Tổng quan nghiên cứu

Động cơ Diesel cao tốc là thành phần quan trọng trong các phương tiện quân sự như xe tăng và xe thiết giáp, trong đó hệ thống làm mát đóng vai trò thiết yếu để duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định, tránh hư hỏng các chi tiết cơ khí do quá nhiệt. Theo báo cáo của ngành kỹ thuật quân sự, nhiệt lượng truyền cho hệ thống làm mát của động cơ Diesel chiếm khoảng 15-25% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. Két mát là bộ phận chính trong hệ thống làm mát, chịu trách nhiệm trao đổi nhiệt giữa nước làm mát và môi trường bên ngoài. Tuy nhiên, hiện nay các loại két mát trên xe tăng thiết giáp và xe đặc chủng tại Việt Nam đang gặp nhiều hạn chế về chất lượng và khả năng cung ứng vật tư kỹ thuật, do đó việc nghiên cứu công nghệ chế tạo két mát nội địa là cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo két mát cho động cơ Diesel cao tốc, đặc biệt ứng dụng trong chế tạo két mát dầu hộp số xe BMP-1. Mục tiêu chính là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm két mát dạng cánh phẳng và cánh sóng phù hợp với điều kiện vận hành thực tế, đồng thời cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt để nâng cao năng lực sản xuất tại Nhà máy Z153/Tổng cục Kỹ thuật. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các loại két mát trên xe tăng T-54, BMP-1 và xe MAZ-537, với thời gian thực hiện từ năm 2019 đến nay. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực nội địa hóa vật tư kỹ thuật, đảm bảo chất lượng và độ bền của két mát trong điều kiện khí hậu và địa hình Việt Nam, đồng thời giảm phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Nguyên lý truyền nhiệt đối lưu: Truyền nhiệt trong két mát chủ yếu là quá trình đối lưu giữa nước làm mát và không khí qua thành ống và cánh tản nhiệt. Hệ số truyền nhiệt tổng quát được xác định qua các phương trình truyền nhiệt từ nước đến thành ống, qua thành ống và từ thành ống ra không khí.

  • Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín: Hệ thống này sử dụng bơm nước để tuần hoàn nước làm mát qua động cơ và két mát, có van hằng nhiệt điều chỉnh lưu lượng nước qua két mát nhằm duy trì nhiệt độ động cơ ổn định.

  • Công nghệ chế tạo két mát dạng cánh phẳng và cánh sóng: Két mát dạng cánh phẳng có kết cấu chắc chắn, phù hợp với địa hình gồ ghề, trong khi dạng cánh sóng có hiệu suất làm mát cao hơn nhưng kém bền hơn trong điều kiện khí hậu nóng ẩm.

  • Thiết kế và tính toán truyền động bánh răng-thanh răng-bánh cóc: Áp dụng các công thức thiết kế cơ khí để cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt, mở rộng hành trình dệt và đa dạng hóa khoảng cách bước cánh tản nhiệt.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số truyền nhiệt, chu trình làm mát cưỡng bức, công nghệ dập nguội, công nghệ dệt cụm ruột két mát, và thiết kế truyền động cơ khí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu kỹ thuật từ các loại két mát đang sử dụng trên xe tăng T-54, BMP-1, MAZ-537 tại Nhà máy Z153/Tổng cục Kỹ thuật; dữ liệu thử nghiệm thực tế trên giá thử và trên xe BMP-1 số 224 tại Trung đoàn 102, Sư đoàn 308, Quân đoàn 1.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp tính toán truyền nhiệt, thiết kế cơ khí và mô phỏng 3D trên phần mềm Topsolid để thiết kế chi tiết két mát và các đồ gá công nghệ. Phân tích kỹ thuật và cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt dựa trên tính toán truyền động bánh răng-thanh răng-bánh cóc.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và thiết kế từ năm 2019, chế tạo và thử nghiệm sản phẩm từ năm 2020 đến 2022, với các giai đoạn thử nghiệm trên giá thử và lắp ráp trực tiếp trên xe BMP-1, đánh giá chất lượng và hiệu quả sử dụng kéo dài đến hiện tại.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thử nghiệm két mát dầu hộp số trên xe BMP-1 số 224 và thử nghiệm két mát nước trên xe BMP-1, lựa chọn các mẫu két mát có chiều cao cụm ruột 500mm và 650mm để đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ chế tạo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chế tạo thành công két mát dầu hộp số xe BMP-1 dạng cánh phẳng với chiều cao cụm ruột 650mm: Qua cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt 9958-544PЭ, cụm ruột két mát được dệt với chiều cao vượt trội so với giới hạn 500mm trước đây, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và vận hành. Sản phẩm sau thử nghiệm trên giá thử đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, thử kín và thử rung đều thành công với tỷ lệ phế phẩm cho phép dưới 5%.

  2. Cải tiến két mát nước xe BMP-1 từ dạng cánh phẳng sang dạng cánh sóng: Thiết kế và chế tạo đồ gá lăn cánh tản nhiệt dạng cánh sóng giúp nâng cao hiệu suất làm mát, đồng thời giảm trọng lượng két mát. Sản phẩm thử nghiệm trên xe BMP-1 cho thấy nhiệt độ làm mát ổn định trong khoảng 79-100°C, phù hợp với yêu cầu vận hành.

  3. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm thanh răng - bánh răng - bánh cóc điều khiển hành trình dệt cánh tản nhiệt: Tính toán và thiết kế cụm truyền động cho phép mở rộng hành trình dệt từ 500mm lên 650mm, đồng thời có thể điều chỉnh khoảng cách bước cánh tản nhiệt từ 3mm đến 5mm, tăng tính linh hoạt trong sản xuất két mát cho nhiều loại xe.

  4. Đánh giá thử nghiệm thực địa két mát dầu hộp số trên xe BMP-1: Sản phẩm được lắp đặt và vận hành tại Trung đoàn 102, Sư đoàn 308, Quân đoàn 1 từ năm 2019 đến nay vẫn duy trì chất lượng tốt, nhiệt độ dầu hộp số được kiểm soát trong giới hạn cho phép, góp phần nâng cao độ bền và hiệu suất động cơ.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ dập nguội, công nghệ dệt cụm ruột và cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt là giải pháp hiệu quả để sản xuất két mát phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế của các loại xe tăng thiết giáp. So với két mát dạng cánh sóng sản xuất trên dây chuyền đồng bộ hiện đại, két mát dạng cánh phẳng có ưu điểm về độ bền cơ học, phù hợp với địa hình gồ ghề và khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam.

Việc cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt không chỉ mở rộng chiều cao cụm ruột mà còn cho phép điều chỉnh khoảng cách bước cánh, giúp đa dạng hóa chủng loại két mát sản xuất tại Nhà máy Z153, giảm chi phí nhập khẩu và tăng khả năng nội địa hóa vật tư kỹ thuật. Các số liệu thử nghiệm trên giá thử và thực địa được trình bày qua biểu đồ nhiệt độ dầu và nước làm mát, bảng so sánh tỷ lệ phế phẩm và độ bền cơ học, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

So với các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào thiết kế két mát dạng cánh sóng, luận văn đã bổ sung và phát triển công nghệ chế tạo két mát dạng cánh phẳng với chiều cao lớn, đáp ứng nhu cầu sửa chữa và sản xuất trong quân đội. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao năng lực sản xuất, bảo đảm kỹ thuật cho ngành Tăng thiết giáp toàn quân.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai sản xuất loạt két mát dầu hộp số dạng cánh phẳng chiều cao 650mm tại Nhà máy Z153: Tăng cường ứng dụng công nghệ dập nguội và thiết bị dệt cải tiến để sản xuất đại trà, đảm bảo cung cấp vật tư kỹ thuật cho các đơn vị quân đội trong vòng 2 năm tới.

  2. Phát triển và hoàn thiện công nghệ chế tạo két mát dạng cánh sóng cho các loại xe đặc chủng: Thiết kế và chế tạo thêm các đồ gá công nghệ phục vụ sản xuất két mát dạng cánh sóng, nâng cao hiệu suất làm mát và giảm trọng lượng sản phẩm, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng.

  3. Nâng cao năng lực thử nghiệm và kiểm định sản phẩm két mát: Đầu tư trang thiết bị thử nghiệm kín, thử rung và thử nghiệm thực địa để đảm bảo chất lượng sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm dưới 3% trong vòng 1 năm.

  4. Đào tạo và nâng cao trình độ kỹ thuật cho cán bộ công nhân viên tại Nhà máy Z153: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ chế tạo két mát và vận hành thiết bị dệt cánh tản nhiệt cải tiến, nhằm nâng cao tay nghề và hiệu quả sản xuất trong 12 tháng tới.

  5. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo két mát cho các loại xe tăng thiết giáp và xe đặc chủng khác: Áp dụng công nghệ đã phát triển để thiết kế và chế tạo két mát phù hợp với các chủng loại xe mới, góp phần nội địa hóa vật tư kỹ thuật toàn quân trong 3 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực công nghệ chế tạo máy và kỹ thuật cơ khí: Luận văn cung cấp các phương pháp thiết kế, tính toán và công nghệ chế tạo két mát, đặc biệt là cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt, giúp nâng cao kiến thức và ứng dụng thực tiễn.

  2. Các đơn vị sản xuất và sửa chữa xe tăng thiết giáp, xe đặc chủng trong quân đội: Tham khảo để áp dụng công nghệ nội địa hóa két mát, nâng cao năng lực sản xuất, giảm phụ thuộc nhập khẩu và đảm bảo kỹ thuật cho các phương tiện chiến đấu.

  3. Các nhà quản lý kỹ thuật và hoạch định chính sách trong ngành quốc phòng: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để xây dựng chiến lược phát triển công nghệ sản xuất vật tư kỹ thuật nội địa, đảm bảo an ninh kỹ thuật và kinh tế quốc phòng.

  4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành kỹ thuật cơ khí, công nghệ chế tạo máy: Tài liệu tham khảo quý giá về nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo máy trong lĩnh vực quân sự, giúp nâng cao năng lực nghiên cứu và thực hành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Két mát dạng cánh phẳng và cánh sóng khác nhau như thế nào về hiệu suất và độ bền?
    Két mát dạng cánh sóng có hiệu suất làm mát nhanh hơn do diện tích bề mặt lớn hơn, nhưng kết cấu kém chắc chắn, dễ hỏng trong điều kiện địa hình gồ ghề và khí hậu nóng ẩm. Ngược lại, két mát dạng cánh phẳng có kết cấu vững chắc, phù hợp với xe tăng thiết giáp di chuyển trên địa hình phức tạp, mặc dù hiệu suất làm mát thấp hơn.

  2. Tại sao cần cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt 9958-544PЭ?
    Thiết bị ban đầu chỉ dệt được cụm ruột két mát có chiều cao tối đa 500mm và khoảng cách bước cánh cố định 4mm. Cải tiến thiết bị giúp mở rộng chiều cao dệt lên 650mm và điều chỉnh khoảng cách bước cánh, đáp ứng nhu cầu sản xuất két mát cho nhiều loại xe khác nhau với kích thước đa dạng.

  3. Quá trình thử nghiệm két mát được thực hiện như thế nào?
    Két mát sau chế tạo được thử nghiệm trên giá thử với các bài kiểm tra thử kín, thử rung để đánh giá độ bền và khả năng chống rò rỉ. Sau đó, sản phẩm được lắp trực tiếp trên xe BMP-1 để thử nghiệm thực địa, kiểm tra nhiệt độ làm mát và độ ổn định trong điều kiện vận hành thực tế.

  4. Tỷ lệ phế phẩm trong quá trình sản xuất két mát là bao nhiêu?
    Tỷ lệ phế phẩm cho phép trong quá trình sản xuất két mát được đánh giá dưới 5%, đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Qua cải tiến công nghệ và thiết bị, tỷ lệ này có thể giảm xuống dưới 3% trong tương lai.

  5. Lợi ích của việc nội địa hóa công nghệ chế tạo két mát trong quân đội là gì?
    Nội địa hóa giúp giảm phụ thuộc vào nguồn cung cấp nước ngoài, tiết kiệm chi phí nhập khẩu, nâng cao năng lực sản xuất và sửa chữa trong nước, đảm bảo kịp thời cung cấp vật tư kỹ thuật cho các đơn vị chiến đấu, đồng thời phát triển công nghệ và nguồn nhân lực kỹ thuật trong ngành quốc phòng.

Kết luận

  • Đã nghiên cứu và làm chủ công nghệ chế tạo két mát dạng cánh phẳng và cánh sóng cho động cơ Diesel cao tốc, ứng dụng thành công trên két mát dầu hộp số xe BMP-1.
  • Cải tiến thiết bị dệt cánh tản nhiệt 9958-544PЭ mở rộng chiều cao dệt từ 500mm lên 650mm, đồng thời đa dạng hóa khoảng cách bước cánh tản nhiệt.
  • Sản phẩm két mát sau chế tạo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, thử nghiệm thành công trên giá thử và thực địa, được đánh giá chất lượng cao trong quá trình sử dụng thực tế.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực nội địa hóa vật tư kỹ thuật, giảm tỷ lệ phế phẩm dưới 5%, đảm bảo kỹ thuật cho ngành Tăng thiết giáp toàn quân.
  • Đề xuất triển khai sản xuất đại trà, nâng cao năng lực thử nghiệm và đào tạo nhân lực để phát triển công nghệ chế tạo két mát trong thời gian tới.

Luận văn mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chế tạo két mát phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và độ bền của các phương tiện quân sự. Đề nghị các đơn vị liên quan tiếp tục đầu tư phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ này nhằm đảm bảo an ninh kỹ thuật và phát triển bền vững ngành quốc phòng.