MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................................................................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................................................................................................................. 4
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................................................................................................... 7
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NÒNG SÚNG PHÁO VÀ PHÁO PHÒNG KHÔNG 37mm K65-2........................................................................... 9
1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo và các lực tác dụng lên nòng khi bắn................................................................................................... 10
1.1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo............................................................................................................................................................ 10
1.1.2. Các lực tác dụng lên nòng khi bắn............................................................................................................................................................... 12
1.2. Tổng quan về pháo phòng không 37mm K65-2.............................................................................................................................................. 18
1.2.1. Giới thiệu chung............................................................................................................................................................................................18
1.2.2. Cấu tạo một số bộ phận chính của pháo.......................................................................................................................................................21
1.2.3. Hoạt động của máy tự động pháo phòng không 37mm K65-2......................................................................................................................32
Kết luận chương 1...................................................................................................................................................................................................39
Chương 2. TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ NGHIỆM BỀN NÒNG PHÁO PHÒNG KHÔNG 37mm k65-2..................................................................40
2.1. Bài toán thuật phóng trong............................................................................................................................................................................... 40
2.1.1. Các giả thiết cơ bản.......................................................................................................................................................................................40
2.1.2. Các phương pháp giải bài toán thuật phóng trong........................................................................................................................................40
2.1.3. Hệ phương trình vi phân................................................................................................................................................................................42
2.1.4. Thông số giải bài toán thuật phóng trong......................................................................................................................................................43
2.1.5. Phương pháp Runge-Kuta giải hệ phương trình vi phân..............................................................................................................................43
2.1.6. Giải bài toán thuật phóng trong.....................................................................................................................................................................44
2.2. Tính toán kết cấu lòng nòng............................................................................................................................................................................ 46
2.2.1. Tính toán buồng đạn.....................................................................................................................................................................................46
2.2.2. Tính toán phần rãnh xoắn.............................................................................................................................................................................48
2.2.3. Hệ số an toàn của nòng................................................................................................................................................................................50
2.3. Tính toán kết cấu thành nòng.......................................................................................................................................................................... 51
2.3.1. Dựng đường cong áp suất lớn nhất, đường áp suất mong muốn.................................................................................................................51
2.3.2. Tính toán kết cấu thành nòng........................................................................................................................................................................55
2.4. Tính toán các mối lắp ghép, liên kết của nòng................................................................................................................................................ 58
2.4.1. Mối lắp ghép với hộp khóa nòng...................................................................................................................................................................58
2.4.2. Mối lắp ghép với loa đầu nòng......................................................................................................................................................................60
2.5. Nghiệm bền nòng.............................................................................................................................................................................................61
2.5.1. Ứng suất và biến dạng nòng.........................................................................................................................................................................61
2.5.2. Kiểm nghiệm bền nòng bằng phần mền inventor..........................................................................................................................................68
2.5.3. Giới hạn bền đàn hồi của nòng pháo............................................................................................................................................................71
Kết luận chương 2...................................................................................................................................................................................................71
Chương 3. TÍNH TOÁN TUỔI THỌ NÒNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ NÒNG PHÁO PHÒNG KHÔNG 37mm K65-2......72
3.1. Tính toán tuổi thọ nòng pháo...........................................................................................................................................................................72
3.1.1. Các khái niệm chung về độ mòn và tuổi thọ nòng........................................................................................................................................72
3.1.2. Các nguyên nhân cơ bản của mòn nòng......................................................................................................................................................83
3.1.3. Các phương pháp tính tuổi thọ nòng............................................................................................................................................................86
3.1.4. Tính toán tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2.............................................................................................................................95
3.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2...............................................................................................................97
3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng pháo.............................................................................................................................................97
3.2.2. Các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng.........................................................................................................................................................98
kết luận chương 3...................................................................................................................................................................................................98
kết luận................................................................................................................................................................................................................. 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................................................................... 100
PHỤ LỤC..............................................................................................................................................................................................................101
LỜI NÓI ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vũ khí trang bị kỹ thuật có vai trò hết sức quan trọng, là yếu tố không thể
thiếu được trong chiến đấu của Quân đội nhân dân Việt Nam. Cùng với nhân tố quyết định là con người với sự đoàn kết và tinh thần dân tộc đã tạo nên sức mạnh của Quân đội nói riêng và lực lượng vũ trang dân nhân Việt Nam nói chung.
Trong thời đại hiện nay, xây dựng thế trận “Phòng không nhân dân” là một yêu cầu rất quan trọng để bảo vệ vững chắc vùng trời, vùng biển, bảo vệ chủ quyền và an ninh Quốc gia. Vậy nên việc nâng cao chất lượng vũ khí trang bị, khả năng nắm bắt khoa học công nghệ, khả năng thao tác và thực sự làm chủ vũ khí công nghệ cao, nâng cao khả năng sẳn sàng chiến đấu là điều kiện thường xuyên, cơ bản, trước mắt và lâu dài.
Pháo phòng không hai nòng 37mm K65-2 là hỏa lực phòng không cơ bản để bảo vệ các mục tiêu quân sự quan trọng, chống lại hỏa lực của các loại máy bay bay thấp và máy bay ném bom của địch. Đồng thời cho phép bắn trực tiếp vào mục tiêu trên bộ cũng như mục tiêu trên biển. Trong giai đoạn hiện nay, các loại vũ khí hiện đại phát triển nhanh nhưng pháo 37mm K65-2 vẫn giữ vai trò quan trọng trong biên chế của nước ta với số lượng lớn góp phần không nhỏ vào sức mạnh của quân đội.
Khả năng chiến đấu của pháo phòng không 37mm K65-2 là tổng hợp tính
năng tác chiến của các bộ phận của pháo kết hợp với hành động của pháo thủ và
chiến thuật. Trong đó, bộ phận nòng pháo phòng không 37mm K65-2 góp vai trò vô cùng quan trọng trong thực hiện phát bắn khai hỏa. Do chịu tác động của áp lực khí thuốc nên nòng thường xảy ra một số hư hỏng. Điều này gây ảnh hưởng trực tiếp đến phát bắn của pháo, yếu tố quyết định của khả năng tác chiến của pháo phòng không. Vì vậy yêu cầu cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như làm tăng khả năng bảo quản, sửa chữa những hỏng hóc đòi hỏi yêu cầu cấp thiết phải thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính toán kết cấu nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nắm được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ phận nòng. Nắm được trình tự tính toán kết cấu của một nòng đơn và nghiệm bền nòng pháo. Tìm hiểu về nguyên nhân mòn nòng, tính toán tuổi thọ nòng và đưa ra các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nòng pháo phòng không 37mm-K65-2.
4. Phương pháp nghiên cứu
+ Nghiên cứu đo đạc, tìm hiểu trực tiếp trên trang bị.
+ So sánh đối chiếu kết quả.
+ Sử dụng tài liệu tham khảo.
+ Sử dụng một số phần mềm hỗ trợ đồ họa, tính toán: Autocad, Inventor, matlab.
5. Tình hình nghiên cứu có liên quan
Đồ án có sử dụng tài liệu của các đồ án, đề tài nghiên cứu trước đó, có tính kế thừa, phát huy mạnh mẽ. Tham khảo các tài liệu có liên quan đến pháo phòng không 37mm k65-2.
6. Dự kiến sản phẩm của đồ án
- Bản vẽ lắp nòng Pháo phòng không 37mm-K65-2. (A0)
- Bản vẽ biểu đồ áp suất và sức bền. (A0)
- Bản vẽ sơ đồ tính tuổi thọ và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo. (A0)
7. Kết cấu đồ án
Với đề tài “Nghiên cứu tính toán kết cấu nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2”, để hoàn thành nhiệm vụ đồ án tôi tiến hành theo các nội dung sau:
Chương 1. Tổng quan về nòng súng pháo và pháo phòng không 37mm k65-2.
Chương 2. Tính toán kết cấu và nghiệm bền nòng pháo phòng không 37mm k65-2.
Chương 3. Tính toán tuổi thọ nòng và các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm k65-2.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NÒNG SÚNG PHÁO VÀ PHÁO PHÒNG KHÔNg 37mm k65-2
1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo và các lực tác dụng lên nòng khi bắn
1.1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo
Nòng pháo là một bộ phận hợp thành của một khẩu pháo. Ở mức độ đáng kể nó quyết định kết cấu của pháo vì rằng chính ở trong nòng quá trình thuật phóng trong được hiện thực và kiểu kết cấu của các bộ phận khác của pháo phụ thuộc nhiều vào kết cấu của nó.
- Công dụng
+ Là nơi thực hiện quá trình cháy và sinh công của thuốc phóng, để tạo cho đầu đạn có một tốc độ chuyển động tịnh tiến nhất định lúc rời miệng nòng (vo).
+ Định hướng chuyển động cho đầu đạn trong không gian để bay tới mục tiêu.
+ Tạo ra tốc độ quay cho đầu đạn quanh trục dọc của mình để ổn định bay trên quĩ đạo (đối với nòng rãnh xoắn).
- Phân loại: Dựa theo cấu tạo thành nòng người ta chia nòng pháo thành các loại như sau: nòng đơn, nòng nhiều lớp và nòng tháo được theo chiều dài.
+ Nòng đơn là nòng mà thành của nó chỉ có một lớp kim loại, hay nói một cách khác nó được chế tạo từ một phôi nguyên
Ưu điểm nổi bật của loại nòng này là có kết cấu đơn giản và chế tạo dễ dàng hơn các loại khác. Nhược điểm là ứng suấtxuất hiện khi bắn phân bố không đều theo chiều dày thành nòng và không hợp lý về mặt sử dụng vật liệu nòng. Tuy vậy hiện nay nòng đơn vẫn được sử dụng nhiều nhất do người ta đã có các biện pháp tăng tuổi thọ nòng và dùng thép hợp kim có chất lượng cao nên thời gian sử dụng chúng được khá lâu.
+ Nòng nhiều lớp là nòng mà thành của nó gôm có những lớp trụ có chiều dài bằng nhau hoặc khác nhau được lồng vào đồng tâm với nhau (thông thường là hai lớp, lớp ngoài được gọi là vỏ bọc). Giữa các lớp có thể có khe hở (ghép lỏng) hoặc có độ dôi (ghép căng).
1.2. Các lực tác dụng lên nòng khi bắn
1.2.1. Các lực áp suất khí thuốc
Khi bắn, thuốc phóng cháy, khí thuốc được tạo thành và giãn nở với áp suất cao, nhiệt độ cao một mặt tác dụng lên đầu đạn làm cho nó chuyển động về phía trước, mặt khác tác dụng vào lòng nòng làm cho nó có xu hướng lùi về phía sau. Lực áp suất khí thuốc tác dụng lên thành nòng được cân bằng bởi các lực đàn hồi bên trong và không gây ảnh hưởng đến sự chuyển động của nòng.
Áp lực khí thuốc tác dụng lên đáy nòng Pđa: Áp lực Pđa của khí thuốc thông qua đáy vỏ đạn và khóa nòng đặt lên đáy nòng. Đây là thành phần chính tạo nên lực giật lùi của nòng súng pháo khi bắn. Áp lực khí thuốc tác dụng lên đáy nòng được xác định theo công thức:
Pda = π/4.Dk2.pda (1.1)
Trong đó:
Dk : Đường kính buồng đạn;
pđa : Áp suất khí thuốc t/d lên đáy nòng.
Áp dụng đối với pháo phòng không 37 mm K65-2, cụ thể như sau: Pda = 12249,6 (N).
Ta thấy rằng các lực Pđa và Pc biến thiên theo qui luật của áp suất khí thuốc tác dụng lên đáy nòng pđa. Giá trị lớn nhất pđam được xác định bằng phương pháp thực nghiệm:
Pda =1,12pm
Hệ số 1,12 là hệ số thực nghiệm.
* Áp suất khí thuốc tác dụng lên thành nòng pr: Áp suất tác dụng lên thành nòng có những đặc điểm sau:
+ Áp suất pr tác dụng vuông góc với bề mặt lòng nòng làm cho nòng có xu hướng giãn rộng và thành nòng có thể bị rạn nứt.
+ pr biến thiên theo qui luật phức tạp, khó có thể xác định chính xác. Vì vậy, giả thiết pr biến thiên dọc trục nòng theo những qui luật như sau: Đoạn từ đáy nòng đến vị trí mà áp suất khí thuốc đạt giá trị lớn nhất, pr biến thiên theo qui luật tuyến tính, giảm từ pđam đến pđim.
Áp dụng đối với pháo phòng không 37mm K65-2 cụ thể là:
pr =pdi = φ1/φ =1,02/1,15.3068=302,7 (MPa)
Đường nét đứt biểu diễn qui luật của áp suất thuật phóng p; đường nét liền biểu diễn qui luật của áp suất tác dụng lên thành nòng pr.
1.2.3. Lực đặt vào nòng từ phía máng, thiết bị hãm lùi và loa đầu nòng
Từ phía máng pháo sẽ có các phản lực N1, N2 và các lực ma sát fN1, fN2 đặt vào nòng, trong đó f - hệ số ma sát. Ngoài ra, dặt vào nòng sẽ có các lực hãm lùi thuỷ lực FL và lực máy đẩy lên P, các lực ma sát trong bộ phận bịt kín TBHL FT và Fd, mà các điểm đặt của chúng phụ thuộc vào sự bố trí TBHL đối với nòng trên pháo cũng như các thành phần trọng lượng khối lùi Qosinj và Qocosj đặt vào khối tâm khối lùi (h.2-14). Hình chiếu của tất cả các lực kể trên xuống hướng trục lòng nòng về đại lượng bằng lực cản lùi R, tức là
R = FL + P + FT + Fd + f (N1+ N2) - Qo sinj = FL + P + Rf - Qo sinj
Trong đó: Rf = FT + Fd + f (N1+ N2 ) : Lực ma sát tổng.
Nếu pháo có loa hãm lùi thì nó tạo ra lực Rℓ mà được xác định bởi biểu thức
Rℓ = (1- c)pe
Trong đó
pe : Áp suất khí thuốc tại miệng nòng;
c - đặc trưng xung lượng của loa hãm lùi
Khi hiện diện các loa đầu nòng khác (tăng lùi, bù khí vv...) thì hướng và đại lượng của lực đặt vào sẽ thay đổi.
1.2. Tổng quan về pháo phòng không 37mm K65-2
1.2.1. Giới thiệu chung
1.2.1.1. Công dụng
Pháo phòng không 37mm-K65 dùng để tiêu diệt các mục tiêu trên không như: Máy bay, quân nhảy dù, thiết bị chiếu sáng,... ở cự ly nhỏ hơn 4000m và độ cao nhỏ hơn 3000m. Khi cần thiết pháo còn được dùng để tiêu diệt các mục tiêu mặt đất, mặt nước như: Xe tăng, xe bọc thép, lô cốt, hỏa điểm, tàu, xuồng và sinh lực địch ở cự ly đến 2000m.
1.2.1.3. Đặc điểm cấu tạo của pháo
- Thân pháo: Có loa che lửa ở đầu nòng, nòng lùi ngắn đẩy lên ngay, khóa nòng nằm chờ, tốc độ bắn lớn làm nguội nòng bằng cách thay nòng.
- Khoá nòng: Là loại khoá nòng then đứng, mở khoá nòng tự động nhờ năng lượng khối lùi, đóng khoá nòng nhờ lò xo riêng. Phát hoả nhờ lò xo kim hoả.
- Tiếp đạn: Thuộc loại tiếp đạn bằng kẹp, tự động nạp đạn và hành trình tống đạn gồm hai giai đoạn: giai đoạn cưỡng bức và giai đoạn quán tính, có cơ cấu bảo hiểm chống hỏng khi kẹt đạn.
- Máy hãm lùi - đẩy lên: Máy hãm lùi thuỷ lực vòng điều tiết, cán điều tiết; máy đẩy lên kiểu lò xo.
1.2.2. Cấu tạo một số bộ phận chính của pháo
1.2.2.1. Thân pháo
a) Nòng pháo
Bên ngoài: Đầu nòng có đoạn ren trái để lắp loa che lửa, Giữa nòng có hai vòng khuyết để lắp clê tháo nòng, có hai gờ vòng cung để lắp vòng hãm của bộ phận đẩy lên. Đuôi nòng có hai gờ để liên kết với hộp khoá nòng, có hai khuyết để then hãm nòng tỳ vào.
Bên trong: Gồm hai phần:
Phần buồng đạn: Có hình dạng vỏ đạn.
Phần rãnh xoắn: Có 16 rãnh xoắn, hướng xoắn phải, góc xoắn đều nhau; a = 60.
b) Loa che lửa
Loa che lửa như hình 1.6.
1.2.2.3. Bộ phận nạp đạn và tống đạn
a) Bộ phận nạp đạn
Dùng để tiếp nhận đạn và lần lượt nạp từng viên đạn vào đường tống đạn. Gồm các cơ cấu: ấn đạn, lật đạn, cơ cấu hãm và cơ cấu cản.
- Thân bộ phận nạp đạn: Dùng để lắp ráp các cơ cấu của bộ phận, hai bên sườn có lỗ ốc để cố định với máng bằng vít, vì vậy khi bắn bộ phập nạp đạn không chuyển dịch, vách trước, vách sau phía trong có rãnh và gờ định hướng cho đạn khi nạp, không cho đạn dịch ra phía trước, phía sau, hai vách hai bên sau dùng để đỡ đạn trên kẹp đạn thuận tiện khi tiếp đạn.
- Cơ cấu ấn đạn: Cơ cấu gồm thoi động và thoi cố định tạo thành. Thoi cố định được lắp cố định trên bộ phận nạp đạn. Thoi động có thể di chuyển trong rãnh, hai thoi có kết cấu gần giống nhau, gồm: 1 hàng móng ấn đạn, móng ấn đạn chỉ có thể quay xuống mà không quay lên. Thoi động khi di chuyển xuống dưới thì móng ấn đạn trên đó ấn một viên đạn xuống đường tống đạn.
- Cơ cấu ấn đạn ấn một viên đạn xuống, thân lật đạn quay, cạnh dưới của nó quay 90o thì bị chạc động giữ lại, sau khi lẫy đẩy vượt khỏi chạc dưới, đầu ba chạc nhờ vào lò xo xoắn quay vào, chạc trên tiếp tục cản thân lật đạn, chạc dưới quay ra ngoài, như vậy cơ cấu đã cản thân lật đạn để mỗi lần nó chỉ quay 900.
- Cơ cấu hãm: Dùng để hãm thân nạp đạn dừng lại ở vị trí nhất định sau khi đã quay 90 nhờ lò xo đầu nẩy tì lên quả khế để hãm thân nạp đạn tại vị trí này.
b) Bộ phận tống đạn.
Gồm thân tống đạn và cơ cấu tống đạn.
- Cơ cấu tống đạn: Lò xo, cán lò xo, vòng ốc, bướm tống đạn, thân bướm tống đạn, đệm giảm va.
- Thân tống đạn: Phía trên thân tống đạn là rãnh hình lòng máng, phía trước bên dưới có lỗ để liên kết với hộp khoá nòng bằng trục. Phía trước, bên trên có rãnh để lắp hai lẫy đẩy, lẫy đẩy gồm có: Lẫy, lò xo và mũi lò xo.
e) Cơ cấu bảo hiểm
- Cấu tạo gồm: Khoá bảo hiểm và cần đóng mở
Khi kéo cần mở, cam chuôi nghiêng đẩy lẫy bảo hiểm quay, đầu cần gạt tì vào tay quay không cho giải phóng cò khi chưa có lệnh.
1.2.3. Hoạt động của máy tự động pháo phòng không 37mm K65-2
1.2.3.1. Hoạt động khi nạp và bắn viên đạn đầu tiên
Nạp và bắn viên đạn đầu tiên gồm năm thao tác sau: Kéo tay mở khóa nòng về sau rồi gài vào khâu sau, ấn đạn, trả tay mở khóa nóng về giữ ở khâu trước, gạt cần an toàn vào vị trí bắn, đạp cò bắn.
a) Trạng thái bình thường
- Thân pháo bị giữ ở vị trí trên cùng bằng lò xo đẩy về
- Khóa nòng ở trang thái đóng
- Thân lật đạn bị giữ không thể quay bởi chân hạn chế cố định của bộ phận hạn chế quay. Thoi ấn đạn ở vị trí thấp nhất.
- Đầu sau của khóa bắn nhô lên
- Mấu nhô dưới thân tống đạn đè lên mấu trước của cần lẫy tự động làm cho đầu sau của khóa tự động bắn gập xuống.
b) Nạp viên đạn đầu tiên
* Bước 1: Kéo tay mở khóa nòng về sau rồi đặt vào khâu giữ phía sau có 04 chuyển động
- Mở khóa nòng: mấu nhô hình cung trên trục tay mở khóa nòng kéo thanh kéo làm mấu tỳ trên thanh kéo tỳ lên mấu mở khóa nòng bằng tay của khuỷu đóng mở làm cần đóng mở quay mở khóa nòng.
- Đẩy thân tống đạn về sau: chuôi nghiêng trên trục tay mở khóa nòng bằng tay tác dụng vào khuyết nối của càng lẫy làm hai càng lẫy quay đẩy thân tống đạn về sau cho đến khi thân tống đạn vượt qua khoá bắn, dưới tác dụng của lò xo, khoá bắn nhô lên chờ giữ thân tống đạn.
* Bước 3: Trả tay mở khoá nòng về giữ ở khâu trước
- Cơ cấu càng lẫy quay về trước trở về vị trí ban đầu thông qua trục tay mở khóa nòng. Chốt đẩy chân mở hạn chế bằng tay được giải phóng, dưới tác dụng của lò xo xoắn thân hạn chế quay về vị trí ban đầu, lẫy hạn chế động quay về sau, chân hạn chế phía trên giữ thân lật đạn không cho quay.
- Mấu nhô hình cung trên trục tay mở khóa nòng không còn tỳ vào lẫy an toàn. Mấu tỳ trên thanh kéo rời khỏi mấu mở khóa nòng bằng tay trên khuỷu trục cần đóng mở. Khóa nòng ở trạng thái mở và bị giữ bởi cần hất vỏ đạn.
c) Khi bắn
- Gạt cần an toàn về vị trí “Bắn” .
- Đạp cò bắn.
Sau khi quay tầm pháo ngắm trúng mục tiêu, pháo thủ đạp bàn đạp cò, thông qua cơ cấu truyền động làm trục cần ép khoá quay, cần ép khoá bắn ép càng của khoá bắn làm đầu sau của khoá bắn gục xuống giải phóng thân tống đạn.
1.2.3.2. Hoạt động khi bắn liên thanh (tự động).
Gồm các hoạt động của cơ cấu khi lùi và khi đẩy lên hoàn thành một chu trình phát bắn.
a) Khi thân pháo lùi
(1) Sau khi phát hỏa, dưới tác dụng của áp lực khí thuốc, khối lùi lùi.
Hộp khóa nòng mang theo máng tống đạn và thân tống đạn cùng lùi về sau. Mấu giải phóng cần lẫy tự động phía dưới máng tống đạn rời khỏi đầu trước cần lẫy tự động, dưới tác dụng của lò xo, đầu sau khoá tự động bắn nhô lên. Máng tống đạn tiếp tục lùi về sau và thân tống đạn vượt qua khóa bắn.
(4) Mấu trên hộp khóa nòng gạt bệ trượt thước chỉ độ lùi để chỉ chiều dài lùi của khối lùi.
(5) Nắp mở tự động tác dụng lên con lăn của khuỷu đóng mở làm trục cần đóng mở quay thực hiện mở khóa và hất vỏ đạn.
b) Khi thân pháo đẩy lên
Khi khối lùi lùi hết hành trình lùi và bị dừng lại nhưng dưới tác dụng của lò xo đẩy lên, thân pháo cùng bộ phận tống đạn bắt đầu đi lên, pháo thủ vẫn đang đạp bàn đạp cò. Thân khóa bị giữ bởi cần hất vỏ đạn. Các chuyển động của máy nạp đạn như sau:
- Hộp khóa nòng cùng thân máng tống đạn chuyển động về trước, thân máng tống đạn bị khóa tự động bắn giữ lại, lò xo tống đạn bị nén tích trữ năng lượng để tống đạn.
- Khi máng tống đạn chuyển động đến sát vị trí trên cùng, mấu giải phóng khoá tự động bắn tỳ lên đầu trước cần lẫy tự động, đầu sau cần lẫy tự động nâng đầu trước khoá tự động bắn lên, đầu sau khoá tự động động bắn gục xuống, lò xo khoá tự động bắn bị nén, thân tống đạn được giải phóng, lò xo tống đạn giãn ra ngay lập tức đẩy thân tống đạn lao về trước, khi hai bướm tống đạn đến đoạn rãnh vát mở rộng ở máng tống đạn thì bị tách ra giải phóng viên đạn.
Kết luận chương 1
Chương 1 đã khái quát, giới thiệu chung về cấu tạo và hoạt động của pháo phòng không 37mm K65-2, qua đó giúp chúng ta hiểu rõ sâu hơn về đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của pháo phòng không 37mm K65-2 cũng như nhận biết rõ ràng hơn sự phù hợp của loại vũ khí này với điều kiện tác chiến ở nước ta. Bằng việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính của pháo, từ đó trong quá trình thực tế nếu xảy ra hư hỏng ta cũng dễ dàng phát hiện nguyên nhân và có biện pháp khắc phục sửa chữa phù hợp. Đồng thời trong chương 1 đã tìm hiểu về đặc điểm chung và các lực tác dụng lên nòng pháo, tính toán cụ thể một số lực tác dụng trực tiếp vào nòng pháo như: Lực áp suất khí thuốc Pđa =12249,6 N; áp suất tác dụng lên thành nòng Pr=266,9 Mpa; phản lực pháp tuyến N của đai đạn tác dụng lên thành xiết rãnh xoắn N = 966,7 N. Trong chương 2 tiến hành nghiên cứu, tính toán một nòng pháo 37mm K65-2 hoàn chỉnh, so sánh với các thông số đo được trên pháo thực tế.
Chương 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ NGHIỆM BỀN NÒNG PHÁO PHÒNG KHÔNG 37mm K65-2
2.1. Bài toán thuật phóng trong
Giải bài toán thuật phóng trong là để tìm ra quy luật thay đổi của áp suất khí thuốc và tốc độ chuyển động của đạn dưới dạng hàm số của quãng đường đạn chuyển động p(l), v(l) và hàm số của thời gian p(t), v(t).
2.1.1. Các giả thiết cơ bản
- Thuốc phóng cháy theo quy luật hình học và quy luật của thuốc phóng được biểu diễn bởi công thức u = u1p (cháy theo quy luật tuyến tính).
- Các công thứ yếu của khí thuốc đều tỷ lệ với công chủ yếu làm đạn chuyển động tịnh tiến và được tính đến bởi hệ số không đổi φ.
- Toàn bộ liều thuốc cháy trong điều kiện môi trường có áp suất như nhau và bằng áp suất thuật phóng p.
- Các đặc trưng hình dạng và các đặc trưng thuốc phóng, khí thuốc... đều giữ không đổi
2.1.2. Các phương pháp giải bài toán thuật phóng trong
Bài toán thuật phóng trong có thể được giải bằng rất nhiều phương pháp khác nhau. Theo tính chất của chúng, các phương pháp giải có thể chia thành bốn loại: phương pháp kinh nghiệm, phương pháp giải tích, phương pháp dùng bảng và phương pháp dùng số.
- Phương pháp kinh nghiệm: là phương pháp sử dụng các công thức và bảng số có tính chất kinh nghiệm được lập ra trên cơ sở xử lý một loạt các số liệu thu thập từ các cuộc bắn thực tế. Nhược điểm của phương pháp này là không tính đến ảnh hưởng của một số điều kiện nhồi và những nhân tố quan trọng khác đối với áp suất khí và tốc độ đạn nên có độ chính xác thấp.
- Phương pháp giải tích: là phương pháp thiết lập các mối quan hệ hàm số giữa p, v, l, t, ᴪ và T dưới dạng các biểu thức giải tích trên cơ sở giải hệ phương trình biểu diễn tính quy luật của các quá trình xảy ra khi bắn. Phương pháp này khắc phục được những nhược điểm của phương pháp kinh nghiệm nhưng cần phải thừa nhận một số giả thiết đủ làm đơn giản mô hình toán học đến mức cần thiết. Điều này đã đưa đến tính chất gần đúng của phương pháp giải tích.
- Thời kỳ thứ nhất và thời kỳ thứ hai được mô tả gộp bằng hệ phương trình vi phân ở phần sau.
- Thời kỳ thứ ba được tính theo quy luật Bravin.
- Ở mỗi thời kỳ các phương trình trong hệ có thay đổi. Một vài số hạng ở các phương trình chỉ tồn tại trong những thời kỳ nhất định.
2.1.4. Thông số giải bài toán thuật phóng trong
* Thông số kết cấu:
- Cỡ nòng pháo d = 0,37.10-1 [m]
- Thể tích buồng đốt W0 = 0,268.10-3 [m3]
- Diện tích tiết diện ngang lòng nòng S = 0,81 x d2 [m2]
- Độ dài quãng đường đạn chuyển động trong nòng lđ = 21.10-1 [m]
- Trọng lượng đạn q = 0,732.9,81 [N ]
- Áp suất tống đạn p0=30000.105 [pa ]
* Thông số điều kiện nhồi:
- Cộng tích a = 1 [m3/ kg]
- Mật độ thuốc phóng d = 1,6 [N/m3]
- Chỉ số mũ đoạn nhiệt k = q + 1 = 1,2
- Các đặc trưng hình dạng của thuốc phóng c= 1,06, cl= -0,06
- Xung lượng áp suất khí thuốc Ik = e1/u1 = 610 [N.s]
2.1.6 Giải bài toán thuật phóng trong
Với những số liệu đầu vào, sử dụng phần mềm Matlab để giải hệ phương trình vi phân ta thu được kết quả:
Thời gian thuốc phóng cháy hết: 0.0035 (s)
Thời gian đạn chuyển động trong nòng: 0.0045 (s)
Thời gian đạt áp suất lớn nhất: 0.0014 (s)
Pm (105 pa) Pk (105 pa) Pd (105 pa)
2847.82 971.42 556.36
Vm (m/s) Vk (m/s) Vd (m/s)
282.62 769.87 863.34
Lm (m) Lk (m) Ld (m)
0.136 1.361 2.1
2.2. Tính toán kết cấu lòng nòng
2.2.1. Tính toán buồng đạn
a) Thể tích buồng đạn.
Wbd = Wo+Wv +WCH = 0,3232 (dm3)
Trong đó:
Wo = 0,268 ( ): Thể tích buồng đốt ban đầu
Wv = 0,0268 ( ): Thể tích vỏ đạn;
WCH = 0,0284 ( ):Thể tích phần sau đai dẫn đầu đạn
c) Đường kính phần trụ
dT = k4.l4+d = 39 (mm)
e) Chiều dài phần côn chuyển tiếp
l2= 0,5d=0,5.37=18,5 (mm)
f) Đường kính từ phần côn cơ bản đến phần côn chuyển tiếp
d2=k2.l2+dT= 1/5.18,5+39=44 (mm)
h) Chiều dài phần côn cơ bản
l1 = lbd – l2 = 215-18,5 = 196,5 (mm)
2.2.3. Hệ số an toàn của nòng
Hệ số an toàn của nòng là tỷ số giữa giới hạn bề đàn hồi của nòng và áp suất dùng để tính bền cho nòng pT:
n = P1/pT
Khi thiết kế thường chọn hệ số an toàn theo sơ đồ như HÌNH 2.5.
Từ sơ đồ trên thấy rằng, đoạn buồng đạn có hệ số an toàn nhỏ hơn cả, còn đoạn đầu nòng có hệ số an toàn lớn nhất, sở dĩ như vậy là vì:
+ Đoạn buồng đạn nhẵn, không gây ứng suất tập trung, đồng thời còn thêm ở bên trong có vỏ đạn còn bên ngoài có hộp khóa nòng tham gia chịu lực khi bắn.
+ Đoạn thứ hai có hệ số an toàn lớn hơn vì đây là đoạn côn chuyển tiếp nên có sự tập trung ứng suất.
+ Đoạn đầu nòng có điều kiện làm việc xấu hơn do đạn mất định vị ở đoạn cuối gây ra va đập ở lòng nòng, thành nòng mỏng (do tính theo tải trọng của áp suất khí thuốc) nên nhiệt độ cao ảnh hưởng đến cơ tính của vật liệu làm nòng.
+ Đoạn giữa nòng có hệ số an toàn tương đối lớn và biến thiên theo qui luật tuyến tính để bảo đảm điều kiện cứng vững cho nòng.
2.3. Tính toán kết cấu thành nòng
2.3.1.Dựng đường cong áp suất lớn nhất và đường cong áp suất mong muốn
Áp suất của khí thuốc p trong thuật phóng trong được xác định ở nhiệt độ tiêu chuẩn 15oC.
Khi nhiệt độ thay đổi thì áp suất sẽ thay đổi và do đó pr cũng thay đổi theo qui luật tương tự. Sự thay đổi của áp suất p được suy ra từ sự thay đổi của xung lượng toàn phần khí thuốc (Ik) theo nhiệt độ được xác định bằng công thức Xlukhopxky:
Xung lượng: Ikt - Ik15 = -0.0027. Ik15.ΔT (Thuốc phóng itroxenlulo);
Lực thuốc phóng: ft - f15 = 0.00045. f15.ΔT Với ΔT=T-15 (Với T 0C).
Nhiệt độ cháy ban đầu T được lấy từ 0oC ÷ 50 oC. Ta có kết quả ft, Ikt như bảng 2,1.
Các giá trị các điểm:
c=lm3+2*d =4,88 dm; pd1 = 496.39 (105 pa);
pm1= 2264.43 (105 pa); pk1= 577.55 (105 pa); lk1 = 22.14 dm;
pm2= 2459.09 (105 pa); pk2= 812.77 (105 pa); lk2= 16.88 dm;
pm3= 3086.03 (105 pa); pk3= 1581.16 (105 pa); lk3 = 10.61 dm
2.3.2.Tính toán kết cấu thành nòng
- Bước 1: Sau khi thiết lập hình dáng ngoài, các kích thước buồng đạn và phần dẫn động vạch ra hình bao của nòng. Khi này phải kể đến phương pháp định hướng nòng khi lùi, đẩy lên, gắn hộp khóa nòng, piston tăng lùi.
- Bước 2: Vẽ mặt cắt của nòng và xác lập vị trí của đầu đạn trong lòng nòng
- Bước 4: Dựng đường cong áp suất bền mong muốn của nòng p’
Bằng cách nhân tung độ của đường cong áp suất lớn nhất tác dụng vào thành nòng với hệ số an toàn theo chiều dài nòng.
- Bước 7: Xác định đường kính ngoài của nòng trên khu vực 2d từ mặt cắt miệng nòng
- Ta chấp thuận lấy r2 = 30 [mm]
Trên khu vực từ tiết diện 8-8 đến mặt cắt miệng nòng ta chấp thuận lấy r2 = 25 [mm].
- Bước 8: Xác định hình dạng ngoài của nòng
Ta lấy r2 = 35 [mm].
- Bước 10: Theo số liệu bảng 1-3 dựng dựng đường cong bền đàn hồi thực tế của nòng.
2.4. Tính toán các mối lắp ghép, liên kết của nòng
2.4.1. Mối lắp ghép với hộp khóa nòng
Mối lắp ghép giữa nòng và hộp khóa nòng được liên kết bằng vành gờ gián đoạn (f). Vành gờ nằm ở phía sau phần lồi tròn (b). Phần lồi tròn (b) để chặn lò xo đẩy lên khi pháo đẩy lên. Ở giữa có khuyết chứa then hãm nòng (e), phía sau có vành gờ định vị đạn (d) và khuyết chứa móng cần hất vỏ đạn (c).
Các dạng hỏng chủ yếu của vành gờ thường gặp: Nòng súng bị ép với hộp khóa nòng tại phần có vành gờ làm cho nó bị một số hư hong thường gặp: Hỏng do dập, mòn, cắt hoặc bị uốn,…
Xét tại vị trí đuôi nòng, ứng suất tiếp được xác định như sau:
σθ=Pda.r12/r22-r12 (1+r22/r12) =137,9 (MPa)
So sánh ứng suất tiếp ở đuôi nòng tác dụng vào vành gờ ta thấy σθ < σd
Do đó mối lắp ghép giữa nòng và hộp khóa nòng là đủ bền trong quá trình hoạt động của pháo.
2.2.4. Mối lắp ghép với loa đầu nòng
Đầu nòng liên kết với loa đầu nòng bằng liên kết ren (k). Khi thiết kế phần đầu nòng được lấy với hệ số an toàn cao và biên dạng lớn hơn để khi gia công đảm bảo tính chắc chắn và lắp ghép an toàn.
Phần ren ở loa đầu nòng được gia công bằng phương pháp taro với bước ren là 2,5 mm, Bước ren trái.
- Tính bền đoạn ren đầu nòng:
Các dạng hỏng chủ yếu của ren thường gặp: nòng súng bị kéo tại phần có ren; ren bị hỏng do dập, mòn, cắt hoặc bị uốn,…
+ Tính bền theo ứng suất cắt:
Điều kiện bền cắt của ren:
σc= Pd/π.d.H.K.KM ≤[σd] (2.8)
Trong đó:
H=70 mm : Chiều dài đoạn ren liên kết với loa
K=0,87 : Hệ số độ đầy ren
KM=0,65 : Hệ số phân bố tải trọng không đều giữa các vòng ren
pd : Lực khí thuốc tác dụng vào loa đầu nòng.
Khi đó ta có: σc= 76,3 [MPa] ≤ [σd] = 800 [MPa]
+ Tính bền theo ứng suất chèn dập:
σcd= Pd/π.d.H.Z ≤[σd] (2.9)
Trong đó: z=H/p=18 : Số vòng ren làm việc ở đầu nòng, khi đó ta có: σcd= 290 [MPa] ≤ [σd] = 800 [MPa]
Vậy với kích thước trên thì mối ghép ren với loa đầu nòng đảm bảo bền.
2.5. Nghiệm bền nòng
2.5.1. Ứng suất và biến dạng nòng
Khi bắn dưới tác dụng của áp suất khí thuốc trên thành nòng sẽ xuất hiện các ứng suất và biến dạng. Có thể xác định được các ứng suất trên thành nòng khi chấp thuận một số giả thiết sau:
- Áp suất khí thuốc ở mỗi điểm của nòng được đặt vào ở trạng thái tĩnh và do vậy tất cả các phân tố của nòng nằm trong sự cân bằng dưới tác dụng của các lực bên ngoài;
- Nòng có dạng ống trụ;
- Nòng trước và sau khi biến dạng vẫn là hình trụ, mọi tiết diện phẳng sau khi biến dạng vẫn là tiết diện phẳng;
- Vật liệu của nòng là đồng nhất và đẳng hướng.
Trên cơ sở của các giả thiết trên ở thành nòng có ba thành phần ứng suất pháp sau.
a) Ứng suất và biến dạng của nòng tại đoạn mà khí thuốc lớn nhất (Pm)
Trong 3 ứng suất đó ứng suất tiếp có giá trị lớn nhất dùng để tính bền nòng.
Đối với pháo phòng không 37mmK65-2 người ta đã xác định vật liệu làm nòng là thép OXH2M có ứng suất tỷ lệ σtl = (750-800) Mpa
So sánh ứng suất tiếp lớn nhất trong đoạn nòng pháo chịu áp suất khí thuốc lớn nhất với ứng suất tỉ lệ của vật liệu làm nòng pháo ta thấy σθ< σtl
Như vậy ở điều kiện một phát bắn nòng pháo ở đoạn này đủ bền.
* Vẽ biểu đồ ứng suất
Biểu đồ ứng suất của nòng tại áp suất khí thuốc đạt cực đại như hình 2.13.
c) Ứng suất và biến dạng của nòng tại mặt cắt đầu nòng
So sánh ứng suất tiếp lớn nhất trong đoạn nòng pháo chịu áp suất khí thuốc tại đoạn đầu nòng với ứng suất tỉ lệ của vật liệu làm nòng pháo ta thấy σθ< σtl
Như vậy ở điều kiện một phát bắn nòng pháo ở đoạn này đủ bền.
2.5.2. Kiểm nghiệm bền nòng bằng phần mềm Inventor
2.5.2.1. Chọn vật liệu làm nòng
Ta chọn vật liệu làm nòng có giới hạn đàn hồi trong khoảng từ (750 800) MPa để đảm bảo nòng chịu được lực tác dụng của áp suất khí thuốc sau khi bắn mà vẫn hoạt động bình thường. Ở đây chọn vật liệu khóa có giới hạn đàn hàn là 800 Mpa.
Thành phần trong thép hợp kim phải có tỉ lệ phù hợp, chịu được tải trọng và áp suất cao trong quá trình một phát bắn. Với các điều kiện cần thiết đảm bảo bền cho nòng.
2.5.2.3. Kiểm nghiệm ở vị trí cách đầu nòng 2d
Kết quả cho thấy tại vị trí tập trung áp suất lớn nhất đều bé hơn ứng suất tỉ lệ vật liệu làm nòng σmax< σd. Vì vậy nòng đảm bảo bền trong trường hợp này.
2.5.2.4. Kiểm nghiệm bền ở vị trí đầu nòng
Gắn lực tác dụng vào thành nòng pr.
Kiểm nghiệm bền nòng theo phần tử hữu hạn.
Kết quả cho thấy tại vị trí tập trung áp suất lớn nhất đề bé hơn ứng suất tỉ lệ vật liệu làm nòng σmax< σd. . Vì vậy nòng đảm bảo bền trong trường hợp này.
2.5.3. Giới hạn bền đàn hồi của nòng pháo
Được gọi là áp suất bên trong lớn nhất ( ) mà dưới tác dụng của áp suất đó nòng vẫn ở trạng thái biến dạng đàn hồi.
Theo thuyết bền II ta áp dụng công thức tính toán bán kính ngoài lý thuyết.
P1 ̅=3/2.(r22-r12/2r22-r12).σd (2.11)
Trong đó:
σtl: Ứng suất tỷ lệ.
r1, r2 : Bán kính lớp trong và lớp ngoài của nòng.
Đối với pháo phòng không 37mmK65-2 người ta đã xác định vật liệu làm nòng là thép OXH2M có ứng suất tỷ lệ σtl = (750-800) Mpa. Kết quả tính toán được tính cụ thể tại Bảng 2.2.
Kết luận chương 2
Trong chương 2 đã tính toán kết cấu nòng pháo phòng không 37mm K65-2. Tính toán được kích thước cụ thể của buồng đạn và phần dẫn động rãnh xoắn của nòng. Trong phần Nghiệm bền nòng pháo phòng không 37mm K65-2 đã tiến hành giải bài toán thuật phóng trong. Tìm hiểu được quy luật áp suất khí thuốc tác dụng lên thành nòng pháo, tính toán được các số liệu cụ thể của đường bao áp suất nghiệm bền nòng pháo theo chiều dài nòng, tính toán nghiệm bền thành nòng cho 1 phát bắn. Kiểm nghiệm độ an toàn của thành nòng dưới tác dụng của áp suất khí thuốc khi bắn với ứng suất của loại thép được chọn để chế tạo nòng pháo, từ đó xây dựng được biểu đồ hệ số an toàn cho thành nòng trên suốt chiều dài nòng.
Tuy nhiên những tính toán trên vẫn chưa đầy đủ vì chỉ tính được cho 1 phát bắn mà chưa kể đến các yếu tố ảnh hưởng khác, thông thường để bảo đảm người ta phải kiểm nghiệm pháo trong điều kiện sử dụng khắc nghiệt nhất và có kể đến các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nòng nhất là nhiệt độ. Do đó kết quả bài toán nghiệm bền cho 1 phát bắn mới chỉ làm cơ sở bước đầu để tiếp tục tính toán ứng suất và biến dạng trên thành nòng có tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ sau n phát bắn, từ đó tìm ra các biên pháp sử dụng hợp lý để nâng cao hiệu quả và kéo dài tuổi thọ cho nòng pháo. Đây là cơ sở để từ đó tính được tuổi thọ nòng pháo và có các biện pháp để nâng cao tuổi thọ nòng pháo trong chương 3.
Chương 3
TÍNH TOÁN TUỔI THỌ NÒNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ NÒNG PHÁO PHÒNG KHÔNG 37mm K65-2
3.1. Tính toán tuổi thọ nòng pháo
3.1.1. Các khái niệm chung về độ mòn và tuổi thọ nòng
3.1.1.1. Độ mòn nòng pháo
Độ mòn nòng pháo là những thay đổi của bề mặt lòng nòng mà không phục hồi được gây ra bởi tác động của phát bắn vào lòng nòng pháo.
Như vậy, độ mòn nòng pháo không chỉ là sự thay đổi về kích thước và hình dạng của lòng nòng mà còn là sự hình thành trên lòng nòng lưới các vết nứt, sự chuyển hóa về hóa học và cấu trúc của vật liệu nòng, các biến dạng dư bề mặt, v.v...
Độ mòn nòng pháo được đặc trưng bằng sự tăng đều đặn đường kính lòng nòng theo sống xoắn và rãnh xoắn.
Quá trình mòn lòng nòng là một hiện tượng rất phức tạp và diễn ra do các yếu tố tác động vào kim loại chế tạo nòng như sau:
- Tác động nhiệt của khí thuốc gây ra ứng suất nhiệt trên thành nòng sinh ra các vết nứt nhỏ .
- Tác động hóa học của khí thuốc làm thay đổi cấu trúc lớp bề mặt lòng nòng do biến cứng (thấm các bon) và thấm nitơ.
- Tác động xói mòn của khí thuốc gây ra sự phá hủy cơ học các phần tử cực nhỏ của kim loại trên bề mặt lòng nòng và hình thành các vết nứt.
Mạng lưới rỗ ở đoạn đầu rãnh xoắn được hình thành trên cơ sở của các vết nứt giao nhau. Quá trình hình thành các vết nứt, Trernôv giải thích như sau:
Khi bắn, lớp kim loại bề mặt nòng pháo (hình 3.1, a) bị nung nóng và giãn nở gây ra sự co lòng nòng. Nếu tách riêng một phần tử của lớp này theo chu vi, khi đó tiết diện dọc của phần tử này được biểu diễn trên (hình 3.1, b) thì khi không có các phần tử bên cạnh các điểm c sẽ chuyển sang các điểm c’ khi bị nung nóng, còn khi làm nguội các điểm c lại trở về vị trí ban đầu.
Dưới tác động của áp lực pb, sau một vài trăm phát bắn, sống xoắn sẽ bị dẹt đi, còn tác động phụ của lực p0 sẽ dẫn đến hình thành các vết nứt thoạt đầu ở cạnh không làm việc (đường thẳng ab, hình 3.2) sau đó là ở cạnh làm việc (đường thẳng bc, hình 3.2).
Khi kiểm tra lòng nòng sau một vài phát bắn đầu tiên sẽ phát hiện thấy ở phần đầu rãnh xoắn đã xuất hiện các vết nứt nhỏ như hình 3.5.
Trên hình 3.8 và 3.9 biểu diễn sự phân bố độ mòn nòng theo chiều dài phần rãnh xoắn lòng nòng.
I-I- Phần đầu rãnh xoắn; II-II- Phần đầu rãnh xoắn có độ sâu đầy đủ; III-III- Tiết diện có áp suất khí thuốc lớn nhất tác dụng lên đáy đạn; Dd- Độ tăng đường kính theo sống xoắn; l- Khoảng cách từ đầu rãnh xoắn tính theo cỡ nòng.
Đoạn I: Đặc trưng bởi sự tăng đường kính lòng nòng lớn nhất. Đoạn này được hình thành trong vùng côn nối trên một chiều dài bằng 2¸3 lần cỡ tính từ phần đầu rãnh xoắn. Tại vị trí này, đặc biệt sống xoắn bị mòn nhanh làm cho buồng đạn bị tăng lên.
Đoạn III: Có độ mòn nhỏ nhất và gần như không đổi. Đoạn này có một chiều dài lớn nhất trong lòng nòng.
Đoạn IV: Đặc trưng bởi sự tăng độ mòn so với đoạn thứ III và hình thành trên chiều dài đến 2 lần cỡ tính từ mặt cắt miệng nòng. Sự tăng độ mòn ở phần đầu miệng nòng xảy ra là do khi đầu đạn chuyển động đến phần miệng nòng, phần côn sau đai đạn của đầu đạn tạo ra lỗ tròn hình vành khuyên làm cho khí thuốc có áp suất cao lọt qua đó.
3.1.1.3. Mối quan hệ giữa độ mòn và tuổi thọ nòng
Đối với các pháo nạp đạn liền như pháo 37mm K65-2, mòn đoạn đầu phần dẫn hướng lòng nòng sẽ dẫn đến sau khi tống đạn thì đầu đạn sẽ nằm sâu hơn một lượng Dl (hình vẽ 3.10) .
Thực tế khai thác hệ thống pháo, các chỉ tiêu về tuổi thọ nòng đã được soạn thảo. Giá trị số của các chỉ tiêu này có thể thay đổi theo yêu cầu chiến - kỹ thuật, kinh tế và các yêu cầu khác. Các chỉ tiêu tuổi thọ nòng bao gồm:
1. Giảm sơ tốc đầu đạn đến 10% đối với pháo mặt đất, đến 5% đối với pháo tàu, đến 3% đối với pháo tăng và pháo chống tăng. Giảm sơ tốc đầu đạn tương ứng sẽ làm giảm áp suất lớn nhất của khí thuốc khi bắn, chỉ tiêu này cũng có thể được sử dụng là chỉ tiêu tuổi thọ nòng.
2. Ba lần quan sát liên tục tăng 8 lần tích diện tích tản mát.
3. Không mở ngòi quán tính (lớn hơn 30%) khi bắn bằng liều nhỏ nhất.
4. Thường xuyên cắt đai dẫn đạn khi bắn đối với pháo có nòng rãnh xoắn hoặc tháo dời đầu đạn dưới cỡ có cánh đối với pháo nòng trơn.
5. Độ ô van của lỗ thủng khi bắn vào bia tăng: Bia đặt cách miệng nòng 40¸60 m, vết thủng trên bia có kích thước như hình 3.11.
3.1.2. Các nguyên nhân cơ bản của mòn nòng
3.1.2.1. Tác động nhiệt của khí thuốc
Tác động nhiệt của khí thuốc gắn liền với sự nung nóng cao bề mặt bên trong của nòng pháo bằng khí thuốc có nhiệt độ 2500¸35000C. Nung nóng nòng xảy ra còn do các nguyên nhân khác sau: Công tống đạn, cắt đai đạn bởi các sống xoắn, xiết đai đạn vào cạnh của các sống xoắn, ma sát giữa đầu đạn và bề mặt lòng nòng trong quá trình đạn chuyển động trong lòng nòng.
Nung nóng nòng gây ra sự thay đổi dữ dội cơ tính của vật liệu nòng, còn tính không đều của việc nung nóng kèm theo ứng suất nhiệt cao.
Để xác định nhiệt độ bên trong thành nòng pháo ở đoạn đầu rãnh xoắn, người ta sử dụng biểu thức:
Tt = Tn + 1000K,
Trong đó: Tn : Nhiệt độ bề mặt bên ngoài nòng ở phần hộp khóa nòng, còn ở phần miệng nòng thì Tt = Tn.
Để giảm nung nóng nòng cần phải:
- Làm nguội nòng trong những lần dừng nghỉ giữa các phát bắn nếu các điều kiện tình huống chiến đấu cho phép (sau 1 giờ, nhiệt độ nòng trung bình giảm từ 5730K xuống 3730K).
- Không tăng chế độ hỏa lực đã thiết lập cho pháo, bởi vì tăng nó sẽ ảnh hưởng lớn đến nung nóng nòng.
- Tiến hành bắn ở các liều giảm nếu nhiệm vụ chiến đấu cho phép.
- Các liều phóng được chế tạo từ “thuốc phóng lạnh”.
- Sử dụng làm nguội nhân tạo nòng.
3.1.2.3. Tác động hóa học của khí thuốc
Các phân tử khí khi áp suất cao và nhiệt độ cao sẽ bị phân dã thành các nguyên tử. Các nguyên tử này hóa hợp mạnh với kim loại và thẩm thấu vào các chỗ rỗ của kim loại. Cuối cùng sẽ nhận được sự cháy hoàn toàn, sự hóa cứng bề mặt và thấm nitơ của kim loại. Lớp ngoài của kim loại (theo bề mặt lòng nòng) trở nên rất cứng và giòn và bị bong tróc dưới áp lực của đai dẫn đạn.
3.1.2.4. Tác động cơ học của đai dẫn đạn lên sống xoắn và rãnh xoắn
Tác động cơ học của đai dẫn đạn lên sống xoắn và rãnh xoắn gây ra sự mài mòn bề mặt lòng nòng. Đặc biệt sự mài mòn bề mặt lòng nòng sẽ tăng nhanh khi giữa đai dẫn đạn và thành nòng có các phần tử cứng ở dạng hạt cát. Thực tế khai thác pháo sẽ xảy ra trường hợp bắn từ nòng pháo chưa sạch dầu mỡ. Trong trường hợp này, khi đạn chuyển động trong lòng nòng sẽ sinh ra một sóng của mỡ pháo.
3.1.3. Các phương pháp tính tuổi thọ nòng
3.1.3.1. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của B.V. Orlốv
Bài toán xác định số phát bắn thường được xác định bằng thực nghiệm. B.V. Orlốv khảo sát ban đầu về mô hình vật lý của độ mòn lòng nòng đã đưa đến một kết luận: cường độ mòn nòng phụ thuộc vào nhiệt độ khí thuốc, trọng lượng đầu đạn, cỡ nòng và sơ tốc đầu đạn. Biểu thức toán học đối với số phát bắn cho phép Ncp có thể tính gần đúng theo B.V. Orlốv như sau:
Ncp = KT/Cqx.V0y.dz 3.1)
Trong đó:
KT : Hệ số nhiệt độ;
Cq = q/d3: Hệ số trọng lượng đạn, kG/dm3;
q : Trọng lượng đạn, kG;
d : Cỡ nòng, mm;
V0 : Sơ tốc đầu đạn, m/s;
x, y, z : Các chỉ tiêu dựa trên cơ sở phân tích các số liệu sơ bộ được xác định bằng thực nghiệm.
Khi cho trước mác thuốc phóng và vật liệu nòng thì độ lớn của hệ số nhiệt độ KT đối với các loại pháo có thuật phóng tương tự có thể coi như không đổi. Độ lớn của các chỉ tiêu x, y, z trên cơ sở phân tích các số liệu sơ bộ có thể nhận các giá trị gần đúng sau: x = 3; y = 4,5; z = 2,5.
3.1.3.3. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của Linte
Linte đã đặt ra được mối quan hệ để đánh giá tuổi thọ nòng theo chỉ tiêu giảm sơ tốc V0 có dạng sau:
Ncp = 350.n0.d2.σb/n.σe.W
Trong đó:
n0, n : Nhịp bắn danh nghĩa và nhịp bắn thực tương ứng;
σb, σe : Sức bền tức thời và giới hạn bền của vật liệu tương ứng, kG/cm2;
d : Cỡ nòng, cm;
Khi xử lý các số liệu thử nghiệm về tuổi thọ của các nòng pháo, V.E. Slukhốpxki đã đưa ra biểu thức để tính toán đại lượng K như sau:
K = k1. k2. k3, (3.20)
Trong đó: k1, k2, k3 : Các hệ số phụ thuộc vào cỡ nòng pháo, độ dốc và độ sâu rãnh xoắn.
Các hệ số k2 = 1 khi h = 25 lần cỡ (h : chiều dài hành trình rãnh xoắn) và k3 = 1 khi độ sâu của rãnh xoắn bằng 1% cỡ nòng. Các giá trị của hệ số k1 được cho trong bảng 3.1.
3.1.3.5. Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo kinh nghiệm
Nòng được coi như không còn dùng được nữa khi nó đạt tới giới hạn tuổi thọ nếu một trong những tiêu chuẩn sau không đạt yêu cầu:
- Sơ tốc đạn giảm hơn 10%.
- Tích số của độ lệch trung bình dọc Bd (về tầm) với độ lệch trung bình ngang Bn tăng đến 8 lần so với giá trị chuẩn với với mỗi loại súng pháo.
- Trên 30% ngòi nổ còn tốt nhưng không hoạt động khi bắn ở liều nhỏ nhất.
3.1.4. Tính toán tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2
3.1.4.1. Tính tuổi thọ nòng theo B.V. Orlốv
Các số liệu cần cho tính toán:
- Trọng lượng đạn q = 0,732.9,81 N.
- Trọng lượng liều thuốc phóng w = 0,21.9,81 N.
- Sơ tốc Vđ = 700 m/s.
- Cỡ nòng d = 37 mm.
- Hệ số nhiệt độ KT = 7.1024.
Nhận xét: Đối với phương pháp của B. V. Orlov thấy rằng tuổi thọ nòng pháo sẽ tăng khi tăng Cq và d, giảm V0. Ở phương pháp này, hệ số nhiệt độ KT phụ thuộc vào nhiệt lượng sinh ra do thuốc phóng và cơ tính của vật liệu làm nòng.
3.1.4.2. Tính tuổi thọ nòng theo Linte
Các số liệu cần cho tính toán:
- Trọng lượng đạn q = 0,732.9,81 N.
- Sơ tốc Vđ = 700 m/s.
- Cỡ nòng d = 3,7 cm.
- Sức bền tức thời sb = 1000 Mpa và giới hạn bền se = 800 Mpa của vật liệu tương ứng.
- Tốc độ bắn lý thuyết: n0 = 8 phát/phút.
- Tốc độ bắn thực tế: n = 6 phát/phút.
Nhận xét: Phương pháp Linte thì đặt ra mối quan hệ để tính tuổi thọ nòng theo chỉ tiêu giảm sơ tốc Vo, nhịp bắn, cơ tính của vật liệu làm nòng. Tuy nhiên nó lại không tính đến ảnh hưởng của thuốc phóng, đạn, nhiệt.
3.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng pháo phòng không 37mm K65-2
3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng pháo
3.2.1.1. Các yếu tố thuật phóng
Các đặc trưng thuật phóng như áp suất khí thuốc, tốc độ chuyển động của đầu đạn, thời gian đạn chuyển động trong nòng, nhiệt độ khí thuốc là các yếu tố xác định độ mòn và tuổi thọ nòng, bởi vì tính chịu nhiệt và tải trọng của bề mặt làm việc lòng nòng sẽ phụ thuộc vào chúng. Trong bảng 3.2 liệt kê các kết quả bắn về tuổi thọ nòng của pháo dã chiến 100 mm khi thuốc phóng có năng suất tỏa nhiệt khác nhau với việc kể đến và không kể đến chất kìm hãm trong thành phần thuốc phóng.
3.2.1.3. Các đặc trưng khai thác
Trước tiên là các chế độ hỏa lực đặc trưng cho mỗi loại pháo và sau đó là việc chăm sóc lòng nòng trong quá trình khai thác có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tuổi thọ nòng pháo. Làm sạch và bôi mỡ kịp thời cho nòng pháo, thực hiện nghiêm túc các nội dung về bảo quản và khai thác pháo sẽ góp phần nâng cao tuổi thọ nòng.
3.2.2. Các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng
Các biện pháp nâng cao tuổi thọ của các nòng pháo binh dựa trên luận điểm về ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến độ mòn và tuổi thọ nòng và có thể phân chia thành 3 nhóm sau:
- Các biện pháp thuật phóng.
- Các biện pháp kết cấu - kỹ thuật - lôgic và các phương tiện bảo vệ.
- Các biện pháp khai thác.
3.2.2.2.1. Nhóm các biện pháp thuật phóng
Nhóm các biện pháp thuật phóng bao gồm các quyết định về tổ hợp các đặc trưng thuật phóng trong làm cho tải trọng lực và nhiệt của bề mặt lòng nòng là nhỏ nhất. Để làm điều đó trong nhiều trường hợp có thể sử dụng thành công thuốc phóng có nhiệt độ cháy thấp (gọi là thuốc phóng lạnh có nhiệt lượng Q £ 2930 kДж), sử dụng các liều giảm và đa số các trường hợp sử dụng chất ức chế trong thành phần thuốc phóng.
Ảnh hưởng của các chất ức chế đến tuổi thọ nòng được minh họa trong bảng 3.3. Hiệu quả cao của các chất ức chế được biểu lộ bằng việc sử dụng chúng rộng rãi trong các loại pháo khác nhau hiện nay.
Về liều phóng cần chú ý các vấn đề sau:
a. Sử dụng thuốc phóng có nhiệt độ cháy nhỏ nhất có thể.
b. Mồi cháy tin cậy toàn bộ liều phóng.
c. Sử dụng các chất ức chế.
3.2.2.3. Các biện pháp khai thác
Các biện pháp khai thác bao gồm: thực hiện nghiêm túc các điều kiện kỹ thuật về bảo quản, chăm sóc và giữ gìn pháo; làm sạch và bôi mỡ nòng pháo kịp thời và thường xuyên; tuân thủ đúng các chế độ hỏa lực đã quy định; sử dụng các liều giảm trong các trường hợp có thể
Cần phải tuân thủ các nguyên tắc khai thác sau:
a. Không cho phép bắn từ những nòng pháo không sạch hoặc có dầu mỡ. Trước khi nạp đạn phải kiểm tra kỹ càng lòng nòng sao cho trong lòng nòng không có vật thể lạ và dầu mỡ. Đặc biệt chú ý kiểm tra đối với pháo tăng và pháo tự hành.
Tất cả các cơ cấu, bộ phận của pháo phải sẵn sàng đồng bộ với phát bắn và phù hợp với hướng dẫn sử dụng pháo.
b. Không cho phép nạp đầu đạn và ống liều có bụi bẩn hoặc dầu mỡ. Đầu đạn và ngòi không được có các vết lõm hoặc vết xây sát. Ngòi đạn phải đúng công dụng của nó theo mỗi phát bắn.
g. Không cho phép để liều phóng lâu trong buồng đạn trong trường hợp tạm dừng nghỉ sau khi đã bắn cấp tập làm cho nòng pháo quá nóng (để loại trừ liều phóng tự bốc cháy).
h. Tiến hành khử vẩy đồng trong lòng nòng kịp thời phù hợp với hướng dẫn sữa chữa pháo.
i. Làm sạch kịp thời các vết nứt trên bề mặt lòng nòng và vùng sống xoắn bị hỏng.
k. Làm sạch và bôi mỡ nòng pháo kịp thời, tuân thủ nghiêm túc tất cả các nguyên tắc cần thiết.
Kết luận chương 3
Căn cứ theo Bảng 3.2 về tuổi thọ nòng của các loại vũ khí theo kinh nghiệm cho thấy đối với pháo phong không thì tuổi thọ nòng vào khoảng hơn 1000-2000 phát bắn.
Qua tính toán các phương pháp trên ta thấy:
- Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo B.V. Orlốv: 4625 phát bắn
- Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo Linte: 1480 phát bắn
- Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo Kinh nghiệm: 3887 phát bắn.
Đây là các phương pháp được tính toán dựa trên thực nghiệm. Nó đưa ra các kết quả khác nhau dựa trên quan điểm từng phương pháp để tính toán. Với mỗi phương pháp thì có cách tính khác nhau và đặc điểm riêng.
Đối với phương pháp tính theo kinh nghiệm đã đặt ra được mối quan hệ giữa cỡ nòng, trọng lượng thuốc phóng, áp suất khí thuốc, cơ tính của vật liệu làm nòng… tuy nhiên nó cũng không tính đến đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng khác.
Theo các cách tính trên ta nhận thấy phương pháp của Linte cho kết quả tương đối sát với thực nghiệm còn 2 phương pháp còn lại ta thấy không sát thực tế. Điều này xảy ra do nhiều yếu tố, trong đó khi tính toán với từng phương pháp người ta bỏ qua các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng như: cơ tính của vật liệu làm nòng, nhiệt, chế độ bắn, nhịp bắn...Tuy vậy trong phạm vi nghiên cứu của một đồ án tốt nghiệp chỉ tính tới tuổi thọ của nòng pháo thông qua kinh nghiệm thực tiễn, chưa kể đến được tuổi thọ của pháo khi bắn từng loạt ngắn, loạt dài.
Như vậy, các biểu thức trong tài liệu này đưa ra với mục đích dự báo các nghiên cứu ban đầu trước khi sử dụng mà chỉ phân tích các chỉ tiêu cần thiết để tính toán sơ bộ.
KẾT LUẬN
Sau thời gian tập trung nghiên cứu và thực hiện đồ án, cùng với sự cố gắng của bản thân, giúp đỡ tận tình của các thầy giáo của Khoa vũ khí, Khoa kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là thầy giáo: Tiến sĩ ………………. và các đồng chí học viên trong lớp. tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đạt được các mục tiêu, yêu cầu đặt ra.
- Những điểm đạt được qua quá trình thực hiện đồ án:
+ Hệ thống lại kiến thức đã được học trong suốt 5 năm tại trường;
+ Nâng cao khả năng tìm tòi và tự nghiên cứu tài liệu;
+ Có khả năng tự tìm hiểu, ứng dụng công nghệ thông tin, các công cụ tính toán và các phần mềm kỹ thuật cơ khí vào quá trình nghiên cứu;
+ Có khả năng tự nghiên cứu trên một trang bị cụ thể.
- Những hạn chế và hướng phát triển tiếp theo của đồ án:
+ Mặc dù đã đạt được những kết quả trên nhưng do bản thân còn chưa có kinh nghiệm nghiên cứu, khả năng kiến thức còn hạn chế nên đồ án của tôi không thể tránh khỏi thiếu sót. Tôi rất mong sự chỉ bảo, góp ý của thầy giáo trong Khoa Vũ khí giúp tôi bổ sung các kiến thức cần thiết vào đồ án.
+ Từ các kết quả đã đạt được của đồ án làm cơ sở để phát triển và ứng dụng hiệu quả hơn các phần mềm, thiết kế, chế tạo vũ khí vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo hiệu quả kinh tế. Đồng thời giúp nâng cao khả năng khai thác sử dụng pháo phòng không 37mm K65-2 để phù hợp hơn với yêu cầu thực tiễn tại các đơn vị.
Trong quá trình thực hiện đồ án, do khả năng còn hạn chế nên đồ án của tôi không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy giáo và đồng nghiệp để bản thân tích lũy được nhiều kiến thức phục vụ tốt hơn cho quá trình học tập và công tác sau này tại đơn vị.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 20...
Học viên thực hiện
.........................
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyên lý kết cấu vũ khí có nòng-Học viện kỹ thuật quân sự 2003;
2. Pháo cao xạ 37mmK65 - 2 - Trường CĐKT Vinhempich 2003;
3. Cơ sở thiết kế thuật phóng cho súng pháo, Nguyễn Quang Lượng - Học viện Kỹ thuật Quân sự, 1999.
4. Cơ sở khai thác vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự, PTS Vũ Nhật Minh - Học viện Kỹ thuật Quân sự, 1997.
5. Trang bị điển hình vũ khí tổng hợp, phần IV - NXB QĐND, 1999.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"