Nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VĂN LỘC NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI LÀM VIỆC Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN LỘC

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG

ĐA NĂNG KHI LÀM VIỆC

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2013

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN VĂN LỘC

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG

ĐA NĂNG KHI LÀM VIỆC

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số: 60.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

TS Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2013

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của Ban giám hiệu Nhà trường, Khoa Sau đại học, Khoa Cơ điện và Công trình trường đại học Lâm Nghiệp Việt Nam và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Văn Bỉ tôi đã thực hiện luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật

chuyên ngành Kỹ thuật máy và cơ giới hoá nông lâm nghiệp với tên đề tài: “Nghiên

cứu dao động của ghế ngồi người lái trên xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc”

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Bỉ đã tận

tình hướng dẫn, góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS Dương Văn Tài, PGS.TS Nguyễn Nhật

Chiêu cùng quý thầy cô Khoa Cơ điện và Công trình, Khoa Sau đại học trường đại

học Lâm Nghiệp, các bạn lớp cao học K18A chuyên ngành Kỹ thuật máy và cơ giới hoá nông lâm nghiệp đã giúp đỡ tôi trong trong suốt thời gian thực hiện luận văn này và khoá học vừa qua

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố; những nội dung tham khảo, trích dẫn trong trong luận văn này đều đã được chỉ

Trang 4

MỤC LỤC

Trang phụ bia

MỤC LỤC ii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng 2

1.1.1 Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới 2

1.1.2 Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới 2

Hình 1.1: Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng 3

Hình 1.2: Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ 3

Hình 1.3: Chữa cháy rừng bằng tháp nước 4

Hình 1.4: Xe chữa cháy tại Trung Quốc 4

1.1.3 Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam 5

Hình 1.5: Dùng cành cây để dập lửa 5

Hình 1.6: Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng 6

Hình 1.7: Xe thang chữa cháy Hình 1.8: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén 7

Hình 1.9: Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m 7

1.2 Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng 8

Hình 1.10: Xe chữa cháy rừng đa năng 9

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng 9

Hình 1.11: Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa năng 10

Hình 1.12: Xe Ural - 4320 11

1.2.2 Nghiên cứu sử dụng xe chữa cháy rừng đa năng 13

Bảng 1.1: Kết quả khảo nghiệm các thông số cơ bản của xe CCR 13

Hình 1.14: Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng 14

Hình 1.15: Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe 15

1.2.2 Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng 15

1.3 Một số kết quả nghiên cứu về dao đông của máy kéo và ghế ngồi người lái 16

Trang 5

1.4 Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy 18

CHƯƠNG 2 22

MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.2 Đối tượng nghiên cứu 22

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng 23

2.3 Nội dung nghiên cứu 24

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 24

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 24

2.4 Phương pháp nghiên cứu 24

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 24

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 25

CHƯƠNG 3 26

DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI LÀM VIỆC TRÊN MẶT ĐẤT RỪNG 26

3.1 Xác định các đặc trưng của các nguồn kích động 26

3.1.1 Xác định hàm kích động động học từ mặt đất rừng 26

3.1.2 Xác định các đặc trưng kích động động lực 27

3.2 Dao động của xe chữa cháy rừng khi làm băng cản lửa 29

3.2.1 Lập mô hình tính toán dao động của xe CCR khi tạo băng cản lửa 29

Hình 3.1:Mô hình dao động của xe CCR đa năng 29

trong mặt phẳng đối xứng dọc oxz 29

3.2.2 Lập phương trình vi phân dao động (PTVP) của xe CCR 31

3.3 Dao động của điểm đặt ghế ngồi trên xe 34

3.3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của điểm đặt ghế ngồi 34

Bảng 3.1: Các thông số đầu vào của mô hình dao động 35

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc di chuyển của xe 36

Hình 3.2: Sơ đồ khối giải hệ phương trình(3.11)&(3.12) 36

Hình 3.4: Khảo sát với v = 2.222 m/s (8 km/h) 41

Trang 6

Bảng 3.2: Các đặc trưng dao động của điểm đặt ghế ngồi trên xe CCR 44

Bảng 3.3 Giá trị cho phép của rung loại 1 với thời gian tác động 480 phút 46

3.4.2 Xác định các thông số dao động tác động lên người lái khi vận xuất 46

3.4.2.1 Tần số dao động f (Hz) 46

3.4.2.2 Thời gian tác động của dao động 47

3.4.3 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động máy kéo lên người lái 47

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu dao động của của ghế ngồi khi tạo băng cản lửa 48

3.5 Kết luận chương 3 48

CHƯƠNG 4 50

PHƯƠNG ÁN GIẢM XÓC CHO NGƯỜI LÁI 50

XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG 50

4.1 Cơ sở lý thuyết của vấn đề giảm rung cho người lái xe CCR 50

4.2 Phương án kết cấu ghế chống rung trên xe CCR 51

Bảng 4.1: Các thông số của hệ treo ghế chống rung trên xe CCR 53

CHƯƠNG 5 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 55

5.1 Mục đích nghiên cứu 55

5.2 Đối tượng nghiên cứu 55

5.3 Điều kiện thực nghiệm 55

5.4 Dụng cụ và thiết bị đo 55

5.4.1 Thiết bị đo DMC plus 55

Hình 5.1a: Sơ đồ nguyên lý DMC plus Hình 5.1b: Thiết bị đo lường DMC plus 55

5.4.2 Cảm biến đo gia tốc 56

Hình 5.2: Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm 56

5.5 Tổ chức tiến hành thực nghiệm 57

5.5.1 Chuẩn bị thí nghiệm và dụng cụ đo 57

Hình 5.3: Kết nối chạy thử Hình 5.4: Gắn đầu đo vào trọng tâm ghế 57

ngồi người lái của xe 57

5.5.2 Tổ chức thí nghiệm đo dao động của ghế ngồi người lái xe khi làm việc 58

Hình 5.5: Quá trình đo dao động 59

Trang 7

Hình 5.6: Người điều khiển thiết bị đo trong quá trình đo dao động 60

5.6 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 60

5.6.1 Thực nghiệm khi cơ cấu cắt cỏ không làm việc với V = 5km/h 60

Hình 5.7: Đồ thị gia tốc của ghế ngồi người lái xe với v = 5km/h 61

5.6.4 Thực nghiệm khi cơ cấu cắt cỏ làm việc với V = 5km/h 62

Hình 5.10: Đồ thị gia tốc của ghế ngồi khi cơ cấu cắt cỏ làm việc với v = 5km/h 62

Hình 5.11: Đồ thị gia tốc ghế ngồi khi cơ cấu cắt cỏ làm việc với v = 10km/h 63

Hình 5.12: Đồ thị gia tốc của ghế ngồi người lái xe khi cơ cấu cắt cỏ làm việc với 63 v = 15km/h 63

5.7 So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với mô hình tính theo lý thuyết 63

CHƯƠNG 6 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

6.1 Kết luận 65

6.2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Trang 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

trước, bánh sau và cơ cấu làm sạch cỏ

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Hình 1.7: Xe thang chữa cháy Hình 1.8: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén 7

Hình 1.12: Xe Ural - 4320 11

Bảng 1.1: Kết quả khảo nghiệm các thông số cơ bản của xe CCR 13

Trang 10

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.7: Xe thang chữa cháy 7

Hình 1.8: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén 7

Hình 1.12: Xe Ural - 4320 11

Trang 12

Trang 13

Ở Việt nam, đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 do tiến sĩ Dương Văn Tài chủ trì đã thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng (CCR) Đây là mẫu xe chữa cháy rừng mới, được thiết kế chế tạo trên cơ sở xe quân sự Ural – 4320 của Liên xô trước đây Khác với các xe chữa cháy thông thường, xe chữa cháy rừng đa năng thường phải hoạt động và làm việc trên mặt đất rừng, mấp mô mặt đất rừng và các nguồn kích động của các cơ cấu làm việc gây ra dao động của xe, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự êm dịu của xe và điều kiện làm việc của người điều khiển Do

đó, việc nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái khi xe làm việc là rất cần thiết

Trong thực tế, đã có một số đề tài nghiên cứu về dao động của xe CCR; nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu dao động của ghế ngồi và đánh giá mức

độ ảnh hưởng của dao động đó đến sức khỏe và sự an toàn của người điều khiển là công dân Việt nam Để góp phần nâng cao khả năng làm việc của xe CCR trong

điều kiện rừng và người Việt nam; tôi tiến hành đề tài “ Nghiên cứu dao động của

ghế ngồi người lái trên xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc”

Mục tiêu của đề tài này là từ điều kiện an toàn của người lái xe chữa cháy rừng xác định chế độ làm vệc hợp lý và đề xuất phương án cải tiến ghế ngồi trên xe theo các tiêu chuẩn nhà nước của Việt Nam

Ý nghĩa của đề tài là xây dựng được cơ sở lý luận để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động khi xe CCR làm việc đến khả năng chịu đựng của người lái theo tiêu chuẩn nhà nước Việt nam về rung tác động lên cơ thể con người

Kết quả nghiên cứu của đề tài phụ vụ cho việc hoàn thiện mẫu xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 đã thiết kế, chế tạo theo hướng nâng cao mức độ an toàn cho người lái

Trang 14

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng

1.1.1 Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới

Theo tài liệu thống kê về phương pháp chữa cháy rừng thì hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng một số công nghệ chữa cháy rừng như sau [38]:

Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp: là phương pháp bố trí đội hình chữa

cháy trực tiếp đối đầu, bao vây ngọn lửa và dùng dụng cụ đập lửa liên tục Phương pháp này chỉ được sử dụng khi đám cháy có ngọn lửa thấp, cường độ cháy nhỏ

Công nghệ chữa cháy rừng song song: là phương pháp bố trí đội hình chữa

cháy đứng về phía trước (đầu hướng gió) để thực hiện biện pháp phát dọn băng trắng ngăn cản lửa Phương pháp này sử dụng trong điều kiện khi đám cháy có ngọn lửa cháy với cường độ vừa phải

Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp (hay công nghệ đốt chặn): là phương

pháp dùng lửa đốt ngay từ phía trước đầu hướng gió của đám cháy để hai ngọn lửa tiến giáp lại với nhau và tự tắt (do cháy hết vật liệu cháy) Sử dụng phương pháp này khi đám cháy có cường độ dữ dội, sức nóng lan tỏa trên phạm vi rộng, con người khó tiếp cận với đám cháy [38]

1.1.2 Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

Cháy rừng là một hiểm họa rất lớn đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới bởi vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người và môi trường xung quanh Do đó rất nhiều nước trên thế giới quan tâm, chú trọng đầu tư phát triển, nghiên cứu thiết kế ra các loại máy, phương tiện chữa cháy rừng, đồng thời ứng dụng, cải tiến các kỹ thuật và công nghệ phòng cháy, chữa cháy rừng để hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra

Ở một số nước phát triển như Mỹ, Canada, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản… sử dụng thiết bị chữa cháy chủ yếu là máy bay phun nước và hoá chất để dập lửa Ngoài ra còn sử dụng cả xe ô tô mang theo nước và hoá chất để chữa cháy Các

Trang 15

công trình nghiên cứu về thiết bị này tương đối hiện đại và chúng đã được sử dụng rộng dãi và hiệu quả trong thực tế chữa cháy rừng ở các nước phát triển

Hình 1.1: Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng Trong những năm qua hình ảnh về chiếc máy bay cứu hoả lớn nhất thế giới Evergreen Supertanker của Mỹ đã thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng đã trở lên quen thuộc ở một số nước Evergreen Supertanker chính là máy bay chở khách Boeing 747 – 200 được cải tiến thành máy bay chữa cháy Dung tích bình chứa nước của nó lên tới 95.000 lít Evergreen Supertanker được chế tạo sau vụ cháy rừng khủng khiếp ở Mỹ năm 2002, khi hai chiếc máy bay khác tham gia chữa cháy rừng bị nổ tung

Hình 1.2: Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ

Trang 16

Ở những nơi gần nguồn nước như sông, suối, ao, hồ… người ta đã sử dụng máy bơm nước để chữa cháy rừng Thiết bị chuyên dùng hình 1.3 là các tháp nước được sử dụng để dập tắt các đám cháy rừng Thiết bị này có ưu điểm là hiệu quả dập lửa lớn, chữa được loại cháy trên tán cây Nhược điểm của loại thiết bị này là tính di động không cao, phụ thuộc vào nguồn nước, đối với khu rừng cách xa nguồn nước khoảng 3km thì thiết bị này không sử dụng được Loại máy này phù hợp với chữa cháy ở rừng ngập nước

Hình 1.3: Chữa cháy rừng bằng tháp nước Tại Trung Quốc vừa chế tạo thành công xe chữa cháy có khả năng phun bốn tấn nước mỗi phút, phạm vi tối đa dập tắt ngọn lửa là 120m (gần 400feet), hình 1.4

Xe này có khả năng cơ động trong phạm vị lớn, nhưng cũng chỉ phát huy được hiệu quả ở những địa bàn có nguồn nước

Hình 1.4: Xe chữa cháy tại Trung Quốc

Trang 17

1.1.3 Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam sử dụng thiết bị chữa cháy rừng còn rất thô sơ và cũng không có lực lượng chuyên trách chữa cháy rừng Lực lượng kiểm lâm vừa làm công việc bảo vệ rừng, vừa làm công việc phòng và chống cháy rừng Do đó khi có cháy rừng các cơ quan chức năng mới huy động nhân lực tại chỗ để chữa cháy, nên hiệu quả còn rất hạn chế

Phương pháp chữa cháy rừng ở nước ta còn đơn giản, thủ công như dùng cành cây, vỉ dập lửa, cào quốc… để dập lửa như hình 1.5 Đây là những công cụ dập lửa đơn giản dẻ tiền, phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp mà các phương tiện khác không tiếp cận được Phương pháp này chỉ phù hợp với những đám cháy nhỏ, mới bắt đầu cháy Nhưng tốn nhiều công lao động, năng xuất thấp, không chữa cháy được đám cháy lớn

Hình 1.5: Dùng cành cây để dập lửa Một số đơn vị quản lý rừng đang sử dụng bình bơm nước đeo vai, máy thổi gió công suất lớn, máy bơm nước khiêng tay để chữa cháy Hiệu quả khi sử dụng phương tiện này có cao hơn phương tiện chữa cháy bằng thủ công, nhưng cũng không có khả năng dập được các đám cháy lớn Giá thành các phương tiện này còn cao do phải nhập khẩu

Trang 18

Hình 1.6: Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng Thiết bị tạo băng cách ly: Trong chữa cháy rừng, phương pháp tạo băng trắng

để khoanh vùng, cô lập đám cháy cũng thường xuyên được áp dụng đối với những đám cháy rừng lớn, cháy trên tán cây, cháy ngầm dưới mặt đất Các thiết bị tạo băng trắng hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là dùng cưa xăng, máy phát quang, cào cuốc,

Sử dụng công trình phục vụ phòng chống cháy rừng: kênh nước, kênh cạn, băng trắng, băng xanh, hồ chứa nước giữ ẩm đất rừng…

Xe chuyên dụng chữa cháy: Mặc dù đã có khá nhiều loại xe chữa cháy trên thị trường đã được đưa vào thử nghiệm hay sử dụng như: xe thang chữa cháy do Mỹ

sản xuất (hình 1.7), xe chữa cháy công nghệ phun bọt khí nén (CAFS) do hãng

Morita (Nhật Bản) sản xuất, xe chữa cháy Dol với nhiều thế hệ khác nhau đã xuất hiện tại Việt Nam (hình 1.8) Các loại xe chữa cháy này chủ yếu là xe nhập khẩu giá thành rất cao Nhìn chung, chúng ta chưa sản xuất ra được các loại xe hay các phương tiện phục vụ công tác chữa cháy

Gần đây nhất, kĩ sư Trần Thành Đạt và cử nhân Huỳnh Hữu Phước đã chế tạo

xe chữa cháy tí hon SAMCO Tina-m để chữa cháy trong các hẻm và các ngõ ngách nhỏ ở khu dân cư (hình 1.9)

Trang 19

Hình 1.7: Xe thang chữa cháy Hình 1.8: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén

Hình 1.9: Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m Trong năm 2009 tiến sỹ Phạm Đắc Thống đã nghiên cứu, chế tạo ra hỗn hợp chữa cháy có tên là ĐT-HP Hỗn hợp chữa cháy đa năng ĐT-HP được sản xuất ở dạng dung dịch 5% của hỗn hợp hai muối Natriclorua và Natri Laurylsulfat Khi sử dụng chỉ việc pha thêm nước để thành dung dịch nồng độ 0,5% Đối với vật dạng rắn, chỉ cần dùng đầu lăng phun dung dịch đủ thấm ướt bề mặt vật cháy; với vật cháy dạng lỏng như xăng dầu hay chất kỵ nước thì dùng đầu lăng tạo bọt hòa không

Trang 20

khí phun lên bề mặt chất cháy, đám cháy sẽ bị dập tắt ngay Đặc biệt, hỗn hợp

ĐT-HP còn tạo một màn ngăn cách chất cháy với không khí nên không bị bắt cháy trở lại, mặc dù chất cháy vẫn còn (dù châm lửa đốt cũng không cháy) Hỗn hợp chữa cháy đa năng ĐT-HP không gây hư hại tài sản, hàng hóa, ít ăn mòn kim loại Hỗn hợp này được sử dụng với hiệu quả cao cho mọi phương tiện chữa cháy như ô tô, rơ móoc chữa cháy, trạm chữa cháy cố định của khách sạn, kho xăng dầu, tầu thủy… Đặc biệt, hỗn hợp rất thích hợp để chữa cháy rừng vì giải quyết được tình trạng thiếu nước khi chữa cháy và dập tắt nhanh đám cháy mà không bị bùng cháy trở lại Qua đó ta có thể thấy tại Việt Nam chưa có xe chữa cháy rừng chuyên dụng, một xe chữa cháy có thể hoạt động ở những địa hình phức tạp, có độ dốc lớn, có thể chữa cháy rừng ở những nơi xa nguồn nước Tất cả các loại xe chữa cháy rừng nói chung và xe chữa cháy thông thường của Việt Nam hiện nay hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn nước và hoá chất Trong khi đó các đám cháy thì có thể cháy ở bất cứ nơi nào có thể gần hoặc xa nguồn chất chữa cháy Cũng có một số cải tiến từ những

xe U-óat, Isuzu… bằng cách đặt thêm téc nước, bơm nước Những xe cải tiến này

có số lượng rất ít, không đáp ứng được nhu cầu chữa cháy rừng ở nước ta Chúng ta cần thiết bị chữa cháy đa dụng đáp ứng được các yếu tố hiện đại, gọn nhẹ dễ di chuyển, hiệu xuất cao có thể sản xuất trong nước, nguồn chữa cháy đa dạng, tại chỗ… Xuất phát từ những yếu tố đó đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 do trường đại học Lâm Nghiệp chủ trì đã thiết kế chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng, sử dụng nhiều nguồn vật liệu chữa cháy Do mới được thiết kế chế tạo thành mẫu xe mới, nên nó cần được nghiên cứu sâu sắc hơn nữa về động lực học, làm cơ

sở cho việc cải tiến và hoàn thiện trước khi được chế tạo hang loạt để cung cấp cho các cơ sở chữa cháy rừng

1.2 Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng

- Xe chữa cháy rừng đa năng (hình 1.10) do đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo với ba chức năng chủ yếu là:

- Tạo băng cản lửa, cách ly đám cháy theo công nghệ cô lập các đám cháy để chúng không lan truyền tới những khu rừng chưa bị cháy;

Trang 21

- Dập lửa các đám cháy bằng nguyên liệu tại chỗ là đất và không khí theo công nghệ tách ngọn lửa khỏi vật liệu cháy bằng sức gió và ngăn không khí tiếp xúc với vật cháy bằng mùn đất

- Dập tắt hoàn toàn đám cháy bằng nước theo nguyên tắc làm giảm nhiệt độ tại nguồn gây cháy

Hình 1.10: Xe chữa cháy rừng đa năng

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

a Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng

Để thực hiện các chức năng nói trên xe chữa cháy rừng đa năng được thiết

kế, chế tạo và cải tiến từ xe Ural – 4320 tại nhà máy cơ khí Mê-công (Đông Anh –

Hà Nội), trong đó đã lắp đặt thêm một số thiết bị chuyên dùng sau (hình 1.11):

- Hệ thống cắt cây ở phía trước của xe;

- Hệ thống cắt đất ở phía sau, dưới sàn xe;

- Hệ thống phun đất;

- Hệ thống làm sạch cỏ, rác ở phía sau xe;

- Thùng chứa nước trên thùng xe;

- Hệ thống phun nước gồm vòi phun và súng nước trện đính xe;

Trang 22

Hình 1.11: Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa năng

5 – Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây 6 – Xe ô tô cơ sở;

Xe Ural – 4320 là loại xe tải việt dã đa năng 6x6 được sản xuất tại nhà máy ô

tô Ural ở thành phố Minsk (Nga) cho quân đội Liên xô trước đây (hình 1.12) Loại

xe này được thiết kế năm 1973, bắt đầu sản xuất vào năm 1976 và đến nay vẫn được tiếp tục chế tạo [39]

Ural – 4320 là loại xe tải phát triển từ loại xe Ural – 375D Ural – 4320 được trang bị động cơ diesel được lắp ở đầu xe

Trang 23

Hình 1.12: Xe Ural - 4320 Một số đặc tính kỹ thuật chủ yếu của xe Ural – 4320 [39]:

- Ural – 4320 có hai loại khác nhau được lắp động cơ diesel YamZ – 238M2 V-8 có công suất 240 mã lực hoặc YamZ – 236M2 V– 6 có 180 mã lực

- Trọng lượng xe: 15300kg / 14975kg

- Trọng tải: 6000kg/5000kg hoặc 27 ghế ngồi

- Trọng tải của rơ mooc: 11500kg

- Tốc độ tối đa: 82km/h; 75km/h

- Lốp xe: 14.00 – 20HC (PR)14 Có hệ thống tự động điều chỉnh áp suất

- Hộp số tự động 5 số, hộp phân phối 2 cấp khoá vi sai

- Giảm xóc trước kiểu nhíp treo, giảm xóc sau kiểu nhíp đòn gánh

Trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 đã cải tiến xe Ural – 4320 YamZ – 236V có công suất 180 mã lực, 3 cầu chủ động thành xe chữa cháy rừng đa năng Các hệ thống chuyên dụng lắp đặt trên xe có đặc điểm như sau [20];

Trên xe có lắp thêm téc nước phía sau ca bin Hai bên téc nước có các khoang đựng dụng cụ phụ trợ, ngoài ra phía trước xe còn lắp thêm thiết bị cắt cây bằng cưa đĩa, phía sau téc nước có chứa khoang bơm nước và thiết bị hút đất và quạt thổi Phía dưới khoang chứa bơm này còn có thiết bị đào, làm tới đất và thiết bị làm sạch

cỏ rác Tất cả các thiết bị trên đều được dẫn động bằng động cơ thuỷ lực lắp tại các thiết bị đó Ngoài chức năng chữa cháy rừng bằng nước như thông thường mà xe còn có tác dụng chữa cháy rừng bằng đất

Trang 24

Đây là loại xe chữa cháy rừng lần đầu tiên được chế tạo tại Việt Nam trên xe

có lắp hệ thống phun nước với thùng chứa 5,1m3 nước, lưu lượng bơm 10m3/h, chiều dài ống bơm nước 300m Hệ thống chữa cháy rừng bằng sức gió với lưu lượng quạt 110m3/phút, chiều dài ống thổi không khí 35m Hệ thống phun đất với lưu lượng 45kg/phút, chiều dài ống phun đất 35m Hệ thống làm băng cản lửa với tốc độ cắt cây, làm sạch cỏ rác tạo băng cản lửa là 8km/h, đường kính lớn nhất của cây mà máy có thể cắt được là 30cm

b) Nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

Hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi được lắp ở phía trước xe bằng khớp quay nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh thuỷ lực (2), đĩa cưa (3) quay được nhờ động cơ thuỷ lực, chuyển động tịnh tiến ra phía trước nhờ xi lanh thuỷ lực và hệ thống ổ trượt, khi cắt cây xi lanh đẩy lưỡi cưa ăn vào gỗ

Hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp sau xe bằng khớp quay, chuyển động nâng lên hạ xuống của hệ thống nhờ xi lanh thuỷ lực (9) Chuyển động quay của hệ thống cắt cỏ nhờ động cơ thuỷ lực Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc dạng búa

Hệ thống cắt đất được nâng lên, hạ xuống nhờ xi lanh thuỷ lực (8) và được lắp

ở gầm xe, dao cắt đất của hệ thống hoạt động theo nguyên lý dạng búa Buồng hút đất (11) nối với thùng chứa đất (16) Đất được dao cắt đất tung lên buồng hút và được bơm hút lên theo đường ống đi vào thùng chứa (16) và rơi xuống ống thổi Bơm thổi (24) thổi đất đi ra ống (14), ống (14) lại được nối với vòi phun nên đất theo vòi phun đất vào đám cháy

Bơm nước và thùng chứa nước lắp trên sàn xe, bơm nước hút nước vào trong thùng chứa nước Khi chữa cháy thì bơm nước hút nước ở trong thùng chứa đẩy ra ống bơm nước và được phun ra từ súng phun

Khi đám cháy xảy ra người lái xe nhanh chóng cho xe di chuyển đến nơi có đám cháy sử dụng hệ thống cắt cây phía trước, hệ thống làm sạch cỏ rác phía sau để làm băng trắng cách ly, cô lập và khoanh vùng đám cháy Sử dụng hệ thống cắt đất, hút đất và phun đất vào đám cháy rừng để dập lửa Ngoài ra còn sử dụng hệ thống phun nước trên xe để dập tắt đám cháy

Trang 25

1.2.2 Nghiên cứu sử dụng xe chữa cháy rừng đa năng

Sau khi chế tạo, xe CCR đã được nghiên cứu khảo nghiệm xác định các thông số kỹ thuật của tất cả các hệ thống đã lắp đặt trên xe Quá trình khảo nghiệm được tiến hành trong điều kiện thực tế tại một số khu rừng ở Tây nguyên và cho kết quả như trong bảng 1.1 [20]

Bảng 1.1: Kết quả khảo nghiệm các thông số cơ bản của xe CCR

Tính

Giá trị đăng ký

Giá trị khảo nghiệm

A Thông số chung của thiết bị

B Hệ thống bơm nước

C Hệ thống chữa cháy bằng sức gió

D Hệ thống phun đất cát

E Hệ thống làm băng cản lửa

Trang 26

Từ các kết quả đã có kết luận về khả năng hoạt động của xe CCR như sau:

- Hầu hết các thông số cơ bản đều đạt được giá trị đã xác lập;

- Ưu điểm nổi bật nhất của thiết bị này là khả năng tạo băng trắng để cô lập dám cháy rất nhanh, nên khả năng chữa cháy bằng phương pháp gián tiếp của xe là rất tốt (hình 1.13)

- Xe CCR sử dụng vật liệu tại chỗ là đất cát và không khí để dập tắt đám cháy rất hiệu nghiệm Thực tế đã chứng minh rằng với những đám cháy thực bì là cỏ, rác với chiều cao ngọn lửa không quá 3 mét và với loại thực bì cấp 2, cấp 3 thì hệ thống phun đất cát nhanh chóng dập tắt được, không cho cháy lan (hình 1.14)

- Với hệ thống chữa cháy bằng nước thì hoàn toàn có thể dập tắt được đám cháy lớn, cháy trên tán cây (hình 1.15) Tuy nhiên nguồn nước trên xe có hạn, nên khả năng của hệ thống này còn có nhiều hạn chế

Ghi chú: H.1.13 h.4.3 (trg32, B/cáo két quả khảo nghiệm , tập 18)

H.1.14 h.4.11 (trg 38, -nt - )

H.1.15 h.4.2 +h.4.10 ( trg 32 và 38, -nt -)

Hình 1.14: Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng

Trang 27

Hình 1.15: Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe

1.2.2 Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Xe chữa cháy rừng đa năng (hình 1.11) được thiết kế chế tạo trên cơ sở

xe Ural - 4320 (Nga), trong đó có trang bị thêm các thiết bị chuyên dùng để phục vụ cho việc chữa cháy rừng Do đó các thông số cơ học của xe như tọa độ trong tâm,

mô men quán tính đối với các trục tọa độ, đã thay đổi nhiều so với xe nguyên bản Ngoài ra khi thực hiện các chức năng đã nêu ở trên, xe thường xuyên phải chịu tác dụng của các lực kích đông thay đổi theo thời gian từ phía các đối tượng lao động

Do đó nó sẽ có những dao động rất phức tạp Cụ thể:

- Khi xe chặt cây trên đường đi bằng cưa đĩa, mặc dù xe di chuyển rất chậm, nhưng lực cản cắt của cây gỗ lên hệ thống cắt cây (phía đầu xe) thay đối theo chu

kỳ cắt của các lưỡi cắt, xe có thể bị dao đông theo một phương xác định.;

- Khi hệ thống phun đất vào đám cháy hoạt động, hệ thống cuốc đất (ở dưới gầm xe) gồm có các dao cắt làm việc theo phương pháp va đập, sẽ tạo ra các xung lực tác dụng cũng sẽ gây ra những dao động nhất định cho xe;

- Trong quá trình tạo băng cản lửa, Ru lô có gắn các dao cắt (phía sau xe) quay để băm nát cây bụi, cỏ rác, cũng có lực kích động thay đổi theo chu kỳ quay của đĩa dao, nên xe có thể sẽ có một dao động nào đó Đồng thời khi xe di chuyển trong rừng (không có nền đường), do tác động của sự mấp mô mặt đất nó cũng sẽ

bị dao động

Trang 28

Các dao đông này sẽ gây ra tải trọng động, không chỉ làm giảm độ bền của các

bộ phận trên xe mà còn ảnh hưởng đến sự an toàn cho người điều khiển Vì thế việc nghiên cứu dao đông của xe CCR khi nó làm việc là một vấn đề đang được quan tâm rất lớn

Gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về dao động của xe CCR của các tác giả sau:

Th.S Đặng Thị Tố Loan [15] nghiên cứu dao động của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng Đó là các dao động riêng của từng hệ thống chuyên dụng trên xe, chưa nghiên cứu đến dao động của xe CCR

Th.S Lê thị Minh Vượng [25] nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi di chuyển trên mặt đất rừng, trong điều kiện các hệ thống chuyên dụng trên xe không hoạt động

Theo quan điểm về chuyển động phức hợp thì công trình [14] chỉ xét các chuyển động tương đối, còn công trình [25] chỉ xét chuyển động kéo theo khi xe CCR làm việc

Th.S Nguyễn văn Thế nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi tạo băng cản lửa Trong công trình [21] tác giả cũng đã xét đến dao dộng của xe trong các trường hợp khi đứng ở một vị trí để cắt cây và cuốc đất, phun vào đám cháy Nhưng các dao động này rất nhỏ so với dao động khi xe tạo băng cản lửa Một số công trình nghiên cứu trên đây mới chỉ xét được dao động của xe trong từng trường hợp cụ thể, chưa xét đến ảnh hưởng của sự kích động động lực đến tính

êm dịu và sự an toàn cho người điều khiển

1.3 Một số kết quả nghiên cứu về dao đông của máy kéo và ghế ngồi người lái

Các máy kéo sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp thường làm việc trong điều kiện không có đường hoặc trên các tuyến đường lâm nghiệp có độ mấp mô mặt đường lớn, nghĩa là hoạt động trong điều kiện không thuận lợi xét về mặt dao động

Do vậy ảnh hưởng xấu đến những chỉ tiêu sử dụng quan trọng của liên hợp máy như: Độ êm dịu, độ ổn định, độ bền lâu, sức khoẻ của người lái Vì vậy nghiên cứu dao động của máy kéo là vấn đề cần thiết có ý nghĩa trong thực tế sử dụng máy,

Trang 29

thiết kế chế tạo, cải tiến liên hợp máy, đảm bảo điều kiện về an toàn lao động cho người và thiết bị

Trong công trình [30] khi nghiên cứu tải trọng kích động lên người lái máy kéo lâm nghiệp có cần bốc tác giả đã sử dụng mô hình toán học để nghiên cứu động lực học hệ: Máy lâm nghiệp - đối tượng lao động để xác định kích động lên người điều khiển Mô hình được nghiên cứu theo phương pháp hệ nhiều khối lượng (môi trường - con người - máy - đối tượng lao động), mô hình được chia ra 2 hệ con: Máy - gỗ và hệ một khối lượng là người lái Việc giải bài toán đặt ra 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nghiên cứu dao động của hệ máy kéo - gỗ với mô hình tính toán dao động hệ nhiều bậc tự do chịu tác động của lực kích thích do độ mấp mô mặt đường, nhằm xác định các đặc trưng dao động của khung máy kéo tại vị trí đặt ghế ngồi

- Giai đoạn 2: Nghiên cứu dao động của ghế ngồi với mô hình dao động của

hệ một bậc tự do, chịu tác động kích thích từ khung máy lên ghế ngồi

Ở trong nước, nghiên cứu dao động của các cơ hệ nói chung được công bố trong các công trình của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang [12], công trình này

đã đưa ra cơ sở lý thuyết cơ bản về phương trình vi phân chuyển động và các phương pháp tính toán dao động của các cơ hệ

Công trình nghiên cứu của Giáo sư - Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự [2, 3] cho thấy tính êm dịu trong chuyển động của ôtô, máy kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động của dao động Trong chuyển động, ôtô, máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người, theo phương ngang, theo phương dọc ảnh hưởng không đáng kế nên có thể bỏ qua Đối với máy kéo bánh bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề, thân máy dao động với tần số là 160 - 240 dao động/ phút, vượt quá mức độ chịu đựng của con người, nên với máy kéo bánh bơm phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho người

Trang 30

lái Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính toán hệ thống treo cho ghế ngồi với dạng kích động động lực và cho rằng khi tính toán, thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỉ

số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6 Trong tính toán chưa kể đến thành phần cản

Trong công trình nghiên cứu [22], tác giả đã đưa ra mô hình tính toán giảm xóc nói chung và cho rằng: Hệ số truyền càng nhỏ, chất lượng bộ giảm xóc càng tốt, muốn vậy nên chọn tỉ số giữa tần số kích động và tần số riêng của vật cần bảo vệ là 1,41, chọn như vậy vừa đảm bảo tránh cộng hưởng vừa giảm được biên độ dao động cho người lái, hiệu quả giảm xóc tốt hơn Đề tài 58A - 02 - 04 tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công hai mẫu ghế ngồi lái giảm rung áp dụng cho loại máy kéo MTZ - 50

và máy kéo BS - 12 khi vận chuyển Hệ giảm sóc của các ghế này là hệ đàn hồi hỗn hợp gồm hệ thống lò xo và vật liệu hấp thụ rung (đệm mút), hiệu quả giảm rung đạt

67 - 82% Một số công trình nghiên cứu, thiết kế ghế giảm rung [1], [16], đã dựa trên cơ sở các số liệu về dao động của con người, chọn sơ bộ các thông số chủ yếu: Khối lượng người - ghế, độ cứng lò xo, hệ số cản nhớt và tính toán theo điều kiện cho phép về biên độ dịch chuyển

Tác giả Nguyễn Văn Vệ trong công trình [24] đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm sóc cho người lái

Tác giả Nông Văn Vìn trong công trình [23] đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo ghế ngồi cân bằng cho người điều khiển máy kéo bánh hơi có rơ móc một trục khi vận chuyển gỗ

Tác giả Bùi Trung Nguyên [17] đã nghiên cứu dao động của ghế ngồi người lái trên máy kéo nông nghiệp Shibaura khi kéo rơ mooc vận chuyển gỗ

1.4 Tình hình nghiên cứu về chống rung cho người điều khiển máy

Ngày nay cùng với đà phát triển của kỹ thuật việc nghiên cứu thiết kế, cải tiến ô tô, máy kéo nói chung đều theo hướng tăng vận tốc làm việc của chúng Cùng với sự nâng cao tốc độ làm việc của các liên hợp máy sẽ dẫn đến tăng đáng kể lực

Trang 31

kích động lên người điều khiển và cao hơn mức chịu đựng của con người Công trình nghiên cứu [38] cho thấy: Người điều khiển máy không thể sử dụng được tối

đa tốc độ của máy trong miền giới hạn của nó, nghĩa là không phát huy được hết công suất theo thiết kế, một trong những nguyên nhân chính là do mức độ kích động tác động đáng kể lên ghế ngồi của người lái Ở Mỹ trên 85% người lái máy kéo do ảnh hưởng của lực kích động chỉ sử dụng được 65% công suất của máy

Dao động của cơ thể con người hoặc một bộ phận của cơ thể là những tác động sinh học phức tạp chúng có thể gây ra một loạt các thay đổi trong cơ thể và ảnh đến sức khoẻ của người lái, gây ra các bệnh lý

Tác động của dao động lên con người phụ thuộc vào tần số, thời gian, hướng

và cường độ tác động Sự kích thích nguy hiểm nhất ở giải tần số dao động riêng của cơ thể con người Cũng theo [16] thì tần số từ 6 - 11 Hz sẽ dẫn đến cộng hưởng

ở một số bộ phận của cơ thể riêng biệt của con người, dải tần số từ 11 - 45Hz có thể dẫn đến sự phân tán các chức năng của hàng loạt bộ phận bên trong, làm giảm tầm nhìn, giảm tính linh hoạt trong các hoạt động điều khiển máy Nếu dao động tác động lên người lái trong thời gian 1 ngày và liên tục từ năm này sang năm khác thì không chỉ làm giảm năng suất lao động mà còn làm xuất hiện các bệnh nghề nghiệp

Mức độ ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người lần đầu tiên được nghiên cứu theo quan điểm về sự thoải mái và thuận tiện cho người điều khiển tàu hoả và ôtô Vấn đề này được đưa ra với nội dung về tính êm dịu chuyển động của ô

tô, máy kéo, mà chúng được đánh giá bằng các chỉ tiêu như: tần số dao động, gia tốc dao động và độ êm dịu [13]

Tần số dao động (f) của một hệ dao động là số dao động toàn phần trong một giây, đơn vị là Hertz (1dao động/s= 1 Hz)

Gia tốc dao động (z’’ ) là gia tốc dịch chuyển của hệ dao động (m/s2 ), nó kể đến ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động

Trang 32

Độ êm dịu chuyển động được đánh giá theo hệ số độ êm dịu K Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động (f ) và gia tốc dao động (z’’ ), khi f < 5 Hz; hoặc phụ thuộc vận tốc (z’ )- khi f > 5 Hz

Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc /z’’ /, hoặc theo gia tốc bình phương trung bình /zc ’’ /, theo biểu thức sau :

c

z f f

01,01

18z

.01,01

5,12

Ở Việt Nam qua một số nghiên cứu cho thấy đối với các ô tô, máy kéo nhập

từ nước ngoài, hệ thống giảm xóc cho ghế đã được tính toán từ khi thiết kế, tuy nhiên các thông số thiết kế được tính toán theo tiêu chuẩn của người nước ngoài Do

có sự khác nhau về hằng số nhân trắc, chỉ tiêu tâm sinh lý giữa người Việt Nam và người nước ngoài, nên khi sử dụng hiệu quả giảm rung thực tế bị thay đổi, không còn phù hợp và đáp ứng được yêu cầu đối với người Việt Nam [16], [29] Đối với một số máy, khi thay đổi điều kiện làm việc thì tác động kích động lên người lái cũng sẽ thay đổi, vì vậy vần phải khảo nghiệm tính toán cải tiến hệ thống giảm xóc cho ghế ngồi lái theo từng điều kiện làm việc cụ thể

Một số nghiên cứu về chống rung đối với người Việt Nam đã được công bố trong công trình của Triệu Quốc Lộc [16] về dao động trong bảo hộ lao động; Nguyễn Văn Khang, Đỗ Sanh [13] - về ngăn chặn rung động trên đường lan truyền đối với công nhân lái máy kéo và công nhân của các gian chế biến lâm sản; Lê Thanh Thủy [22]- Thiết kế ghế giảm rung cho máy kéo

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về chống rung theo 3 hướng: Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu thực nghiệm và nghiên cứu ứng dụng Các công trình

Trang 33

nghiên cứu đã đưa ra cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chống rung, các phương pháp đo đạc, tính toán, đánh giá Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm, người ta đã tiến hành xây dựng các tiêu chuẩn, định mức rung cho phép đối với cơ thể con người (phụ lục 01)

Trong công trình nghiên cứu của trung tâm giám định máy móc, thiết bị cơ điện nông nghiệp về hệ thống các tiêu chuẩn khảo nghiệm, giám định chất lượng máy kéo, máy canh tác dùng trong sản xuất nông - lâm nghiệp [40], đã đưa ra phương pháp khảo nghiệm xác định dao động của ghế ngồi lái máy kéo và chỉ tiêu

an toàn đối với điều kiện làm việc của người lái máy kéo là gia tốc dao động, vận tốc dao động ứng với các tần số dao động của ghế người lái theo tiêu chuẩn quốc gia (TCVN)

Nhìn chung các công trình nghiên cứu chưa nhiều, nhưng kết quả nghiên cứu

có ý nghĩa rất lớn đối với một số ngành sản xuất ở nước ta

Riêng với xe chữa cháy rừng đa năng đến nay vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu về điều kiện làm việc của người điều khiển Để bổ xung vào nội dung nghiên cứu dao động của xe CCR, chúng tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu dao động ghế ngồi người lái trên xe CCR khi làm việc”

Trang 34

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Từ mục tiêu chung đã nêu trong phần mở đầu, đề tài còn xác định hai mục tiêu cụ thể sau:

- Tìm các đặc trưng dao động của ghế ngồi trên xe CCR Từ đó đánh giá ảnh hưởng của dao động này đến điều kiện làm việc của người lái

- Xác định các thông số của hệ giảm xóc cho ghế ngồi người lái trên xe CCR

để đảm bảo các chỉ tiêu an toàn cho người điều khiển theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5126 - 90)

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là xe chữa cháy rừng đã được chế tạo trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 (hình 1,11), khi di chuyển trên mặt đất rừng tự nhiên để tạo băng cản lửa

* Các thông số kỹ thuật cơ bản của liên hợp máy (LHM) được ghi ở bảng 2.1

- Hệ thống chặt hạ cây: đĩa cưa – 4 đĩa; đường kính đĩa cưa – 500mm Tốc độ quay của đĩa cưa – 3000 Vòng/phút; trọng lượng của hệ thống – 300 kg

- Hệ thống cắt đất: đường kính đĩa thép - 300 mm; số đĩa thép - 2 đĩa; số dao cắt - 4 dao; chiều dài dao cắt -170 mm; chiều rộng lưỡi dao cắt - 50 mm; số vòng quay của đĩa thép - 1200 v/p; trọng lượng của dao - 0,5 kg; trọng lượng của toàn bộ hệ thống cắt đất -

150 kg

- Hệ thống làm sạch cỏ rác: đường kính trống dao – 450 mm; số đĩa thép – 10 đĩa;

số dao cắt – 20 dao; chiều dài dao cắt – 120 mm; chiều rộng lưỡi dao cắt – 50 mm; số vòng quay của đĩa thép – 1000 v/ph; trọng lượng của dao – 0,3 kg; trọng lượng của toàn bộ hệ thống làm sạch cỏ rác – 600 kg

Trang 35

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng

Trang 36

2.3 Nội dung nghiên cứu

2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Xây dựng mô hình tính toán dao động của ghế ngồi người lái trên xe CCR

khi tạo băng cản lửa có tính đến ảnh hưởng của sự mấp mô mặt đường và kích động động lực từ hệ thống phay cỏ rác

- Giải hệ PTVP dao động, khảo sát các thành phần dao đông của trọng tâm xe

và điểm đặt ghế ngồi

- Xác định các giá trị tần số ω và gia tốc z,, của ghế ngồi làm cơ sở đánh giá ảnh hưởng của dao động đó đến người lái và phương án thiết kế, cải tiến ghế ngồi (Xác định các thông số của hệ giảm xóc lắp cho ghế)

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Mục đích nghiên cứu thực nghiệm là kiểm chứng kết quả tính toán dao động của ghế ngồi người lái theo mô hình lý thuyết

Nội dung thực nghiêm là đo tần số và biên độ gia tốc rung tại vị trí đặt ghế ngồi Đối chiếu với kết quả tính toán lý thuyết để đưa ra kết luận về tính chính xác

của mô hình dao động đã lập được

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Sử dụng phương pháp cơ học giải tích để xây dựng mô hình dao động của xe CCR và của ghế ngồi Việc giải phương trình vi phân dao động của ghế được tiến hành bằng phương pháp giải tích kết hợp với phần mềm Maple 10 và phần mềm Matlab-Simulink

Trên cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5126 - 90 "Rung giá trị cho phép tại chỗ làm việc", đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động đến sự an toàn cho người lái xe, đồng thời thiết lập biểu thức xác định các thông số về độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn thuỷ lực của ghế ngồi

Trang 37

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Các nội dung thực nghiệm được tiến hành bằng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện với việc dùng thiết bị DMC Plus và phần mềm DMC Laplus để xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng

Phân tích kết quả thực nghiệm để so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết, làm cơ sở để đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe chữa cháy rừng đa năng

Trang 38

CHƯƠNG 3 DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI LÀM VIỆC

TRÊN MẶT ĐẤT RỪNG

Xe chữa cháy rừng đa năng (xe CCR) được thiết kế (hình 3.1a) có các chức năng chình là tạo băng cản lửa, khoanh vùng đám cháy và dập tắt các đám cháy rừng

Trong đề tài “ Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm

việc trên mặt đất rừng” [21], tác giả Nguyễn Văn Thế đã khẳng định trong giai đoạn

dập lửa các đám cháy rừng thì dao động của xe rất nhỏ, không ảnh hưởng đến khả năng làm việc của nó Vì thế đề tài này chỉ nghiên cứu dao động của xe CCR trong quá trình tạo băng cản lửa

Mặt khác theo kết luận của Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Cẩn [2] thì trong các dao động của ô tô, máy kéo chỉ có dao động theo phương thẳng đứng (OZ) là có ảnh hưởng chính đến con người, dao động theo phương ngang (OY) và phương dọc (OX) ảnh hưởng không đáng kể, nên có thể bỏ qua Do đó trong đề tài này chúng tôi cũng chỉ xét dao động thẳng đứng của xe CCR

Khi tạo băng cản lửa xe di chuyển trên mặt đất rừng để khoanh vùng đám cháy Trong lúc di chuyển các cưa đĩa đặt phía trước xe làm việc cắt các cây bụi, các đĩa dao phay ở phía sau có nhiệm vụ làm dập nát cây bụi đã cắt và cỏ rác, trộn lẫn đất tạo ra băng cản lửa Do tác dụng của độ mấp mô mặt đất rừng và các xung lực kích động của cây bụi, cỏ rác đến hệ thống cắt và hệ thống làm sạch cỏ rác nên

xe CCR sẽ có dao động phức tạp Để nghiên cứu dao động của xe CCR trong trạng thái này cần nghiên cứu xác định các đặc trưng của các nguồn kích động nói trên

3.1 Xác định các đặc trưng của các nguồn kích động

3.1.1 Xác định hàm kích động động học từ mặt đất rừng

Dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng do rất nhiều yếu tố gây nên, trong đó kích động động học của mấp mô mặt đất rừng lên các bánh xe là yếu tố cơ bản và quyết định tới quá trình làm việc của xe Vì vậy mấp mô mặt đất rừng là yếu tố đầu vào hết sức quan trọng khi nghiên cứu dao động

Trang 39

của xe chữa cháy rừng đa năng khi tạo băng cản lửa Để nghiên cứu dao động của

xe CCR, việc điều tra khảo sát, phân loại các dạng mặt đất rừng mà xe di chuyển trên đó là vấn đề cần thiết

Do thời gian có hạn và việc khảo sát dạng mấp mô mặt đất rừng chưa thực hiện được ở nhiều địa điểm, nên trong đề tài này chúng tôi dùng kết quả xác định dạng mặt đất rừng của TS Nguyễn Tiến Đạt [4] để khảo sát dao động của xe CCR với hàm kích động của mặt đất rừng là:

a Xung lực của hệ thống cắt cây bụi

Hệ thộng cắt cây bụi gồm các lưỡi cưa đĩa bố trí ở phía trước của xe (hình 3.1) Động cơ thủy lực truyền chuyển động quay cho đĩa cưa thông qua bộ truyền dây đai Khi xe CCR di chuyển các đĩa cưa chạm vào thân cây bụi, quá trình cắt được thực hiện Do số răng trên mỗi đĩa cưa lớn (z = 60) và đĩa quay với tốc độ rất cao (n = 3000 v/p) nên xung lực cắt từ cây bụi lên đĩa cưa thay đổi với chu kỳ rất nhỏ, gần như một hằng số theo thời gian Ngoài ra xung lực này tác dụng vào hệ thống cắt theo phương nằm ngang Theo kết quả phân tích, đánh giá của Th.s Đặng Thị Tố Loan [15] thì xung lực này không gây ra dao động đáng kể cho hệ thống cắt cây bụi ở phía trước xe

Do đó để lập mô hình dao động của xe CCR trong mặt phẳng thẳng đứng dọc

ta có thể bỏ qua tác dụng của xung lực nói trên

b Xung lực của hệ thống phay cỏ rác

Hệ thống phay cỏ rác được đặt ở phía sau xe, gồm 20 đĩa, mỗi đĩa có 2 dao, cắt cây bụi theo nguyên lý va đập (dạng búa)

Trang 40

Theo tính toán trong đề tài cấp nhà nước – Báo cáo kết quả khoa học công nghệ đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 (Tr.240) [20] - thì lực tác dụng lên lưỡi phay trong quá trình cắt có giá trị lớn nhất bằng: Fc = 790,4 (N)

Lực tác dụng lên trục các đĩa cắt theo phương thẳng đứng (OZ) và phương ngang (OX) là:

Fx= F ZmaxF ccos790,4.cos450558,9 N ,

Trong đó φ- góc giữa thân dao với phương thẳng đứng tại vị trí va đập, giả thiết φ= 440

Nhưng các lực Fz và Fx tác dụng lên trục thay đổi theo thời gian với chu kì tương ứng với số vòng quay của trục các đĩa phay

Hàm xung Fz và Fx có thể biểu diễn theo thời gian t dưới dạng chuỗi Fourier

1

m ax 0

t T

j T

F T

F t F

ck

j ck ck

m ax 0

t j T

F T

F t F

j ck ck

Với n – là số vòng quay của trục các đĩa cắt (v/ph )

Trong đó số vòng quay của trục đĩa phay (n), được xác định tương ứng với vận tốc di chuyển của xe (Vm) để khả năng dập nát hết cỏ và cây bụi theo biểu thức [20]:

75 , 7119 87

, 3559 )

( )

(

1

vt j v v

t F t

F

j Z

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	3,55 MB