NGHIÊN cứu một số yếu tố ẢNH HƯỞNG đến QUÁ TRÌNH làm VIỆC của máy hãm lùi PHÁO BINH

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY HÃM LÙI PHÁO BINH
SOME FACTORS IMPACTING ON OPERATING PROCESS OF ARTILLERY
RECOIL SYSTEM
Nguyễn Văn Dũng
Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, Việt Nam

TÓM TẮT
Máy hãm lùi đẩy lên là bộ phận liên kết mềm giữa thân pháo với giá pháo. Khi bắn,
phần lớn lực tác dụng lên pháo khi lùi được tiêu hao bởi bộ phận này. Máy hãm lùi thủy lực
tạo ra lực hãm lùi nhờ dòng dầu chảy qua khe hẹp có thiết diện thay đổi. Các yếu tố ảnh
hưởng đến lực cản lùi sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của pháo khi bắn. Bài báo xây dựng
phương pháp tính và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy luật lực cản lùi ( R ).
Từ khóa: pháo binh; máy hãm lùi; lực cản lùi; đặc tính dầu; nhiệt độ dầu.
ABSTRACT
Artillery recoil mechanism is the parts connecting and facilitating sliding of the barrel
on the cradle. During firing, almost barrel’s energy is absorbed by recoil system. A hydraulic
recoil mechanism generates recoil force thank to oil flow through the throttling valve with
changeable area. The factors affecting recoil force influences the artillery stability. The paper
discuses on methods caculating and studying factors impacting on recoil force rule (R).
Keywords: artillery; recoil mechanism; recoil force; hydraulic recoil system; oil
characters; oil temperature.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong tính toán thiết kế thiết bị hãm lùi, lực cản lùi R là một đại lượng quan trọng được
biểu diễn theo quãng đường lùi X từ giá trị 0 đến hết hành trình lùi . Giá trị lớn nhất của lực
cản lùi Rm không được vượt quá giới hạn Rgh được xác định bằng điều kiện ổn định động
của pháo.

Hình 1: Sơ đồ lực tác dụng lên pháo khi lùi

877


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Trong đó:
+ Plg là hợp lực khí thuốc xuất hiện trong lòng nòng khi bắn;
+ Qb là trọng lượng chiến đấu của pháo;
+ N bx là phản lực của nền đặt lên bánh xe pháo;
+ N lc ;Tlc là phản lực thẳng đứng và nằm ngang của nền đặt bắn lên lưỡi cày;
+ I 0 là lực quán tính của khối lùi I 0  M 0 .
+ M 0 ,V 

dV
 Plg  R.
dt

(1)

dX
là khối lượng của khối lùi và tốc độ chuyển động của khối lùi.
dt

Từ [2], [4] lực cản lùi được xác định theo công thức
R    L  Rf  Q0 sin 

(2)

Trong đó:
n

 H

0
 là lực của máy đẩy lên kiểu khí nén - dầu. Với  0 là lực ban
+    0 
 H 0  X 
đầu, H 0 

w0
AH

là chiều cao quy đổi thể tích khí ban đầu, n là chỉ số đa biến.

+ L là lực hãm lùi thủy lực.
+ Rf  Q0 ( f cos    ) là hợp lực ma sát đặt lên khối lùi. Với f là hệ số ma sát ở phần
định hướng của máng,  là hệ số của lực ma sát tỷ lệ với trọng lượng của khối lùi.
+  là góc tầm của pháo khi bắn.

Hình 2: Đồ thị các lực tạo thành lực cản lùi của pháo dã chiến
Hợp lực lòng nòng Plg là hàm phi tuyến theo thời gian. Nếu có ảnh hưởng của loa hãm
  0, 5
là đặc tính xung lượng của loa hãm
  0, 5
lùi,  là hệ số tác dụng sau cùng của khí thuốc và  là đặc trưng kết cấu của loa hãm lùi.
lùi thì hợp lực được tính Plgl  Plg với  

878


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Qua khảo sát, quy luật thay đổi của lực cản lùi phụ thuộc vào sự thay đổi lực hãm lùi
thủy lực L . Vì vậy, cần khảo sát lực hãm lùi thủy lực để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến lực hãm lùi thủy lực, lực cản lùi.
2. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN NGƯỢC HÃM LÙI
2.1

Lực hãm lùi thủy lực

Hình 3: Sơ đồ xác định lực hãm thủy lực
Theo [1], [2] công thức xác định lực hãm lùi thủy lực
2



k1  Atg
k 3 Ahd3  2


V
L 
 1 Atg 
2  ax
k1 2 





(3)

Trong đó:
+ k1, k 3 là hệ số cản dòng chính và hệ số cản dòng phụ [2];
+ Atg 

 2

(D  d 2 )  dV2 là diện tích thu gọn của piston;
4
4

+ Ahd 

 2
d là diện tích mặt làm việc của khoang long cán;
4 1

+ ax 

 2
d  x2 là diện tích khe hở giữa cán điều tiết và vòng điều tiết.
4 V

+ 

 2
d1  x2 max là diện tích khe hở giữa đoạn cuối của cán điều tiết và hốc cán
4









hãm lùi;
+ D, d, d1, x , dV lần lượt là đường kính trong của ống hãm lùi, đường kính ngoài của cán
piston; đường kính trong của cán; đường kính cán điều tiết; đường kính vòng điều tiết.
+  là khối lượng riêng của dầu thủy lực.
2.2

Giải bài toán lùi trên máy tính

Kết hợp hệ gồm sáu phương trình vi phân thuật phóng trong và hai phương trình vi phân
chuyển động lùi ta có hệ phương trình (4) kết hợp giải bài toán ngược hãm lùi:

879


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
1.

d 
dl
dz
p
dv
pS
dz

 v 1; 3.

1; 2.
 2 ; 4.
 (1  2z ) ;
dt
dt
Ik
dt
dt
dt
q

1  
dW
dz
dl
;
  1  2z

S
dt
dt
dt



  
dp
1 

dz
dW
;
6.

f


(1

2

z
)

k
p

(
k

1)
A
p
F

K
dt
W 
dt

dt
R





5.

7.



P R
dV
 lg
;
dt
M0

8.

dX
V.
dt

Các định nghĩa thông số của 6 phương trình thuật phóng xem ở tài liệu [2]; [3].
Giá trị hợp lực lòng nòng:
+ Thời kỳ đạn chuyển động trong nòng thì Plg  pS ;
t


b

+ Thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc thì Plg  Spde ;
+ Thời kỳ chuyển động quán tính thì Plg  0.

Hình 4: Sơ đồ thuật toán giải bài toán ngược hãm lùi kết hợp
880


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Kết quả giải bài toán đối với pháo 122mm :

Hình 5: Đồ thị lực cản lùi pháo 122 mm
3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỰC CẢN LÙI
Quá trình làm việc của máy hãm lùi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố mà trong tính toán
có sử dụng các giả thiết nên chưa đề cập đến, trong đó có ba yếu tố quan trọng là: tính nén
được của dầu; sai số do khe hở giữa piston và ống hãm lùi và sự tăng nhiệt của dầu trong quá
trình bắn.
3.1

Tính nén được của dầu

Khi giả thiết dầu không nén được nghĩa là dầu giữ thể tích không đổi trong quá trình
làm việc. Thực nghiệm chứng minh rằng, thể tích dầu sẽ thay đổi khi chịu tác dụng của áp
suất biến thiên, có nghĩa là dầu cũng nén được.
Tính nén được của dầu được đặc trưng bởi hệ số nén khối , được biểu thị qua công thức:

1 dW
  .

W dp

(5)

Trong đó: W là thể tích và p là áp suất của dầu.
Bảng 1: Hệ số nén của dầu CTEOL M (áp suất thay đổi từ (1  100)KG/ cm2 )
T 0C

30

0

10

20

50

100

150

.106

50

60

-

-

70

80

90

Khi dầu nén được, công thức lực hãm lùi thủy lực có dạng
2

3 


k1 (1  p )Ahl  Av
k
A

L 
 1 Atg  3 hd2 V 2
2 
ax
k1  




Theo [1] thì ax 

(1  p )Ahl  Av

Atg

ax và p  (l 0  X )

881

dp 1
.
dt V

(6)


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Thực tế tính toán trên hình 5 cũng cho thấy tính nén được của dầu, bởi nếu không thì sự
thay đổi lực cản lùi ở thời kỳ thứ 2 và thứ 3 sẽ không đổi. Do đó trong tính toán, khi chọn giá
trị lớn nhất của lực cản lùi phải sử dụng thêm hệ số dự trữ ổn định.
3.2

Sai số về khe hở giữa piston và ống hãm lùi

Khi thiết kế, nhằm tránh hiện tượng kẹt piston khi bị nóng lên, luôn tồn tại khe hở giữa
piston và ống hãm lùi. Trong sử dụng, khe hở này lại tăng lên do bề mặt tiếp xúc giữa piston
và ống hãm lùi bị mòn, làm tăng diện tích lỗ chảy so với giá trị tính toán lý thuyết gây giảm
lực hãm lùi thủy lực.
Gọi b là diện tích khe hở giữa piston và ống hãm lùi, công thức lực hãm lùi thủy lực có dạng
2








 A  b
3 


k  
k A 
L  1  tg
 1 Atg  3 hd2 V 2

2 
k1  
k

ax 





k



(7)

Với k  là hệ số cản dòng dầu chảy qua khe hở giữa piston và ống hãm lùi. Thực nghiệm

xác định được với dầu CTEOL M với lk là chiều dài khe hở và e là khe hở hướng tâm một
phía thì k   1  (0, 02  0, 03)

lk
e

hoặc k   1  0, 013

lk
e

tùy theo bề mặt piston có rãnh cản

dầu hay nhẵn.
3.3

Nhiệt độ của dầu
Khi nhiệt độ dầu thay đổi thì tính chất vật lý và thể tích dầu cũng thay đổi.

Hình 6: Đồ thị lực cản lùi và tốc độ lùi khi nhiệt độ thay đổi
882


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Bảng 2: Quan hệ giữa độ nhớt tuyệt đối và nhiệt độ dầu CTEOL M
T 0C

30

20

10

0

20

50

80

Độ nhớt

3, 89

1, 443

0, 661

0,297

0,109

0, 037

0, 019

Như vậy, khi nhiệt độ dầu tăng, độ nhớt thay đổi trong phạm vi khá rộng. Sự thay đổi
nhiệt độ của dầu trực tiếp ảnh hưởng đến hệ số cản dòng và trọng lượng riêng của dầu theo
chiều hướng ngược lại, nên lực hãm lùi thủy lực cũng thay đổi. Ảnh hưởng này khó khắc phục

được do tính chất của quá trình biến đổi năng lượng khi mãy hãm lùi làm việc. Do đó, khi
thiết kế cần cho phép chiều dài lùi thay đổi trong một phạm vi nhất định, đồng thời khi sử
dụng pháo phải tuân thủ chế độ hỏa lực quy định.
4. KẾT LUẬN
Khảo sát ảnh hưởng các yếu tố đến lực hãm lùi thủy lực, lực cản lùi giúp quá trình tính
toán thiết kế pháo bảo đảm tính ổn định khi bắn. Thực tế, lực cản lùi R là yếu tố ảnh hưởng
lớn nhất đến điều kiện ổn định của pháo khi lùi. Nếu lực cản lùi tăng thì tăng mômen lật,
nhưng nếu lực cản lùi giảm thì lại tăng chiều dài lùi.
Lực cản lùi giới hạn Rgh 

Qb D0
hgh



Q0 cos gh
hgh

X nhưng khi tính toán lực cản lùi

thường thêm hệ số dự trữ ổn định như phân tích ở mục 3, khi đó R  mRgh với
m  0, 85  0, 95.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phan Nguyên Thiệu, Khổng Đình Tuy, Nguyễn Hồng Lanh, Nguyên lý thiết kế vũ khí có
nòng, NXB Quân đội Nhân dân, Hà Nội, 2000.
[2] Khổng Đình Tuy, Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Văn Dũng, Đoàn Học Dân, Nguyễn Duy
Phồn, Giáo trình thiết kế giá pháoNXB Quân đội Nhân dân, Hà Nội, 2012.
[3] Башкатов В.А, Проектирование лафетов, Част 1, Определение нагрузок на лафет
артиллерийского орудия, Лениград, 1983.

[4] Под ред. чл.-кор. РАРАН А.А. Королева и чл.-кор. МАНПО В.Г. Королева,
Физические основы устройства и функционирования стрелково-пушечного,
артиллерийского и ракетного оружия, Часть 1. «ВолгГТУ», Волгоград, 2002.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
TS. Nguyễn Văn Dũng, Học viện Kỹ thuật Quân sự.
Email: Phone number: 0912484775.

883