HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu ảnh hưởng số tham số kết cấu hãm lùi - đẩy lên đến hoạt động máy tự động pháo hai nòng 37mm K65 A study on the effect of parameters of recoil brake - recuperator on the automatic firing system anti-aircraft gun 37mm K65 Mai Anh Quang*, Đào Văn Đoan, Phạm Huy Chương Học viện Kỹ thuật Quân Sự *Email: quangvhp2008@gmail.com Mobile: 0983106514 Tóm tắt Từ khóa: Đẩy lên; Hãm lùi; Máy tự động; pháo hai nòng 37mm Mục đích báo dựa mơ hình thực pháo phịng khơng 37mm K65, lựa chọn mơ hình vật lý thay thế, xây dựng mơ hình tốn động lực học, thiết lập hệ phương trình giải toán để xây dựng đồ thị quy luật tuần hoàn máy tự động, thay đổi số tham số cấu hãm lùi - đẩy lên nghiên cứu ảnh hưởng đến q trình làm việc máy tự động Phương pháp nghiên cứu dựa lý thuyết tính tốn đảm bảo phù hợp với tài liệu thiết kế Abstract Keywords: Recuperator ; Recoil brake ; automatic firing system ; antiaircraft gun 37mm K65 Based on a real model anti-aircraft gun 37mm K65, the purpose of the article is to illustrate the selection of the alternative physical models, building the model of dynamical mathematic, setting the equation system and solving the mathematical problems to produce the graph circulation laws of motion, to change some parameters of recoil brake - recuperator and to study on its affect on automatic firing system Research methods based on the theory of calculation for ensuring the consistency with designing documents Ngày nhận bài: 29/06/2018 Ngày nhận sửa: 13/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 GIỚI THIỆU Chuyển động khối lùi dùng để phục vụ cho số chức cần thiết tự động hóa trình nạp đạn, tống đạn tiến hành phát bắn Pháo 37mm hai nòng bắn tự động liên với tốc độ bắn lớn gây tác dụng bất lợi cho súng pháo làm ổn định bắn, phá hỏng chi tiết, gây khó khăn cho làm việc cấu Khi đó, cấu hãm lùi đẩy lên đóng vai trò quan trọng làm hãm chuyển dộng khối lùi đảm bảo cho pháo đẩy lên êm ổn định Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng số tham số cấu hãm lùi - đẩy lên đến hoạt động máy tự động pháo làm sở để tính tốn lực tác dụng lên giá pháo đưa khuyến cáo việc sử dụng, chế tạo cấu hãm lùi cho phù hợp HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy hãm lùi 2.1.1 Cấu tạo [2, 5] Máy hãm lùi pháo phịng khơng 37mm K65 kiểu thủy lực vịng điều tiết - cán điều tiết có cấu tạo hình Áp lực dầu bề mặt làm việc piston lùi (mặt sau piston) tạo nên lực hãm lùi thủy lực e tác dụng lên khối lùi, thành phần lực cản lùi Hình Sơ đồ nguyên lý máy hãm lùi Ống hãm lùi; Piston; Lỗ chảy dầu; Cán piston; Cán điều tiết; Rãnh điều tiết; Vòng điều tiết 2.1.2 Hoạt động máy hãm lùi [2, 5] * Khi thân pháo lùi: Khi bắn tác dụng áp suất khí thuốc đẩy thân pháo lùi sau, cán piston lùi theo, ống hãm lùi cố định máng pháo Lúc dầu khoang sau piston (khoang I) chảy theo đường: Phần lớn dầu chảy qua lỗ xiên thân piston, qua khe hở cán điều tiết vòng tiết khoang trước piston (khoang II) Do đường kính cán điều tiết thay đổi theo quy luật cản lùi nên dầu chảy ngày khó khăn, áp suất khoang sau piston tăng lên, sinh áp lực tác dụng vào mặt sau piston tạo lực cản lùi cho thân pháo Dầu qua lỗ xiên thân piston, chảy vào lòng cán piston qua khe hở thân hãm đẩy lên hai rãnh nông sâu, qua lỗ xuyên thân hãm đẩy lên đẩy van chiều mở ra, qua lỗ tâm Cả đường dầu chảy vào lòng cán piston (khoang III) chuẩn bị cho hãm đẩy lên * Khi thân pháo đẩy lên: Hết lượng lùi, tác dụng lò xo đẩy lên đẩy thân pháo lên, cán piston chuyển động lên theo, dầu khoang trước piston (khoang II) chảy qua vòng điều tiết, qua lỗ xiên thân piston chảy khoang sau piston (khoang I), khe hở chảy dầu ngày lớn nên áp lực sinh khoang trước piston (khoang II) không đáng kể Dầu lòng cán piston (khoang III) bị dồn nén, van chiều đóng lại, dầu chảy qua khe hở thân hãm đẩy lên hai rãnh nơng sâu, chảy qua lỗ tâm lịng cán piston qua lỗ xiên thân piston khoang sau piston (khoang I) Do rãnh lòng cán piston trước sâu sau nông nên khe hở chảy dầu ngày hẹp dần, áp suất lòng cán piston (khoang III) tăng lên, áp lực tác dụng vào mặt sau lòng cán piston gây cản trở chuyển động đẩy lên thân pháo, đảm bảo cho thân pháo đẩy lên êm ổn định HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.2 Bài toán thuật phóng máy tự động 2.2.1 Giả thiết thuật phóng [4] Thuốc phóng cháy theo qui luật cháy hình học Các cơng thứ yếu khí thuốc tỷ lệ với công chủ yếu làm đạn chuyển động tịnh tiến tính đến hệ số tăng nặng Tồn liều phóng cháy điều kiện áp suất áp suất trung bình p Thành phần sản phẩm cháy không đổi Tại thời điểm áp suất khí thuốc đạt đến áp suất tống đạn p0, đai đạn cắt đạn bắt đầu chuyển động Số mũ đoạn nhiệt k = + khơng đổi giá trị trung bình khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ cháy thuốc đến nhiệt độ thuốc thời điểm đạn khỏi nòng 2.2.2 Các giả thiết xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động [3, 4] Để xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động có sơ đồ nguyên lý máy tự động hình với giả thiết sau: Trừ lò xo chi tiết đàn hồi ra, khâu máy tự động coi rắn tuyệt đối, liên kết động với nhau, có tỷ số truyền biến thiên Các khâu máy tự động chuyển động song phẳng Dùng khối lượng thu gọn thay cho phân bố Điểm đặt khối lượng thu gọn thay đổi, thường điểm tiếp xúc hai khâu điểm đặt ngoại lực tác dụng Hình Sơ đồ nguyên lý máy tự động pháo 37mmK65 Khối lùi, Máy hãm lùi, Khóa nịng, Cơ cấu tống đạn, Lị xo tống đạn, Viên đạn đường tống đạn, Thoi ấn đạn, Máng tống đạn 2.2.3 Hệ phương trình vi phân thuật phóng [4,5] dv p.S 1 2 md dt dl 1 2 v dt d p dt Ik (1) HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Trong đó: p - Áp suất khí thuốc S - Diện tích tiết diện ngang lòng nòng md - Khối lượng đầu đạn ψ - Lượng thuốc phóng cháy tương đối Ik - Xung lượng áp suất khí thuốc thời gian cháy χ - Đặc trưng hình dạng thuốc phóng ξ1, ξ2 - Biến điều khiển 2.2.4 Hệ phương trình vi phân chuyển động máy tự động [1,2,3] * Khi thân pháo lùi n K i2 i 1 i (M mi n Ki i 1 i ).Vkl M qt Vkl2 PKN Pi RF HL (2) * Khi thân pháo đẩy lên n (M i 1 K i2 i mi ) dVkl dt MqtVkl2 R (3) Trong đó: M0 - Khối lượng khối lùi PKN - Lực khí thuốc tác dụng lên khố nịng - Lực cản máy đẩy lên RF - Lực ma sát khối lùi với máng pháo phận bịt kín HL - Lực cản thuỷ lực máy hãm lùi V - Vận tốc khối lùi Mqt - Lực quán tính phụ mi, Ki, ηi - Khối lượng thu gọn, tỷ số truyền hiệu suất khâu thu gọn thứ i KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sử dụng chương trình Maple giải đồng thời hệ phương trình thuật phóng trong, hệ phương trình vi phân chuyển động thân pháo hệ phương trình dao động giá pháo 3.1 Đồ thị thuật phóng Đồ thị quy luật áp suất vận tốc đầu đạn nòng theo thời gian chiều dài nịng hình có kết Pmax= 2880 (kG/cm2), qua tính tốn giá trị lực áp suất khí thuốc tác dụng lên khóa nịng làm sở tính tốn tốn động lực học HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình Quy luật áp suất vận tốc theo chiều dài nòng thời gian X(dm) 3.2 Đồ thị tuần hồn Hình Đồ thị tuần hồn máy tự động pháo cao xạ 37mm Đồ thị tuần hồn máy tự động thể hình đưa quy luật chuyển động cấu pháo nòng lùi xác định chu kỳ phát bắn t = 0,345(s) Kết khảo sát thuận lợi cho việc thay đổi tham số pháo góp phần nâng cao tốc độ bắn nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến phát bắn pháo 37mm K65 Từ kết tính tốn động lực học pháo ta xác định quy luật lực cản lùi tác dụng lên giá pháo HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3.3 Khảo sát ảnh hưởng tham số kết cấu hãm lùi - đẩy lên đến làm việc máy tự động 3.3.1 Ảnh hưởng đường kính lỗ vịng điều tiết Máy hãm lùi pháo 37mmK65 kết cấu theo kiểu vòng điều tiết cán điều tiết Vòng điều tiết chi tiết thép có đường kính khơng thay đổi, lắp với piston nhờ mối liên kết ren, phía có mặt Vịng điều tiết cán điều tiết kết hợp với tạo khe hở chảy dầu có diện tích thay đổi, sinh lực hãm lùi theo ý muốn cho thân pháo Lực hãm lùi tính theo công thức: HL K 1 Ah Av K A3 Ah Av hd2 V f (ax).v 20g ax K 11 (4) Diện tích lỗ chảy dịng dầu (ax) : ax (dv2 cdt ) (5) Khi ax tăng làm lực hãm lùi giảm dẫn đến nịng lùi dài Cố định thơng số khác thay đổi đường kính vịng điều tiết Giả thiết đường kính vịng điều tiết thay đổi bước mm Ta có đồ thị tuần hồn vận tốc khối lùi pháo hình Hình Đồ thị vận tốc chiều dài lùi khối lùi thay đổi đường kính vòng điều tiết Qua đồ thị ta nhận thấy: Tốc độ bắn pháo đường kính vịng điều tiết thay đổi giảm dần khối lùi lùi dài ảnh hưởng không nhiều.Đồ thị tuần hồn thay đổi, chu trình phát bắn tăng lên Chiều dài lùi nòng ứng với chiều dài lùi khối lùi tăng dần Chiều dài lùi khối lùi tăng nhanh từ 165,49 đến 192,6mm Chiều dài lùi vượt 185 mm giới hạn lùi khối lùi, gây va chạm mạnh với máng pháo gây hỏng pháo sử dụng HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3.3.2 Ảnh hưởng đường kính cán piston Cán piston rỗng bên chứa cán điều tiết thân hãm đẩy lên, bên cán có hai rãnh trước sâu sau nơng kết hợp với thân hãm đẩy lên tạp lực hãm đẩy lên cho thân pháo Giả thiết đường kính ngồi cán piston bị mòn tất tiết diện bước mịn 1,5mm Hình thể đồ thị tuần hoàn đồ thị vận tốc khối lùi Hình Đồ thị vận tốc chiều dài lùi khối lùi thay đổi đường kính ngồi cán piston Nhận xét: Sự thay đổi đường kính ngồi cán piston máy hãm lùi pháo kéo theo hoạt động máy tự động thay đổi lớn Đặc biệt thay đổi độ dài lùi pháo trường hợp chí vượt qua giới hạn cho phép độ dài lùi khối lùi 3.3.3 Ảnh hưởng độ cứng lò xo đẩy lên Pháo dùng đẩy lên kiểu lị xo có độ nén ban đầu Ta xét pháo góc tầm 450 giả thiết độ cứng lò xo thay đổi Các thông số khác máy tự động giữ ngun khơng đổi Hình Đồ thị vận tốc chiều dài lùi khối lùi độ cứng lò xo đẩy lên thay đổi HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Hình kết đồ thị tuần hồn, đồ thị vận tốc cuối thời kì đẩy lên pháo lần ta thay đổi thông số độ cứng lò xo đẩy lên (Cdv) Nhận xét: Khi ta tăng Cdv tốc độ bắn tăng lên quãng đường lùi khối lùi giảm Vận tốc lớn khối lùi lùi không thay đổi nhiều Nhưng vận tốc đẩy lên tăng lên Chu trình thực phát bắn hẹp dần Thể đường đồ thị tuần hoàn Ngược lại giảm Cdv tốc độ bắn giảm nhanh Chiều dài lùi khối lùi tăng Vận tốc lớn khối lùi đẩy lên giảm thể đường đồ thị đồ thị vận tốc khối lùi Kết luận: Sự thay đổi Cdv ảnh hưởng lớn đến chu trình thực phát bắn pháo Muốn tăng tốc độ bắn ta cần tăng Cdv Nhưng cần ý đến thay đổi vận tốc đẩy lên pháo KẾT LUẬN Bài báo có ý nghĩa lý luận thực tiễn đưa sở lý thuyết kết khảo sát ảnh hưởng số tham số kết cấu hãm lùi - đẩy lên pháo phịng khơng 37mm K65 Kết nghiên cứu thuận lợi cho việc thay đổi tham số pháo góp phần nâng cao tốc độ bắn nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến phát bắn pháo 37mmK65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Ngọc Anh, 1995 Động lực học vũ khí tự động Học viện Kỹ thuật quân [2] Phạm Huy Chương, 2002 Động lực học vũ khí tự động Học viện Kỹ thuật quân [3] Phạm Huy Chương, 1998 Giáo trình sở kết cấu tính tốn thiết kế máy tự động Học viện Kỹ thuật quân [4] Nguyễn Ngọc Du, Đỗ Văn Thọ, 1976 Thuật phóng súng pháo; Bài tập thuật phóng ĐHKTQS [5] Khoa Pháo phịng khơng, 1999 Giáo trình Binh khí pháo phịng khơng 37mmK65 Học viện Phịng khơng khơng qn ... KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3.3 Khảo sát ảnh hưởng tham số kết cấu hãm lùi - đẩy lên đến làm việc máy tự động 3.3.1 Ảnh hưởng đường kính lỗ vịng điều tiết Máy hãm lùi pháo 37mmK65 kết cấu theo kiểu... kết khảo sát ảnh hưởng số tham số kết cấu hãm lùi - đẩy lên pháo phịng khơng 37mm K65 Kết nghiên cứu thuận lợi cho việc thay đổi tham số pháo góp phần nâng cao tốc độ bắn nghiên cứu yếu tố ảnh. .. THỨ V - VCME 2018 CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên lý cấu tạo hoạt động máy hãm lùi 2.1.1 Cấu tạo [2, 5] Máy hãm lùi pháo phịng khơng 37mm K65 kiểu thủy lực vòng điều tiết - cán