MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................................................................................................01
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................................................................................................ 04
DANH MỤC CÁC BẢNG, CHỮ VIẾT TẮT......................................................................................................................................................07
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................................................................................................08
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NÒNG SÚNG PHÁO VÀ SÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1......................................................10
1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo và các lực tác dụng lên nòng khi bắn .................................................................................10
1.1.1. Công dụng nòng súng pháo..............................................................................................................................................................10
1.1.2. Yêu cầu nòng súng pháo....................................................................................................................................................................10
1.1.3. Phân loại nòng súng pháo..................................................................................................................................................................11
1.1.4. Các lực tác dụng lên nòng khi bắn....................................................................................................................................................13
1.1.4.1. Các lực áp suất khí thuốc...................................................................................................................................................................13
1.1.4.2. Các lực tương tác của đầu đạn với thành nòng..................................................................................................................................16
1.1.4.3. Lực thực hiện chuyển động lùi nòng...................................................................................................................................................18
1.1.4.4. Lực đặt vào nòng từ phía máng, TBHL và loa đầu nòng....................................................................................................................18
1.1.4.5. Lực quán tính của nòng......................................................................................................................................................................19
1.2. Tổng quan về súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.........................................................................................................................20
1.2.1. Giới thiệu chung...................................................................................................................................................................................20
1.2.1.1. Tính năng, tác dụng.............................................................................................................................................................................20
1.2.1.2. Thông số kỹ chiến thuật cơ bản.......................................................................................................................................................... 21
1.2.1.3. Đặc điểm cấu tạo.................................................................................................................................................................................22
1.2.1.4. Đồng bộ theo súng...............................................................................................................................................................................23
1.2.2. Cấu tạo thân SMPK 14,5mm ЗГУ-1......................................................................................................................................................25
1.2.2.1. Nòng súng, hộ nòng và loa che lửa......................................................................................................................................................25
1.2.2.2. Nắp hộp khóa nòng...............................................................................................................................................................................26
1.2.2.3. Hộp khoá nòng......................................................................................................................................................................................27
1.2.2.4. Khoá nòng.............................................................................................................................................................................................29
1.2.2.5. Bộ phận cò............................................................................................................................................................................................32
1.2.2.6. Bộ phận tiếp đạn...................................................................................................................................................................................33
1.2.2.7. Nắp hậu và giảm va...............................................................................................................................................................................34
1.2.3. Hoạt động thân SMPK 14,5mm ЗГУ-1...................................................................................................................................................35
1.2.3.1. Vị trí của các bộ phận ở trạng thái bình thường....................................................................................................................................35
1.2.3.2. Chuyển động liên quan khi kéo dây cò lần 1.........................................................................................................................................35
1.2.3.3. Chuyển động liên quan khi đạp cò lần 1................................................................................................................................................36
1.2.3.4. Chuyển động liên quan khi kéo dây cò lần 2.........................................................................................................................................37
1.2.3.5. Chuyển động liên quan khi đạp cò bắn..................................................................................................................................................37
1.2.3.6. Chuyển động liên quan khi bắn tự động................................................................................................................................................38
1.2.3.7. Ngừng bắn.............................................................................................................................................................................................39
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1......................................................................................................................................................................................40
Chương 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ NGHIỆM BỀN NÒNG SÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1.................................................41
2.1. Bài toán thuật phóng trong........................................................................................................................................................................41
2.1.1. Các hiện tượng vật lý xảy ra trong một phát bắn.................................................................................................................................41
2.1.2. Hệ phương trình vi phân thuật phóng trong.........................................................................................................................................42
2.1.2.1. Những giả thiết được tính đến khi thành lập hệ phương trình................................................................................................................42
2.1.2.2. Thông số đầu vào...................................................................................................................................................................................42
2.1.2.3. Hệ phương trình......................................................................................................................................................................................43
2.1.2.4. Phương pháp Runghe - Kutta giải bài toán thuật phóng trong...............................................................................................................43
2.1.2.5. Hiệu chỉnh bài toán thuật phóng trong theo nhiệt độ..............................................................................................................................44
2.1.2.6. Xây dựng đường cong áp xuất khí thuốc lớn nhất..................................................................................................................................45
2.2. Tính toán kết cấu lòng nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1..................................................................................................................................48
2.2.1. Tính toán phần buồng đạn......................................................................................................................................................................48
2.2.2. Tính toán phần rảnh xoắn....................................................................................................................................................................... 50
2.2.3. Hệ số an toàn cuả nòng...........................................................................................................................................................................54
2.3. Tính toán kết cấu thành nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1................................................................................................................................54
2.4. Tính toán các mối lắp ghép, liên kết của nòng.........................................................................................................................................58
2.4.1. Mối lắp ghép với piston tăng lùi..............................................................................................................................................................58
2.4.2. Mối lắp ghép với đầu khóa nòng.............................................................................................................................................................59
2.5. Nghiệm bền nòng.........................................................................................................................................................................................61
2.5.1. Ứng suất và biến dạng trên thành nòng cho một phát bắn..................................................................................................................61
2.5.2. Giới hạn bền đàn hồi của nòng...............................................................................................................................................................68
2.5.3. Nghiệm bền sống xoắn............................................................................................................................................................................69
2.5.4. Ứng dụng phần mềm Inventor 2017 để nghiệm bền nòng súng..........................................................................................................70
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.......................................................................................................................................................................................74
Chương 3: TÍNH TUỔI THỌ NÒNG VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ NÒNG SÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1.............75
3.1. Tính toán tuổi thọ nòng...............................................................................................................................................................................75
3.1.1. Các khái niệm chung về độ mòn và tuổi thọ nòng................................................................................................................................75
3.1.1.1. Độ mòn nòng súng pháo.........................................................................................................................................................................75
3.1.1.2. Tuổi thọ nòng...........................................................................................................................................................................................81
3.1.1.3. Mối quan hệ giữa độ mòn và tuổi thọ nòng.............................................................................................................................................82
3.1.2. Các nguyên nhân cơ bản của mòn nòng pháo......................................................................................................................................85
3.1.2.1. Tác động nhiệt của khí thuốc.................................................................................................................................................................. 85
3.1.2.2. Tác động cơ học của khí thuốc............................................................................................................................................................... 88
3.1.2.3. Tác động hóa học của khí thuốc............................................................................................................................................................. 88
3.1.2.4. Tác động cơ học của đai dẫn đạn lên sống nòng và rãnh xoắn............................................................................................................. 89
3.1.3. Các phương pháp tính tuổi thọ nòng.....................................................................................................................................................89
3.1.3.1. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của B.V.Orlốv...................................................................................................................................... 89
3.1.3.2. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của Linte..............................................................................................................................................90
3.1.3.3. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của Gabô và V.E. Slukhốpxki..............................................................................................................91
3.1.3.4. Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo thực nghiệm.................................................................................................................................97
3.1.4. Tính tuổi thọ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.................................................................................................................98
3.1.4.1 Tính tuổi thọ nòng theo B.V. Orlốv...........................................................................................................................................................98
3.1.4.2. Tính tuổi thọ nòng theo Linte..................................................................................................................................................................99
3.1.4.3. Tính tuổi thọ nòng theo Gabô và V.E. Slukhốpxki.................................................................................................................................100
3.1.4.3. Tính tuổi thọ nòng theo theo thực nghiệm.............................................................................................................................................101
3.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng...........................................................................................................................................................101
3.2.1. Nhóm các biện pháp thuật phóng.........................................................................................................................................................101
3.2.2. Các biện pháp kết cấu - kỹ thuật - lôgic và các phương tiện bảo vệ.................................................................................................102
3.2.3. Các biện pháp khai thác.........................................................................................................................................................................105
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3......................................................................................................................................................................................107
KẾT LUẬN..........................................................................................................................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................................................................................109
PHỤ LỤC............................................................................................................................................................................................................110
LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
- Súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1 là loại súng máy tự động có uy lực lớn đang được nhiều nước sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Đối với Quân đội ta được trang bị cho các đơn vị bộ binh mang vác, các đơn vị phòng không và dân quân tự vệ sẵn sàng đối phó với các âm mưu, thủ đoạn chiến tranh công nghệ cao của địch để giữ vững độc lập chủ quyền đất nước.
- Xuất phát từ tầm quan trọng của vũ khí trang bị phòng không đối với sự nghiệp xây dựng Quân đội và bảo vệ Tổ quốc hiện nay; kết quả việc nghiên cứu tìm tòi trong quá trình học tập kết hợp với sự định hướng của giáo viên hướng dẫn, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu tính toán kết cấu nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1”.
2. Mục tiêu của đề tài
- Nắm được tổng quan về nòng súng pháo; cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu nòng súng qua đó nghiên cứu tính toán kết cấu nòng, tính tuổi thọ nòng và các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng cho súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1. Đi sâu vào tính toán kết cấu nòng súng cũng như cách tính toán tuổi thọ nòng theo các phương pháp và đưa ra các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng.
- 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 SMPK 14,5mm ЗГУ-1 để phù hợp hơn với yêu cầu thực tiễn tại các đơn vị.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, hoạt động thân súng;
+ Tính toán kết cấu nòng và nghiệm bền nòng súng;
+ Tính toán tuổi thọ nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng súng.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Áp dụng kiến thức đã được học tiến hành tính toán trên cơ sở lý thuyết; sử dụng các giáo trình; tài liệu; tranh ảnh để tham khảo; so sánh đối chiếu với kết quả tính toán với thực tế và sử dụng phần mềm Inventor để tiến hành kiểm tra kết quả tính toán từ đó đưa ra nhận xét, kết luận từng nội dung trọng tâm trong đồ án.
5. Dự kiến sản phẩm của đồ án:
- Bản thuyết minh: 05: quyển
- Bản vẽ lắp nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1: (01 bản): A0
- Bản vẽ sơ đồ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1 với các đường cong áp suất và sức bền: 01 bản): A0
- Bản vẽ sơ đồ tính toán tuổi thọ nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1: 01 bản): A0
6. Kết cấu của đồ án
- Kết cấu đồ án được thực hiện bao gồm các phần: Mở đầu, ba chương, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục.
- Đồ án gồm ba chương:
+ Chương 1: Tổng quan về nòng súng pháo và súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.
+ Chương 2: Tính toán kết cấu và nghiệm bền nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.
+ Chương 3: Tính toán tuổi thọ nòng và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NÒNG SÚNG PHÁO VÀ SÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1
1.1. Giới thiệu chung về nòng súng pháo và các lực tác dụng lên nòng khi bắn
Nòng súng pháo là một bộ phận hợp thành của một khẩu súng pháo. Ở mức độ đáng kể nó quyết định kết cấu của súng pháo vì chính ở trong nòng quá trình thuật phóng trong được hiện thực và kiểu kết cấu của các bộ phận khác của súng pháo phụ thuộc nhiều vào kết cấu của nó.
Nòng súng pháo gồm có các thành phần chính là: thân nòng 1 và loa che lửa 2 (loa hãm lùi,...).
1.1.1. Công dụng nòng súng pháo
- Là nơi thực hiện quá trình cháy và sinh công của thuốc phóng để tạo cho đầu đạn có tốc độ chuyển động tịnh tiến nhất định lúc rời miệng nòng (sơ tốc V0). Định hướng chuyển động cho đầu đạn trong không gian để bay đến mục tiêu.
- Tạo tốc độ quay quanh trục dọc cần thiết cho đầu đạn để ổn định bay trên quỹ đạo (đối với súng pháo có rãnh xoắn). Đối với súng pháo nòng trơn (không có rãnh xoắn) đầu đạn không có chuyển động quay quanh trục dọc thì việc ổn định bay trên quỹ đạo của nó nhờ vào các cánh đuôi.
1.1.3. Phân loại nòng súng pháo
Dựa vào kết cấu của thành nòng người ta phân loại nòng súng pháo thành các loại như sau: nòng đơn, nòng nhiều lớp (nòng ghép), nòng nối 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: Nòng đơn có kết cấu đơn giản và chế tạo dễ dàng hơn các loại nòng súng pháo khác.
+ Nhược điểm: Nòng đơn thực chất là một ống dày, khi bắn chịu tác dụng của áp suất khí thuốc, ứng suất xuất hiện khi bắn phân bố trên thành nòng không đều và như vậy sẽ không hợp lý về mặt sử dụng vật liệu nòng.
- Nòng nhiều lớp: Là nòng mà thành của nó có từ hai lớp trở lên được ghép vào nhau. Các lớp đó của nòng có thể được ghép với độ căng hoặc lỏng (ghép có khe hở).
1.1.4. Các lực tác dụng lên nòng khi bắn
Khi bắn nòng chịu tác dụng phức tạp của nhiều lực có thể phân lực tác dụng lên nòng khi bắn thành 4 nhóm: áp lực khí thuốc, lực tương tác của đầu đạn, lực tương tác của giá, lực quán tính của nòng. Trong đó: áp lực khí thuốc và lực tương tác của đầu đạn là cơ sở để tính nòng.
1.1.4.1. Các lực áp suất khí thuốc
- Lực tác dụng vào đáy nòng Pda:
* Áp dụng đối với SMPK 14,5mm ЗГУ-1 tại vị trí pđam (t=50o) cụ thể như sau:
Thay số được: Pđam = 233,397 (N)
- Áp suất khí thuốc tác dụng vào thành nòng pr:
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 pdam đến pdim.
- 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.
* Áp dụng đối với SMPK 14,5mm ЗГУ-1 tại vị trí pmax (t=50o) cụ thể như sau:
Thay số được: pr = 382,25 (MPa).
* Áp dụng đối với SMPK 14,5mm ЗГУ-1 tại vị trí pđam (t=50o) cụ thể như sau:
Thay số được: pc = 16382,3 (N)
1.1.4.2. Các lực tương tác của đầu đạn với thành nòng
- Các lực này được sinh ra bởi sự tác dụng tương hỗ của các phần tử dẫn động (đai dẫn) của đầu đạn vào thành nòng và vào thành xiết của rãnh xoắn, bởi sự chuyển động của đầu đạn bị mất cân bằng trong lòng nòng có độ cong mà do trọng lượng của chính bản thân nòng gây ra.
- Khi đầu đạn chuyển động trong nòng, lực của đầu đạn tác dụng lên nòng phụ thuộc vào nhiều yếu tố và rất phức tạp, có thể phân thành những lực sau đây:
+ Lực của đai đạn tác dụng lên thành xiết của rãnh xoắn.
+ Lực của đai đạn tác dụng lên mặt sống xoắn.
+ Lực do đầu đạn không cân bằng tĩnh và không cân bằng động.
- Những lực trên biến thiên theo những qui luật phức tạp, khó xác định chính xác. Ở đây chỉ khảo sát lực của đai đạn tác dụng lên thành xiết rãnh xoắn, đây là thành phần lực dùng tính bền cho rãnh xoắn và đai đạn.
- Để nghiên cứu các lực tác dụng lên thành xiết của rãnh xoắn nòng, khai triển một rãnh xoắn của nòng trong mặt phẳng oxy.
1.1.4.4. Lực đặt vào nòng từ phía máng, TBHL 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,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.
- 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 (1.12)
Trong đó: Rf = FT + Fd + f (N1+ N2 ) - lực ma sát tổng. (1.13)
Nếu pháo có loa hãm lùi thì nó tạo ra lực Rℓ mà được xác định bởi biểu thức:
Rℓ = (1- c)p¶ (1.14)
Trong đó:
p¶ - 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,...) thì hướng và đại lượng của lực đặt vào sẽ thay đổi.
1.2. Tổng quan về súng máy phòng không 14,5 mm ЗГУ-1
1.2.1. Giới thiệu chung
1.2.1.1. Tính năng, tác dụng
- Súng máy phòng không (SMPK) 14,5mm ЗГУ-1 gồm hai loại, loại mang vác và loại dùng xe kéo. SMPK 14,5mm ЗГУ-1 được dùng để tiêu diệt các mục tiêu trên không ở cự ly 2000m, độ cao 1500m như: máy bay, quân nhảy dù, pháo sáng, v.v…các mục tiêu trên mặt đất, mặt nước ở cự ly 2000m như: ô tô, xe bọc thép hạng nhẹ, ca nô, tàu xuồng, bộ binh địch, công sự dã chiến, các mục tiêu ẩn hiện và di động có tốc độ nhanh. SMPK 14,5mm ЗГУ-1 thường được trang bị cho các đơn vị bộ binh và bộ binh cơ giới.
- Biên chế khẩu đội SMPK 14,5mm ЗГУ-1 gồm 5 người: pháo thủ số 1 ngắm bắn, pháo thủ số 2 trợ giúp, pháo thủ số 3 và số 4 vận chuyển đạn và khẩu đội trưởng. Các khẩu đội thường điều khiển hoả lực riêng lẻ.
- Tùy thuộc vào hình thức tác chiến và điều kiện địa hình súng có thể di chuyển bằng các cách sau:
+ Hành quân đường dài, đường dã chiến súng được đặt trong thùng xe ôtô. Khi đó súng được cố định trên thùng xe bằng thiết bị cố định chắc chắn và cho phép triển khai chiến đấu khi dừng xe và cả trong hành tiến.
+ Với các đoạn đường hành quân ngắn, đường tốt, súng được móc sau xe ôtô ГAЗ – 69 và các loại xe tương đương khi đó hộp đạn được tháo khỏi súng và đặt trong thùng xe.
1.2.1.2. Thông số kỹ - chiến thuật cơ bản
Các thông số kỹ thuật của SMPK 14,5mm ЗГУ-1 như bảng 1.1.
1.2.1.4. Đồng bộ theo súng
- Đồng bộ theo súng có bộ dụng cụ và phụ tùng để sửa chữa, bảo quản súng.
a. Bộ dụng cụ:
- Bộ dụng cụ để trong hộp sắt và lắp sau lưng ghế ngồi. Thông nòng được lắp trên máng súng, bơm bánh xe được lắp trên bộ phận giá ngắm. (Khi kéo súng sau xe ô tô phải tháo thông nòng ở máng cho vào túi đựng). Máy nạp đạn, kính quy chính, các thiết bị mang vác, áo súng được để trong túi. Kính ngắm BK-4; bộ chiếu sáng kính ngắm và dụng cụ phụ tùng được để trong hộp đựng.
c. Các thiết bị mang vác:
- Các thiết bị mang vác dùng để mang vác các cụm đã được tháo rời khi di chuyển súng. Các cụm của súng được mang vác bằng 6 loại thiết bị, các thiết bị này được lắp ghép khác nhau bao gồm:
+ Đệm và dây đeo (bộ): 30
+ Khung sắt và dây buộc (bộ): 2
+ Khung dây và các móc để buộc bánh xe (bộ): 2
+ Áo hộp khóa nòng (bộ): 1
+ Áo nòng (bộ): 2
+ Túi đeo (bộ): 2
1.2.2. Cấu tạo thân SMPK 14,5 mm ЗГУ-1
1.2.2.1. Nòng súng, hộ nòng và loa che lửa
a. Nòng súng
- Công dụng: Hướng đầu đạn bay tới mục tiêu. Cùng với vỏ đạn làm buồng đốt cho thuốc phóng cháy, tạo cho đầu đạn sơ tốc ban đầu.Tạo cho đầu đạn có tốc độ quay cần thiết, bảo đảm cho đầu đạn ổn định trên đường bay.
- Cấu tạo bên ngoài (Hình 1.10):
+ Phía trước nòng súng có piston tiếp sức, để tăng tốc độ lùi cho nòng súng khi viên đạn ra khỏi miệng nòng. Piston tiếp sức được liên kết với nòng bằng ren.
+ Có vòng định tâm để giữ cho trục nòng đồng tâm với hộp khoá nòng và hạn chế hành trình chuyển động của nòng súng.
c. Ống nối và loa che lửa
- Loa che lửa:
+ Cấu tạo (Hình 1.10): Loa che lửa có răng gián đoạn để lắp với ống nối, có hai mặt phẳng để lắp clê khi tháo lắp. Ống lót loa che lửa để giảm bớt muội khí thuốc trong buồng khí.
+ Công dụng: Dùng để che lửa cho pháo thủ khi thực hiện phát bắn, có dạng hình phễu, đầu sau có dạng hình trụ. Phía trong đoạn hình trụ có răng gián đoạn để lắp ống nối, bên ngoài có hai mặt phẳng để lắp clê tháo lắp.
- Ống nối: Dùng để nối hộ nòng và loa che lửa. Trên ống nối có các hàng răng gián đoạn để ăn khớp với các hàng răng gián đoạn trên loa che lửa dùng để nối hộ nòng và loa che lửa, có nhíp hãm để chống xoay cho loa che lửa.
1.2.2.3. Hộp khoá nòng
- Công dụng: Liên kết các bộ phận của thân súng; định hướng chuyển động cho khóa nòng và nòng; cùng với trục gia tốc làm quay đầu khóa nòng khi lùi.
- Cấu tạo bên ngoài (Hình 1.12):
+ Hai bên HKN có hai rãnh dọc để trục gia tốc và trục định hướng chuyển động, ngoài ra rãnh dọc bên phải còn có tác dụng để lắp cần kéo cò.
+ Phía trước của hai rãnh dọc này có hai rãnh cong ngược chiều để trục gia tốc quay khi đóng mở khoá nòng. Có hai nắp che cho hai rãnh dọc.
- Cấu tạo bên trong (Hình 1.12):
+ Phía trước có vành gờ gián đoạn để liên kết hộ nòng với hộp khoá nòng.
+ Lò xo nòng có công dụng là đưa nòng về vị trí ban đầu sau mỗi phát bắn. Đầu trước của lò xo nòng tỳ vào các vòng đệm, đầu sau tỳ vào gờ của HKN.
+ Bên trong đoạn giữa của HKN có bộ phận định hướng sau của nòng.
1.2.2.5. Bộ phận cò
- Công dụng:
+ Để tự động giữ khoá nòng phía sau khi ngừng bắn;
+ Thả khoá nòng khi đạp cò bắn;
+ Giữ cho nắp hậu không quay.
- Cấu tạo (Hình 1.14): Bệ cò dùng để lắp các chi tiết của bộ phận nhả cò. Hai bên của bệ cò có hai gờ dọc để lắp với rãnh hộp khoá nòng.Bên trong có lỗ lắp lò xo và ống lò xo lẫy cò, ống lò xo để truyền lực lò xo lẫy cò cho lẫy cò.
+ Lẫy cò và thân an toàn được lắp với bệ cò bằng một trục, như vậy làm cho chúng có thể quay quanh trục và dịch chuyển được so với bệ cò.
+ Phía trước của lẫy cò có mấu để khớp với mấu giương của thân khoá nòng giữ khoá nòng ở phía sau.
+ Cần an toàn: Cần an toàn được lắp với thân cần an toàn và nằm phía dưới lẫy cò, lò xo cần an toàn lắp trong rãnh cần an toàn.
1.2.2.7. Nắp hậu và giảm va
- Công dụng:
+ Giữ các bộ phận trong hộp khoá nòng.
+ Giảm va cho khoá nòng khi bắn.
- Cấu tạo gồm (Hình 1.16): Nắp hậu, then hãm, đầu giảm va, trục giảm va ống giảm va, vành gờ hình cung trên nắp sau để khớp với vành gờ của hộp khóa nòng.
1.2.3. Hoạt động thân súng SMPK 14,5mm ЗГУ-1
1.2.3.1. Vị trí của các bộ phận ở trạng thái bình thường
- Nòng và khoá nòng nằm ở phía trước, khoá nòng đang ở thế đóng khoá: răng gián đoạn ở đầu khoá ăn khớp với răng gián đoạn ở đuôi nòng, thân khoá tiến sát đầu khoá, kim hỏa nhô khỏi mặt gương khoá nòng.
- Mấu hãm lẫy cò giữ cò ở thế nâng, cần an toàn và cần cò ở trạng thái bình thường không hoạt động.
1.2.3.3. Chuyển động liên quan khi đạp cò lần 1
- Đạp cò chân hoặc kéo cò tay, thông qua hệ thống chuyển động làm cần cò và thân cần an toàn quay.
- Cần an toàn ép lên lẫy cò và nâng lẫy cò lên. Khi đó khoá nòng được giải phóng, đồng thời mấu hãm lẫy cò cài vào dưới vai trái của lẫy cò và giữ lẫy cò ở thế nâng cò.
- Dưới tác dụng của lò xo, khoá nòng chuyển động về phía trước kéo theo bàn trượt tiếp đạn. Bàn trượt tiếp đạn chuyển động về phía trước, bàn móng chuyển động sang phải, móng kéo băng trượt trên mắt băng, đồng thời gờ bàn móng tỳ vào đuôi cần tiếp đạn, móng kéo băng bị ép lên phía trên, lò xo xoắn.
1.2.3.5. Chuyển động liên quan khi đạp cò bắn
- Khi đạp cò bắn chuyển động của các bộ phận xảy ra giống như khi đạp còn lần một, chỉ khác trên mặt gương khoá nòng có một viên đạn nên khi khoá nòng đóng kín, khoá chắc, kim hỏa nhô ra khỏi mặt gương khoá nòng phát hỏa cho đạn.
- Cặp đạn cặp chắc vào viên đạn thứ hai.
1.2.3.7. Ngừng bắn
- Ngừng bắn khi thôi đạp cò:
+ Thôi đạp cò, cần cò được hạ xuống, dưới tác dụng của lò xo, lẫy cò gục xuống, nhưng bị mấu hãm lẫy cò chẹn lại.
+ Cần an toàn và thân cần an toàn dưới tác dụng của nhíp lò xo gục xuống.
+ Khi khoá nòng lùi hết về sau, mặt sau của hai mấu truyền lực trên thân khoá tác dụng vào cần an toàn, cần an toàn lùi về sau, tách mấu hãm lẫy cò, lẫy cò gục xuống, khi khoá nòng chuyển động về phía trước thì giữ khoá nòng ở lại.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương 1 đã nghiên cứu về công dụng, yêu cầu, phân loại nòng súng pháo (nòng đơn, nòng nhiều lớp, nòng nối theo chiều dài); các lực tác dụng lên nòng khi bắn (các lực của áp suất khí thuốc tác dụng vào thành nòng, đáy nòng; các lực tương tác của đầu đạn với thành nòng; lực thực hiện chuyển động lùi nòng; lực đặt vào nòng từ phía máng, TBHL và loa đầu nòng; lực quán tính của nòng) với các kết quả tính toán được: Pđam=233397(N), pr=382,25(MPa), Pc=164832 (N), N=565,1(N), Plg=67260,33 (N); tìm hiểu đặc điểm cấu tạo và hoạt động của thân SMPK 14,5mm ЗГУ-1. Thông qua nội dung tìm hiểu ở chương 1 ta có được lượng kiến thức nhất định về nòng súng. Ngoài ra còn biết được các lực tác dụng lên nòng khi bắn qua đó biết được ảnh hưởng của một phát bắn tác dụng lên nòng, lên giá để thuận tiện trong sử dụng và khai thác bảo đảm an toàn. Qua nghiên cứu ta còn biết được cơ sở để tính toán, thiết kế nòng súng pháo nói chung phục vụ cho công tác khai thác, nghiên cứu, chế tạo nòng súng thỏa mãn yêu cầu, chất lượng, đặc trưng kết cấu của nòng súng pháo. Các kiến thức đã nghiên cứu ở chương 1 là cơ sở để nghiên cứu, tính toán kết cấu nòng và nghiệm bền nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1. Đó cũng là nội dung chính của chương 2 đồ án cần phải giải quyết.
Chương 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU VÀ NGHIỆM BỀN NÒN GSÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1
2.1. Bài toán thuật phóng trong
2.1.1. Các hiện tượng vật lý xảy ra trong một phát bắn
Đối với súng pháo thông thường trên cơ sở đặc tính của các giai đoạn trong quá trình thực hiện một phát bắn người ta thường chia hiện tượng bắn ra làm 4 thời kỳ (Hình 2.1).
- Thời kỳ sơ bộ: Bắt đầu từ thời điểm thuốc phóng được mồi cháy tới khi đai đạn bị cắt hoàn toàn vào rãnh nòng.
- Thời kỳ thứ nhất: Bắt đầu từ thời điểm đai đạn được cắt hoàn toàn vào rãnh nòng (đạn bắt đầu chuyển động) cho tới khi thuốc phóng cháy hết.
- Thời kỳ thứ hai: Bắt đầu từ thời điểm thuốc phóng cháy hết cho tới khi đáy đạn vừa bay ra khỏi miệng nòng.
2.1.2. Hệ phương trình vi phân thuật phóng trong
Mục đích giải bài toán thuật phóng trong nhằm xác định quy luật P(t), V(t), P(l), V(l) làm cơ sở để tính toán thiết kế nòng và các cơ cấu tự động của súng.
2.1.2.1. Những giả thiết được tính đến khi thành lập hệ phương trình
- Thuốc cháy theo quy luật hình học và tốc độ cháy 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 đến bởi hệ số tăng nặng φ.
- Toàn bộ liều thuốc cháy trong điều kiện môi trường có áp suất như nhau và bằng áp suất thuật phóng p.
- Thành phần sản phẩm cháy không đổi, các đại lượng f và α cũng không thay đổi.
- Số mũ đoạn nhiệt k = 1+ θ được xem là không đổi và bằng giá trị trung bình của nó trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ cháy của thuốc ở thời điểm đạn bay ra khỏi miệng nòng.
Như vậy ta có điều kiện ban đầu (kể từ khi bắt đầu cắt đai đạn) gần đúng là: v0= 0; l0= 0; t0= 0; p = p0.
2.1.2.2. Thông số đầu vào
Thông số đầu vào như hình 2.1.
2.1.2.4. Phương pháp Runghe - Kutta giải bài toán thuật phóng trong
Có nhiều phương pháp tích phân bằng số có thể áp dụng để giải bài toán cơ bản thuật phóng trong. Ở đây trình bày phương pháp Runghe - Kutta là phương pháp hiện đang được ứng dụng rộng rãi và rất dễ chương trình hoá trên máy tính.
dyi/dx = fi(x, y1, y2.....yn); 1 = 1, 2....n. Với nghiệm ở điểm xm đã biết là yi..m.
Hiện nay, có nhiều phần mềm đã tích hợp các chức năng có sẵn cho phép ta dễ dàng giải hệ phương trình vi phân hơn như: Excel, MatLab, Pascal,...Trong đồ án này, tôi sử dụng phần mềm Excel để giải thuật toán Runghe – Kutta để tính các đại lượng liên quan để làm cơ sở cho tất cả các tính toán.
2.2.2.5. Hiệu chỉnh bài toán thuật phóng trong theo nhiệt độ ban đầu
- Nhiệt độ ban đầu tiêu chuẩn để giải bài toán thuật phóng trong ở môn học TPT là tbđ = 15oC. Giải bài toán TPT là một quá trình phức tạp, kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Có nhiều thông số chỉ có thể xác định bằng các quá trình thực nghiệm lâu dài. Các thông số thực nghiệm đó thường được tính toán trong điều kiện tiêu chuẩn ở nhiệt độ tbđ = 15oC. Vì vậy, để giải bài toán TPT ở các nhiệt độ bắn theo điều kiện sử dụng súng pháo, chúng ta phải tiến hành hiệu chỉnh các thông số thực nghiệm cho phù hợp.
- Nội dung đồ án xét ở 3 khoảng nhiệt độ đó là:
t+ = 50oC
t = 15oC (nhiệt độ tiêu chuẩn để giải các bài toán TPT)
t- = -15oC
- Sử dụng thuốc phóng Prôxinlin có các giá trị: Kik= -0,0016 và Kft= 0,00045.
2.2.2.6. Xây dựng đường cong áp suất khí thuốc lớn nhất
- Hiệu chỉnh đường áp suất Pr theo nhiệt độ
Để xây dựng đường áp suất khí thuốc nghiệm bền nòng, trước hết chúng ta phải giải bài toán TPT ứng với tất cả các giá trị theo nhiệt độ trong phạm vi hiệu chỉnh.
- Trong nội dung đồ án xét ở 3 khoảng nhiệt độ đó là:
t+ = 500 C
t = 150 C (nhiệt độ tiêu chuẩn để giải các bài toán TPT)
t- = -150 C
- 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 pr được suy ra từ sự thay đổi của xung lượng toàn phần khí thuốc (Ik) và lực thuốc phóng (f) thay đổi.
- Thay các giá trị Ik(t) và f(t) vào chương trình giải bài toán thuật phóng trong ta thu được các đường áp suất ứng với các giá trị nhiệt độ khác nhau (Hình 2.2).
2.2. Tính toán kết cấu lòng nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1
2.2.1. Tính toán phần buồng đạn
- Lòng nòng là khoang bên trong của nòng bao gồm phần buồng đạn và phần dẫn động, được giới hạn bởi mặt cắt miệng nòng và mặt cắt đuôi nòng. Phần dẫn động được nối với phần buồng đạn bỡi côn nối.
- Công dụng: Buồng đạn là nơi chứa viên đạn, dẫn hướng cho viên đạn khi nạp đạn, làm buồng đốt cho thuốc phóng khi cháy.
- Yêu cầu đối với buồng đạn:
+ Bảo đảm chuyển động cho viên đạn khi nạp đạn và rút vỏ đạn một cách dễ dàng. Bảo đảm đóng khóa nòng một cách tin cậy trong điều kiện bất lợi nhất: buồng đạn, vỏ đạn có dầu mỡ, cát bụi, muội thuốc. Định vị viên đạn một cách chính xác trong nòng, và giữ cho vỏ đạn không bị hỏng khi bắn.
a. Xác định thể tích buồng đạn
- Thể tích buồng đạn được xác
định: Wbd = W0 + WV + WCH (2.4)
Trong đó:
W0 - Thể tích buồng đạn khi thiết kế TPT.
WV - Thể tích vỏ đạn (túi đạn) WV=(0,25¸0,34)W0.
WCH - Thể tích phần sau đai dẫn của buồng đạn WCH = 0,562d3.
D - Đường kính của đầu đạn.
- Theo kinh nghiệm thiết kế buồng đạn có thể chọn:
Wbd = 0,036 + 0,34.0,036 + 0,562.0,1453 = 0,04994 (dm3)
c. Tính toán đường kính phần trụ buồng đạn
Ta có: dT=k4.l4+d=(1/12).11+14,5=15,41 (mm).
Chọn dT=16 (mm).
d. Chiều dài phần hình trụ của buồng đạn
Ta có : l3=(0,6¸1,0)d do đó l3=(8,7¸14,5) (mm) Chọn 14 (mm).
f. Xác định thể tích phần côn cơ bản
- Thể tích phần trụ 3: W3= 0,0028 (dm3)
- Thể tích phần côn chuyển tiếp 2: W2= 0,0039 (dm3)
- Thể tích phần côn cơ bản:
W1= 0,04994 - 0,0028 - 0,0039 = 0,04327 (dm3)
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 pi và áp suất dùng để tính bền cho nòng pT:
n = pi/pT (2.8)
- Như vậy hệ số an toàn của nòng biểu thị mối quan hệ giữa khả năng chịu lực của nòng và tải trọng tác dụng lên nòng trong quá trình bắn.
Khi thiết kế thường chọn hệ số an toàn theo sơ đồ như sau:
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.
2.4. Tính toán kết cấu thành nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1
Các bước tiến hành 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 6: Chọn vật liệu nòng:
Thay số vào ta được: σe = 695,84 (MPa)
Do vậy ta chọn thép làm nòng có mác thép là O-80
Ta chọn vật liệu chế tạo nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1 là thép hợp kim, ký hiệu: OXH3M-80 có ứng suất tỷ lệ σe = 800 (MPa)
- Bước 8: Xác định hình dạng ngoài của nòng
+ Ấn định chiều dài phần trụ lắp ghép đoạn trụ ngoài nòng để kết cấu hàng răng gián đoạn ăn khóp với hàng răng gián đoạn trên khóa nòng và định hướng chuyển động của nòng trong hộp khóa nòng. (ltr = 200 (mm)).
+ Ấn định chiều dài phần trụ từ cuối nòng đến vị trí lắp ống định tâm và phần côn chuyển tiếp ở mặt ngoài của nòng. (ltr = 660 (mm)).
+ Ta chọn chiều dài phần côn chuyển tiếp lct = 7 (mm)
- Bước 10: Theo số liệu Bảng 2.3 dựng dựng đường cong bền đàn hồi thực tế của nòng súng (Hình 2.9)
* Theo Bảng 2.3 ta thấy rằng hệ số an toàn thực tế nth luôn lớn hơn hệ số an toàn theo yêu cầu nyc tương đương đường cong bền đàn hồi thực tế của nòng theo tất cả chiều dài nòng nằm trên sức bền mong muốn của nòng (Hình 2.9) nên độ bền của thành nòng khi bắn được đảm bảo.
2.4. Tính toán các mối lắp ghép, liên kết của nòng
2.4.1. Mối lắp ghép với piston tăng lùi
- Phía trước đầu nòng súng có piston tiếp sức để tăng tốc độ lùi cho nòng súng khi viên đạn ra khỏi miệng nòng và định hướng cho nòng khi lùi trong quá trình bắn. Piston được liên kết với nòng bằng ren hệ mét M27x1,5 và kiểu ren trái để đảm bảo chống tháo lỏng trong quá trình bắn.
- Tính bền đoạn ren đầu nòng súng:
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:
Thay số được: Pd; = 11781 (N)
σc = 21,78 (MPa) < [σc] = 800 (MPa)
Vậy các kích thước như trên thì mối lắp ghép ren giữa nòng với piston tăng lùi ở đầu nòng đảm bảo bền trong quá trình bắn.
2.4.2. Mối lắp ghép với đầu khóa nòng
- Đáy nòng là nơi chịu áp suất khí thuốc lớn nhất nên đoạn này được lắp ghép với ống bọc đuôi nòng để đảm bảo bền cho nòng súng trong quá trình bắn. Đồng thời ở trên đó còn được thiết kế thêm 7 hàng răng gián đoạn để ăn khớp với 7 hàng răng gián đoạn trên đầu khóa nòng để đảm bảo đóng kín đuôi nòng khi bắn.
- Tính bền ren ở đuôi nòng liên kết với đầu khóa nòng:
Khi tính toán các cung ren ở đuôi nòng ta cho rằng đầu khóa làm việc như một nút chai có ren và vòng ren đầu tiên trên đuôi nòng tiếp thu tải lớn nhất bằng 0,34Pda.
Vậy với các kích thước như trên thì ống bọc đuôi nòng lắp ghép với đuôi nòng súng đảm bảo bền trong quá trình bắn.
2.5. Nghiệm bền nòng
2.5.1. Ứng suất và biến dạng trên thành nòng cho một phát bắn
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 tác dụng với pháp tuyến với mặt trong của nòng, phân bố đồng đều và đối xứng với trục lòng nòng.
- 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;
- Ứng suất hướng kính sr, đó là kết quả của việc nén thành nòng theo hướng kính, có giá trị tuyệt đối bằng áp suất khí thuốc p1 với dấu ngược lại.
- Ứng suất vòng sq, tác dụng theo tiếp tuyến của vòng tròn, ứng suất này xuất hiện là do kết quả của việc kéo nòng theo vòng tròn ở tiết diện ngang, có xu hướng phá huỷ nòng theo hướng dọc và có giá trị không đổi cho mỗi đường kính của nòng. Nó còn được gọi là ứng suất tiếp tuyến.
2.5.2. Giới hạn bền đàn hồi của nòng
- Giới hạn bền đàn hồi của nòng còn gọi là áp suất bên trong lớn nhất (P) mà dưới tác dụng của áp suất đó nòng vẫn ở trạng thái biến dạng đàn hồi. Giới hạn bền đàn hồi của nòng đặc trưng cho khả năng chịu áp suất khí thuốc của nòng khi bắn.
- Đối với súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1 ta đã xác định vật liệu làm nòng là thép OXH3M-80 có ứng suất tỉ lệ σd= 800 (MPa).
- Kết quả tính toán các giá trị của (Pi ) tại các vị trí mặt cắt trên nòng súng được tính thể hiện cụ thể tại Bảng 2.3.
2.5.4. Ứng dụng phần mềm Inventor 2017 để nghiệm bền nòng súng
2.5.4.1. Dựng bản vẽ 3D của nòng súng
- Sử dụng các công cụ phát thảo và dựng khối trong phần mềm Inventor 2017 để dựng chính xác bản vẽ 3D của nòng pháo SMPK 14,5mm ЗГУ-1.
2.5.4.3. Xác định bề mặt của nòng chịu tác động trực tiếp từ áp suất khí thuốc
Khi bắn nòng chịu tác dụng phức tạp của nhiều lực nhưng trong đó: Áp lực khí thuốc và lực tương tác của đầu đạn là cơ sở để tính nòng. Áp lực khí thuốc tác dụng lên nòng bao gồm: lực tác dụng vào đáy nòng Pđa, lực tác dụng vào phần côn buồng đạn Pc, áp suất khí thuốc tác dụng vào thành nòng pr.
2.5.4.3. Tạo lưới cho nòng súng
- Mục đích của việc tạo lưới thực chất chính là sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các bài toán cơ học xác định ứng suất và biến dạng của vật thể. Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài toán, bằng cách chia nó thành nhiều miền con (phần tử). Các phần tử này được liên kết với nhau tại các điểm nút chung. Trong phạm vi của mỗi phần tử, nghiệm được chọn là một hàm số nào đó được xác định thông qua các giá trị chưa biết tại các điểm nút của phần tử gọi là hàm xấp xỉ thoả mãn điều kiện cân bằng của phần tử. Tập tất cả các phần tử có chú ý đến điều kiện liên tục của sự biến dạng và chuyển vị tại các điểm nút liên kết giữa các phần tử.
2.5.4.4. Xuất ra kết quả
- Xét tại vị trí đuôi nòng (mặt cắt 1_1)
- Xét tại vị trí áp suất khí thuốc lớn nhất (mặt cắt m_m)
- Xét tại vị trí đầu miệng nòng (mặt cắt 9_9)
* Nhận xét: Phương pháp ứng dụng phần mềm Inventor để nghiệm bền đã cho thấy sự vượt trội khi có thể biểu diễn sự phân bố ứng suất, phân bố chuyển vị và nhiều thông số kết cấu khác trên toàn bộ chiều dài nòng. Ngoài ra phương pháp này đơn giản hơn, giảm khối lượng tính toán đáng kể, giải phóng sức lao động cho con người và giảm chi phí chế tạo các mẫu thử trong quá trình thiết kế nòng súng.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong chương 2 đã tiến hàng tính toán kết cấu và ngiệm bền nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1. Tính toán được kích thước cụ thể của buồng đạn và phần dẫn động rãnh xoắn của nòng. Trong phần nghiệm bền nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1 đã tiến hành giải bài toán thuật phóng trong, tìm hiểu được quy luật áp suất khí thuốc tác dụng lên thành nòng súng, 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. Ứng dụng phần mềm Inventor 2017 để kiểm tra kết quả nghiệm bền nòng súng cho kết quả sai số trong phạm vi cho phép.
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 nòng súng 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 biện pháp sử dụng hợp lý để nâng cao chất lượng,hiệu quả và kéo dài tuổi thọ cho nòng súng.
Đây là cơ sở quan trọng để từ đó tính tuổi thọ nòng súng và đưa ra các biện pháp để nâng cao tuổi thọ nòng súng. Đó cũng là nội dung mà trong chương 3 cần giải quyết.
Chương 3
TÍNH TUỔI THỌ NÒNG VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ NÒNG SÚNG MÁY PHÒNG KHÔNG 14,5mm ЗГУ-1
3.1. Tính toán tuổi thọ nòng
3.1.1. Các khái niệm chung về độ mòn và tuổi thọ nòng
3.1.1.1. Độ mòn nòng súng pháo
- Độ mòn nòng súng pháo là những thay đổi nào đó của bề mặt lòng nòng mà không phục hồi được gây ra bởi tác động của phát bắn vào lòng nòng súng pháo.
- Như vậy, độ mòn nòng súng 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 súng pháo được đặc trưng bằng sự tăng đều đặn đường kính lòng nòng theo sống xoắn và rãnh xoắn.
- Quá trình mòn nòng đối với các dạng súng pháo khác nhau là khác nhau và phụ thuộc vào cỡ nòng, nhịp bắn và chế độ bắn.
- Độ mòn nòng phát triển theo một trình tự xác định.
- Trước tiên hãy xem xét trong lòng nòng. Đó là sự mạ đồng bề mặt lòng nòng. Sau một vài phát bắn (khoảng 10 phát) sẽ thấy vết mạ đồng lòng nòng. Các lớp đồng mỏng sẽ bám vào các cạnh làm việc của sống nòng và rãnh xoắn trong quá trình bắn.
- Tuổi thọ nòng của các súng pháo công suất lớn được xác định bằng tác động xói mòn của khí, đặc biệt tại các vị trí thu hẹp của buồng đạn, ở đó sẽ hình thành dòng khí xoáy (Hình 3.2).
- Độ mòn nòng lớn nhất có vị trí ở đoạn đầu rãnh xoắn, sau đó độ mòn nòng giảm đột ngột và giữ nguyên không đổi theo chiều dài nòng trừ một đoạn nhỏ ở gần mặt cắt miệng nòng. Tại đoạn này độ mòn nòng lại tăng lên.
- Đối với pháo cỡ trung bình thì độ mòn sống xoắn theo chiều dài nòng được đặc trưng bởi sự tăng đường kính và có thể chia thành 4 đoạn như Hình 3.10.
3.1.1.3. Mối quan hệ giữa độ mòn và tuổi thọ nòng
- Mối quan hệ giữa độ mòn và tuổi thọ nòng được biểu hiện qua thuật phóng trong của nòng đã bị mòn và chất lượng của đạn trong nòng. Đối với các pháo nạp đạn rời, 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 3.10) so với nòng mới.
- Điều đó sẽ dẫn đến tăng thể tích ban đầu của buồng đốt, giảm quãng đường chuyển động của đầu đạn và làm thay đổi hệ số mở rộng buồng đốt dẫn đến giảm sơ tốc của đầu đạn và ảnh hưởng đến độ chụm của pháo. Đối với các pháo dùng đạn nạp liền không làm thay đổi quãng đường chuyển động của đạn, hệ số mở rộng buồng đốt và thể tích ban đầu của buồng đốt khi nòng bị mòn.
- Rõ ràng rằng theo các chỉ tiêu đã liệt kê của súng pháo người ta có thể kiểm tra chỉ khi tổ chức bắn chuyên dụng với việc quan sát và đo đạc, bởi vì đối với các súng pháo trong biên chế thì số phát bắn đã được xác định, sau đó sẽ tiến hành thử nghiệm kiểm tra ở ngoài trường bắn với việc đo đạc sơ tốc của đầu đạn, độ chụm bắn, độ ô van lỗ thủng trên bia, v.v...
- Thử nghiệm về tuổi thọ nòng có thể tiến hành đồng thời với các thử nghiệm khác. Trong trường hợp này cần phải biết và sử dụng các hệ số và các bảng hướng dẫn về dạng đầu đạn tiêu chuẩn, về nhiệt độ tiêu chuẩn của liều phóng và về liều nguyên. Trong thời gian thử nghiệm về kết cấu, việc quan sát tuổi thọ nòng được tiến hành theo các chỉ tiêu về độ mòn nòng.
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 (theo sự giảm sơ tốc đầu đạn đến giới hạn loại bỏ nòng cho trước) thường được xác định bằng thực nghiệm. Quá trình mòn của lòng nòng là quá trình rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau tác động lên bề mặt lòng nòng.
- Hệ số nhiệt độ KT phụ thuộc vào nhiệt lượng thuốc phóng và cơ tính của vật liệu nòng ảnh hưởng chủ yếu đến tuổi thọ nòng. Khi đánh giá sự ảnh hưởng của vật liệu nòng đến tuổi thọ nòng cần phải biết sự thay đổi cơ tính của vật liệu nòng theo mức độ nung nóng nòng trong quá trình bắn.
- 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.
- Chế độ bắn được xác định bằng thời gian giữa các phát bắn cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng bởi vì nhiệt độ của nòng sẽ được tính liên tục từ phát bắn này sang phát bắn khác.
- Đối với các pháo cỡ trung bình thường chọn hệ số nhiệt độ KT » 7.1024, còn đối với vũ khí bộ binh thường chọn KT » 1024.
3.1.3.3. Phương pháp tính tuổi thọ nòng của Gabô và V.E. Slukhốpxki
- Vào năm 1933 phát minh của nhà pháo binh người Pháp Gabô đã được công bố. Trong phát minh này đã đưa ra lý thuyết toán học của độ mòn nòng pháo và trình bày công thức để tính số lượng phát bắn đầy đủ sau thời gian của chu trình sống của nòng pháo. Sau này, lý thuyết này đã được phát triển và làm chính xác hơn bởi V.E. Slukhốpxki.
- Chúng ta sẽ trình bày luận điểm cơ bản của lý thuyết này có tính đến đặc trưng chất lượng của nó không bị lỗi thời cho đến ngày nay.
- Nhà Bác học người Pháp Gabô đã đưa ra phân tích “độ mòn vật liệu pháo” gắn với giả thiết của Sarbonhie, tức là xem xét độ bền mòn của vật liệu nòng như là một hàm số mũ của nhiệt độ nòng và có dạng sau:
Ncp = N0.eKT (3.5)
Trong đó:
N0 - Các hệ số phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu;
k - Hệ số không đổi, thường lấy k = 0,003;
T - Nhiệt độ bề mặt lòng nòng bị nung nóng sau thời gian bắn (thường là nhiệt độ trung bình của nòng pháo bị nung nóng sau thời gian bắn).
- Tức là, tổn thất năng lượng tại tiết diện thuộc về đặc trưng độ bền mòn của kim loại nòng pháo bị nung nóng đến nhiệt độ tương ứng. Trong biểu thức này thì A là hệ số được xác định từ thực nghiệm.
- Gabô giả thiết nhận được đại lượng K từ việc xử lý các số liệu thử nghiệm mà không xem xét vấn đề về khái niệm lý thuyết của độ giãn dài buồng đạn Dl*.
- 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 (3.17)
Trong đó: k1, k2, k3 - Các hệ số phụ thuộc vào cỡ nòng, 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 3.4.
- Tỷ số (v1/vd) được xác định nhờ Bảng 3.5 do V.E. Slukhốpxki đưa ra phụ thuộc vào các đại lượng đầu vào Ld và cH.
3.1.4. Tính tuổi thọ nòng súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1
3.1.4.1. Tính tuổi thọ nòng theo B.V. Orlốv
Các số liệu cần cho tính toán:
- Trọng lượng đạn q = 0,064 kG;
- Trọng lượng liều thuốc phóng w = 0,03 kG;
- Sơ tốc V0 = 990 m/s;
- Cỡ nòng d = 14,5 mm;
- Hệ số nhiệt độ KT = 1024;
3.1.4.2. Tính tuổi thọ nòng theo Linte
Các số liệu cần cho tính toán:
- Trọng lượng đạn q = 0,064 kG;
- Sơ tốc V0 = 990 m/s;
- Cỡ nòng d = 1,45 cm;
- Sức bền tức thời sb = 100 kG/mm2 và giới hạn bền se = 80 kG/mm2 của vật liệu tương ứng;
- Tốc độ bắn lý thuyết: n0 = 600 phát/phút;
- Tốc độ bắn thực tế: n = 100 phát/phút;
3.1.4.4. Phương pháp tính tuổi thọ nòng theo kinh nghiệm
- Đối với SMPK 14,5mm ЗГУ-1 ta có số liệu cụ thể như sau:
d - Cỡ nòng = 0,145 (dm)
w- Trọng lượng thuốc phóng = 0,064 (kG)
pm- Áp suất khí thuốc lớn nhất = 4047,9 (kG/dm2)
H - Chiểu rộng của đai đạn thể hiện ở cỡ nòng = 11 mm
- Tuổi thọ của nòng: N =3998 phát bắn
* 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 không tính đến đầy đủ các yếu tố khác ảnh hưởng đến tuổi thọ nòng.
- Nhận xét, đánh giá:
* Trong 4 phương pháp tính toán tuổi thọ nòng thì phương pháp tính của Gabô và V.E. Slukhốpxki so với Linte, B.V. Orlốv và phương pháp thực nghiệm thì được đánh giá cao hơn về độ chính xác vì việc tính tuổi thọ nòng theo Gabô và
V.E. Slukhốpxki phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, từ thông số thuật phóng của thuốc phóng tới cấu tạo của nòng và cấu tạo đạn để tìm ra công thức có độ chính xác cao.
Do yêu cầu của nhiệm vụ chiến đấu thì SMPK 14,5mm có tuổi thọ của nòng trong khoảng từ 2000 tới 10000 phát bắn. Vì vậy, kết quả của từng phương pháp tính đều đáp ứng được yêu cầu của nòng súng đề ra.
* Tuy nhiên ở 4 phương pháp trên để tính được chính xác số phát bắn chúng ta cần phải chú ý đến nhiều yếu tố khác trong đó cần chú ý chế độ hỏa lực (loạt ngắn hay loạt dài) vì mỗi chế độ bắn khác nhau sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các thông số khác trong quá trình bắn như: Hệ số nhiệt độ KT , nhiệt độ nòng súng, cơ tính của vật liệu nòng,… Chính những thay đổi đó làm cho các kết quả tính toán tuổi thọ nòng súng có sự khác nhau.
3.2. Biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1
- Các biện pháp nâng cao tuổi thọ của các nòng súng pháo 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.
3.2.1. 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 (thường được 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.
- Các chất ức chế là các hyđrocacbon no được bố trí thành các lớp bao quanh toàn bộ liều phóng hoặc bao quanh các phần tử thuốc phóng riêng biệt hoặc nằm ở bề mặt bên trong của ống liều.
- Về liều phóng cần chú ý các vấn đề sau:
+ Sử dụng thuốc phóng có nhiệt độ cháy nhỏ nhất có thể.
+ Mồi cháy tin cậy toàn bộ liều phóng.
+ Sử dụng các chất ức chế.
3.2.3. Các biện pháp khai thác
- Các biện pháp khai thác bao gồm: thực hiện nghiêm túc các điều kiện kỹ thuật về bảo quản, bảo dưỡng và giữ gìn súng pháo; làm sạch và bôi mỡ nòng súng 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:
+ Không cho phép bắn từ những nòng súng 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 súng phải sẵn sàng đồng bộ với phát bắn và phù hợp với hướng dẫn sử dụng súng.
+ Không tiến hành bắn với tốc độ bắn quá cao (vượt quá mức cần thiết).
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Qua nghiên cứu chương 3 đã tìm hiểu được các khái niệm chung về độ mòn nòng, tuổi thọ nòng qua đó giới thiệu 4 phương pháp tính tuổi thọ nòng; đặc điểm của từng phương pháp sau đó ứng dụng vào tính toán cho SMPK 14,5 mm ЗГУ-1. Ngoài ra trong chương 3 còn tìm hiểu các biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng từ đó có những biện pháp trong quá trình khai thác, sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng được hiệu quả hơn đảm bảo tuổi thọ nòng cho súng pháo nói chung và SMPK 14,5 mm nói riêng. Qua quá trình tính toán thu được kết quả tuổi thọ nòng đối với mỗi phương pháp là khác nhau. Theo phương pháp B.V.Orlốv tuổi thọ thu được là 4467 phát bắn; theo phương pháp Linte tuổi thọ thu được là 1709 phát bắn; theo phương pháp Gabô, V.E. Slukhốpxki là 3051 phát bắn và phương pháp thực nghiệm là 3998 phát bắn. Qua kết quả thu được so sánh với thực tế ta thấy phương pháp phương pháp của Gabô vàV.E. Slukhốpxki cho kết quả tính tuổi thọ nòng có độ chính xác cao. Tuy nhiên trong phạm vi đồ án bản thân nhận thấy việc tính toán tuổi thọ nòng vẫn còn một số hạn chế khi chưa xét đến các chế độ hỏa lực khi bắn (loạt ngắn hay loạt dài) trong quá trình sử dụng súng. Bởi với mỗi chế độ bắn khác nhau sẽ dẫn đến sự thay đổi các thông số khác nhau trong nòng súng từ đó dẫn đến cho các kết quả tính tuổi thọ nòng khác nhau phụ thuộc vào chế độ bắn.
Đó cũng chính là nội dung nghiên cứu trong tương lai mà bản thân muốn hướng đến để có thể hoàn thiện tốt nhất việc nghiên cứu tính toán kết cấu nòng, tính toán tuổi thọ và biện pháp nâng cao tuổi thọ nòng SMPK 14,5mm ЗГУ-1.
KẾT LUẬN
Sau thời gian tập trung nghiên cứu và thực hiện đồ án, cùng với sự cố gắng của bản thân cũng như sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo trong Khoa vũ khí, Khoa kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là thầy giáo: Tiến sĩ …………… và các đồng chí học viên khác trong lớp tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đạt được những 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 ứng dụng 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 những thiếu sót. Tôi rất mong sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy giáo trong Khoa Vũ khí để 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 SMPK 14,5mm ЗГУ-1 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 tôi tích lũy được nhiều kiến thức phục vụ tốt hơn cho quá trình học tập và công tác sau này tại đơn vị.
Xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Nguyễn Văn Hưng, TS Trần Thế Văn, Giáo trình sức bền vật liệu, Trường Sĩ quan Kỹ thuật Quân sự, Nhà xuất bản QĐND, 2011;
2. Phan Ngọc Phương, Thuật phóng trong của súng pháo, Trường Sĩ quan Kỹ thuật Quân sự, 2016;
3. Khổng Đình Tuy, Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Việt Trung, Nguyễn Duy Phồn, Cơ sở thiết kế hệ thống pháo, Nhà xuất bản Khoa Vũ khí, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2009;
4. Khổng Đình Tuy, Trương Tư Hiếu, Nguyễn Thái Dũng,Nguyễn Văn Dũng, Nguyên lý kết cấu vũ khí có nòng, Học viện Kỹ thuật quân sự, Nhà xuất bản QĐND, 2003;
5. PS.TS Hà Văn Vui - PGS.TS Nguyễn Chỉ Sáng - PGS.TS Phan Đăng Phong, Sổ tay thiết kế cơ khí Tập 1, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2007;
6. Tổng cục kỹ thuật, Cục quân khí, Binh khí súng pháo phòng không Tập 1, Súng máy phòng không 14,5mm ЗГУ-1, Hà Nội, 2002;
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"