Демпфирование удара. (про поршни и не только)

Что в ружье страдает от соударений? В основном это лишь 2 места:

1 - скользящая втулка бьется об утолщенный хвостовик гарпуна.

2 - поршень бьется о демпфер поршня, расположенный в передней заглушке.

Обе эти зоны страдают от сильных ударов. И поршень и скользящая втулка начинают расклепываться вплоть до заклинивания. Втулка не хочет скользить по гарпуну, а поршень своим раклепанным передком безбожно царапает поверхность ствола, над полировкой которого вы столько трудились... А то и вовсе ловит "клин".

Как и все инженерные задачи эту можно решить в лоб, а можно и по умному. В лоб - это применить твердую, закаленную сталь большого сечения (чтобы точно не сминалось). И тогда скользкая втулка перестанет плющиться... но начнет вырывать из гарпуна уже хвостовик! Ну что же, можно и хвостовик сделать из не менее прочной стали и резьбу на нем максимально большего диаметра... Авось теперь уже не вырвет!... и так по нарастающей.

Но гораздо умнее было бы понять изначально что деформирующая сила напрямую зависит от МАССЫ соударяемых деталей! (Это же просто - больший молоток сильнее бьет!). И следовательно, попытаться эту массу снизить.

Выводы простейшие, но от этого не менее актуальные. Так, на практике, дюралюминиевый поршень (не говорю уж о капролоновом) расклепывается значительно меньше чем нержавеющий именно по причине меньшей массы. Хоть нержавейка, сама по себе, намного тверже. То же самое касается и скользящей втулки - ее тоже оказывается можно делать из дюраля! Прекрасно служит. Кстати очень проблемными являются скользящие втулки со стабилизаторами, так как их масса всегда очень велика. Связываться с ними, по моему мнению, стоит только в спорте - при стрельбе по мишеням. (К тому же они сильно режут рыбу при попадании, и у нее гораздо больше шансов сойти с гарпуна.)

Кроме того не надо забывать, что деформирующая сила (да и шум от удара) зависит от плавности гашения скорости поршня.

Например, вот классический вариант демпфирующей втулки на резиновых колечках :

Кстати, об этом принято забывать - если в этом варианте не будет отверстий для выхода воды (обозначено стрелками), или  достаточных зазоров для перепуска воды, то никакой "амортизации" не получится! Мы будем иметь жесткий гидроудар. Мелочь, но важная...

А вот немного другой вариант. В нем рабочий ход "демпфирования" значительно длиннее. Более того демпфирование тут имеет нелинейную характеристику: постепенно нарастающее сопротивление поршню. И пружина тут ни при чем - она очень слабая и выполняет лишь возвратную функцию.  Основную работу выполняет гидродемпфер. Причем самой втулки а не поршня!  Вы ведь заметили конусность отверстия? Перетекание воды через постепенно уменьшающуюся щель по ходу втулки - это и есть основное ноу-хау этого узла. Вот этот вариант:

Кстати, если масса втулки демпфера будет велика, то качественного поглощения энергии удара не получится - на скоростях по 30-40 м/с типичных для нас, даже удар по "пустой" но тяжелой втулке может привести к деформациям...>

Потому большие и длинные демпферы, выточенные из нержавейки - это далеко не лучший вариант. Демпфер лучше делать из дюраля, а еще лучше из капролона - ружье обзаведется еще и относительной бесшумностью выстрела. Но для капролона надо не забыть задать большее сечение втулки - он конечно крут, но все же - пластик. Ну а если уж из нержавейки - то хоть позаботиться о минимальной его массе, и длинном рабочем "гасящем" ходе. Титана, как материала, я стараюсь избегать по причине его крайней коррозионной агрессивности по отношению к другим металлам. Хотя и признаю, что титан - исключительный по всем статьям материал для ружья. Проблема в том что приходится делать ЦЕЛЬНОТИТАНОВОЕ ружьё. А это тяжело и дорого.

В целом же идея гидродемпфера исключительно интересна и рациональна. Ее можно использовать в самых разных соударяемых узлах, работающих в водной среде.

А вот с гидродемпфированием поршня все не так просто.  Вот типичная схема демпфирования поршня. Желтым цветом обозначен объем воды участвующий собственно в смягчении удара:

Вот крупным планом "рабочая" зона гидродемпфера . Обратите внимание - зазоры для выхода воды должны быть обязательно! Иначе вместо смягчения удара мы получим жесткий гидроудар:

В данном варианте узел будет работать вполне успешно. Это типичный вариант для диаметра гарпуна 8 мм и диаметра ствола 12 мм. В зоне демпфирования тут вполне достаточно воды для качественного демпфирования поршня. Но в более тонких стволах мы столкнемся с тем, что туда невозможно "вписать" достаточный объем воды. Придется жертвовать или диаметром хвостовика гарпуна, или объемом воды - третьего не дано! А малый объем воды будет "вылетать" в зазоры не особенно то и тормозя наш поршень. Из моей практики более-менее приличной эффективности при стволе 10 мм (типичная зелинка) можно добиться при гарпуне 7 мм. То есть при разнице диаметров хвостовика гарпуна и ствола 2 мм. (так как хвостовик на 1 мм толще гарпуна)

В общем, рекомендации таковы: гидродемпфер поршня стоит применять в толстых стволах (11-13 мм) при гарпунах 7-8 мм. В тонких же стволах (9-10мм) воды относительно мало и гидродемпфер хорошо работает ТОЛЬКО при очень малом зазоре "носик поршня - втулка демпфера". А малые зазоры во первых не каждый токарь обеспечит. Во вторых - падает надежность конструкции в целом - каждая песчинка или царапина  может быть причиной заклинивания. Или поршень капролоновый со временем разбухнет от масла... Поэтому в условиях "водяной недостаточности" лучше применять гидродемпфирование втулки,а не поршня. Там воды конструктивно всегда вдоволь.

Ну и пару слов про демпфирование скользкой втулки на гарпуне. Вот этот вариант:

В принципе - это вполне осуществимо, но требует очень малого зазора между гарпуном и втулкой. Или весьма толстого хвостовика... Речь, как вы уже догадались, снова о нехватке воды... Кроме того этот способ неизбежно ведет к увеличению диаметра скользкой втулки, а это сильно портит аэродинамику гарпуна.  В общем - вы делайте, если хотите, а я этот узел предпочитаю классический. Тот самый, со стальной шайбой и резиновым колечком:

Вот вроде и всё.