PPK ZU23-2N trên tàu cảnh sát biển đã được trang bị hệ thống điều khiển hỏa lực hiện đại, tuy nhiên, các thao tác lên đạn vẫn được thực hiện bằng tay. Bài viết trình bày giải pháp ứng dụng công nghệ tự động hóa vào thiết kế, chế tạo hệ thống lên đạn từ xa cho PPK ZU23-2N.
Trang 1GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÊN ĐẠN TỪ XA CHO PHÁO PHÒNG KHÔNG ZU23-2N TRÊN TÀU CẢNH SÁT BIỂN
Lê Đức Anh*, Nguyễn Văn Thịnh, Nguyễn Hữu Thắng
Tóm tắt: PPK ZU23-2N trên tàu cảnh sát biển đã được trang bị hệ thống điều khiển
hỏa lực hiện đại, tuy nhiên, các thao tác lên đạn vẫn được thực hiện bằng tay Bài báo
trình bày giải pháp ứng dụng công nghệ tự động 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
Trang 2Hình 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
Trang 3trục 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 (Pmax) trên lực kế
Khi đó, mô men truyền động yêu cầu được xác định theo công thức:
max.
Trong đó: Mtd là mô-men truyền động trên trục tang cáp; Rtclà bán bính tang cáp
Hành trình lên đạn được tính là số vòng quay yêu cầu (n yc) của tang cáp trong một chu kỳ
lên đạn n ycđược 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
Trong đó: Ndmlà công suất định mức; nlvlà tốc độ làm việc yêu cầu
60
yc lv
ck t
n n
t t
Khi đó, công suất động cơ được lựa chọn:
1
dc at dm
Với: katlà hệ số an toàn (kat 1, 2 1,5 ); là hiệu suất truyền động của bộ truyền trục vít
bánh vít và cơ cấu ly hợp;
Với: tcklà thời gian của 1 chu kỳ lên đạn (tck 9 s); tt là thời gian trễ giữa hai hành trình đi
và về của cơ cấu lên đạn (tt 1 s);
- Tỷ số truyền và tốc độ động cơ được xác định theo công thức:
.
dc lv
Trong đó:
- ndclà tốc độ động cơ;
- ilà tỷ số truyền của bộ truyền trục vít bánh vít
3.3 Kết quả tính toán
Trang 4Các 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
yc
n (vòng) Mtd(N.m) nlv(Vg/phút) Ndc(KW) i ndc(Vg/phút)
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”
Trang 5TÀI 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