Giải pháp thiết kế hệ thống lên đạn từ xa cho pháo phòng không zu23-2n trên tàu cảnh sát biển

hóa vào thiết kế, chế tạo hệ thống lên đạn từ xa cho PPK ZU23-2N. Giải pháp được áp dụng sẽ giảm bớt thao tác, đảm bảo quá trình lên đạn ổn định, thời cơ lên đạn hợp lý, từ đó nâng cao hiệu quả tác chiến cho toàn hệ thống. Từ khóa: PPK ZU23-2N; Lên đạn từ xa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cải tiến tổ hợp pháo phòng không (PPK) ZU23-2N để lắp đặt trên tàu cảnh sát biển đã và đang được đầu tư nghiên cứu đưa vào trang bị trong thời gian gần đây. Một số tổ hợp được nhập khẩu đồng bộ từ nước ngoài (Dự án lắp đặt pháo 23mm-2ML CSB 8001), một số công trình nghiên cứu trong nước đã được triển khai [1-4]. Hiện nay, các tổ hợp này vẫn đang sử dụng chế độ lên đạn bằng tay. Thông thường thao tác lên đạn cho PPK ZU23-2N được thực hiện bởi 02 pháo thủ, quá trình thao tác để lên đạn tương đối khó khăn do đòi hỏi lực kéo lớn và chỉ được thực hiện khi có thời cơ. Việc trang bị hệ thống lên đạn từ xa sẽ giảm bớt thao tác, đảm bảo quá trình lên đạn ổn định, chủ động thời điểm lên đạn, đúng thời cơ qua đó nâng cao hiệu quả tác chiến cho toàn hệ thống. 2. ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 2.1. Đặc điểm và nguyên lý hoạt động PPK ZU23-2N là pháo bán cố định, nòng đôi cỡ nòng 23 mm. Đạn pháo được đặt trong 2 hòm đạn và được nạp qua hai băng ở hai bên thân pháo. Máy tự động hoạt động theo nguyên lý trích khí, đạn được nạp tự động độc lập trên hai nòng riêng biệt. Phía dưới bệ gá thân pháo có cơ cấu lên đạn bằng tay, pháo thủ chỉ thực hiện các thao tác lên đạn lần đầu (hình 1). Hình 1. Cơ cấu lên đạn bằng tay nguyên bản của PPK ZU23-2N. 1 - Tay kéo; 2 - Tang cáp. Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý hoạt động của cơ cấu lên đạn bằng tay PPK ZU23-2N được trình bày trên hình 2. Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 70, 12 - 2020 165 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ cấu lên đạn bằng tay của PPK ZU23-2N. 2.2. Yêu cầu thiết kế Các yêu cầu thiết kế đảm bảo dựa trên các chỉ tiêu chiến - kỹ thuật của hệ thống: - Lên đạn bằng hai phương pháp: + Lên đạn thao tác bằng tay. + Lên đạn tự động điều khiển từ xa. - Thời gian cho một chu kỳ lên đạn tự động điều khiển từ xa: 09 giây. - Nguồn cấp: 220V - 50Hz; - Kích thước không gian không ảnh hưởng đến các tính năng làm việc khác của toàn bộ hệ thống trên pháo. 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÊN ĐẠN TỪ XA 3.1. Giải pháp thiết kế Với sơ đồ nguyên lý hoạt động đã được trình bày trên hình 2, nhóm tác giả đưa ra giải pháp thiết kế hệ thống lên đạn từ xa như sau: Thay thế thao tác kéo cáp bằng tay của pháo thủ bằng hệ truyền động cơ - điện điều khiển từ xa. Hệ truyền động cơ - điện phải có đầu vào dự phòng cho trường hợp lên đạn bằng tay. Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình 3. Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động cơ - điện lên đạn từ xa. Nguyên lý hoạt động: Hệ truyền động cơ - điện được lắp đặt thêm bao gồm: Động cơ điện (7), bộ truyền trục vít - bánh vít (8), cơ cấu tay quay (9) và ly hợp (10). - Lên đạn tự động: Ly hợp (10) được đưa về vị trí kết nối chuyển động từ đầu ra của bộ truyền 10 Thông tin khoa học công nghệ 166 L. Đ. Anh, N. V. Thịnh, N. H. Thắng, “Giải pháp thiết kế hệ thống lên đạn tàu cảnh sát biển.” trục vít - bánh vít (8) đến trục tang cáp (2). Động cơ (7) quay truyền chuyển động cho bộ truyền trục vít - bánh vít làm quay trục tang cáp (2) truyền chuyển động cho các cơ cấu còn lại. Khi kết thúc hành trình đưa đạn vào buồng đạn, động cơ (7) đảo chiều đưa cơ cấu lên đạn về vị trí ban đầu. - Lên đạn bằng tay: Ly hợp (10) được đưa về vị trí kết nối chuyển động từ đầu ra của trục tay quay (9) đến trục tang cáp (2). Khi quay tay quay (9) làm quay trục tang cáp (2) truyền chuyển động cho các cơ cấu còn lại. 3.2. Tính toán công suất và lựa chọn tỷ số truyền cho hệ truyền động cơ - điện 3.2.1. Khảo sát lực tác động và hành trình khi lên đạn Công suất, tốc độ, tỷ số truyền được tính toán dựa trên lực tác động trong quá trình lên đạn. Để khảo sát thành phần này, phương pháp thực hiện như sau: - Dùng lực kế đo lực kéo trên đầu tay kéo cáp của cơ cấu lên đạn bằng tay. - Đọc trị số lớn nhất ( maxP ) trên lực kế. Khi đó, mô men truyền động yêu cầu được xác định theo công thức: max .td tcM P R (1) Trong đó: tdM là mô-men truyền động trên trục tang cáp; tcR là bán bính tang cáp. Hành trình lên đạn được tính là số vòng quay yêu cầu ( ycn ) của tang cáp trong một chu kỳ lên đạn. ycn được đếm bằng mắt khi thực hiện thao tác lên đạn. 3.2.2. Tính toán công suất và lựa chọn tỷ số truyền - Công suất truyền động được xác định theo công thức: 9550 td lv dm M n N  (2) Trong đó: dmN là công suất định mức; lvn là tốc độ làm việc yêu cầu. 60. ( ) yc lv ck t n n t t   (3) Khi đó, công suất động cơ được lựa chọn: 1 .dc at dmN k N   (4) Với: atk là hệ số an toàn ( 1,2 1,5atk   );  là hiệu suất truyền động của bộ truyền trục vít bánh vít và cơ cấu ly hợp; Với: ckt là thời gian của 1 chu kỳ lên đạn ( 9ckt s ); tt là thời gian trễ giữa hai hành trình đi và về của cơ cấu lên đạn ( 1tt s ); - Tỷ số truyền và tốc độ động cơ được xác định theo công thức: .dc lvn i n (5) Trong đó: - dcn là tốc độ động cơ; - i là tỷ số truyền của bộ truyền trục vít bánh vít. 3.3. Kết quả tính toán Thông tin khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 70, 12 - 2020 167 Các kết quả đo đạc và tính toán thiết kế được trình bày trên bảng 1: Bảng 1. Kết quả đo đạc và tính toán hệ truyền động cơ - điện lên đạn tự động. ycn (vòng) tdM (N.m) lvn (Vg/phút) dcN (KW) i dcn (Vg/phút) 4 38,2 30 0,35 60 1800 3.4. Hệ thống điều khiển lên đạn từ xa Hình 4 trình bày sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống lên đạn từ xa cho PPK ZU23-2N. KHỐI ĐIỀU KHIỂN LÊN ĐẠN NGUỒN 220VAC KHỐI HMI ĐỘNG CƠ LÊN ĐẠN BÊN PHẢI KHỐI MÁY TÍNH TRUNG TÂM SƠ ĐỒ KHỐI HỆ LÊN ĐẠN TỪ XA ZU23-2 KHỐI SẠC AQ24V KHỐI NGUỒN AQ24V HẠN BIÊN BÁO LÊN ĐẠN BÊN PHẢI ĐỘNG CƠ LÊN ĐẠN BÊN TRÁI HẠN BIÊN BÁO LÊN ĐẠN BÊN TRÁI Hình 4. Sơ đồ hệ thống điều khiển lên đạn từ xa ZU23-2. 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN Dựa trên kết quả tính toán, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chi tiết và chế tạo được hệ truyền động cơ - điện và hệ thống điều khiển lên đạn từ xa cho PPK ZU23-2N. Hệ thống lên đạn từ xa đã được tiến hành thử nghiệm trên bệ PPK ZU23-2N - sản phẩm của đề tài [4] như sau: - Lên đạn được bằng 2 phương pháp: Bằng tay và tự động. - Thời gian cho 1 chu kỳ lên đạn tự động ở cả 2 thân pháo: (8,2 ÷8,7 s). - Thao tác lên đạn tự động: Thuận tiện, được thực hiện tại cabin điều khiển; - Không gian bố trí và kích thước của bộ truyền nhỏ gọn không ảnh hưởng đến các tính năng làm việc khác của toàn bộ hệ thống trên pháo. - Cơ cấu ly hợp chuyển đổi giữa hai phương pháp lên đạn dễ sử dụng, dễ thao tác; 5. KẾT LUẬN Bài báo đã đưa ra được một giải pháp thiết kế và chế tạo hệ thống lên đạn từ xa cho PPK ZU23-2N. Hệ thống đã đảm bảo được các yêu cầu kỹ chiến thuật đề ra. Sản phẩm được tích hợp lên tổ hợp ZU23-2N sẽ bổ sung thêm các tính năng chiến - kỹ thuật mới hoàn toàn cho tổ hợp, do đó mang lại hiệu quả chiến đấu rất cao. Hệ thống lên đạn có thể tiếp tục hoàn thiện thiết kế đồng bộ chung trong một tổ hợp ZU23-2 hoàn chỉnh, hướng tới trang bị trên các tàu cảnh sát biển. Công trình này đã được báo cáo tại Hội thảo Quốc gia “Ứng dụng Công nghệ cao vào thực tiễn – 60 năm phát triển Viện KH-CN quân sự”. Thông tin khoa học công nghệ 168 L. Đ. Anh, N. V. Thịnh, N. H. Thắng, “Giải pháp thiết kế hệ thống lên đạn tàu cảnh sát biển.” TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Văn Thao và cộng sự, “Nghiên cứu cải tiến pháo phòng không 23mm 2 nòng thành modul điều khiển tự động lắp đặt trên các phương tiện cơ động”, Đề tài cấp Nhà nước (2012), Viện Vũ khí. [2]. Phạm Tiến Dũng, “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển hỏa lực cho PPK Zu23mm-2N lắp đặt trên biển đảo”, Đề tài cấp Bộ Quốc phòng (2016), Viện Tự động hóa KTQS. [3]. Lê Việt Hồng, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động ổn định đường ngắm và đường bắn cho Pháo cao xạ Zu23-2N trên cơ sở tích hợp với hệ thống tự động điều khiển hỏa lực đã có để lắp trên tàu cảnh sát biển”, Đề tài cấp Bộ Quốc phòng (đang triển khai), Viện Tự động hóa KTQS. [4]. Nguyễn Vũ Hưng, “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bệ pháo ZU23-2N có ổn định đường bắn theo hướng tích hợp lên phương tiện cơ động”, Đề tài CNN (đang triển khai), Viện Tự động hóa KTQS. [5]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, “Thiết kế chi tiết máy”, NXB Giáo Dục (1999). ABSTRACT SOLUTION IN DESIGNING REMOTE LOADING SYSTEM FOR ANTIAIRCRAFT CANON ZU23-2 ON MARINE POLICE SHIPS The antiaircraft canon ZU23-2 on marine police ships is equipped with a modern fire control system, but the loading operations are still carried out manually. The paper presents the solution to apply automation technology to design, manufacture remote loading system for ZU23-2. The applied solution will reduce the operations, ensure a stable loading process, a reasonable loading opportunity, thereby improving the operational efficiency of the whole system. Keywords: The antiaircraft canon ZU23-2; Remote loading. Nhận bài ngày 30 tháng 07 năm 2020 Hoàn thiện ngày 30 tháng 11 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 14 tháng 12 năm 2020 Địa chỉ: Viện Tự động hóa KTQS, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. * Email: leanh12s2003@gmail.com.