё прорисовалось не плохо и механизм вписался в вертикальный размер 27 мм, что не превысило первоначальный габарит.
Рис.5
В верхней передней части надульника нашлось место и для установки механизма быстрой отстыковки линя. Передняя часть кожуха механизмы выполняет роль крюка для намотки линя.
Для простоты изготовления, кулачок сделан точением. Материал 14Х17Н2.
Рис.6
В результате изготовления получилась такая конструкция (на фото предварительная сборка - некоторые элементы, в дальнейшем, будут доработаны)
Надульник в сборе
Рис.7
Разобранный
Рис.8
Половинки качалки выполнены из 2-мм "нержавейки", отверстия просверлены "в пакете".
Ряды отверстий в кожухе выполнены для облегчения сгибания.
Гарпун заклинен
Рис.9
Отпущен - выстрел
Рис.10
После выстрела - готовность к заряжанию
Рис.11
В переднем положении качалка упирается в надульник специальными площадками.
Пружина кулачка (на фото не видна) поворачивает кулачок вперёд, но его ход ограничивает поперечная ось.
Вторая (задняя ось) служит для взаимодействия со спусковым механизмом – в неё упирается толкатель.
Из соображений большей предсказуемости и безопасности, выбрана первая схема настройки механизма (см. Рис.3) - т.е. угол клинения меньше угла установки качалки, и в заряженном состоянии качалка стремятся повернуться назад и отпустить гарпун. Качалка принудительно удерживается в переднем положении толкателем (тягой), который взаимодействует со спусковым крючком (СК).
Схема, примерно, такая
Рис.12
Как было сказано выше, схема требует предвзвода качалки с кулачком, но это снижает удобство обращения с ружьём.
Выход был найден... Для полуавтоматического предвзвода используется обратный ход СК.
В описываемом ружье, СК, как такового, нет, как нет и предохранительной скобы (её роль выполняет намотанный линь) - есть спусковая рамка (СР) 3.
При заряженном ружье на тягу 1 давит качалка ЗСМ и стремится сдвинуть её назад, но этому препятствует шептало 8. Тяга свободно проложена в пазе СР (не закреплена в нём). СР сдвинута вперёд пружиной 6 и упёрта в поперечный шплинт 2.
При нажатии на СР, она сдвигается назад отходя от шплинта 2 и одновременно (или с небольшим отставанием) давит на нижнее плечо шептала 8, поворачивая его. Когда зуб шептала освобождает задний конец тяги, СР отходит назад на достаточное расстояние от штифта 2 и качалка ЗСМ сдвигает тягу назад - происходит выстрел.
Во время выстрела кулачок ЗСМ проворачивается вперёд, качалка остаётся в заднем положении, а гарпун не касаясь кулачка покидает ружьё. В конце хода толкателя назад, шплинт 2 подходит к СР...
При отпускании СР, она, под действием пружины 6, движется вперёд, давит на шплинт 6 и сдвигает тягу вперёд, при этом качалка кулачка встаёт в "боевое" положение. В конце хода тяги вперёд шептало запирает её в переднем положении.
Можно заряжать ружьё... Регулировочный винт 7 служит для синхронизации перемещений (срабатывания) СР, лс и шептала.
В итоге, не требуется предварительное взведение качалки кулачка (поворот вперёд) - её взводит обратный ход СР. Т.е. при рабочем ходе СР, качалка освобождается от воздействия возвратной пружины 6, а при обратном вновь ей поджимается...
В данной схеме умеренное воздействие на открытую тягу не приведёт к выстрелу, т.к. тяга заблокирована с обоих концов. Чтобы произошёл выстрел её надо изогнуть так, чтобы она укоротилась, примерно, на 3-4 мм, что при её диаметре 4 маловероятно.
Работа предвзвода
Первые опробывания ружья показали, что кое-что требует доработки.
В механизм поставил пружину удерживающую его в открытом (заднем) положении.
Немного уменьшил угол установки качалки.
Рис.13
После доработки ружьё работает безукоризненно: чёткая фиксация гарпуна, при "дозаряжании" увеличение усилия (снятие с "клина") не ощущается, при заряжании можно обхватывать тягу рукой, мягкий спуск (ход 7 мм)... Старое ружьё обрело вторую жизнь
Рис.14
Подтвердилась работоспособность всех трёх идей: кинематической схемы, клиновидной проточки кулачка и полуавтоматического предвзвода.
Правильно рассчитанный механизм способен свободно пропустить утолщённый хвостовик гарпуна. Не видно серьёзных препятствий для использования "задней привязки".
Подробнее о создании кулачкового ЗСМ здесь
http://garpun.spb.ru/forum/viewtopic.php?t=994&postdays=0&postorder=asc&start=30
Мигачев Александр (Mexaниk)
Ульяновск, 2013
7 Комментариев
Рекомендуемые комментарии