MỤC LỤC
MỤC LỤC...1
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. 2
LỜI NÓI ĐẦU.. 4
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG.. 5
1.1. Giới thiệu xe Kamaz – 43118. 5
1.2. Pháo phòng không tầm thấp 23 mm hai nòng và tên lửa Igla. 8
Chương 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 12
2.1. Các căn cứ, yêu cầu khi thiết kế bố trí chung. 12
2.1.1. Các căn cứ xây dựng các phương án thiết kế. 12
2.1.2. Yêu cầu chiến kỹ thuật khi bố trí chung tổ hợp. 12
2.2. Tham khảo các phương án thiết kế. 13
Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG.. 18
3.1. Xác định vị trí đặt pháo. 18
3.2. Trọng lượng và phân bố trọng lượng trên xe thiết kế. 20
3.2.1. Trọng lượng xe thiết kế. 20
3.2.2. Xác định phân bố trọng lượng xe. 20
3.3. Trọng tâm của xe. 22
3.3.1. Tọa độ trọng tâm của xe thiết kế theo chiều dọc của xe. 23
3.3.2. Tọa độ trọng tâm của xe thiết kế theo chiều cao của xe. 23
3.4. Tính toán ổn định ô tô. 26
3.4.1. Tính chất ổn định dọc của ô tô. 26
3.4.2. Tính chất ổn định ngang của ô tô. 34
3.5. Tính toán sức kéo ô tô. 41
3.5.1. Xây dựng đồ thị đặc tính ngoài của động cơ. 42
3.5.2. Xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ô tô. 43
3.5.3. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô. 46
3.5.4. Xây dựng đồ thị đặc tính động học của ô tô. 49
3.5.5. Xây dựng đồ thị gia tốc của ô tô. 50
3.5.6. Xây dựng đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc. 52
KẾT LUẬN.. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 54
PHỤ LỤC 1. 55
PHỤ LỤC 2. 57
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của Quân đội hiện nay, tính cơ động của các lực lượng ngày càng phát triển, trong đó ôtô đang dần trở thành phương tiện vận chuyển chính của Quân đội, từ việc vận chuyển các chiến sĩ cho đến việc vận chuyển các loại vũ khí, trang thiết bị khí tài. Cùng với sự phát triển của ô tô trong các lĩnh vực của quân đội thì sự phát triển của các loại vũ khí, khí tài đặt trên xe cũng ngày càng phát triển.
Hiện nay, hệ thống vũ khí phòng không là một trong những nội dung ưu tiên của các chương trình, dự án phát triển của Quân đội. Cùng với các hệ thống tên lửa, pháo phòng không hiện đại được trang bị mới là các hệ thống tên lửa, pháo phòng không đang sử dụng được cải tiến, nâng cấp, tăng cường các khả năng chiến kỹ thuật đắp ứng cho các yêu cầu trong huấn luyện, sẵn sàng chiến đấu ngày càng cao. Với tính năng phản ứng nhanh, linh hoạt, hiệu quả bảo vệ các mục tiêu trước sự tiến công của của các loại trực thăng, máy bay bay thấp, … thì việc phát triển các loại pháo phòng không tầm thấp đòi hỏi ngày càng cao.
Tuy nhiên trong hệ thống pháo phòng không tầm thấp hiện nay chủ yếu là sử dụng xe kéo nên các tính năng cơ động, khẳ năng sẵn sàng chiến đấu có phần hạn chế. Vì vậy việc lắp đặt pháo phòng không tầm thấp trên các loại xe quân sự ngày càng có ý nghĩa và là yêu cầu trong hiện đại hóa Quân đội hiện nay.
Đề tài “Thiết kế bố trí chung tổ hợp vũ khí phòng không tầm thấp trên cơ sở ô tô sát xi xe Kamaz - 43188 ” sẽ góp phần đáp ứng được yêu cầu đó.
Nội dung của đồ án được trình bày trong 3 chương.
Chương 1: Giới thiệu chung.
Chương 2: Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế.
Chương 3: Tính toán thiết kế bố trí chung.
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu xe Kamaz - 43118.
Dòng xe tải quân sự Kamaz là dòng xe tải nổi tiếng thế giới về độ bền, tính năng việt dã, độ tin cậy cao, đơn giản trong bảo dưỡng, cấp độ tiêu chuẩn hóa, lắp lẫn đối với các mẫu xe khác nhau. Hãng Kamaz là nhà cung cấp xe quân sự hàng đầu cho Bộ quốc phòng Nga, đồng thời cũng là nhà cung cấp chính thức xe tải cho Liên Hiệp quốc và nhiều quốc gia trên thế giới.
Trong lĩnh vực Quân sự chúng ta đã nhập nhiều loại xe Kamaz, trong đó phải kể đến các loại xe chở tên lửa, ra đa, xe công trình xa trong tổ hợp tên lửa S300, tổ hợp tên lửa phòng thủ bờ biển, …
1.2. Pháo phòng không tầm thấp 23 mm hai nòng và tên lửa Igla.
Pháo phòng không tầm thấp 23 mm hai nòng (Zu 23-2) được sản xuất bởi tập đoàn công nghiệp Sanam (Nga). Là loại vũ khí thích hợp chống lại các mục tiêu phòng không ở khoảng cách 2500m và 1500m. Được thiết kế để phòng thủ, tiêu diệt các loại máy bay tầm thấp và có thể được sử dụng chống lại xe bọc thép hạng nhẹ ở khảng cách 2000m. Bên cạnh đó nó có thể được sử dụng để tiêu diệt các mục tiêu mặt đất khác.
Bảng thông số kỹ thuật của pháo phòng không 23mm và tên lửa Igl như bảng 1.2.
Chương 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Các căn cứ, yêu cầu khi thiết kế bố trí chung.
2.1.1. Các căn cứ xây dựng các phương án thiết kế.
- Căn cứ vào cấu tạo, tính năng kỹ chiến thuật của pháo phòng không 23mm hai nòng (Zu-23-2) và tên lửa Igla.
- Căn cứ vào các chỉ tiêu tính năng chiến, kỹ thuật của tổ hợp cần đạt được
2.1.2. Yêu cầu chiến kỹ thuật khi bố trí chung tổ hợp.
Khi bố trí pháo trên xe phỉa đảm bảo các yêu cầu về chiến, kỹ thuật sau:
- Cơ động và tác xạ được trên đường nhựa và đất cấp 2 - 3 trở lên.
- Tốc độ cơ động lớn nhất trên đường nhựa lớn hơn 70km/h.
2.2. Tham khảo các phương án thiết kế.
Để đưa ra được phương án thiết kế, nghiên cứu các tổ hợp vũ khí được lắp trên một số xe đã và đang được sử dụng trong nước và trên thế giới. Như tổ hợp KBP-Pantsir-S-SPAAG-SAM-1S; tổ hợp S300; tổ hợp CĐP 37-2, các loại xe có trang bị vũ khí như xe BTR 60p, BTR 80, BMP 9, hay một số xe đã được cải tiến lắp thêm pháo của các nước khác …
Mô tả phương án đã lựa chọn:
- Pháo được lắp trên sắt xi xe qua khung phụ và sàn công tác, tâm pháo nằm trên trục dọc của xe, lệch về phía trước tâm cầu sau. Các hòm đạn, thùng dầu hệ thống điều khiển tên lửa, thùng đựng tên lửa, thiết bị phụ, …
- Khi hành quân, pháo được cố định, quay về phía trước, các chân chống thu lên, bảo đảm các tính năng thông qua của xe.
Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG
3.1. Xác định vị trí đặt pháo.
Vị trí đặt pháo được tính theo chiều dọc xe là khoảng cách từ đường tâm trục bánh trước đến trọng tâm pháo. Khi tính toán ta xem trọng tâm của pháo đặt ngay tại trọng tâm của thùng xe cơ sở khi đầy tải.
- xi: Vec tơ xác định tọa độ của thành phần trọng lượng thứ i của hệ n thành phần.
- Gi: Trọng lượng của thành phần thứ i.
- G1: tải trọng tác dụng lên cầu trước m1 = 4700 [N]
- x1 = 0
- G2: tải trọng tác dụng lên cầu sau m2 = 5700 [N]
- x2 = L = 3690+1320/2 = 4350 [mm]
Xác định toạ độ trọng tâm của ô tô sát xi theo chiều dọc xe khi có kíp lái trong buồng lái.
Ta xem trọng lượng của kíp lái chỉ tác dụng lên cầu trước của ô tô. Lúc này trọng lượng ở cầu trước là:
G0’ = G0 + n×Gng = 47000 +4.600 = 49400 [N]
Trọng lượng của ô tô sat xi khi có kíp lái là:
G0’ = G1’ + G2 = 49400 + 57000 = 106400 [mm]
Ta có: Gpháo + đạn = Ga - Gngười - Gsát xi
Gpháo + đạn = 207000 – 4.600 – 104000 = 100600 [N]
Với các trang thiết bị khác: thùng đạn, thùng đựng tên lửa, trang thiết bị đi kèm tổ hợp, … bố trí xung quanh vị trí đặt pháo đảm bảo cân bằng sao cho vị trí trọng tâm của xe không thay đổi hoặc thay đổi là nhỏ nhất.
3.2. Trọng lượng và phân bố trọng lượng trên xe thiết kế.
3.2.1. Trọng lượng xe thiết kế.
Trọng lượng toàn bộ xe được tính theo công thức:
Ga = Gsát xi + Gpháo+đạn + Gsàn xe + Gkíp lái + Gtên lửa+htđk (3-3)
Khối lượng của pháo là 1100 N, và mỗi viên đạn nặng 0,45 N =4,5 [N]
Gpháo + đạn = 11000 + 1208x4,5 = 16436 [N]
- Gsànxe: trọng lượng sàn xe và chân chống thủy lực. Gsànxe = 44700 [N]
- Gkíp lái: trọng lượng của kíp lái và pháo thủ. Kíp lái và pháo thủ gồm 4 người, lấy trọng lượng mỗi người là 60 [N] = 600 [N].
Gkíp lái = 4x600 = 2400 [N]
Vậy:
Ga = 104000 + 16436 + 44700 + 2400 + 1082,2 = 168618,2 [N]
3.2.2. Xác định phân bố trọng lượng xe.
Các thành phần trọng lượng của xe: Ga; Gsát xi; Gpháo+đạn; Gsàn xe; Gkíp lái; Gtl được phân bố trên xe theo sơ đồ(trang bên).
Như vậy phân bố trọng lượng lên các cầu: G1 = 54810 [N] ; G2 = G3 = 56904,1 [N] đều nhỏ hơn so với phân bố trọng lượng của xe khi đầy tải. Như vậy tải trọng phân bố lên các cầu đảm bảo.
3.3. Trọng tâm của xe.
Trọng tâm của xe có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động của xe, tọa độ trọng tâm và chiều cao trọng tâm của xe quyết định:
- Tính năng phanh và khả năng leo dốc của xe.
- Tính toán sự ổn định của xe khi đang trên dốc.
- Quá trình thiết kế hệ thống phanh và hệ thống lái.
3.3.1. Tọa độ trọng tâm của xe thiết kế theo chiều dọc của xe.
Từ hình vẽ trên ta có phương trình cân bằng mô men đối với O1:
SMO1 = 0 => Ga.a – Z 2 .L = 0 => a = (Z 2 .L) / Ga. (3-5)
Vậy: a = (113808,2.4350)/ 168618,2 = 2936 [mm]
=> b = L – a = 4350 - 2936 = 1414 [mm]
3.3.2. Tọa độ trọng tâm của xe thiết kế theo chiều cao của xe
Ngoài các phương án xác định trọng tâm ở trên, còn có các phương án xác định trọng tâm khác như: xác định trọng tâm qua tọa độ trọng tâm của từng bộ phận, hệ thống trên xe; dùng công cụ hỗ trợ 3D như Autocad, Inventor, Solidworks, …
3.4. Tính toán ổn định ô tô
Ổn định của ô tô là một tính chất quan trọng trong quá trình làm việc. Nó đảm bảo an toàn khi xe đứng yên cũng như khi làm việc trong điều kiện mặt đường dốc và trơn, do đó năng suất làm việc được nâng cao.
3.4.1. Tính chất ổn định dọc của ô tô
a. Tính chất ổn định tĩnh của xe
Tính chất ổn định tĩnh dọc của ô tô được đánh giá bằng góc dốc giới hạn tĩnh αt mà xe không bị lật đổ khi đứng yên, quay đầu xe lên dốc hoặc quay đầu xe xuống dốc.
Chúng ta xét cụ thể sơ đồ các ngoại lực và mô men tác dụng lên xe trong trường hợp này.
TH1: Khi xe quay đầu lên dốc.
Từ điều kiện cân bằng lực của ô tô đối với điểm 02 chúng ta có phương trình:
Ga.cosαt.b - Ga.sinαt.hg = 0
Khi ô tô đầy tải ta đã có: b = 1414 [mm] ; hg = 2220 [mm]
Suy ra αt = 32029’
TH2: Khi xe quay đầu xuống dốc
Từ điều kiện cân bằng về lực của xe đối với điểm O1 ta có phương trình:
Ga.cosα’t.(L - b) - Ga.sinα’t.hg = 0
Khi ô tô đầy tải ta đã có: a = 2936 [mm]
Suy ra: α’t = 52054’
b. Tính chất ổn định động của xe
Sự mất ổn định của ô tô có thể xảy ra khi xe chuyển động lên dốc, hoặc xuống dốc, gia tốc hoặc phanh cũng như khi chuyển động với tốc độ cao dưới tác dụng các lực dọc. Sau đây ta xét từng trường hợp cụ thể:
Tính ổn định động của ô tô khi ô tô chuyển động lên dốc :
Khi ô tô đầy tải ta đã tính được: b = 1414 [mm], hg = 2220 [mm]
Suy ra αd = 32029’
Tính ổn định động của ô tô khi ô tô chuyển động xuống dốc:
Để đơn giản ta xét ô tô chuyển động ổn định xuống dốc với tốc độ ổn định, ta bỏ qua lực cản của không khí và mô men cản lăn.
Giả sử rằng xe chuyển động lên dốc với tốc độ ổn định và các lực cản không khí, lực cản lăn có trị số nhỏ nên bỏ qua.
Ppmax = j. Z2 = G.sinα (3-16)
c. Tính ổn định của ô tô khi phanh đột ngột
Khi ô tô phanh đột ngột, dưới tác dụng của lực quán tính Pj tải trọng tác dụng lên cầu trước sẽ được phân bố lại, điều đó có thể dẫn đến quá tải tức thời bánh trước hoặc có thể bị lật xe khi tổng phản lực tác dụng lên bánh xe sau giảm đến không.
3.4.2. Tính chất ổn định ngang của ô tô
Sự mất ổn định ngang của ô tô khi đứng yên hoặc chuyển động trên mặt đường nghiêng ngang được đánh giá bằng sự lật đổ xe theo hướng bên hoặc sự trượt ngang của xe.
a. Tính chất ổn định tĩnh ngang
Tính chất ổn định tĩnh ngang khi xe đứng trên mặt đường nghiêng theo điều kiện lật đổ :
- B: Chiều rộng cơ sở của xe.
- βlt: Góc nghiêng giới hạn lật khi xe đứng yên.
=> tgβlt = 0,563 => βlt = 29022’
Tính chất ổn định tĩnh ngang khi xe đứng trên mặt đường nghiêng theo điều kiện trượt:
Để xét cụ thể điều kiện này, từ hình vẽ trên chiếu tất cả các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường, ta được:
Ga.sinβtt = (∑Y’ + ∑Y’’) = φy .( ∑Z’ +∑Z’’) = φy.Ga.cosβtt
Do đó: tgβtt = φy
b. Tính chất ổn định động ngang
Khi xe chuyển động thẳng hoặc quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang, chúng có thể bị các ngoại lực tác dụng gây ra lật đổ theo hướng ngang hoặc trượt ngang trong quá trình chuyển động.
Như vậy trường hợp này tương tự như trường hợp xác định góc nghiêng tĩnh giới hạn lớn nhất mà xe bị lật đổ.
Vậy: tgβd = 0,563 suy ra βd = 29022’
Nếu tâm đường vòng nằm ngược với hướng nghiêng của mặt đường ta có phương trình hình chiếu của các lực lên mặt phẳng của đường như sau:
Plt.cosβ + Gasinβ = ∑Y’+ Y”
Mặt khác theo điều kiện bám ngang của xe với mặt đường ta có:
(∑Z’ + ∑Z" ).φ = ∑Y’ + ∑Y"
Hay (Gacosβ - Plt.sinβ).φ = ∑Y’ + ∑Y"
Do đó: Plt.cosβ + Gasinβ = (Gacosβ - Plt.sinβ).φ
3.5. Tính toán sức kéo ô tô
Tính toán sức kéo của ô tô nhằm mục đích xác định các thông số cơ bản của động cơ và hệ thống truyền lực để đảm bảo cho ô tô đạt được những yêu cầu đề ra khi thiết kế.
Khi tính toán sức kéo ta xây dựng các đồ thị sau:
- Đồ thị cân bằng công suất của ôtô N = f(V)
- Đồ thị cân bằng lực kéo P = f(V)
- Đồ thị nhân tố động lực học D = f(V)
- Đồ thị gia tốc J = f(V)
Các thông số tính toán:
+ Tính bán kính lăn của xe rb. Cỡ lốp của xe: 425/85 R21 nên ta có:
d = 21 [inch] = 533,4 [mm]: d là đường kính vành bánh xe
B = 425 [mm]: chiều rộng profile của lốp
H = 425.80% = 340 [mm]: chiều cao profile của lốp
+ Nhân tố cản không khí: W= K.F
Trong đó: - K= (0,6-0,7) Là hệ số dạng khí động của ô tô phụ thuộc vào mật độ của không khí, hình dạng và chất lượng bề mặt của ô tô, đối với ô tô tải.
Chọn K = 0,65 (Ns2/m4)
=> W = 0,65.7,5875 = 4,932 [Ns2/m2]
3.5.2. Xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ô tô
Ta xây dựng đồ thị quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ, công suất tại bánh xe chủ động với công suất cản trong quá trình chuyển động phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô, nghĩa là N = f(v).
Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động của ôtô như sau:
Nk = Ne - Nt - Np = Nω + Nf ± Ni ± Nj (3-24)
Giá trị của vận tốc và công suất Nω, Nf và (Nω+Nf) khi ôtô chạy ở các tay số cao
3.5.3. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô
Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động của ôtô được sử dụng để khắc phục các lực cản chuyển động: lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản không khí, lực quán tính.
Biểu thức cân bằng giữa lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động và tất cả các lực cản riêng biệt được gọi là phương trình cân bằng lực kéo của ôtô.
Phương trình cân bằng lực kéo lực kéo của ôtô:
Pk = Pf + Pω ± Pi ± Pj (3-29)
+ Lực cản không khí tính theo công thức:
Pω = K.F.vi2 (N) = W.vi2 (N) (3-31)
Suy ra: Pω = 4,932.vi2
Đồ thị cân bằng lực kéo được vẽ trong trường hợp ô tô chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang, không kéo móc nên: Pj = 0, Pi = 0, Pm = 0
Do đó lực cản tổng cộng của đường là:
Pf = Ga.f
3.5.5. Xây dựng đồ thị gia tốc của ô tô
Gia tốc của ôtô có thể được xác định nhờ đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc cho trước.
- Các hệ số δ1 và δ2 có giá trị gần đúng sau: δ1 ≈ δ2 = 0,05
Suy ra: δi = 1,05 + 0,05.ihi2
Thay các số liệu vào công thức trên xây dựng được đồ thị gia tốc theo vận tốc.
3.5.6. Xây dựng đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc.
Trên cơ sở trên ta vẽ đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc theo giá trị vận tốc v.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu, thu thập tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học và được sự hướng dẫn kiểm tra tận tình, chu đáo, tỉ mỉ của thầy giáo: PGS, TS………….., với sự nỗ lực của bản thân, đến nay đồ án của em đã hoàn thành.
Đồ án đã xây dựng được mô hình thiết kế bố trí chung tổ hợp pháo phòng không tầm thấp: pháo phòng không 23mm hai nòng và tên lửa Igla trên xe ô tô Kamaz - 43118. Kết quả đồ án đã đưa ra các phương án thiết kế, chọn một phương án để thiết kế, tính toán xác định vị trí đặt pháo, tính toán ổn định của tổ hợp trong các trường hợp điển hình.
Hạn chế của đồ án là chưa khảo sát đến ảnh hưởng của lực bắn của pháo đến các hệ thống trên xe, cũng như ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống trong quá trình triển khai. Chưa tính hết được các phương án lựa chọn bố trí chung khác, đồ án mới chỉ dừng ở một phương án lựa chọn. Chưa xây dựng được hệ thống điều khiển thủy lực.
Hướng phát triển của đồ án:
- Đi sâu nghiên cứu, xây dựng các phương án bố trí chung khác.
- Xây dựng mô hình tính toán động lực học có sự kể đến của lực bắn của pháo trong quá trình triển khai.
- Tính toán và xây dựng hệ thống điều khiển thủy lực.
Trong quá trình nghiên cứu, dù nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, bản thân đã có nhiều cố gắng, song do trình độ còn hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự quan tâm chỉ bảo của các thầy và sự góp ý của các bạn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Hà nội, ngày…tháng…năm 20…
Học viên thực hiện
…………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Vũ Đức Lập. Phạm Đình Vy. Cấu tạo ôtô quân sự - Tập 1,2. Học viện Kỹ thuật Quân sự. 1995.
[2]. Vũ Đức Lập. Ứng dụng máy tính trong tính toán xe Quân sự. Nhà xuất bản Quân đội nhân dân. 2001.
[3]. Vũ Đức Lập. Sổ tay tra cứu tính năng kỹ thuật ô tô. Học viện Kỹ thuật Quân sự. Hà Nội - 2005.
[4]. Trần Hữu Quế. Vẽ kỹ thuật cơ khí. Nhà xuất bản giáo dục. 2006.
[5]. Nguyễn Khắc Trai. Cơ sở thiết kế ô tô. Nhà xuất bản Giao thông vận tải.
[6]. Học viện Kỹ thuật Quân sự - Khoa Động lực. Lý thuyết ô tô Quân sự. Nhà xuất bản Quân đội nhân dân. 2002.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"