Nghiên cứu hiện tượng trượt của ly hợp chính xe tăng trong quá trình khai thác

Bài báo này, trình bày các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trượt của ly hợp chính xe tăng, xây dựng mô hình mô phỏng và tính toán quá trình trượt của ly hợp chính ở các điều kiện khác nhau. Từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy làm việc của ly hợp chính xe tăng.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG TRƯỢT CỦA LY HỢP CHÍNH XE TĂNG TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC RESEARCH THE SLIDING PHENOMENON ON THE MAIN CLUTCH OF TANK DURING THE OPERATION MAI ĐỨC SƠN1*, TÔ VIẾT THÀNH2, CÙ XUÂN PHONG2 Hệ Quản lý học viên Sau đại học, Học viện Kỹ thuật Quân Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân *Email liên hệ: maiducson@lqdtu.edu.vn Tóm tắt Trong khởi hành tăng tốc, ly hợp xe tăng thường xuyên xảy tượng trượt Quá trình trượt gây nhiệt, mài mòn bề mặt làm việc đĩa ma sát, làm ảnh hưởng tới chất lượng, tuổi thọ ly hợp Vì cần có nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng tượng trượt ly hợp q trình khai thác Bài báo này, trình bày yếu tố ảnh hưởng tới q trình trượt ly hợp xe tăng, xây dựng mơ hình mơ tính tốn q trình trượt ly hợp điều kiện khác Từ đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy làm việc ly hợp xe tăng nối với phần bị động hộp truyền lực, phần bị động nối với trục chủ động hộp số, cấu mở dùng để điều khiển ly hợp Cấu tạo cụ thể ly hợp xe tăng T54, T55 thể Hình [1] Từ khóa: Ly hợp chính, đĩa ma sát, trượt, độ tin cậy Abstract During departure and acceleration, the main clutch on the tank often slips The sliding process causes heat and abrasion on the working surface of the friction discs, affecting the quality and service life of the main clutch Therefore, it is necessary to have studies to evaluate the influence of the main clutch slippage during operation The article presents the factors affecting the slip of the main clutch of the tank, builds a simulation model, and calculates the slip of the main clutch under different conditions From there, propose solutions to improve the working reliability of the tank main clutch Keywords: Main clutch, friction disc, slip, reliability Mở đầu Ly hợp xe tăng T54, T55 loại ly hợp nhiều đĩa (17 đĩa 19 đĩa), ma sát khô thép với thép, tạo lực ép lò xo, cấu mở kiểu bi Dẫn động điều khiển khí có trợ lực lị xo thủy khí Ly hợp gồm phần bản: Phần chủ động 262 Hình Kết cấu ly hợp Các đĩa ma sát ly hợp làm việc điều kiện môi trường ma sát khô, chúng quay trượt sinh lượng nhiệt lớn Về mặt trị số, lượng nhiệt tính tốn thơng qua cơng trượt ly hợp xe tăng Đặc biệt, khởi hành xe cơng trượt đạt đến 100 kN.m nhiệt độ bề mặt đĩa ma sát đạt tới (350÷4.000) 0C [2] Đây nguyên nhân làm cho đĩa ma sát bị mài mòn cong vênh q mức Việc tính tốn, khảo sát mức độ ảnh hưởng tượng trượt trình làm việc ly hợp xe tăng sở để xác định xác độ bền tuổi thọ đĩa ma sát Tuy nhiên, chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu, đánh giá yếu tố SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Dựa sở lý thuyết động lực học xe xích, báo tập trung xây dựng mơ hình tính tốn ly hợp xe tăng sử dụng cơng cụ Sim Driveline để mơ q trình trượt ly hợp xe tăng (ở giai đoạn khởi hành) Kết nghiên cứu sở để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng yếu tố liên quan tới tượng trượt ly hợp trình làm việc, nguyên nhân gây mài mòn nhiệt bề mặt đĩa ma sát Qua đó, đề xuất biện pháp nâng cao tuổi thọ làm việc ly hợp xe tăng Những yếu tố ảnh hưởng tới trình trượt ly hợp Khi ly hợp đóng hồn tồn, mômen ma sát (M ms) truyền qua thường lớn nhiều so với mô men cản chuyển động qui dẫn phần bị động ly hợp (Mr), đĩa ma sát tiếp tục trượt thêm khoảng thời gian ngồi mơmen Mr đĩa bị động cịn chịu mơmen qui dẫn qn tính chi tiết quay lực quán tính chuyển động thẳng khối lượng xe tăng chuyển động nhanh dần [3] Khi chênh lệch tốc độ phần chủ động phần bị động ly hợp cao, q trình trượt ly hợp tăng mạnh Giai đoạn khởi hành chênh lệch tốc độ đạt giá trị lớn nhất, nên công trượt sinh bề mặt ma sát ly hợp đạt giá trị cực đại Xuất phát từ thực tế đó, nghiên cứu tượng trượt ly hợp xe tăng tác giả lựa chọn chế độ tính tốn khởi hành xe Theo [2, 4] trình trượt ly hợp bị ảnh hưởng lớn hai yếu tố, gồm ảnh hưởng số vòng quay ban đầu động đóng ly hợp tỉ số truyền hộp số xe tăng khởi hành Trong đó, giảm số vịng quay động thời điểm đóng ly hợp, cơng trượt ly hợp (dẫn đến nung nóng mài mịn đĩa ma sát) giảm Nếu số vòng quay ban đầu động nhỏ, đóng ly hợp, giảm xuống số vịng quay ổn định tối thiểu động bị dừng hoạt động Vận tốc góc chi tiết chủ động ly hợp trượt xác định công thức: wd = wo - j&&d1t (1) Trong đó: wd tốc độ góc phần chủ động ly hợp, (1/s); w0 vận tốc ban đầu chi tiết chủ động đóng ly hợp, (1/s); jd1 gia tốc chuyển động chậm dần chi tiết chủ động ly hợp giai đoạn khởi hành, (1/s2); t thời gian hoàn thành giai đoạn khởi hành, (s) SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Vận tốc góc chi tiết bị động giai đoạn xác định phương trình: wt = j&&t1 t (2) Trong đó: wt tốc độ góc phần bị động ly hợp chính, (1/s); ̈ t1 gia tốc góc chi tiết bị động ly hợp, (1/s2) Đối với tỉ số truyền hộp số xe tăng khởi hành, khởi hành tỉ số truyền cao thời gian khởi hành lớn, vận tốc góc trục khuỷu động cuối giai đoạn trượt ly hợp nhỏ làm tăng nguy dừng động Ảnh hưởng tỉ số truyền xác định xác định theo công thức: g &x&1 = b f d max - f c = const d (3) Trong đó: gia tốc xe giai đoạn khởi hành (m/s2); d hệ số khối lượng quay xe tăng; ¦dmax giá trị lớn lực kéo đơn vị xe số truyền xét; ¦c hệ số cản chuyển động thẳng xe tăng Xây dựng mơ hình khảo sát q trình trượt ly hợp xe tăng 3.1 Xây dựng mơ hình khảo sát q trình trượt ly hợp xe tăng Khi xây dựng mơ hình q trình trượt ly hợp, để loại trừ ảnh hưởng từ đặc điểm cá nhân lái xe đóng ly hợp đạp bàn đạp chân ga, nghiên cứu đưa giả thiết sau [2, 5]: - Động tác đóng ly hợp xảy tức thời - Số vịng quay tính tốn cho động thời điểm đóng ly hợp, số vịng quay chế độ công suất cực đại (tức nN) - Mơ men truyền qua ly hợp đóng hồn tồn khơng thay đổi giá trị đĩa ma sát bị trượt Dựa vào kết cấu hệ thống truyền lực xe tăng T54, T55 [1], mơ hình vật lý khối ly hợp xây dựng Hình Trong đó: Mv mơ men quy dẫn trục chủ động ly hợp xác định theo công thức: Hình Mơ hình khối ly hợp 263 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Mv = iHTL Md (4) Md mô men xoắn động (Nm); I cd, ecd mô men quán tính gia tốc phần chủ động ly hợp (Nms2), (1/s2); Ibd, ebd mơ men qn tính gia tốc phần bị động ly hợp (Nms 2), (1/s2); Mc mô men cản quy dẫn trục bị động ly hợp, (Nm); P áp lực đặt lên bề mặt ma sát, (N) 3.2 Xây dựng mơ hình tính tốn Áp dụng ngun lý D’Almber [6, 7] mơ hình vật lý ly hợp xây dựng trên, phương trình động lực học phần chủ động bị động ly hợp xác định theo công thức sau: I cd e cd = M v - M ms Trong đó, ly hợp thể khối Controltable Friction Clutch có thư viện SimDriveline Trong đó: Cổng B nối với động cơ; Cổng F nối với hộp số; Cổng vào P tín hiệu điều khiển ly hợp (áp lực lên bề mặt ma sát); Cổng S vận tốc trượt; Cổng L công trượt ly hợp; Cổng M cổng Code mơ hình (5) e (6) Khi ly hợp đóng hồn tồn (khơng có trượt phần chủ động bị động), tức e cd = e bd = e , hệ Hình Khối Controltable Friction Clutch (5), (6) trở thành: ( I bd + I cd ).e = M v - M c (7) Tín hiệu điều khiển đóng mở ly hợp P dk đưa vào khối signal builder qua cổng riêng Mô men ma sát xác định theo công thức: M ms = m.z.Rtb Pmax Pdk - Pgh (8) Trong đó: µ hệ số ma sát; Z số đĩa ma sát; Rtb bán kính trung bình đĩa ma sát, (m); Pmax áp lực lớn lên bề mặt đĩa ma sát, (N); Pdk tín hiệu áp lực điều khiển, (N); Pgh giới hạn áp lực nhỏ nhất, (N) Mơ phỏng, tính tốn động lực học ly hợp xe tăng Hình Khối Signal Builder Các thơng số có (5), (6), (7), (8) phải thể đầy đủ mô Ứng dụng phần mềm Simdriveline [8, 9], chương trình mơ q trình trượt ly hợp xây dựng Hình Hình Khối Torque Actuator Hình Chương trình mơ q trình trượ ủ 264 ợ Hình Khối Inertia SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Bảng Thông số đầu vào ly hợp xe tăng T54, T55 Tên gọi Mô men xoắn cực đại động [Nm] Vòng quay động chế độ mô men lớn [v/ph] Công suất cực đại động [HP] Vòng quay động chế độ công suất lớn [v/ph] Chiều dài tự lò xo ép [mm] Số lượng lò xo ép ly hợp Bán kính ngồi đĩa ma sát [mm] Bán kính đĩa ma sát [mm] Đường kính đĩa ma sát [mm] Chiều dày đĩa ma sát [mm] Khối lượng đĩa ma sát chủ động [Kg] Khối lượng đĩa ma sát bị động [Kg] Số đĩa ma sát chủ động Số đĩa ma sát bị động Hệ số ma sát thép với thép Mô men qn tính phần chủ động [Nms 2] Mơ men qn tính phần bị động [Nms2] ệu điề ể Mơ men động đưa vào qua khối Torque Actuator Mơ men qn tính đưa vào qua khối Inertia Các thông số lấy đầu khối ly hợp gồm: vận tốc trượt, vận tốc góc, gia tốc góc, Mơ men ma sát khâu bị động ly hợp lấy qua khối thư viện Sensor & Actuators Để thực mô tính tốn q trình trượt ly hợp cần xác định thông số đặt vào khối thể Bảng · Mơ q trình làm việc ly hợp Nhập thông số vào chương trình mơ đưa tín hiệu điều khiển ly hợp vào với lực ép ban đầu (Hình 8) SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) ế ợ Kí hiệu MeMax nM NeMax nN L0 Z1x Rn Rt D a m1 m2 Z1 Z2 µ Icd Ibd ả Giá trị 2300 1200 580 2000 66,5 18 179 155,7 358 1,23 1,2 123 100 0,18 82 15 ỏng q trình trượ ợ Kết mơ q trình làm việc khối ly hợp sau chạy chương trình thể Hình Khi tốc độ động đạt giá trị n=2000 (v/ph) tiến hành đóng ly hợp Từ thời điểm t0 = đến t1 = giây, mô men ma sát nhỏ mô men cản (MF < Mr), nên xe chưa chuyển động Từ thời điểm t1= đến t2 = giây, mô men ma sát tăng lên, thời điểm mô men ma sát mô men cản (MF = Mr), xe bắt đầu chuyển động, vận tốc phần bị động wbd tăng dần, vận tốc phần chủ động wcd giảm dần, lúc ly hợp trượt, thời điểm t2 = giây, vận tốc phần chủ động bị động nhau, mô men ma sát M F đạt max, ly hợp đóng hồn tồn, kết thúc trình trượt 265 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 · Mơ q trình trượt ly hợp thay đổi số vòng quay ban đầu động Như tốc độ phần chủ động đóng ly hợp tăng, thời gian trượt công trượt ly hợp tăng lên làm tăng khả cháy ly hợp · Mơ q trình trượt ly hợp thay đổi tỉ số truyền hộp số khởi hành xe: Mơ hình mơ thay đổi tỉ số truyền hộp số khởi hành xe (giữ nguyên thông số khác) biểu diễn Hình 12 (dùng SubSystem để thu gọn chương trình mơ phỏng) Trong đó: Số truyền nhỏ - khởi hành số 1; Số truyền lớn - khởi hành số Hình 10 Chương trình mơ thay đổ ố vịng quay ban đầ Mơ hình mơ thay đổi số vòng quay ban đầu động (giữ nguyên thông số khác) biểu diễn Hình 10 (dùng SubSystem để thu gọn chương trình mơ phỏng) Trong đó: Số vịng quay ban đầu động chưa thay đổi ncd1=2000 (v/ph); số vòng quay ban đầu động thay đổi ncd2=1500 (v/ph) Hình 12 Chương trình mơ thay đổi tỉ số Nhập thông số vào khối SubSystem (ncd1) khối SubSystem (n cd2), tiến hành chạy chương trình thu kết Hình 11 Nhập thông số ban đầu vào khối SubSystem (số truyền nhỏ) khối SubSystem (số truyền lớn) Kết mơ q trình trượt ly hợp thể Hình 13 Hình 11 Kết mơ thay đổi số vòng quay truyền hộp số khởi hành ban đầu Hình 13 Kết mơ trình trượt ly hợp Khi tốc độ chủ động ncd1 = 2000 (v/ph), thời gian trượt ly hợp ttr = giây, vận tốc phần chủ động bị động giá trị n = 600 (v/ph) Phần diện tích giới hạn vận tốc chủ động, bị động trục tung (chính cơng trượt ly hợp) tăng lên Khi khởi hành số 1, thời gian trượt ly hợp ttr =7 giây, vận tốc phần chủ động bị động giá trị n = 600 (v/ph), công trượt ly hợp tính diện tích phần giới hạn vận tốc chủ động, vận tốc bị động trục tung đồ thị tăng Khi tốc độ chủ động ncd2 = 1500 (v/ph), thời gian trượt ly hợp ttr = giây, vận tốc phần chủ động bị động giá trị n = 400 (v/ph) Phần diện tích giới hạn vận tốc chủ động, bị động trục tung (chính cơng trượt ly hợp) giảm 266 Khi khởi hành số 2, thời gian trượt ly hợp ttr = 5,5 giây, vận tốc phần chủ động bị động giá trị n = 1250 (v/ph), công trượt ly hợp tính diện tích phần giới hạn vận tốc chủ động, vận tốc bị động trục tung đồ thị giảm SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Như khởi hành số có tỷ số truyền cao so với khởi hành số có tỷ số truyền thấp [4], thời gian kéo dài giai đoạn trượt tăng, vận tốc góc trục khuỷu động cuối giai đoạn trượt ly hợp nhỏ công trượt tăng làm tăng khả cháy ly hợp Kết luận Bài báo tập trung xây dựng mô hình mơ phỏng, tính tốn q trình trượt khối ly hợp xe tăng T54, T55 thơng qua cơng cụ Simdriveline Phân tích, đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới trình trượt ly hợp, sử dụng yếu tố làm thông số đầu vào để tính tốn vận tốc trượt, thời gian trượt công trượt ly hợp Như vậy, để nâng cao tuổi thọ làm việc ly hợp xe tăng, trình khai thác sử dụng xe cần phải đảm bảo thực yêu cầu kỹ thuật, ý khởi động xe số có tỉ số truyền thấp số vòng quay động nhỏ, nhờ làm giảm cơng trượt ly hợp góp phần hạn chế tượng cháy ly hợp [3] Nguyễn Quốc Điệt, Nguyễn Hoàng Nam, Nguyễn Ngọc Ban, Giáo trình sở khai thác xe quân (Tập 1), Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2006 [4] Nguyễn Văn Luận, Lê Kỳ Nam, Kết cấu tính tốn xe tăng - thiết giáp, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 1999 [5] Trần Phương Huy, Nghiên cứu xác định tuổi thọ đĩa ma sát ly hợp xe tăng T54B sản xuất Việt Nam theo quan điểm độ bền mòn, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2019 [6] Vũ Công Hàm, Cơ học hệ nhiều vật, NXB Quân đội nhân dân, 2013 [7] Chu Văn Đạt, Phan Nguyên Di, Phương pháp số động học, động lực học hệ nhiều vật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2000 [8] Nguyễn Quang Hoàng, Matlab & Simulink cho kỹ sư, NXB Bách khoa Hà Nội, 2019 [9] Harold Klee, Randal Allen, Simulation of dynamic system with Matlab and Simulink, Springer, 2006 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Tuấn, Cấu tạo xe tăng (tập 2), Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2003 [2] Nguyễn Văn Luận, Nguyễn Văn Tần, Lê Trung Dũng, Lý thuyết xe tăng, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 1990 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 30/6/2021 09/8/2021 13/8/2021 267 ... q trình trượt ly hợp thay đổi số vòng quay ban đầu động Như tốc độ phần chủ động đóng ly hợp tăng, thời gian trượt công trượt ly hợp tăng lên làm tăng khả cháy ly hợp · Mơ q trình trượt ly hợp. .. công trượt sinh bề mặt ma sát ly hợp đạt giá trị cực đại Xuất phát từ thực tế đó, nghiên cứu tượng trượt ly hợp xe tăng tác giả lựa chọn chế độ tính tốn khởi hành xe Theo [2, 4] trình trượt ly hợp. .. hình khảo sát q trình trượt ly hợp xe tăng Khi xây dựng mơ hình q trình trượt ly hợp, để loại trừ ảnh hưởng từ đặc điểm cá nhân lái xe đóng ly hợp đạp bàn đạp chân ga, nghiên cứu đưa giả thiết sau