Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy bắn pháo hoa tự động

CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ TỒNG QUAN1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.1.1 Các phương pháp bản pháo hoa hiện có Hiện nay, trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung, việc bắn pháo hoa là tươngđối ph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẶNG HỮU PHƯỚC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

MÁY BẮN PHÁO HOA TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành: Kĩ Thuật Cơ Khí

Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 2017

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS-TS Phạm Huy Hoàng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

Ngày 06 tháng 01 nãm 2017

Thành phần Hộỉ đồng đảnh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS-TS Nguyễn Hữu Lộc

2 PGS-TS Đặng Thiện Ngôn

3 PGS-TS Bùi Trọng Hiếu

4 PGS-TS Lira Thanh Tùng

5 TS Trương Quốc Thanh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu cố)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHÙ NGHĨA VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy bắn pháo hoa tự động

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Thiết lập bài toán: Thuật phóng trong phục vụ thiết kế hệ thống (mô hình, phương trìnhtoán);

2 Giải các bài toán ở trường hợp tổng quát, khảo sát tìm mô hình cho giải pháp và số liệu đầu vào hợp lý giải quyết được yêu cầu kỹ thuật đặt ra;

3 Chế thử sản phẩm, thử nghiệm sản phẩm đảm bảo tính năng và khả năng hoạt động tự động của hệ thống

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 14/12/2016

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Phạm Huy Hoàng, Khoa Cơ Khí-Đại

học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh và các chuyên gia của Viện Vũ Khí - Tổng Cục CNQP

Chính nhờ những sự trợ giúp quý báu đó, mà bản thân học viên có thêm kiến thứcchuyên ngành, sự tự tin để hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất và ngày càng vữngvàng trong công việc chuyên môn

Ngày 14 tháng 12 năm 2016 Học viên thực hiện

Đặng Hữu Phước

Điều này đặt ra sự cần thiết cho việc phát triển thêm một phương pháp bắn khác,

khắc phục phần nào các vần đề tồn tại nêu trên Đe tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ

thống bẳn pháo hoa tự động” ra đời là nhằm mục đích như thế.

Luận văn này xây dựng nguyên lý hoạt động và chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thốngnhằm định hướng cho công tác thiết kế Chế tạo và thử nghiệm mô hình thực nghiệm tỉ lệ1:2 nhằm đánh giá tính đúng đắn của việc lựa chọn nguyên lý của hệ thống

MASTER’S THESIS ABSTRACT

The firework shows are mostly launched in three ways: low-attitude automaticthing system by pyrotechnic, high-attitude manual thing system and high-attitudeautomatic firing system by programmable devices In those methods, there are somedifficulties: setting place is large because each gun barrel fire one fhework; many people,much time and high cost for a firework show

These problems establish the necessary for producing a different firing method

that will deal with them Project “Research, design and produce Automatic Reload

Firing System ” was implemented for fitting with that purpose.

This thesis was build operating principle and technical targets of the system fordesign orientation Produce and experiment model is design with scale 1:2 to verify thecorrect result of calculations, designs and production of the system

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực,

là của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Neu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật

Tác giả

Đặng Hữu Phước

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan nghiên cứu 3

1.2 Tính cần thiết, phạm vi và đối tượng nghiên cứu 9

1.3 Ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn 10

CHƯƠNG II:NGHIÊN CỨU NHŨNG NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG PHÓNG 11 2.1 Lự a chọn nguyên lý chung cho thiết kế hệ thống: 11

2.2 Bài toán thuật phóng trong phục vụ thiết kế hệ thống: 30

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT HỆ THỐNG 44

3.1 Tính toán hộp tiếp đạn 44

3.2 Tính toán thiết kế khối nòng các chi tiết bổ trợ của khối nòng và cơ cấu tiếp đạn 48 3.3 Tính toán thiết kế băng chuyền nạp đạn 61

3.4 Tính toán bệ tỳ 74

3.5 Tính toán hệ thống điều khiển 76

3.6 Tính toán các yếu tố ảnh hưởng đến độ an toàn cho hệ thống và người sử dụng 92 CHƯƠNG IV:SẢN PHẨM VÀ THỬ NGHIỆM 97

4.1 Kết quả tính toán thiết kế 97

4.2 Mô hình thực nghiệm tỉ lệ 1:2 97

CHƯƠNG V:KÉT LUẬN 106

Tài liệu tham khảo 108

Phụ lục 109

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Thành phố Hồ Chí Minh nối riêng và cả nước nối chung, bắn pháo hoa vào các dịp

lễ lớn là thường xuyên và phả biến, trở thành món ăn tỉnh thần độc đảo cho quần chứngnhân dân Việc tổ chức bắn chủ yếu ở 03 phương pháp: bắn pháo hoa tầm thấp tự độngđiều khiển bằng hỏa thuật; bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay và bắn pháo hoatầm cao tự động điều khiển theo lập trình Các phương pháp đều cho độ tin cậy khi bắnchỉ có khó khăn ở khâu triển khai và thu dọn ngoài thao trường; đòi hỏi nhiều nhân công

và trong điều kiện không thuận 1ỢỈ.ĐỈỠU này đặt ra sự cần thiết cho việc phát triển mộtloại thiết bị giải quyết các vần đề tồn tại nêu trên: thao tác chuẩn bị sẵn sàng ở nơi tậpkết, cơ động triển khai sử dụng nhanh chống, hiệu quả, an toàn và thu dọn xử lý nhanhsau khi bắn

Sau khi nghiên cứu máy tự động của các loại vũ khí, đặc biệt là đối với các loại vũkhí cần cố tốc độ bắn cao Điển hình cho các loại vũ khí này là Mini gun, pháo Vulcanv.v Máy tự động của chúng cố khối quay nhiều nòng và nhiều buồng đạn, nạp đạn tựđộng bằng cơ cấu cam thùng Từ mô hình hoạt động của các hệ thống máy tự động củachứng ta cố thể áp dụng vào các hệ thống tương tự; mà ở đây luận văn chọn ứng dụngvào xây dụng hệ thống bắn phao hoa tự động nạp đạn bằng cơ cấu cam thùng Đề tài

“Nghiên cứu thiết ké chế tạo hệ thống mấy bắn phao hoa tự động” ra đời là nhằm mục

đích như thế

Luận văn này hoàn thành, ngoài sụ nỗ lực của bản thân học vỉên thực hiện còn có

sự giúp đỡ rất nhiệt tình của rất nhiều cá nhân và đơn vị Em xin gửi lời cảm ơn chân

thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Phạm Huy Hoàng, Khoa Cơ Khí-Đại học Bách

khoa Tp Hồ Chí Mỉnh và các chuyên gia của Viện Vũ Khí - Tổng Cục CNQP Mọi đỏng

gỗp về cấc vấn đề liên quan đến luận văn xin gửi về <Đặng Hữu Phước - Viện Vũ Khí,

18A Cộng Hoà, Phường 12, Q Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh >

Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2016

CHƯƠNG I CÁC VẤN ĐỀ TỒNG QUAN1.1 Tổng quan nghiên cứu

1.1.1 Các phương pháp bản pháo hoa hiện có

Hiện nay, trong nước nói riêng, trên thế giới nói chung, việc bắn pháo hoa là tươngđối phổ biến, tuy nhiên trong yếu tố phát triển của nó, người ta chủ yếu hướng vào pháttriển kết cấu hỏa thuật của viên đạn cũng như kịch bản bắn hoa theo chương trình nhấtđịnh để đem lại hiệu ứng phong phú khác nhau tốt nhất:

- Có nhiều loại đạn cố kết cấu hỏa thuật rất đặc sắc;

- Khả năng bổ trì hệ thống bắn pháo hoa lỉnh hoạt ở nhiều vị trì khác nhau (trênnền đất, dưới sông biển, frên các tòa nhà, tòa tháp) với nhiều góc độ bắn khác nhau ;

- Khả năng tự động ở trình độ cao kết hợp với nền nhạc, âm thanh

Phương pháp bắn pháo hoa vẫn duy trì ở các loại hình cơ bản như sau::

a) Bắn pháo hoa tự động bằng hỏa thuật (pháo hoa tầm thấp)

Đây là phương pháp bắn truyền thống, đạn được lắp sẵn vào từng ống phóng, cácống phóng được xếp với nhau trong cùng một hộp (thông thường mỗi hộp có 25 ốngphóng), mỗi frận địa bắn có số lượng hộp khác nhau tùy vào số lượng đạn cần bắn Cócác dây chảy nhanh và đoạn cháy chậm để liên kết giữa các ống phóng với nhau trongcùng một hộp và liên kết giữa các hộp với nhau trong một trận địa

Hình ỉ 1: Sơ đồ bố trí cấc ống phông và mạch nầ trong một hộp pháo hoa tầm thấp

Một khi ngòi châm cháy của ống đầu tiên được châm lửa (bắt đầu khi bắn) làm đạnđược phóng đi, theo tuần tự đạn trong các ống tiếp theo sẽ được được phóng đi,

tiếp đó là đến đạn frong các ống phóng của các hộp tiếptheo cũng làm việc Thời gian làm việc của cả hệ thống phụthuộc vào thời gian cháy của các dây cháy nhanh và cháychậm liên kết giữa các ống phóng và các hộp

Việc tổ chức bắn pháo hoa tầm thấp phàỉ theo quy trình và quy định của nhà sảnxuất để mạch bắn được tự động theo một kịch bản chương trình và thời gian đặt ra

Ưu điểm:

- Độ tin cậy cao ;

- Dễ thao tác và triển khai;

- Theo một quy trình khuôn mẫu có sẵn

Nhược điểm:

- Không gian lắp đặt cho trận địa lớn ;

- Việc liên kết các dây cháy nhanh và cháy chậm giữa các hộp phải hết sức tìmỉ;

Tất cả các thao tấc phải theo đúng kịch bản chương trình và quy định của nhà sảnxuất

b) Bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay

Việc triển khai lắp đặt hệ thống tương tự như vỉêc triển khai bắn pháo hoa tầm thấp.Tuy nhiên, đạn pháo hoa tầm cao được kích hoạt phống lên ười bằng kích hoạt điện (mồilửa điện), các mồi lửa điện được đấu vào các thanh cực trung gỉan, sau đó được đấu đếncác bộ điều khiển để được điều khiển bằng tay thông qua các nút bấm

Hình 1 2: Sơ đồ điều khiển bẳn pháo hoa tầm cao bằng tay

Bộ nguồn

k J

Bảng điều khiển

f\

Hộp

> đấudâymồi

I J

Hộp

* chứacácống

k -/

Hình 1.3: Phương pháp bẳn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay

Kịch bản chương trình và thời gian bắn do nhà sản xuất quy định, nhưng chủ ỵếucũng phụ thuộc lớn vào khâu tổ chức lắp đặt và người điều khiển

Ưu điểm:

- Độ tin cậy cao;

- Dễ thao tác và triển khai;

- Linh hoạt điều khiển

Nhược điểm:

- Không gian lắp đặt cho trận địa lớn;

- Chi phí cho mỗi cuộc bắn cao : vật tư, cần vụ bắn, vận chuyển, thu dọn;

c) Bắn pháo hoa tầm cao tự động điều khiển theo lập trình.

Việc triển khai lắp đặt hệ thống ống phóng tương tự như vỉêc triển khai bắn pháo hoatầm cao điều khiển bằng tay, tuy nhiên các mồi lửa điện để kích hoạt bắn đạn lên ười đượcđấu qua các hộp trung gian đến bộ điều khiển trung tâm rồi đến máy tính

Hệ thống bắn được tự động thông qua kịch bản được thiết lập bởi chương trình điềukhiển trên máy tính

Hình 1.4 Sơ đồ bẳn pháo hoa tự động bằng điều khiển điện

Máy tính

I J

Hình 1.5: Phương pháp bẳn pháo hoa tầm cao tự đọng điều khiển theo lập trình

ưu điểm:

- Tự động theo một chương trình máy tính, không bị ảnh hưởng bồi yếu tổ con người;

Nhược điểm:

- Không gian lắp đặt cho ừận địa lớn;

- Chỉ phí cho mỗi cuộc bắn cao: vật tư, cần vụ bắn, vận chuyển, thu dọn;

Hiện nay một số đơn vị trong nước bước đầu ứng dụng phương pháp này do các đơn

vị trong nước sản xuất, tuy nhiên chúng vẫn bộc lộ nhược điểm lán là độ tin cậy chưa cao,triển khai hệ thống còn cồng kềnh

Bảng 1.1: So sánh tính năng các phương pháp bẳn pháo hoa hiện có.

1,1,2 Tự động bẳn và nạp đạn trong các loại vũ khi.

Đối với các hệ vũ khí bắn tự động, năng lượng phục vụ cho việc bắn và nạp đạn chủyếu nhờ vào năng lượng khí thuốc bản thân của viên đạn khỉ bắn hoặc nguồn năng lượngđiện từ bên ngoài cung cấp

- Nguồn năng lượng từ khí thuốc: tận dụng khí thuốc sinh ra từ bản thân phát bắn,người ta đã tạo ra nhiều kiểu máy tự động giúp cho vũ khí được bắn tự động như :

+ Máy tự động làm việc theo nguyên lý nòng lùi;

+ Máy tự động làm việc theo nguyên lý khóa nòng lùi;

+ Máy tự động làm việc theo nguyên lý trích khí

- Nguồn năng lượng từ bên ngoài: Đối với các loại vũ khí cần có tốc độ bắn cao,người ta làm vũ khí có nhiều nòng và năng lượng để cung cấp cho máy tự động làm việckhông phải bằng khí thuốc cháy mà bằng năng lượng cung cấp từ bên ngoài

Hình L6: Máy tự đọng của súng Minigun

a Mặt cắt b Khối nòng và dẫn động

Điển hình cho các loại vũ khí này là Mùi gun, pháo Vulcan v.v Máy tự động củachứng có khối quay nhiều nòng và nhiều buồng đạn, chế độ làm việc tự động nhờ động cơđỉện Khối nòng có các nòng được ghép dạng lồng tròn, ứng vái mỗi nòng là một khóanòng trượt dọc và cùng quay vớì nòng

Ưu điểm lổn nhất của hệ vũ khí này là tốc độ bắn cao, việc tiếp đạn nhờ vào nănglượng bên ngoài nên khắc phục được sự cố đạn tịt, đạn không nổ máy tự động vẫn làmviệc bình thường

Bên cạnh đó, một dạng vũ khí mà đề tài quan tâm là vũ khí bắn tự động chỉ với mộtnòng nhưng nhiều buồng đạn, các buồng đạn được lắp trên ổ quay (súng ổ quay) Với loại

vũ khí này, máy tự động cùng lúc thực hiện nhiều thao tác khác nhau : tiếp đạn, rút vỏđạn vì vậy mà tốc độ bắn của vũ khí cũng đảm bảo cao

1.2 Tính cần thiết, phạm vỉ và đối tượng nghiên cứu

7.2.1 Tỉnh cần thiết

Hằng năm, thành phố Hồ Chí Minh tổ chức bắn nhiều đợt bắn pháo hoa chào mừngcác dịp lễ lớn như: Tết cổ truyền; năm mới dương lịch; giải phống miền Nam thống nhấtđất nước trong mỗi dịp lễ lớn như thế thường tổ chức hơn 04 cuộc bắn pháo hoa tầm caotại các điểm bắn đặc biệt Các điểm bắn này cố số lượng phát bắn nhiều hơn, tầm bắn caohơn và các hiệu ứng hỏa thuật của các viên đạn cũng đặc sắc hơn, tạo cảm giác thích thứphấn khỏi cho nhân dân Tuy nhiên, công tác tỏ chức bắn và thu dọn sau khi bắn cũng gặpnhiều vấn đề khó khăn lớn cần nghiên cứu giải quyết như:

- Số lượng nhân công tham gỉa chuẩn bị bố trí súng, đạn cho bắn và tham gia thudọn lớn;

- Thời gian cho chuẩn bị trước khi bắn và sau khi bắn là nhiều, trong đó chủ yếu làthời gian chuẩn bị tạỉ thục địa (chịu nắng, mưa ), điều này quan trọng hơn khi thời gianvào các dịp lễ tết cổ truyền dân tộc;

- Trận địa bố trí súng đạn lớn vì mỗi sung chỉ bắn được một nòng Ở thành phốđông dân như thành phố, việc tìm các địa điểm bắn đáp ứng cho trận địa bắn cũng gặpnhiều khó khăn;

- Chỉ phí cho mỗi ưận địa bắn cũng được tăng lên theo các tồn tại nêu trên

1.2.2 Phạm vị nghiên cứu.

Đề tài hướng đến nghiên cứu việc tự động bắn nạp đạn cho pháo hoa tầm cao, vìpháo hoa tầm cao thường được nhà cung cấp đảm bảo cho từng quả đạn rỉên biệt, còn pháohoa tầm thấp thường được nhà cung cấp đảm bảo đồng bộ cả sủng, đạn và có tích hợp cả

hệ thống đỉều khiển tự động bằng hỏa thuật

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu.

Bảng 1.2 Các đạn pháo hoa tầm cao(l)

——

a

1 Theo tài liệu huân luyện kỹ thuật bắn pháo hoa

Trong trận địa bắn pháo hoa tầm cao, sẽ cố nhiều cỡ đạn bắn khác nhau (Bảng 1.2),

do chỉ là bước nghiên cứu đầu tiên, luận văn hướng đến nghiên cứu xây dựng thiết bị bắncho đạn số 5, đây cũng là loại đạn được sử dụng nhiều nhất trong một trận địa Trận đỉabắn pháo hoa tổng thể dựa trên sự kết hợp nhiều hệ thống với nhau

1,3 Ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thục tiễn,

1.3.1 Ỷ nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu một thiết bị bắn pháo hoa tự động nạp đạn, đây là một dạng sảnphẩm mới, ứng dụng tự động hỏa, điều này phù hợp với định hướng phát triển tự động hóacủa chủ trương nhà nước trong phục vụ quốc phòng và dân sinh Và qua đó cũng góp phầnnâng cao năng lực nghiên cứu chuyên môn của đội ngũ cán bộ khoa học thuộc lĩnh vựcnày

1.3.2 Khả năng ứng dụng thực tiễn

Nếu sản phẩm của đề tài nghiên cứu được thành công, sẽ tạo ra một thiết bị mới, cóthể hình thành một phương pháp bắn pháo hoa tự động mới cỗ các ưu điểm riêng biệt, giúpcác nhà tả chức bắn pháo hoa có thêm sự lựa chọn Ưong việc tổ chức bắn pháo hoa phùhợp với những điều kiện tổ chức bắn cụ thể

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU NHŨNG NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG PHÓNG

2.1 Lựa chọn nguyên lý chung cho thiết kế hệ thống:

Như chúng ta đã biết có rất nhiều nguyên lý để có thể thực hiện tốt việc thiết kế hệthống pháo hoa tự động nạp đạn Và cho dù nguyên lý nào đi nữa tin vẫn phải đảm bảo tốt

cố một buồng đốt kín, đủ bền, một đoạn nòng đủ dài để gia tốc cho đạn trước khi rời mụctiêu

Để đảm bảo các thông số kỹ thuật của quả đạn pháo hoa khi rời nòng khi bắn bằng

hệ thống tự động giống như khỉ bắn bằng hệ thống cổ điển Ta cần cỏ bước khảo sát hệthống hiện cỗ để chọn ra phương án thiết kế hợp lý nhất

2.1.1 Kết quả khảo sát phát băn đạn pháo hoa số 5

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu, chứng tôi tiến hành phân tích, đo đạc phát bắnđạn pháo hoa số 5 (đối tượng nghiên cứu) hiện cố tại Bộ tư lệnh TP Hồ Chí Minh, kết quảnhư sau:

Bảng 2.1: Các thông số của phát bẳn đạn số 5

Hình 2.1 Giá nòng pháo hoa số 5

Ngoài ra, nhằm phục vụ tốt cho công tác nghiên cứu, đối chứng kiểm tra làm tăng tính khoa học, kinh tế của hệ thống, chúng tôi cũng quan tâm thêm các yếu tố khác khi bắntrận địa pháo hoa tầm cao:

Bảng 2.2 Thực tiễn bẳn pháo hoa tầm cao tại TP Hồ Chí Minh

- Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật bắn pháo hoa tầm thấp do Tổng cục Công nghiệpquốc phòng năm 2004.

- Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật bắn pháo hoa tầm cao do Tổng cục Công nghiệp quốcphòng năm 2000

2.1.2 Xây dựng nguyên lý hoạt động và chỉ tiêu kỹ thuật chung của hệ thống pháo hoa tự động nạp đạn

2.1.2.1 Yêu cầu chung của hệ thống trước khi nghiên cứu thiết kế

Với mục tiêu thay hệ thống bắn pháo hoa tầm cao điều khiển bằng tay, hệ thống bắnpháo hoa tự động nạp đạn nghiên cứu cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Tinh gọn dễ cơ động: Hệ thống tinh gọn giúp giảm được diện tích đặt hệ thốngtại trận địa bắn, đồng thời hệ thống làm việc như một cỗ máy nên phải cỗ tính cơ động caogiúp triển khai nhanh chống, thuận tiện ở các vị trí địa hình khác nhau;

- Đảm bảo hoạt động tin cậy: Các bộ phận làm việc nhịp nhàng, không cố hiệntượng hốc tắc xảy ra, trường hợp cố viên đạn tịt thì hệ thống vẫn làm việc bình thường;

- An toàn cao: hệ thống vận hành như một pháo bắn tự động, do vậy đảm bảo hệthống được an toàn Ưong quá trinh bắn là yêu cầu không thể thiếu;

- Thay đổi được cấp độ điều khiển: gìứp cho kịch bản bắn pháo hoa thêm phongphú, linh hoạt;

- Khả năng tích hợp điều khiển: mỗỉ trận địa phải bắn khối lượng lớn đạn pháohoa, nên cần sử dụng nhiều hệ thống, do vậy các hệ thống cần được nối kết với nhau thôngqua hệ điều khiển chung, giúp quá trình bắn được linh hoạt;

- Phù hợp vối tiêu chuẩn về kỹ thuật và an toàn đổỉ với các phương pháp bắn pháohoa trước đó, điều này đòi hỏi phải cố tính kế thừa trong quá trình nghiên cứu

- dụng hệ thống thì kinh tế hơn so với sử dụng bắnpháo hoa theo phương pháp truyền thống Đièu này cũng đòihỏi tuổi thọ của hệ thống cao, hệ thống được sử dụng nhiềulần.

2.I.2.2 Aạy dựng các bộ phận cấu thành hệ thống

Hệ thống nghiên cứu cho một loại cỡ viên đạn đỉển hình, lấy viên đạn số 5 vớiđường kính 115mm, để thực hiện bắn tự động nạp đạn, hệ thống nghiên cứu cần phải cốcác bộ phận cơ bản như sau:

a) Vỏ đạn

Hiện tại, viên đạn pháo hoa tầm cao được đưa về các đơn vị tổ chức bắn chỉ đơnthuần là viên đạn có đầu ra của dây mồi lửa điện (Hình 2.2a) để đấu vào các bảng cực điềukhiển Ngoài ra, độ chính xác về hình dạng và kích thước viên đạn là không cao, nên đểbắn được tự động trên hệ thống pháo hoa tự động nạp đạn, viên đạn cần phải đưa vào vỏđạn

Hình 2.2 Vỏ viên đạn

a Viên đạn được cung cấp từ nhà máy b Viên đạn được đưa vào vỏ đạn

về cơ bản vỏ đạn cố tác dụng như một vỏ liều của viên đạn pháo, việc lựa chọn kết cấu và thiết kế vỏ đạn cần đáp ứng các điều kiện sau:

- Đủ bền dưới tác dụng của áp suất khí thuốc viên đạn pháo khí bắn;

- Có vị trí tiếp điểm thuận lợi cho việc lắp dây mồi lửa đỉện và kích hoạt mồi lửa điện từ tiếp điểm cố nguồn;

- Đảm bảo che chắn tốt để viên đạn không được long xóc, cũng như an toàn tránh bị

cố súng chỉ có 01 trong khỉ phải bắn rất nhiều đạn

b Kết cấu tiếp điện trên đạn pháo hoa

b) Hộp tiếp đạn

Hộp tiếp đạn là nơi chứa các ống chứa viên đạn, thực hiện nạp cho băng chuyền đểchuyển đạn đến bàn tiếp đạn, nghiên cứu kết cấu hộp tiếp đạn sao cho đảm bảo một số yêucầu sau:

- Khả năng tiếp đạn cho băng chuyền tin cậy và an toàn;

- Đáp ứng được số lượng đạn theo yêu cầu (tối thiểu 50 viên);

- Đảm bảo phân loại được thứ tự các viên đạn bắn theo kịch bản

Trên cơ sở các yêu càu ưên, việc lựa chọn kết cấu Hộp tiếp đạn phụ thuộc rất lớnvào kết cấu của vò đạn và kết cấu chung của hệ thống, chứng tôi đặt ra hai hướng tiếp cận:

- Xem hộp tiếp đạn như hộp tiếp đạn của các loại vũ khí: Có nhiều hộp tiếp đạn chứalượng lớn các viên đạn (massive magazine) vốỉ kết cấu băng thẳng hoặc băng tròn, lực tiếpđạn chủ yếu là lực lò xo hoặc dùng mắc băng.

Hình 2A Một số hộp tiếp đạn chứa khối lượng lởn đạn

a Hộp tiếp đạn dùng lực tiếp bằng lò xo b Cơ cấu tiếp đạn dùng lực kéo là mắc

băng(mỉchỉgun)

Đối với hộp tiếp đạn dùng lực tiếp là lò xo : Với số lượng đạn nhiều, cần hành trìnhlàm việc của lò xo trong hộp tiếp đạn dài, do vậy lực tiếp đạn ở các viên đạn cuối là yếu,hoặc muốn lực đủ mạnh để tiếp được thì kết cấu lò xo phải rất lón, nên hộp tiếp đạn dạngnày thường chỉ phù hợp khi chứa các loại đạn nhỏ (Hình2.4a)

Đối vối hộp tiếp đạn dùng lục tiếp đạn là mắc băng (Hình 2,4b) : với kích thước vỏđạn lớn, mắc băng sẽ cồng kềnh, gây khó khăn lớn trong việc sử dụng và bảo dưỡng

- Xem hộp tiếp đạn như cơ cấu cấp phôi liệu (dạng trụ ngắn, xem Hình 2.4) ữong cácdây truyền tự động: Có rất nhiều kết cấu cấp phôi tự động khác nhau, năng lượng cấp phôichủ yếu do động cơ điện tạo ra Trong đỏ, cơ cấu cấp phôi dạng dao động kết hợp với cácngoại lực cưỡng bức được áp dụng phổ biến

Hình 2.5 Một số cơ cấu cấp phôi liệu tự động

Qua phân tích tổng hợp nhiều yếu tố, chọn kết cấu hộp tiếp đạn dựa trên nguyên tắcđạn chuyển động nhờ năng lượng bên ngoài kết hợp dẫn hướng, cụ thể gồm các bộ phận

cơ bản (Hình 2.6):

+ Đàn xoay cùng động cơ để tạo lực tiếp đạn;

+ Dây lò xo xoắn giúp dẫn hướng và phân loại các viên đạn ;

+ Khung ngoài giúp bảo vệ và che chắn vỏ đạn

Hình 2.6 Sơ bộ kết cấu hộp tiếp đạn

d) Cơ cấu nòng/khẳi nồng

Đây là bộ phận quan trọng của hệ thống, khối nòng cùng với cơ cấu nạp đạn hoạtđộng nhịp nhàng, tạo thành một máy tự động Cơ sờ yêu cầu cần đáp ứng để xây dựng vàchọn lựa kết cấu của khối nòng:

- Kích thước và khối lượng viên đạn pháo hoa;

- Thời gian cần thiết để phát hỏa mồi lửa điện và thời gian đạn bay ra khỏi nòng;

- Công suất bắn;

- Năng lượng để máy tự động làm việc;

- Làm việc nhịp nhàng cùng cơ cấu tiếp đạn

Trên cơ sở đáp ứng các yêu cầu nêu trên có 2 hướng tiếp cận để lựa chọn cơ cấunòng/khối nòng

* Dùng 01 nòng kết hợp cơ cấu nâng được điều khiển bằng piston và dẫn hướng(Hình 2.7):

Việc lựa chọn kết cấu này có một số ưu điểm như:

HiJ5fag ttâpđạn viẹ bẵng diuy&i

Bàn K®ay

- Gỉa công đơn giản ;

- Lựa chọn các thiết bị là tương đối phổ biến trên thị trường ;

- Thực hiện các chế độ điều khiển dễ dàng

Một số nhược điểm:

- Do chỉ một nòng nên việc nạp và bắn đạn cần phải cố thời gian dừng nhất định,điều này khó đáp ứng được tốc độ bắn của hệ thống, vì nếu thực hiện chu trình bắn nhanhtrong khỉ thời gian để nòng đi hết hành trình ra khỏi viên đạn là dài, điều này làm ảnhhường lớn đến yếu tố an toàn cho hệ thống do yếu tố bịt kín khí thuốc không đảm bảo Đây

có thể coi là nhược điểm lớn nhất;

- Hệ thống chỉ với 01 nòng trong khỉ thục hiện nhiều phát bắn, điều này làm hệ sốtích nhiệt nòng là cao, ảnh hưởng đến bền nòng và an toàn hệ thống

- Ngoài ra với kết cấu này cần chọn các hệ chấp hành thủy lực hoặc thủy khí sẽ

làm cho hệ thống thêm phức tạp nhiều

Hình 2 8 Kết cẩu sử dụng khối quay

a Khối quay của súng michigun 7,62mm b Khối quay trong dây chuyền sx tự động

Khối nòng được lựa chọn có 6 nòng được ghép dạng lồng tròn (Hình 2.9), chúngthực hiện chuyển động quay cùng với Bánh sao trong hộp súng, đồng thời chúng cũngchuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ có chốt xoay (cố đỉnh với nòng) xoay trong rãnhcam dẫn hướng của hộp nòng Như vậy, mỗi nòng sẽ được phát hỏa sau một lần khốinòng quay, và sau một lần khối nòng quay cố 6 phát bắn, điều này giúp quá trình bắnđược diễn ra liên tục tốc độ bắn của nòng được nâng lên đáng kể

Hình 2.9 Hộp nồng bắn pháo hoa

Với việc lựa chọn này ta sẽ khắc phục được các nhược điểm của cơ cấu 01 nòng,nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là việc gia công rãnh cam trên hộp nòngtương đổỉ phức tạp, tuy nhiên với các phương pháp gia công tiên tiến hiện nay vẫn cho tathực hiện được việc này một cách dễ dàng Sơ đồ làm việc tuần hoàn của nòng cố dạng(Hình 2,10):

cũng sử dụng khá phổ biến khối quay nhằm đảm bảo năng suất lắp ráp cao

hãnh cjm

dẫn liưởrHI

U Ị tri bân

cua tiòiìq

Hình 2 JO Sơ đồ tuần hoàn tự động của nòng

a - Vị trí nòng tại thời điểm phát hỏa

b - Vị trí nòng tại thời điểm hất vỏ đạn

c - Vị trí nòng tại thời điềm lấy đạn từ hộp tiếp đạn

d - Vị trí nòng tại thời điểm chuẩn bị nạp đạn vào nòng e) Cơ cấu nạp đạn

Hình 2J1 Kết cấu bàn nạp đạn

Cơ cấu nạp đạn chỉ đơn giản là bánh sao, nhận đạn từ Hộp tiếp đạn và đưa đạn vào vịtrí chờ phát hỏa do nòng dịch chuyển xuống, đồng thời sẽ đưa vỏ đạn sau khi bắn về vị tríthu hồi

Khỉ sử dụng khối nòng cố 06 nòng quay, bánh sao của cơ cấu nạp đạn sẽ có tốc độquay cùng vớì tốc độ quay của bánh sau của khối nòng.

n tư hộp tlỂp dạn váo bân quay

Hình 2.12 Kết cấu băng chuyền g) Các phần tử điều khiển.

* Khẻỉ điều khiển trung tâm:

Tổ đề tài xây dựng khối điều khiển trung tâm dựa trên 02 phương án

- Phương án 1: Sử dụng vỉ điều khiển dsPIC30 để đỉều khiển các khối bộ phận

(Hình 2,13)

Để làm được vậy thì cần các giao tiếp giữa các khối bộ phận vối khối điều khiểntrung tâm Chuẩn giao tiếp công nghiệp CAN, RS232, Ethernet có thể được lựa chọn tùyvào thiết kế chi tiết

Khối điều khiển bắn sẽ luôn kiểm tra được đạn đã sẵn sàng hay chưa, và điểm hỏa ồnđịnh, hoạt động an toàn

IC điều khiển trung tâm của khối được chọn là dsPIC30F6014A

Hình 2.13 Sơ đồ tổng thể điều khiển hệ thong

- Điều khiển trong các cẩu trục

- Điều khiển dây chuyền băng tải

- Máy chế tạo công cụ

- Máy dệt may v.v

Có các module mờ rộng:

Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:

- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A

- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự

- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mờ rộng lại vớinhau Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhát 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mởrộng và cảc rack được nối với nhau bằng Module IM

- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ module điềukhiển động cơ bước, module điều khiển PID

- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các

bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 2.14 các module mở rộng thực tế

Xét về mặt ổn định công nghệ và độ tin cậy hoạt động, phương án 2 được ưu tiên lựachọn hơn

* Khối điều khiển hộp tiếp đạn:

Với chức năng quay đều liên tục hoặc gián đoạn, đưa đạn vào vị trí tiếp đạn vào băngchuyền nên hệ thống bao gồm: 01 mạch điều khiển, 01 động cơ DC hoặc AC, 01 drivercho động cơ, 01 encoder điều khiển vị trí động cơ, 01 cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biếnquang xác định đạn đã ở vị trí sẵn sàng vào băng chuyền.(hình 2.154-2.17)

Hình 2.15 Động cơ DC hoặc AC kèm hộp số: Công suất đầu ra: > 200W, Tỉ số truyền: lên

Hình 2J7 Cảm biến quang hoặc cảm biến hồng ngoại ĨR Detector

* Khổỉ điều khiển băng chuyền:

Băng chuyền cố nhiệm vụ tải đạn từ hộp tiếp đạn tối cơ cấu bắn trung tâm và đưa đạn

đã bắn xong từ cơ cấu bắn trung tâm về hộp thu hồi Chuyển động của băng tải được chọn

là đều và liên tục nhằm đảm bảo quá trình vận chuyển được liên tục Thành phần điềukhiển của Băng chuyền có thể được lụa chọn, bao gồm:

- Driver động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm và điều khiển động cơ

- Động cơ DC hoặc AC có hộp số như trên

- Cảm biến hồng ngoạỉ IR Detector

* Khổỉ điều khiển cơ cấu nạp đạn và khối nòng:

Đây là khối quan trọng và phúc tạp nhất trong hệ thống, đạn được lấy đều đặn từbăng chuyền đưa vào nòng súng và sẵn sàng bắn, sau khi bắn xong vỏ đạn được chuyền lạibăng tải Quá trình diễn ra liên tục, đều đặn và chính xác, đòi hỏi sụ chính xác trong điềukhỉền nên các thành phần của khối là:

- Động cơ AC servo kèm theo card điều khiển: có thể lựa chọn động cơ Motor servo

Mitsubishi HC-KFS43B và card điều khiển Driver Servo Panasonic

MBDDT2210

Cosl'Effort)'p SciMD Sukticme WTtfc-a Variety o/Control Morine

Hình 2.18 Cảm biến quang hoặc cảm biến hồng ngoại ỈR Detector

- Một số Card thông dụng:

Driver Servo Panasonic MBDDT2210 dành cho motor servo công suất 400W

Cung cấp nhiều tính năng điều khiển vị trí, tốc độ, moment chính xác, đáp ứng nhanh, thích hợp cho nhiều ứng dụng

Motor servo Mitsubishi HC-KFS43B

• Loại: servo amplifier

• Điện áp cung cấp: 1/3 pha 200-230V 50/60 Hz

• Điện áp ngõ ra: 3 pha 200-230V

• Công suất: 400 w

Motor: HC-MFS43, HC-KFS43

• Điều khiển: Tốc độ, moment, vị trí

• Phương pháp điều khiển: điều chế xung PWM, điều chỉnh dòng điện

- Ngoài ra, cần một mạch điện tử riêng để đo đạc phát hiện đạn đã ở vị trí sẵn sàng bắn Mạch gồm một bộ phát dòng nhỏ chuẩn và không thay đổi theo thời gian

Tín hiệu từ đầu đấu nối với đạn được đưa về vi xử lý để phát hiện có đạn hay chưa có đạnvào buồng bắn

- Thêm vào đó cỗ thể cố một số cảm biến để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn.Như cảm biến nhiệt độ cảnh báo quá nhiệt trên nòng, cảm biến hồng ngoại cảnh báo cácviên đạn đã ở đúng vị trí hay chưa

* Khẳỉ điều khiển hộp thu hồi vỏ đạn:

Jjjrip Servo pTẠ PC Samp- Sử-HiỶaie

OMfliMftti St4Mi

‘ FuiMJ ira n ko&liJMi

Sill-tri rvdm cwaciiw biuil*' it-cHHinr + ArwJe-g VtOTfty <+[- 19V}

* AnaJ&a Torque {-U- SOVị

• Dplitx.ll TO de switching

Sea I ml CnwdBf Suj'ifll

i'yniSarwo

AC ier¥&D«l¥B

SwwSor*o AC SW5 Mcwri

35Í1 'JAC Infqii

Cetitro-kr

Với chức năng quay đều đưa vỏ đạn về hộp thu hồi một cách có trật tự, các thànhphần điều khiển hộp thu hồi cố phần tương tự giống nhu các thành phần điều khiển củahộp tiếp đạn

* Màn hình hiển thị HM1 (Human Machine Interface):

Màn hình giao tiếp người dùng cho phép người dùng có thể trực tiếp theo dõi hoạtđộng của hệ thống, cài đặt thông số cho hệ thống Có thể sử dụng máy tính điện tử thựchiện chức năng này

2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

-Hình 2.19 Sơ đồ khối nguyên lỷ hoạt động của hệ thống

Trên cơ sở các bộ phận cấu thành hệ thống, nguyên lý hệ thống được xây dựng nhưsau:

- Hộp chứa đạn chứa ít nhất 50 viên đạn, đạn luôn ở trạng thái được nạp vào cơ cấunạp đạn thông qua băng chuyền

- Khi cơ cấu nạp đạn quay, nó nhận đạn từ băng chuyền và được quay đến vị ữí pháthòa pháo hoa, cùng lúc đó khối nòng cũng được quay cùng với tốc độ của bàn nạp đạn Tại

vị trí phát hỏa, nòng được dịch chuyển xuống vị trí thấp nhất và tiếp điện được đóng, đạnpháo hoa được bắn đỉ

- Sau khi phát hỏa, cơ cấu nạp đạn và khối nòng tiếp tục quay, nhưng nòng theorãnh cam sẽ dịch lên và nòng nhất ra khỏỉ vỏ đạn, vỏ đạn bắn xong đến vị trí băng chuyền

và được đưa vào hộp thu hồi

- Các phát bắn tiếp theo cũng được thực hiện tương tự

- Quá trình bắn của hệ thống được điều khiển bồi hệ thống điều khiển

- Cấp nguồn cho bộ điều khiển

2 Khởi động: Tất cả các cơ cấu được căn chỉnh đúng vị trí

3 sẵn sàng bắn: Đạn được nạp vào vị trí cách vị trí bắn 60°

4 Bắn theo 03 cấp độ:

2.1.2.4 Chỉ tiêu kỹ thuật chung của hệ hổng

Trên cơ sở khảo sát điều kiện bắn pháo hoa tầm cao thực tế, nguyên lý hoạt động mà

đề tài xây dựng có thể đáp ứng được, kết hợp kết quả làm việc của Nhóm nghiên cứu vàđơn vị tổ chức bắn pháo hoa thực tế Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống được xây dựng như sau(xem Bảng 2.3):

Bảng 2.3 Các thông sổ kỹ thuật mục tiêu

Cỡ đạn pháo dùng cho hệ thong: Viên đạn số 5 (đường kính 115mm)

ú ã Í

õ J.

2.2 Bài toán thuật phóng trong phục vụ thiết kế hệ thống:

2.2.1 Bài toán thuật phóng trong:

a,

Muc đích

Hiện tượng bắn của vũ khí là một hiện tượng phức tạp và không kém phần nguyhiểm, nó bao gồm nhiều hiện tượng vật lý và hoá học xảy ra trong thời gian rất ngắn Bàitoán thuật phóng trong là bài toán tối cần thiết trong thiết kế vũ khí nói chung và cụ thể ởđây là hệ thống bắn pháo hoa tự động nói riêng

Mục đích của giải bài toán thuật phóng trong là để tìm ra giá trị của áp suất (p) vàquy luật của nó theo thời gian p(t) để thiết kế và kiểm bền cho nòng và toàn hệ thống Bêncạnh đó thông số vận tốc của đạn pháo hoa (v) cũng là một giá trị đáng quan tâm khi giảibài toán này để phục vụ cho bài toán Thuật phóng ngoài (bài toán đường đạn sau khi rờinòng)

b

Việc giải bài toán thuật phóng trong (TPT) là để tìm ra các qui luật biến thiên ápsuất khí thuốc trong lòng nòng và độ dịch chuyển của đầu đạn theo thời gian, cũng như ápsuất khí thuốc trong buồng khí làm cơ sở cho việc giải bài toán động lực học máy tự động(MTĐ)

Quy luật cháy của thuốc phóng:

Nhà bác học người Pháp là Vi-ây đã đưa ra quy luật cháy của thuốc phóng và đượcthừa nhận rộng rãi và vẫn còn tính đúng đắn cho đến ngày nay đó là thuốc phóng cháy theoquy luật cháy hình học

\ _

Hình 2.21a: Quy luật chầy hình học của thuốc phóng

Xét một phần tử của thuốc phóng như ở hình 1, thuốc phóng được mồi cháy hoàntoàn trong buồng đốt

Theo quy luật cháy hình học thì: “Sau một khoảng thời gian t bất kỳ, thuốc phống sẽ

cháy mất một lớp bề dày e như nhau ờ tất cả mọi mặt”.

Quy luật cháy hình học của thuốc phỗng đứng trong nhữ trường hợp sau đây:

+Các phần tử thuốc phóng đồng nhất về thành phần hoá học và tính chất vật lý, cóhình dạng và kích thước như nhau;

+Toàn bộ các phàn tử thuốc phóng ưong liều phóng được mồi cháy, bùng cháy đồngthời và tức thời

+Thuốc phống cháy theo từng lóp song song cùng tốc độ trên tất cả các hướngvuông góc vótì bề mặt cháy

Phát bắn pháo hoa chỉ bao gồm 01 liều phóng (thuốc đen) và viên đạn, đạn được nạpđầu nòng, trên cơ sở đố mô hình thuật phóng của phát bắn có một số đặc điểm như sau:

1 Đạn được nạp từ đầu nòng, cỡ đạn nhỏ hơn cỡ nòng nên trong suốt quá trình xẩy

ra hiện tượng bắn, một lượng khí thuốc không ngừng thoát ra ngoài thông qua khe hở giữađạn và thành nòng Lượng khí thuốc này được đặc trưng bời lượng tiêu hao khí thuốc

4 Do cỡ đạn nhỏ hơn cỡ nòng, nên khi tính toán thuật phóng ta lấy hệ số tính côngthứ yếu <p = 1

5 Trên cơ sở đặc điểm thuật phóng nêu trên, hiện tượng bắn của nòng pháo hoathiết kế mới được chia thành các thời kỳ như sau: