Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động
Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng học viện kỹ thuật quân sự Trần Hồng Thanh Nghiên cứu ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình lm việc của máy tự động Chuyên ngành: cơ học kỹ thuật Mã số: 62.52.02.01 tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật hà Nội - 2007 Công trình đợc hoàn thành tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự Ngời hớng dẫn khoa học: 1. PGS TS Phạm Huy Chơng 2. PGS TS Nguyễn Hồng Lanh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp nhà nớc họp tại: Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại th viện: - Th viện Quốc gia Việt nam - Th viện Học viện KTQS DANH MụC CáC CÔNG TRìNH của tác giả 1. Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, ảnh hởng của biên dạng cam gia tốc đến các tham số động học máy tự động, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự. Năm 2003, trang 111-116. 2. Phạm Huy Chơng, Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, Sự làm việc của máy tự động có kể đến ảnh hởng khe hở biến dạng giữa piston và buồng khí, Tuyển tập các công trình hội nghị khoa học toàn quốc cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 7. Năm 2004, trang 73-79. 3. Phạm Huy Chơng, Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, Bài toán động lực học cơ cấu tiếp đạn khi kể tới khe hở khớp động, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự, Trung tâm khoa học kỹ thuật và Công nghệ Quân sự. Năm 2005 trang 45-51. 4. Phạm Huy Chơng, Nguyễn Hồng Lanh, Trần Hồng Thanh, Bài toán va chạm giữa bệ khoá và hộp súng khi kể tới ảnh hởng của khe hở khớp động, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự. Năm 2005, trang 103-111. 5. Trần Hồng Thanh, ảnh hởng của khí thuốc tới độ mòn piston và sự làm việc của Vũ khí tự động, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị, Tổng cục Kỹ thuật. Năm 2006, trang 30-31. 1 Mở đầu Việc nghiên cứu thiết kế mới, cũng nh việc nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các loại vũ khí tự động đang có một vị trí quan tâm đặc biệt trong ngành công nghiệp quốc phòng, trong đó bài toán động lực học máy tự động với các vấn đề va chạm và sai số động học trong quá trình làm việc đối với chúng ta còn khá mới. Xuất phát từ lý do trên, đề tài luận án: Nghiên cứu ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động là một hớng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn tốt ý nghĩa khoa học của luận án: - Xây dựng đợc mô hình tính toán và xây dựng mới hệ phơng trình động lực học của máy tự động khi kể tới khe hở trong các khớp động. Nghiên cứu xây dựng thuật toán giải hệ phơng trình trên dựa trên phần mềm Matlab6.5. - Nghiên cứu bổ sung việc xác định các đại lợng vế phải của hệ phơng trình động lực học máy tự động khi kể tới khe hở trong các khớp động. Đa ra phơng pháp tính toán va chạm phù hợp với mô hình tính toán khi kể tới khe hở giữa bệ khóa và hộp súng. ý nghĩa thực tiễn của luận án: - Bớc đầu cung cấp cơ sở lý luận giúp cho các nhà thiết kế định hớng công tác thiết kế của mình theo hớng: bảo đảm an toàn, nâng cao chất lợng và độ tin cậy của máy tự động trên cơ sở kể tới ảnh hởng của các khe hở khớp động. - Bớc đầu cung cấp luận cứ khoa học để đánh giá chất lợng của vũ khí sau một thời gian sử dụng liên quan tới khe hở do mòn. 2 ChơngI: Tổng quan 1.1 Các vấn đề cơ bản bài toán động lực học máy tự động Nội dung phần này trình bày các vấn đề cơ bản thuộc về cơ sở lý luận liên quan tới bài toán động lực học máy tự động đã đợc nghiên cứu: mô hình tính toán, hệ phơng trình vi phân chuyển động, xác định ngoại lực tác dụng lên máy tự động trong quá trình làm việc. Hình 1.1: Mô hình máy tự động 1-nòng súng; 2- đạn; 3- buồng khí; 4- piston; 5- khâu chuyển động thứ i; 6- khâu cơ sở. Phơng trình vi phân chuyển động của máy tự động [5]: (1.1) 1 2 1211 QXmXm =+ &&& Trong đó: = = += = == n 1i i i i 0001 n 1i i i i i 12 n 1i i i 2 i 011 p k XCPQ dx dk m k m;m k mm (1.2) X: quãng đờng chuyển động của bệ khóa; C 0 : độ cứng của lò xo đẩy về; k i , i : tỷ số truyền và hiệu suất truyền động từ bệ khóa tới khâu thứ i; P 0 : lực khí thuốc tác dụng lên piston và bệ khóa; 0 : lực nén ban đầu của lò xo đẩy về; P i : ngoại lực tác dụng lên khâu thứ i. 3 4 P i 1 2 6 5 P 0 m i m 0 3 Kết hợp với hệ phơng trình thuật phóng trong, hệ phơng trình nhiệt động buồng khí ta có hệ phơng trình vi phân chuyển động tổng quát [5]: () () () () () [] () () [] [] = = ++= = = ++= +++ = ++= = = = )24.1(XCVmQ m 1 V.11 VX.10 WkppkGGGkGk W 1 p.9 VsW.8 GGGG.7 Gk1GkWkppkzz3z21f W 1 p.6 svzz3z21 1 W.5 G1Gzz3z21.4 I p z.3 q gps v.2 vl.1 0 2 121 11 4bbbtbx211x110kpbnp b b 4pb x211x1104knb 4np3pt2 2 32 2 * 4n32 2 k 2 k 31 31 & & & & & & & & & & & & & & & & 1.2 áp dụng giải bài toán động lực học máy tự động súng đại liên PKMS Xác định số liệu đầu vào, tính toán các đại lợng vế phải không đổi và thay đổi, giải bài toán động lực học máy tự động bằng phơng pháp số trên máy tính, sử dụng phần mềm matlab6.5 có kết quả trên đồ thị hình 1.10. Một số số liệu cơ bản: - áp suất lớn nhất trong nòng: p max =3.027*10 8 pa. 4 - áp suất lớn nhất trong buồng khí: p bmax =6.085*10 7 pa. - Thời gian lùi của bệ khoá: t lui =0.02675s. - Thời gian của một chu trình: t ct =0.074s. - Quãng đờng dịch chuyển của bệ khoá: X=0.143m. - Vận tốc lùi lớn nhất: V max =7.38m/s. - Vận tốc lùi sau cùng: V sc =4.15m/s. - Quãng đờng dịch chuyển của cần kéo băng: Z=0.0203m. Hình 1.10: Kết quả tính toán súng đại liên PKMS. 1.3 Một số phân tích nhằm nâng cao tính sát thực của mô hình tính toán 1- Khi bỏ qua khe hở khớp động giữa bệ khóa và hộp súng, bệ khóa chỉ chuyển động tịnh tiến dọc theo hộp súng. Trong thực tế, do tồn tại khe hở, bệ khoá vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay. Mặt khác khi bệ khoá quay tới giá trị biên của khe hở đờng trợt gây ra va chạm giữa bệ khóa và hộp súng. Vì vậy cần phải xây dựng lý thuyết tính toán cho mô hình va chạm này. 5 2- Việc giải bài toán nhiệt động lực học buồng khí trớc đây đã đề cập tới ảnh hởng của khe hở buồng khí. Tuy nhiên khi tính toán đã bỏ qua ảnh hởng của biến dạng đàn hồi của buồng khí và piston dới tác dụng của áp suất và nhiệt độ. 3- Khi tồn tại khe hở khớp động giữa bệ khóa và khâu làm việc thứ i, sẽ xảy ra va chạm khi máy tự động làm việc. Xung lực khi va chạm làm biến dạng đàn hồi chi tiết tham gia va chạm. Vì vậy khi kể tới ảnh hởng của khe hở tiếp đạn phải gắn liền với việc tính toán biến dạng đàn hồi của chi tiết. 1.4 Kết luận Các công trình nghiên cứu đã có hoặc đã đợc công bố chủ yếu đi sâu vào các vấn đề của bài toán động lực học máy tự động trên cở sở giả thiết bỏ qua ảnh hởng của khe hở trong các khớp động. Kết quả tính toán đợc nhìn nhận là đã đạt đợc độ chính xác nhất định có thể sử dụng trong tính toán kỹ thuật [5]. Tuy nhiên khi cần phải biết chính xác quỹ đạo chuyển động, lực tác dụng lên các chi tiết trong quá trình máy tự động làm việc cần thiết phải hoàn thiện hơn mô hình tính toán. Một số phân tích nhằm nâng cao tính sát thực của mô hình tính toán đợc trình bày trong mục 1.3 của luận án. Phơng hớng nghiên cứu tiếp theo của luận án không nằm ngoài những phân tích đã đợc nêu ra ở trên. Chơng II: Bài toán động lực học máy tự động khi kể tới ảnh hởng của khe hở khớp động. 2.1 Đặt vấn đề Các khe hở khớp động trong phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: - Khe hở đờng trợt giữa bệ khóa nòng và hộp súng; - Khe hở buồng khí giữa piston và buồng khí; - Khe hở tiếp đạn giữa bệ khóa nòng và cần kéo băng. 6 Để việc tính toán mang tính kế thừa, không phá vỡ cấu trúc hệ phơng trình vi phân giải bài toán động lực học đã trình bày ở chơng một, luận án đa vào hệ phơng trình vi phân lần lợt ảnh hởng của từng khe hở. 2.2 Bài toán động lực học máy tự động khi kể tới khe hở đờng trợt giữa bệ khóa và hộp súng. 2.2.1 Mô hình tính toán. Xét bài toán phẳng của máy tự động. Trong trờng hợp tổng quát, máy tự động gồm khâu cơ sở có khối lợng m 0 liên kết động với n khâu làm việc có khối lợng m i (i=1 n). Chuyển động của khâu cơ sở là chuyển động phẳng bao gồm chuyển động tịnh tiến theo phơng X và chuyển động quay . i P r C 0 X i X i 0 P r đt x b Q r O x i X r & X r & Hình 2.1: Mô hình máy tự động có khe hở đờng trợt. Các ký hiệu trên hình vẽ: P 0 : lực khí thuốc tác dụng lên piston và khâu cơ sở; P i : ngoại lực tác dụng lên khâu làm việc thứ i; Q b : trọng lợng bệ khóa; O: tâm quay của bệ khóa; C 0 : độ cứng của lò xo đẩy về; X: quãng đờng chuyển động tịnh tiến của bệ khóa; : quãng đờng chuyển động quay của bệ khóa; X i : quãng đờng chuyển động của khâu thứ i. 2.2.2 Thiết lập hệ phơng trình vi phân chuyển động Sử dụng phơng trình Lagrange loại 2: 7 )2,1j(Q qq T q T dt d j jjj == + & (2.1) Với: 2 00 XC 2 1 X += (2.2) += + == & & & && ixi iii i kXk X X X X dt dX X (2.4) ( ) +++= = 2 n 1i ixii 2 0 2 0 kXkmJXm 2 1 T & & & & (2.5) Sau khi biến đổi ta có hệ phơng trình vi phân chuyển động: (2.21) =++++ =++++ ' 225 2 24 2 232221 ' 115 2 14 2 131211 QXmmXmmXm QXmmXmmXm & & & & && && & & & & && && + = = = += + = = === += = = = = = = == = n 1i i i ii25 i n 1i i i i24 xi i n 1i i23 n 1i i i 2 i 022 n 1i xi xi xii15 i n 1i xii14 n 1i xi xi xi i13 n 1i ixii2112 n 1i i xi 2 xi 011 1 1 X k kmm; kk mm; X k kmm m k Jm;1 1 k kmm; k kmm X kk mm;kkmmm;m k mm (2.22) += = = i i i cbpo0x ' 2 n 1i xi xi xi x0 ' 1 P k rQrPrQ p k PQ (2.24) 2.2.3. Va chạm giữa bệ khóa và hộp súng trên đờng trợt. Khi bệ khóa quay tới giá trị biên của khe hở, xẩy ra va chạm với hộp súng. Xét bài toán va chạm phẳng bao gồm chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Cơ sở tính toán va chạm đợc tham khảo [36] dựa trên các định luật bảo toàn động lợng, định luật bảo toàn mô men động lợng, định luật ma sát khô của Amauton-Colom và phơng trình [...]... trình động lực học máy tự động khi kể tới ảnh hởng của khe hở trong các khớp động (2.172) - Xây dựng thuật toán giải hệ phơng trình chuyển động của máy tự động khi kể tới ảnh hởng của khe hở trong các khớp động - Làm sáng tỏ và đa ra những kết luận đánh giá có tính định lợng mức độ ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động Những vấn đề tiếp tục cần nghiên cứu và hớng giải quyết:... khe hở thiết kế và khảo sát trên súng Kết quả tính toán theo mô hình có kể tới khe hở so với bỏ qua khe hở thể hiện trên bảng 2.1 Chơng III: Nghiên cứu mô phỏng ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động 3.1 Đặt vấn đề 3.2 ảnh hởng của khe hở buồng khí Kết quả khảo sát của luận án cho thấy khi chiều dày buồng khí tăng thì biến dạng đàn hồi của buồng khí sẽ giảm Tuy nhiên tới. .. động của lực kéo băng khi khe hở thay đổi là lớn hơn so với trờng hợp khe hở không đổi Sự thay đổi này làm cho dây băng bị rung động mạnh, làm ảnh hởng tới độ bền của dây băng 16 Hình 3.22: Đồ thị biến dạng của cần kéo băng 1: khi khe hở không đổi; 2: khi khe hở thay đổi 3.5 ảnh hởng tổng hợp của các khe hở tới quá trình làm việc của máy tự động Bảng 3.5: Các giá trị khe hở TT 1 2 3 td 0.3 0.75 1.0... 1: bỏ qua khe hở; 2: Kể tới khe hở 2.6 Kết luận Trên cơ sở xây dựng mô hình máy tự động có kể tới khe hở trong các khớp động, luận án đã tiến hành xây dựng mới hệ phơng trình vi phân chuyển động của máy tự động khi kể tới khe hở trong các khớp động (2.172) Sử dụng hệ phơng trình (2.172) để giải bài toán động lực học máy tự động súng đại liên PKMS cho kết quả trên hình 2.19 Các giá trị khe hở đợc lấy... khí, khe hở đờng trợt và khe hở tiếp đạn tới quá trình làm việc của máy tự động Kết quả khảo sát đã đa ra những đánh giá định lợng ảnh hởng của các khe hở nêu trên tới các tham số đặc trng của máy tự động súng Đại liên PKMS Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết, kết quả nghiên cứu thực nghiệm và so sánh với tài liệu thiết kế súng đại liên PKMS của Nga tác giả kiến nghị: - Để hạn chế biến dạng đàn hồi của. .. 0.102 0.038 0.109 Không rút vỏ đạn Khi khe hở buồng khí tăng, lợng khí thuốc phụt ra ngoài tăng, làm giảm vận tốc chuyển động tịnh tiến của bệ khóa Khe hở buồng khí ảnh hởng tới năng lợng cung cấp cho khâu cơ sở của máy tự động làm việc vì thế nó ảnh hởng tới tất cả các chuyển động của các khâu liên kết Khe hở buồng khí lớn hơn 0.15mm máy tự động không đủ năng lợng làm việc tin cậy (Vsc0.2mm không thể điều chỉnh khí thuốc, máy tự động không đủ năng lợng làm việc 14 3.3 ảnh hởng của khe hở đờng trợt Hình 3.7: Đồ thị dịch chuyển của cần kéo băng 1- khi bệ khoá chỉ chuyển động tịnh tiến; 2- khi bệ khoá vừa chuyển động tịnh tiến vừa chuyển động quay Khe hở đờng trợt ảnh hởng chủ yếu tới hành trình chuyển động của cần kéo băng Khi khe hở đờng trợt tăng, cần phải giảm góc nghiêng... trong của buồng khí - Khi khe hở buồng khí bk0.15mm máy tự động làm việc ổn định Khe hở buồng khí nằm trong khoảng 0.15bk0.2mm máy tự động làm việc không ổn định cần để bộ phận điều chỉnh khí thuốc ở vị trí số 3 Khi bk0.2mm, máy tự động không đủ năng lợng để làm việc tin cậy Thực nghiệm cho thấy, khi bắn với khe hở bk=0.25 mm bệ khóa không lùi hết về sau Với bk=0.3mm không rút đợc vỏ đạn, máy tự động. .. đàn hồi của các chi tiết - Đối với các loại vũ khí tự động, khi bắn loạt giá súng dao động, ảnh hởng tới quá trình làm việc của máy tự động Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hởng của khe hở khớp động với giả thiết giá súng cố định có thể phát triển nghiên cứu tiếp theo khi thêm vào mô hình tính toán bậc dịch chuyển tự do của giá bệ ... trợt của bệ khóa vào mô hình tính toán, vì thế thời gian tính toán lý thuyết cho các trờng hợp thờng nhỏ hơn so với thực tế 21 Mô hình tính toán lý thuyết là phù hợp với thực tế, có thể sử dụng trong tính toán thiết kế cũng nh làm số liệu đầu vào cho các bài toán khác của máy tự động Kết quả thử nghiệm ảnh hởng của khe hở buồng khí, khe hở đờng trợt, khe hở tiếp đạn tới quá trình làm việc của máy tự động . III: Nghiên cứu mô phỏng ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động. 3.1 Đặt vấn đề 3.2 ảnh hởng của khe hở buồng khí Kết quả khảo sát của luận án cho thấy khi chiều. luận án: Nghiên cứu ảnh hởng của khe hở khớp động tới quá trình làm việc của máy tự động là một hớng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn tốt ý nghĩa khoa học của luận. mạnh, làm ảnh hởng tới độ bền của 16 3. td dt bk Ghi chú 5 ảnh hởng tổng hợp của các khe hở tới quá trình làm việc của máy tự động Bảng 3.5: Các giá trị khe hở Đơn