Nghiên cứu thay thế động cơ trên xe thiết giáp xích

Bài báo này tập trung trình bày phương án thay thế động cơ nguyên bản УТД-20 trên xe BMP-1 bằng động cơ mới, có sẵn trên thị trường, cụ thể là động cơ DOOSAN DL-08. Nội dung chính gồm: giải pháp kết cấu lắp đặt động cơ mới, tính toán kiểm nghiệm lại phương án thay thế động cơ.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU THAY THẾ ĐỘNG CƠ TRÊN XE THIẾT GIÁP XÍCH RESEARCH ON REPLACING ENGINES IN CHAIN ARMOURED VEHICLE DƯƠNG THÀNH CÔNG1*, CÙ XUÂN PHONG1, TÔ VIẾT THÀNH1, NGUYỄN ANH VƯỢNG2, VŨ MẠNH TẤN2 Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân Viện Công nghệ, Tổng cục Công nghiệp Quốc phịng *Email liên hệ: duongthanhcongmta@gmail.com Tóm tắt Qn đội ta trang bị số xe thiết giáp xích xe chiến đấu binh BMP-1, BMP2, M-113,… Trong trình khai thác, sử dụng, tình trạng kỹ thuật trang bị xuống cấp, công tác bảo đảm kỹ thuật gặp nhiều khó khăn khan vật tư phụ tùng Vì việc nghiên cứu sản xuất vật tư cụm hệ thống tương đương để thay nhu cầu cấp thiết Bài báo tập trung trình bày phương án thay động nguyên УТД-20 xe BMP-1 động mới, có sẵn thị trường, cụ thể động DOOSAN DL-08 Nội dung gồm: giải pháp kết cấu lắp đặt động mới, tính tốn kiểm nghiệm lại phương án thay động Từ khóa: Xe thiết giáp, động cơ, kết cấu, động lực học Abstract Our army is equipped with a number of chained armored vehicles such as infantry fighting vehicles BMP-1, BMP-2, M-113, In the process of exploitation and use, the technical condition of the equipment has deteriorated, and technical assurance has encountered many difficulties due to the scarcity of spare parts Therefore, the research and production of equivalent materials or systems for replacement is an urgent need This article focuses on presenting a plan to replace the original УТД-20 engine on the BMP-1 with a new, commercially available engine, specifically the DOOSAN DL-08 engine The main content includes: structural solution to install a new engine, calculation and re-testing of the engine replacement plan Keywords: Armored vehicle, engine, structure, dynamics SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Mở đầu Động nguồn cung cấp lực kéo giúp cho xe chuyển động Các thông số động ảnh hưởng trực tiếp đến động lực học chuyển động xe Xe chiến đấu binh BMP-1 quân đội ta sử dụng động УТД-20 Nga sản xuất, lỗi thời có thời gian khai thác, sử dụng dài dẫn đến xuống cấp nghiệm trọng Vì việc thay động cấp thiết Bảng So sánh thông số động УТД-20 DOOSAN DL-08 [2] Động Thông số xe Kiểu động Số lượng, bố trí xi lanh Cơng suất lớn (KW) Trọng lượng khô (kg) УТД-20 Diezel, kỳ Diezel, kỳ, tăng áp 6, chữ I 225 250 665 791 x 1150 x động (mm) DxRxC 742 (N.m) DL-08 6, chữ V Kích thước bao Mơmen xoắn lớn Động DOOSAN 836 1183 x 918 x 1161 1000 1323 2600 2200 2850 2420 700 600 Số vòng quay cơng suất lớn (vịng/phút) Số vịng quay lớn (vòng/phút) Số vòng quay nhỏ (vòng/phút) Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu thay động xe quân đa phần xe thiết giáp lốp [1], chưa có nghiên cứu xe thiết giáp xích Bài báo trình bày nghiên cứu phương án thay động УТД-20 xe thiết giáp xích động DOOSAN DL-08, Hàn Quốc sản xuất, dễ dàng 251 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 đặt mua Hai động có kích thước, cơng suất mơ men xoắn khác nên cần phải thiết kế, tính toán phương án lắp đặt khảo sát lại động lực học chuyển động xe Các thơng số động УТД-20 động thay (DOOSAN DL-08) mô tả Bảng Phương án lắp đặt động DOOSAN DL-08 Động cũ УТД-20 thiết kế gồm xi lanh, bố trí hình chữ V, có kích thước DxRxC 791 x 1150 x 742 (mm) Trong đó, động DOOSAN DL-08 thiết kế gồm xi lanh, bố trí hình chữ I, có kích thước DxRxC 1183 x 918 x 1161 (mm) (Hình 1) Do cần phải đưa phương án lắp đặt động phù hợp [2] mm, vừa chạm đến sàn xe Khoảng cách từ tâm trục khuỷu đến điểm động DOOSAN DL08 725mm, lúc động chạm thiết giáp bên Vì vậy, cần phải nâng độ cao mặt thân xe thêm 150mm để đảm bảo cho động nằm gọn bên Tổng chiều cao thân xe 1374mm, bao gồm chiều dày lớp giáp thể Hình Hình Kích thước theo chiều cao thực tế lắp động DOOSAN DL-08 Hình Kích thước thực tế động DOOSAN DL-08 Khi thay động cơ, phải ưu tiên giữ khoảng cách đảm bảo tính đồng trục trục khuỷu động trục chủ động Ly hợp Từ xác định thay đổi vị trí khác, cụ thể giải pháp kết cấu sau: Động DOOSAN DL-08 dài động xe nguyên 392mm nên cần bố trí thêm khoảng khơng tương ứng phía sau động cũ (Hình 2) Động DOOSAN DL-08 rộng nhỏ động cũ 232 mm nên lắp đặt động không gây tác động lên kết cấu thân xe mà tạo khoảng trống bên, tận dụng để bố trí thiết bị khác Nhóm tác giả giữ nguyên hệ thống truyền lực giống xe nguyên để khảo sát động lực học chuyển động thẳng, từ so sánh, đưa đánh giá chất lượng động lực học chuyển động xe trước sau thay động [3] Hình Mơ 3D sau lắp động DOOSAN DL-08 phần mềm Solidworks Hình Kích thước theo chiều dài thực tế lắp động DOOSAN DL-08 Để xác định thay đổi chiều cao, lấy mốc đường tâm trục Cụ thể, khoảng cách từ tâm trục khuỷu đến đáy te động DOOSAN DL-08 436 252 Khảo sát động lực học chuyển động thẳng Động УТД-20 động DOOSAN DL-08 có cơng suất, mơ men xoắn số vịng quay khác (Bảng 1) nên cần phải khảo sát lại động lực học chuyển động xe Bài báo sử dụng phần mềm Mathcad để hỗ trợ cho việc tính tốn SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Mơ hình khảo sát động lực học chuyển động thẳng xe thể Hình [4] itli = ihi.iqv.itdc (3) Với: ihi tỷ số truyền hộp số tay số thứ i, iqv tỷ số truyền cấu quay vòng, xét i qv =1, itdc tỷ số truyền truyền động cạnh, itdc = 5,5 Lực kéo đơn vị bánh chủ động: fcd = 3, N d htl (4) G.Vi Trong đó: Hình Mơ hình khảo sát động lực học chuyển động thẳng h tl hiệu suất hệ thống truyền lực, htl = hn m1.htr m Trong đó: G - Trọng lượng xe; N - Phản lực pháp tuyến; P k - Lực kéo; P ɷ - Lực cản khơng khí; Pf - Lực cản chuyển động; α - Góc dốc; mx - Lực qn tính Phương trình vi phân chuyển động xe: (1) Pk = Pf + G.sin a + mx Sử dụng công thức thực nghiệm Lây-Đéc-Man để xây dựng đồ thị đặc tính ngồi động Hình [4] (5) Với: h n hiệu suất bánh nón, h n =0,97; htr hiệu suất bánh trụ, htr =0,98; m1 số cặp bánh nón, m1 = 1; m2 số cặp bánh trụ, m2 = 3; Hiệu suất dẫn tiến xích: h x = 0,95 - (0,013 + 0, 0000013vi ) (6) f cd Lực kéo đơn vị xe: f d = fcd hx (7) Kết đưa đồ thị đặc tính kéo chuyển động thẳng xe trước sau thay động thể Hình Hình Đặc tính ngồi động DOOSAN DL-08 Vận tốc vòng quay động ứng với tay số: vi = 0,377.rcd n itli (2) Trong đó: n số vịng quay trục khuỷu, (v/ph); rcd bán kính bánh chủ động, (m); itli tỷ số truyền hệ thống truyền lực tay số thứ i bằng: SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Hình Đặc tính kéo chuyển động thẳng xe nguyên (bên trái) xe thay động (bên phải) Khi xe khởi hành, trình tăng tốc tay số chia thành ba giai đoạn: Giai đoạn tăng tốc thứ nhất: Từ thời điểm khởi xe bắt đầu chuyển động đến vận tốc góc phần chủ 253 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 động bị động ly hợp [4] với vận tốc v3 xe cuối giai đoạn tăng tốc thứ ba số truyền trước [4] Gia tốc xe giai đoạn tăng tốc thứ nhất: &x&1 = g b f d max - f c d0 (8) Trong đó: &x&1 gia tốc tăng tốc giai đoạn thứ nhất; fdmax lực kéo đơn vị lớn xe tăng tay số khởi hành; d hệ số tăng khối lượng giả định ly hợp mở; b hệ số dự trữ ly hợp; fc hệ số cản tổng cộng đường Vận tốc xe giai đoạn thứ số truyền xác định phương trình: v¢ = v3 + 3,6.x1¢.t (14) Kết đưa đồ thị tăng tốc chuyển động thẳng xe trước sau thay động thể Hình Vận tốc chuyển động xe giai đoạn thứ xác định: v1 = , 6x.1 t.1 (9) Trong đó: t1 giá trị thời gian tức thời giai đoạn thứ Giai đoạn tăng tốc thứ hai: Từ thời điểm kết thúc trượt đĩa ma sát ly hợp đến đạt số vịng quay tính tốn động [4] Gia tốc giai đoạn tăng tốc thứ hai: xe thay động (bên phải) g (10) &x&2 = ( f d - f c ) d Vận tốc xe cuối đoạn thứ xác định qua biểu thức: v2 = v1 + 3, 6.x2 t2 v= Nên ta có: Giai đoạn tăng tốc thứ ba: Từ thời điểm cắt ly hợp sau đạt số vịng quay tính tốn động nN đến đóng ly hợp để chuyển sang số [4] Gia tốc xe tăng giai đoạn thứ ba: g d0 Từ biểu thức vận tốc: dS dt (15) (11) Trong đó: v1 vận tốc xe cuối giai đoạn thứ hai số vịng quay tính tốn động nN, t2 giá trị thời gian tức thời giai đoạn thứ hai &x&3 = - f c Hình Đặc tính tăng tốc xe ngun (bên trái) dS=v.dt Từ quãng đường xe tăng từ bắt đầu tăng tốc đến đạt vận tốc là: S= ò tn to vdt (16) Trong đó: S quãng đường, t0 thời gian bắt đầu di chuyển, tn thời gian kết thúc di chuyển (12) Trên sở đó, vận tốc xe giai đoạn thứ ba xác định theo biểu thức: v3 = v2 - 3,6.&x&3t3 (13) Ở v2 vận tốc xe cuối giai đoạn thứ hai số vịng quay tính tốn động nN, t3 giá trị thời gian tức thời giai đoạn thứ ba Quá trình tăng tốc số truyền xảy tương tự trình bày khác tường hợp giai đoạn thứ chi tiết bị động ly hợp từ đầu quay với vận tốc góc ứng 254 Hình Đồ thị quãng đường tăng tốc xe nguyên (bên trái) xe thay động (bên phải) Kết khảo sát động lực học xe thiết giáp xích sau thay động DOOSAN DL-08 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 có thay đổi về: vận tốc tối đa, vượt góc dốc lớn nhất, thời gian quãng đường tăng tốc Cụ thể thể Bảng Bảng So sánh thông số đánh giá chất lượng động lực học xe sử dụng động УТД-20 DOOSAN DL-08 Động Động cơ DOOSAN УТД-20 DL-08 64,4 54,5 Vượt góc dốc lớn (o) 30 34,5 Thời gian tăng tốc đến đạt vận tốc 50 km/h (s) 22,5 21,3 Quãng đường tăng tốc đến đạt vận tốc 50 km/h (m) 319 281 Thông số xe Vận tốc lớn (km/h) Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mai Đức Sơn, Nghiên cứu khả thay hai động xăng động diesel xe thiết giáp chở quân BTR-60PB, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2017 [2] Lê Thanh Tuấn, Nghiên cứu thiết kế bố trí chung xe thiết giáp chở quân sở ô tô quân sự, Luận án Tiến sĩ, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2020 [3] Vũ Quốc Bảo, Cấu tạo xe tăng Tập 4, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2003 [4] Nguyễn Văn Luận, Nguyễn Văn Tần, Lê Trung Dũng, Lý thuyết xe tăng, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 1990 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 09/7/2021 11/8/2021 16/8/2021 Bài báo phân tích, lựa chọn phương án lắp đặt động DOOSAN DL-08 thay cho động УТД20 xe thiết giáp xích, đồng thời khảo sát chất lượng động lực học chuyển động thẳng xe thiết giáp xích sau thay động Do động DOOSAN DL-08 có kiểu dáng, kích thước khác với động nguyên nên báo đưa giải pháp kết cấu để bố trí lắp đặt động Bài báo khảo sát chất lượng động lực học chuyển động thẳng xe trước sau thay động đưa đồ thị để so sánh cách trực quan Kết cho thấy: Vận tốc tối đa xe giảm từ 64,4km/h xuống 54,5km/h, lực kéo đơn vị số truyền lớn so với xe nguyên bản, khả vượt dốc tăng lên, thời gian quãng đường tăng tốc đạt vận tốc yêu cầu nhỏ sử dụng động cũ Ở báo này, tất tính tốn sở hệ thống truyền lực cũ, cần tiếp tục nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền lực để xe có khả động tương đương xe nguyên SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 255 ... thay cho động УТД20 xe thiết giáp xích, đồng thời khảo sát chất lượng động lực học chuyển động thẳng xe thiết giáp xích sau thay động Do động DOOSAN DL-08 có kiểu dáng, kích thước khác với động nguyên... tiết bị động ly hợp từ đầu quay với vận tốc góc ứng 254 Hình Đồ thị quãng đường tăng tốc xe nguyên (bên trái) xe thay động (bên phải) Kết khảo sát động lực học xe thiết giáp xích sau thay động DOOSAN... vận tốc 50 km/h (m) 319 281 Thông số xe Vận tốc lớn (km/h) Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mai Đức Sơn, Nghiên cứu khả thay hai động xăng động diesel xe thiết giáp chở quân BTR-60PB, Học viện Kỹ