БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП КОНСТРУИРОВАНИЯ КОРПУСОВ ЛЕГКИХ ВГМ

Схема изготовления броневых корпусов семейства ВГМ на базе

унифицированного шасси МТ-ЛБ

Корпус является основным конструктивным элементом (КЭ) военной машины, от качества изготовления которого зависит жизнеобеспечение экипажа. Поэтому исследования и разработка вопросов конструирования, а также изготовления и сборки корпусов, особенно легкобронированных машин, в том числе на базе транспортера-тягача МТ-ЛБ, имеют чрезвычайно важное значение.

В соответствии с [1] корпус МТ-ЛБ, как сложная техническая система (T_c), может быть описан следующей математической моделью:

 (1)

где – корпус в виде T_c 3-го уровня сложности, j-го типа (в соответствии со спецификацией общего вида изделия);  – детали, сборочные единицы, узлы (укрупненные сборочные единицы) в виде КЭ 0-го, 1-го, 2-го уровней сложности, которых содержится в данной конструкции корпуса в количестве, соответственно, n, m, k.

Производство корпусов является весьма трудоемким технологическим процессом, что связано с изготовлением для каждого корпуса свыше тысячи деталей, в том числе броневых из спецстали высокой твердости, в виде КЭ 0-го уровня сложности с выполнением соответствующих режимов термообработки по обеспечению необходимой стойкости, их сваркой в сборочные единицы и узлы в виде КЭ 1-го и 2-го уровней сложности и последующей сваркой в единый блок – корпус, в виде технической системы 3-го уровня сложности в течение 24 часов в соответствии с ОСТ‑В3‑4301‑89, выполнением мехобработки под установку главной передачи, двигателя, вооружения и другого оборудования, проведением низкого отпуска корпуса после сварки для снятия остаточных напряжений при t=250ºС и монтажем на корпусе после отпуска разъемных соединений с обеспечением требований по жизнеобеспечению экипажа, проведением испытаний на водонепроницаемость и нанесением соответствующих покрытий на окончательно изготовленный и прошедший испытания корпус.

Сборку корпусов из КЭ производят сварными прихватками в специальном стенде, позволяющем установить в определенное положение отдельные, особо важные детали и узлы корпуса относительно оси главной передачи и между собой, а также установить броневые листы корпуса под углами, обеспечивающими кондиционность пулевых поражений, в соответствии с тактико-техническими требованиями на изделие. После сборки корпуса в стенде, в течение 24 часов его сваривают в кантователе и производят низкий отпуск. Невыполнение этого временного требования приводит к образованию трещин сварных швов, возникающих как сразу после изготовления корпуса, так и позднее в процессе эксплуатации изделий под действием сил внутренних напряжений, образующихся в результате деформации листов корпуса в процессе сварки. Чтобы уменьшить сварочные деформации в процессе сварки корпуса, каждому сварному шву на броневых деталях, выполняющихся в корпусе, присваивают порядковый номер, учитывая направление его выполнения и возможность взаимоисключения получаемых деформаций другим симметричным или подобным швом.

Разработки и изготовление первых корпусов МТ-ЛБ велись для нескольких типов легких ВГМ. В связи с положительными результатами их войсковых испытаний и острой потребностью армии в такой технике, выявилась необходимость создания еще около 15–20 типов военных машин и комплексов на этой базе. Естественным стал вопрос повышения выпуска корпусов. Чтобы ускорить процесс сборки корпуса, к его сварке начали привлекать 3 бригады по 3–5 сварщиков и 3–4 слесаря-сборщика для работы в три смены. Из-за наличия большого количества сварщиков стало затруднительным применение полуавтоматической сварки, и она производилась электродами, из обмазки которых в процессе сварки выделялись токсичные окислы марганца, приводящие к загазованности участка сборки. Однако такие организационные меры не привели к существенному увеличению выпуска корпусов. Для этого требовалось расширение производственных мощностей, увеличение количества стендов и другой технологической оснастки, что удорожало производство корпусов.

В связи с этим, нами была исследована возможность изготовления корпуса МТ-ЛБ в виде конструкции блочно-модульного построения, что позволило бы перенести часть сварочных работ из этапа сборки и окончательной сварки в укрупненные узлы и сборочные единицы и таким образом, уменьшив время нахождения каждого корпуса в стенде, увеличить эффективность использования имеющейся оснастки и повысить выпуск корпусов. Математическая модель такой конструкции корпуса имеет вид:

 (2)

здесь   корпус в виде T_c 3-го уровня сложности, 6-го типа (по спецификации общего вида МТ-ЛБ) содержит 5 укрупненных узлов в виде , причем индекс 3 в верхней части символов T_c говорит о том, что это 3-ий тип КЭ, то есть полученных сваркой без мехобработки (крыша, борт правый, борт левый, корма), индекс 4 показывает, что КЭ изготовлен сваркой с мехобработкой (узел носа, рамы); u, s, d обозначают, соответственно, количество узлов в виде T_c 2-го уровня сложности, сборочных единиц в виде КЭ 1-го уровня сложности и деталей в виде КЭ 0-го уровня сложности [1].

По сравнению с первоначальной конструкцией корпуса модели (1), который собирался и сваривался полностью в сварочном стенде, корпус, описываемый выражением (2), содержит две группы КЭ – N₁ и N₂, при изготовлении которых одна часть сварочных работ выполняется сначала на участках изготовления узлов (N₁), а другая – позже в сварочном стенде (N₂):

 (3)

 (4)

С достаточной степенью достоверности примем, что трудоемкость (объем сварочных работ) Q, пропорциональна длине сварных швов в узле, блоке . Тогда объемы сварочных работ в первой (3) и второй (4) группах КЭ, содержащих сварных швов общей продолжительностью , составят соответственно, Q₁ чел/ч и Q₂ чел/ч, а трудоемкость изготовления корпуса Q_k будет равна:

(5)

Однако, объем сварочных работ Q₁ с продолжительностью сварных швов  , производится не в стенде, а на участках сварки сборочных единиц, узлов, блоков, то есть на этапе окончательной сварки корпуса трудоемкость сварочных работ равна: 

 (6)

Отсюда видно, что на величину Q₁ снижена трудоемкость окончательного этапа сварки корпуса в стенде, что позволило более эффективно использовать штатную технологическую оснастку и повысить выпуск корпусов без увеличения производственных мощностей. Это удалось осуществить благодаря возможности унификации отработанных конструктивно и в производстве отдельных узлов, блоков, модулей, КЭ. В процессе отработки блочно-модульной конструкции корпуса МТ-ЛБ, нами выработаны следующие методы рационального конструирования корпусов семейства машин на базе транспортера-тягача МТ-ЛБ.

Секционная сборка. Корпус базового транспортера-тягача МТ-ЛБ и всех его модификаций представляет собой тонкобронную герметичную сварную конструкцию, имеющую прочность и водоизмещение, достаточные для преодоления машиной водных преград на плаву. При очень большом количестве КЭ, входящих в конструкцию корпуса, очень трудно достичь его технологичности. Поэтому его конструкция, как отмечено выше, была разделена на пять самостоятельно изготавливающихся блоков (секций): нос рамы , крыша  , борт правый , борт левый  и корма  (рис.1). Крыша с размещенными на ней люками представляет собой верхний пояс корпуса, остальные секции, соединенные вместе, – нижний пояс. Кроме секций в корпус входят лист носа верхний; листы днища, на которых устанавливаются торсионные балки и кронштейны подвески (см. рис. 1), а также элементы жесткостного набора. Каждую k-тую секцию  в виде Т_с, сваривают в специальных приспособлениях из d_k-го количества деталей  s_k-го количества сборочных единиц  и u_k-го количества узлов Т_с2:

(7)

Здесь k =1, 2,...5, соответственно, секций  с количеством деталей d_k в каждой секции, то есть d₁, d₂, . . . d₅, сборочных единиц s_k – s₁, s₂, . . . s₅, узлов u_k – u₁, u₂, . . . u_5.

Потом, как показано выше, с помощью сварных прихваток в стенде из секций, узлов, сборочных единиц и деталей, см. модель (2), собирают корпус и в течение 24 часов сваривают, после чего производят низкий отпуск. Внедрение метода сборки и сварки корпусов из секций позволило улучшить доступ к привариваемым деталям и заменить ручную сварку полуавтоматической в среде углекислого газа, в связи с чем уменьшилась загазованность воздушной среды в цехах, а благодаря организации специализированных участков по изготовлению секций, улучшились условия труда сварщиков, повысилось качество и производительность их работы.

Рис.1. Секции и другие сборочные единицы броневого корпуса легкого 

многоцелевого транспортера-тягача МТ-ЛБ:

1, 2, 11, 12 – листы днища; 3 – борт левый; 4 – борт правый; 5 – корма; 6 – крыша;
7 – лист носа верхний; 8 – нос рамы; 9 – торсионная балка; 10 – кронштейн подвески

Минимизация трудоемкости сварочных работ. Как было отмечено выше, эта трудоемкость определяется суммарной длиной сварных швов на этапе сборки корпуса в стенде. Как показал расчет (табл.1), в секциях содержится около 43,5% общей длины сварных швов корпуса МТ-ЛБ, которые выполняются на этапе изготовления секций. В результате деления корпуса на секции трудоемкость окончательного этапа сборки корпуса стала значительно ниже первоначальной, и составляет около 54% общей трудоемкости сборки и сварки. Это дало возможность увеличить выпуск корпусов путем эффективной загрузки стендовой оснастки. Следовательно, корпус и его КЭ необходимо конструировать таким образом, чтобы как можно большая часть сварочных работ выполнялась в сборочных единицах и секциях и минимум на этапе окончательной сборки и сварки корпуса.

Учитывая, что, как было отмечено выше, трудоемкость сварочных работ зависит от длины сварных швов, то есть Q=F(L), целевая функция, выражающая минимизацию трудоемкости сварочных работ на этапе окончательной сборки и сварки корпуса, будет иметь вид:

 

  (8)

где      L₁ – длина сварных швов, выполняемых в стенде для сборки корпуса; L – общая длина сварных швов в корпусе; L₂ – длина сварных швов, выполняемых в секциях и отдельных сборочных единицах.

Таблица 1

Распределение длин сварных швов по видам работ при производстве корпуса МТ-ЛБ

№ п/п	Виды работ	Длина сварных швов, м	Обозначение	Доля длины (отнесено к общей длине швов в корпусе), %
1.	Изготовление секций:
	– нос рамы	58,80		8,86
	– борт левый	13,20		1,99
	– борт правый	13,50		2,04
	– крыша	184,70		27,85
	– корма	18,60		2,60
	Итого в секциях	288,80		43,54
2.	Изготовление сборочных единиц (узлов), не вошедших в секции	16,10		2,44
3.	Итого в секциях и узлах	304,90	L2	45,98
4.	Сварка корпуса в стенде	358,30	L1	54,02
5.	Всего в корпусе	663,20	L	100

Оптимизация механической обработки деталей, сборочных единиц и узлов корпусов. Конструирование корпусов МТ-ЛБ производилось с учетом необходимости выполнения механической обработки не в сварном корпусе, а в его КЭ (деталях, сборочных единицах, узлах), в отдельных случаях – в секциях. После этого механически обработанные КЭ устанавливались в приспособлениях (при сборке секций, узлов, сборочных единиц) или в стенде (при сборке корпуса) и приваривались. Такой технологический процесс обеспечивает простоту и низкую трудоемкость изготовления корпусов, так как детали, сборочные единицы имеют меньшую массу и размеры по сравнению с корпусом, а следовательно, компактную и недорогую оснастку для механической обработки.

Применение данного принципа при конструировании корпусов мотивировано тем, что температурное влияние режимов сварки и отпуска на механически обработанные детали и узлы приводит к увеличению поля допуска некоторых особо точных размеров и тем самым к росту трудоемкости сборки изделий.

Поэтому в окончательно сваренных корпусах семейства машин на базе МТ‑ЛБ, идущих под монтаж артиллерийских, пусковых и других систем, требующих высокой точности их установки в корпусе, в виде исключения, выполняется лишь механическая обработка оснований под установку систем.

Унификация нижнего пояса корпусов. На изделиях семейства принят вариант компоновки с передним расположением трансмиссии, ведущих колес и центральным расположением двигателя, что предполагает расположение впереди, на нижнем поясе корпусов (раме), в ее носовой части, агрегатов силовой передачи и на некотором расстоянии от них – двигателя, соединенного с коробкой передач коротким карданным валом [2]. Данная компоновка базовой машины обеспечивает равномерное распределение массы по длине при движении по суше и на плаву для всех создающихся модификаций (моделей), в которых применены одинаковые двигатель, трансмиссия, подвеска, гусеничный движитель, электро- и пневмооборудование, а также и места их установки на нижнем поясе. Такая унификация нижнего пояса корпусов позволяет применять типовое технологическое оборудование. Конструкция верхнего пояса корпусов является оригинальной, так как на каждой модификации в зависимости от ее назначения устанавливается в кормовом отсеке свое вооружение и оборудование. При конструировании верхнего пояса особое внимание уделяется обеспечению изделию заданного уровня бронирования, жесткости и прочности корпуса, его герметичности. Применение однотипной оснастки при изготовлении верхнего пояса связано лишь с применением некоторых унифицированных деталей и узлов, а также разъемных соединений, предназначающихся для герметизации проемов, люков, амбразур, заливных и вентиляционных лючков и т.п.

Таким образом, корпуса для изделий различного назначения создавались путем установки на унифицированный нижний пояс крыш оригинальной конструкции (рис.2). Основой каждого спроектированного корпуса 5 является унифицированный нижний пояс шестикаткового транспортера-тягача МТ-ЛБ. Так как агрегаты силовой передачи унифицированы для всех моделей, то нос рамы 3, где они размещаются, одинаков и используется в виде блока-модуля для всех корпусов семейства. Длину же задней части нижнего пояса корпуса, свободной от агрегатов трансмиссии, а так же форму и размеры крыши можно изменять в зависимости от назначения корпуса.

Формирование корпусов по типам и рядам. На базе корпуса МТ-ЛБ создано четыре типа корпусов, отличающихся между собой формой и геометрическими размерами: тип I – сечение Е-Е, типы II и III – Д-Д, тип IV – Ж-Ж (см. рис.2). Корпус типа III в отличии от корпуса типа II, опирающегося на семь пар катков, имеет меньшую длину, рассчитанную на шесть пар катков, в его крыше отсутствует проем для монтажа вооружения, а ввиду наличия толстостенной капсулы для экипажа, отсек двигателя смещен к корме изделия.

Каждый из четырех упомянутых типов корпусов является основой изготовления на его базе унифицированного ряда корпусов для изделий соответствующего назначения:

1-ый унифицированный ряд – транспортеры-тягачи с различными функциями, снегоболотоходы;

2-ой – самоходные артиллерийские и ракетные пусковые установки;

3-ий – машины радиационной и химической разведки;

4-ый – командирские машины, машины связи, комплексы управления огнем самоходных артиллерийских установок и т.п.

Таким образом, разработка корпуса МТ-ЛБ в виде конструкции блочно-модульного построения позволила отработать прогрессивные методы конструирования и изготовления броневых корпусов семейства моделей созданных на базе унифицированного шасси транспортера-тягача МТ-ЛБ, а также повысить выпуск корпусов без расширения производственных мощностей и увеличения численности рабочих. Эти методы целесообразно применять при создании семейства легких ВГМ нового поколения.

Рис.2. Схема изготовления броневых корпусов семейства ВГМ на базе

унифицированного шасси МТ-ЛБ:

1 – корма; 2 – нижние борта; 3 – нос; 4 – крыша; 5,6 – корпуса соответственно шести- и семикатковых модификаций; 7 – рама; А, Б – расстояния между осями соседних кронштейнов подвески; В – расстояние между осью силовой передачи и осью первого кронштейна подвески; Г – расстояние между осью кронштейна подвески и осью направляющего колеса; К. Л, М – высота верхнего пояса; Н – ширина нижнего пояса корпуса; П – ширина корпуса по верхнему поясу (габаритная ширина);
Р – высота нижнего пояса корпуса

Литература: 1. Писаренко А.Е. Разработка основ модульного принципа создания военной техники // Механика и машиностроение. –2002, –№ 1. 2. Легкий многоцелевой гусеничный транспортер-тягач МТ-ЛБ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. -М.: Воениздат, 1985, -448с.