Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

Trong thực tế, đã có nhiều đề tài nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo, xe quân sự; vì xe chữa cháy rừng đa năng là mẫu xe mới, đang hoàn thiện nên chưa có công trình nào nghiên cứu dao

LÊ THỊ MINH VƯỢNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

LÊ THỊ MINH VƯỢNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Nông - lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

Hà Nội, 2010

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cháy rừng là thảm họa gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho tài nguyên, môi trường và con người Chính vì vậy mà các nhà khoa học trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng đã và đang nghiên cứu công nghệ và thiết bị phòng - chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra Đã

có một số công trình nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng được đưa vào

sử dụng

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 Đây là mẫu xe chữa cháy mới, chưa được đưa vào sử dụng rộng rãi; khác với các xe chữa cháy thông thường,

xe chữa cháy rừng đa năng thường phải chuyển động trên đường lâm nghiệp thậm chí trên mặt đất rừng, mấp mô mặt đường là nguồn gây dao động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự chuyển động êm dịu của xe Do đó, việc nghiên cứu dao động của xe khi chuyển động trên đường lâm nghiệp là rất cần thiết

Trong thực tế, đã có nhiều đề tài nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo, xe quân sự; vì xe chữa cháy rừng đa năng là mẫu xe mới, đang hoàn thiện nên chưa có công trình nào nghiên cứu dao động của loại xe này; vì vậy, tôi tiến hành đề tài:

“Nghiên cứu dao động của chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp”

Ý nghĩa của đề tài là: Xây dựng được mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo ra; lập, giải và

mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi

chuyển động trên đường lâm nghiệp Kết quả nghiên cứu của đề tài phục vụ cho

việc hoàn thiện mẫu xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo theo hướng nâng cao khả năng chuyển động êm dịu và chọn chế độ sử dụng hợp lý mẫu máy này

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng

1.1.1 Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

a) Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới:

Cháy rừng là một trong những thảm họa, gây thiệt hại đến nhiều mặt, trên nhiều lĩnh vực khác nhau Cháy rừng không chỉ thiệt hại về cây rừng hay hệ sinh thái rừng, mà còn mất đi cái nôi trú ngụ của nhiều loài động vật, làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và nhất là làm mất đi kho tàng vi sinh vật quí giá trong đất Vì vậy, chữa cháy rừng là một việc làm thiết thực, là nghĩa vụ của mọi người, nhằm góp phần hạn chế tối đa những thiệt hại do cháy rừng gây ra, để bảo vệ màu xanh cho núi rừng Nhưng chữa cháy rừng không giống như chữa cháy nhà, các điều kiện

hỗ trợ thực hiện biện pháp chữa cháy rừng cũng rất hạn chế, rất khó khăn và địa hình phức tạp… Đòi hỏi con người cần hiểu một số kỹ thuật chữa cháy rừng, để tổ chức chữa cháy đạt hiệu quả và an toàn

Hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng như sau:

Kỹ thuật chữa cháy rừng bằng phương pháp 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 Chỉ được sử dụng khi đám cháy có ngọn lửa thấp, cường độ cháy nhỏ

Chữa cháy rừng bằng phương pháp 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 Sử dụng trong điều kiện khi đám cháy có ngọn lửa cháy với cường độ vừa phải

Chữa cháy rừng bằng phương pháp gián tiếp (hay phương pháp 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 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 [37]

b) Thiết bị chữa cháy trên thế giới:

Một số nước Đông Nam Á, Trung Quốc, Nga, Mỹ, Inđônêxia… sử dụng rộng rãi công cụ dập lửa thủ công (thiết bị chữa cháy cầm tay), bình chữa cháy đeo vai/xách tay, máy thổi gió đeo vai/ xách tay Các công cụ này có nhiều hạn chế là năng suất và hiệu quả chữa cháy thấp, tốn nhiều sức lực và nhân công, không dập tắt được những đám cháy lớn (chiều cao ngọn lửa trên 2m)

Ở những nơi gần nguồn nước (sông suối, ao hồ), nhiều nước trên thế giới đang sử dụng máy bơm nước để chữa 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

Một số nước phát

triển như Mỹ, Nga,

Australia, Island, Thái Lan

đã nghiên cứu và đưa vào sử

thiết kế téc chứa nước, hệ

thống bơm và ống dẫn Thiết bị này len lỏi vào trong khu rừng để chữa cháy, tác nhân chữa cháy rừng là nước Thiết bị này còn nhược điểm là phụ thuộc vào nguồn nước chứa ở trong xe Đối với những nơi xa nguồn nước, địa hình có độ dốc > 200

thì thiết bị này sử dụng không hiệu quả

Hình 1.1 - Ô tô chuyên dụng chữa cháy rừng của Mỹ

Một số nước phát triển như Mỹ, Nga, Pháp, Nhật, Thái Lan đã sử dụng máy bay để chữa cháy Loại thiết bị này có thể phun nước hoặc phun hoá chất để dập lửa Thiết bị chữa cháy này được sử dụng ở mọi loại địa hình, hiệu quả chữa cháy cao, năng suất dập lửa lớn Sử dụng máy bay chữa cháy cần vốn đầu tư lớn, chi phí

rất đắt, nên không phù hợp với các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam

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

Việt Nam mới chỉ cảnh báo được tình trạng mức nguy hiểm cháy rừng Với những vụ cháy rừng lớn, gần các đường giao thông, mới có lực lượng cứu hỏa và thiết bị chuyên dùng; còn cháy rừng tại những nơi hiểm trở chủ yếu sử dụng phương pháp cổ truyền (dùng cành cây đập vào lửa, vận chuyển nước bằng cách chuyền tay nhau ) Có thể khẳng định rằng: Ở Việt Nam hiện nay chưa có thiết bị chữa cháy rừng chuyên dùng

Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng

một số công nghệ và thiết bị chữa cháy

rừng như sau:

- Công nghệ chữa cháy rừng sử dụng

phương tiện chữa cháy thô sơ: Các phương

tiện chữa cháy thô sơ bao gồm phương tiện

chữa cháy rừng thủ công: dùng cành cây, vỉ

dập lửa, cào cuốc… xe đạp thồ chở nước

chữa cháy rừng (hình 1.4) Đây là công

nghệ đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ di chuyển ở nơi có địa hình phức tạp Đối với

Hình 1.2 - Xe cứu hỏa của Mỹ Hình 1.3 - Xe chữa cháy rừng của Australia

Hình 1.4 - Xe thồ chữa cháy rừng

những đám cháy nhỏ, mới bắt đầu cháy thì dụng cụ này có khả năng dập tắt được; nhưng tốn nhiều công lao động, năng suất và khả năng dập lửa thấp, không chữa được đám cháy lớn

- Một số cơ sở chữa cháy 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 chữa cháy của các thiết bị này cao hơn các phương tiện chữa cháy thủ công, nhưng không hiệu quả đối với đám cháy rừng lớn Các thiết bị này chủ yếu vẫn là nhập ngoại

- 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,

- Gần đây, Việt Nam đã phát minh và đưa vào sử dụng hỗn hợp chữa cháy đa năng 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% phun thấm ướt hoặc phun tạo bọt trên

bề mặt vật cháy, đám cháy sẽ bị dập tắt ngay 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

- 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, 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 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 [35]

Thực tế cho thấy, ở Việt Nam chưa có xe chuyên dụng chữa cháy rừng Các loại xe chữa cháy kể trên được sử dụng trong chữa cháy nhà, không thuận lợi cho công việc chữa cháy rừng Chúng ta chỉ cải tiến xe chữa cháy từ xe U oát hay xe Isuzu…thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên thùng xe Những

xe được cải tiến như vậy với số lượng rất ít, không đáp ứng được nhu cầu về thiết bị chữa cháy rừng ở nước ta Vì thế chúng ta cần các dụng cụ, thiết bị chữa cháy rừng hiện đại, gọn nhẹ để tiện di chuyển, hiệu suất cao, có thể sản xuất trong nước để giảm chi phí sản xuất

Trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10, TS.Dương Văn Tài đã thiết kế chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng, sử dụng nhiều tác nhân chữa cháy

Xe chữa cháy rừng đa năng mới được thiết kế chế tạo nên chưa có điều kiện nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định, dao động của xe

1.2 Tổng quan về dao động của ô tô máy kéo

Khi ô tô, máy kéo chuyển động trên đường không bằng phẳng thường chịu những tải trọng dao động do bề mặt đường mấp mô sinh ra Những dao động này ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, tuổi thọ của xe và người ngồi trên xe Theo thống

kê cho thấy, khi ô tô tải chạy trên đường xấu ghồ ghề, so với ô tô cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm 40 - 50% Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ô tô tới cơ thể con người đều đi tới kết luận

là nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ô tô sẽ mắc các bệnh về thần kinh và não Vì vậy tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe [1]

Những vấn đề nêu trên cho thấy, nghiên cứu dao động ô tô không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn rất cao

Một số công trình nghên cứu dao động của ô tô, máy kéo trên thế giới có thể

kể ra như sau:

1.2.1 Các công trình nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo trên thế giới

Việc nghiên cứu dao động ô tô - máy kéo bắt đầu rất sớm, ngay cả khi chúng còn rất đơn giản Một trong những tác giả với nhiều đóng góp có thể kể đến là

Mitschke, Schiehlen Năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm nổi tiếng

"Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các công trình nghiên cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn Nội dung chính là dao động xe con, mô hình là mô hình 1/4

và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và tối ưu hệ treo Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô

Những năm sau này, 1980, Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật Ông đã sử dụng sự trợ giúp của máy tính để nghiên cứu sâu hơn về hệ thống treo, bánh xe; tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con

Năm 1973 Barski I.B [1] nghiên cứu Động lực học máy kéo Tác giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích và độ

êm dịu chuyển động của máy kéo

Năm 1982, PTS Đỗ Tiến Vũ [24] đã đưa ra mô hình dao động của ô tô tải ba cầu trong trường hợp có rơ mooc như sau:

Hình 1.5: Mô hình dao động ô tô tải ba cầu với rơ mooc của Đỗ Tiến Vũ

Trong công trình, tác giả đã sử dụng phương trình Lagranger loại II để lập phương trình vi phân dao động của cơ hệ, với 12 bậc tự do

Năm 1983 Dobrưnhin Iu.A [33] nghiên cứu động lực học thẳng đứng của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt chăm sóc

Năm 1987 Zucov A.V [32] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp

Năm 1992 Kozmin S.F [31] đã nghiên cứu quá trình dao động thẳng đứng của máy kéo bánh hơi lâm nghiệp cỡ 6 kN

Trong công trình [26], Muller đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác Theo tác giả, một máy kéo có thể có 7 bậc tự do: dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục cân bằng

Tác giả Volgel [28] đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, cả của hệ truyền lực và bánh xe Công trình cho phép đánh giá một cách khái quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra

Trong công trình của Wendebon [29] bằng lý thuyết và thực nghiệm, tác giả

đã xây dựng mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay và các chuyển động khác

Do vậy công trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung

Bên cạnh đó còn có một số công trình nghiên cứu về dao động thẳng đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống

“Đường-Xe-Người” Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ô tô, trong

đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường-Xe-Người” được chia thành 3 hướng:

- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động)

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo khi ôtô chuyển động trên đường phức tạp )

- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyên chở chống cháy ở điều kiện phức tạp

1.2.2 Các công trình nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo ở Việt Nam

Ở nước ta có một số công trình nghiên cứu về dao động của ô tô máy kéo như:

Năm 1990, trong công trình nghiên cứu của Bùi Hải Triều [27], tác giả đã đưa ra một mô hình phản ánh khá đầy đủ về tính chất hoạt động và cấu trúc của máy kéo bánh (hình 1.6)

Hình 1.6: Mô hình các phần tử máy kéo theo Bùi Hải Triều

Mô hình mô tả tác động qua lại giữa các quá trình làm việc của động cơ với máy điều chỉnh, tính đến các tính chất đàn hồi và giảm chấn của các phần tử trong hệ thống, các tính chất bám và trượt của bộ ly hợp cũng như các bánh xe với mặt đường, tính chất biến đổi mô men quay, tốc độ quay và mô men quán tính của hệ thống truyền lực Công trình trên chỉ xem xét các tác động của các yếu tố tới hệ thống truyền lực, chưa quan tâm một cách đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển động của liên hợp máy nói chung

Năm 2002 TS Lê Minh Lư [16] nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi

có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Tác giả đã xây dựng mô hình, hệ phương trình vi phân và các điều kiện biên mô tả dao động thẳng đứng của máy kéo, của cầu trước, cầu sau và ghế ngồi có tính đến những đặc điểm riêng của

hệ như liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt đường, đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi Công trình đã nghiên cứu một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là các hàm ngẫu nhiên và xác định Tuy nhiên công trình mới chỉ nghiên cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của máy kéo trong trường hợp kéo tải

TS Nguyễn Tiến Đạt [4] đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo bốn bánh

cỡ nhỏ (18 - 24 mã lực) Công trình đã xây dựng mô hình và nghiên cứu dao động của máy kéo công suất nhỏ khi vận xuất trên mặt đường có dạng hàm xác định

Năm 2002, Th.S Nguyễn Văn Vệ [23] đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH - 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm xóc cho người lái

GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn [2] đã nghiên cứu tính êm dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo, giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện

êm dịu cho người lái Công trình nghiên cứu cho thấy: tính êm dịu trong chuyển động của ô tô 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, ô

tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng không đáng kể, 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 160 - 240 dao động/phút, vượt quá mức độ chịu đựng của con người, đối với máy kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho người 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 tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của ghế trong khoảng 0,5 - 0,6

Năm 1993, TS.Lưu Văn Tuấn [22] đã xây dựng được mô hình dao động và khảo sát dao động xe ca do Việt Nam đóng Từ đó đã đề ra mục tiêu nâng cao độ

êm dịu cho xe khách Ba Đình; trong luận văn này tác giả đã chú ý mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca: xe ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực Tuy nhiên công trình này chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết

Th.S Nguyễn Đức Sĩ [25] đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc

Th.S Nguyễn Hồng Quang [17] đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết

Th.S Nguyễn Quang Huy [12] đã nghiên cứu dao động của xe nhiều cầu Th.S Trịnh Minh Hoàng [11] nghiên cứu, khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường Tác giả đã trình bày một mô hình dao động xe tải hai cầu (không gian) và mô phỏng bằng MatLab Simulink 5.3 Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường

Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu "Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường" đã chú trọng nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương

Th.S Huỳnh Hội Quốc [20] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của

gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ và tổng hợp

TS Đào Mạnh Hùng [9] đã xác định lực động giữa bánh xe và mặt đường của ô tô tải trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam

Gần đây nhất, năm 2010 TS.Trần Việt Hà [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt Nam

Nhìn chung các công trình nghiên cứu về dao động của ô tô, máy kéo bánh hơi ở Việt Nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó có ý nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý cho ô tô, máy kéo

Dao động của ô tô và máy kéo bánh hơi nói chung đã được nghiên cứu khá nhiều cả về lý thuyết và thực nghiệm, song dao động của xe chữa cháy nói chung, đặc biệt là xe chữa cháy rừng ít được nghiên cứu Xe chữa cháy rừng đa năng là một mẫu xe mới được thiết kế chế tạo, chưa có công trình nào nghiên cứu về dao động của mẫu xe này Dao động của xe gây nên tải trọng động đáng kể lên các cụm chi tiết, ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động, khả năng ổn định chống lật, khả năng điều khiển, khả năng bám… Lực động tác động lên cơ cấu của máy sẽ biến đổi theo chu kỳ, gây ra hiện tượng mỏi, giảm tuổi thọ của các chi tiết và đặc biệt có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng phá hỏng các chi tiết máy Do vậy, nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng là rất cần thiết

1.3 Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng

Xe chữa cháy rừng đa năng (hình 1.8) được thiết kế chế tạo trên cơ sở xe Ural - 4320 tại nhà máy ô tô Mê Kông (Đông Anh, Hà Nội) Xe chữa cháy rừng đa năng là sản phẩm của đề tài cấp Nhà nước mã số KC 07.13/06-10 do trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì

Xe cơ sở URAL-4320 (hình 1.7) là kiểu xe tải việt dã đa năng 6x6 được sản xuất tại Nhà máy ô tô Ural ở thành phố Minsk (Nga) cho quân đội Nga Loại xe này được thiết kế năm 1973, bắt đầu sản xuất từ năm 1976 và đến nay vẫn được tiếp tục URAL-4320 là loại xe tải được phát triển từ loại URAL-375D Trên cơ sở xe

tải URAL-4320 đã có nhiều biến thể như xe bồn chở nhiên liệu hay nước sạch, xe đầu kéo và xe mang dàn phóng rốc két 40 nòng BM-21 "Grad" và thậm chí còn được lắp pháo phòng

không 23mm với đầu xe

được bọc thép Ngoài quân

đội Nga, xe tải

URAL-4320 còn được các nước

khác như Trung Quốc, Việt

Nam… sử dụng

Nhờ khoảng sáng gầm xe

cao, Ural-4320 có khả năng

vượt mọi địa hình, đặc biệt thích hợp với đường đèo núi, cồn cát, Nó được đánh giá là loại xe hoạt động ổn định, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng Một số đặc tính kỹ thuật của Ural 4320 được trang bị động cơ V8 YamZ-238M2 và YamZ-236M2 V6

180 mã lực như sau [38]:

Trọng lượng xe: 15300kg/14975kg

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

Trọng tải của rơ mooc: 11500kg

Tốc độ tối đa: 82 km/h/75 km/h

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

Hộp số tay 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 mã số KC 07.13/06-10 do trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam chủ trì, để phục vụ cho việc chữa cháy rừng, trên xe Ural -

4320 được trang bị thêm các thiết bị chuyên dùng như sau: Sau ca bin là téc nước; hai bên téc nước có các khoang đựng dụng cụ phụ trợ; phía trước xe lắp thiết bị cắt cây kiểu cưa đĩa được dẫn động từ động cơ thuỷ lực; phía sau téc nước có khoang chứa bơm nước, thiết bị hút đất và quạt thổi; ở phía dưới khoang có thiết bị đào, làm tơi đất và thiết bị làm sạch cỏ rác Các thiết bị này đều được dẫn động thuỷ lực

H×nh 1.7: ¤ t« Ural - 4320

Xe chữa cháy rừng sử dụng chất chữa cháy là đất cát, không khí sẵn có tại chỗ, ngoài ra, còn sử dụng nước và hóa chất dập tắt đám cháy

Với hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi, băm cỏ rác để tạo băng trắng cản lửa

và cách ly đám cháy, từ đó dập tắt đám cháy

Ngoài việc sử dụng chữa cháy rừng, xe còn được sử dụng để phòng cháy rừng (chủ động làm sạch cỏ rác trong khu rừng trước mùa khô)

Hình 1.8: Xe chữa cháy rừng đa năng thiết kế bằng phần mềm Solidwork

Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế có nhiều tính năng trong quá trình

sử dụng để chữa cháy rừng; cần 5 đến 7 người để vận hành xe

1.4 Các phương pháp nghiên cứu dao động

Một cách tổng quát, nghiên cứu dao động ô tô nói chung gồm các nội dung chủ yếu sau:

1 Lập mô hình dao động của ô tô;

2 Xây dựng phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ;

3 Giải và mô phỏng phương trình vi phân dao động của cơ hệ

Để nghiên cứu dao động ô tô người ta thường sử dụng các phương pháp sau:

1.4.1 Các phương pháp cơ học

Ta có thể hiểu phương pháp nghiên cứu dao động ô tô chính là phương pháp lập và xử lý mô hình toán mô tả dao động của các khối lượng trong cơ hệ

Thông thường người ta lập mô hình toán mô tả dịch chuyển của cơ hệ dưới dạng các phương trình vi phân Có nhiều phương pháp lập phương trình vi phân cho

cơ hệ như: phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp Dalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II…

a) Phương pháp lực: [15]

Phương pháp lực hay được sử dụng để thiết lập các phương trình dao động của các thanh có khối lượng tập trung Phương pháp này được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Viết định luật Hook suy rộng: q = D.f*

Trong đó: D - Ma trận hệ số ảnh hưởng hay ma trận độ mềm;

f* - Ma trận lực quán tính và ngoại lực tác dụng vào hệ;

q - Dịch chuyển của hệ

- Bước 2: Sử dụng quan hệ giữa lực và gia tốc: f*M q f

Trong đó: M - Ma trận khối lượng

- Bước 3: Xây dựng được phương trình vi phân từ các mối quan hệ trên:

Dfqq

Trong mỗi phần tử, đại lượng cần tìm được xấp xỉ bằng những biểu thức đơn giản và có thể biểu diễn hoàn toàn qua các ẩn số nút Dựa trên nguyên lí năng lượng, có thể thiết lập được các phương trình đại số diễn tả quan hệ giữa các ẩn số nút và tải trọng nút của một phần tử Tập hợp các phần tử theo điều kiện liên tục sẽ nhận được hệ phương trình đại số đối với các ẩn số nút của toàn vật thể

Để giải một bài toán biên trong miền W, bằng phép tam giác phân, ta chia thành một số hữu hạn các miền con Wj (j = 1, , n) sao cho hai miền con bất kì không giao nhau và chỉ có thể chung nhau đỉnh hoặc các cạnh Mỗi miền con Wj

được gọi là một phần tử hữu hạn

Người ta tìm nghiệm xấp xỉ của bài toán biên ban đầu trong một không gian hữu hạn chiều các hàm số thoả mãn điều kiện khả vi nhất định trên toàn miền W và hạn chế của chúng trên từng phần tử hữu hạn Wj là các đa thức Có thể chọn cơ sở của không gian này gồm các hàm số ψ1(x), , ψn(x) có giá trị trong một số hữu hạn phần

tử hữu hạn Wj ở gần nhau Nghiệm xấp xỉ của bài toán ban đầu được tìm dưới dạng

c1ψ1(x) + + cnψn(x) trong đó các ck là các số cần tìm Thông thường người ta đưa việc tìm các ck về việc giải một phương trình đại số với ma trận thưa (chỉ có các phần tử trên đường chéo chính và trên một số đường song song sát với đường chéo chính là khác không) nên

dễ giải Có thể lấy cạnh của các phần tử hữu hạn là đường thẳng hoặc đường cong

để xấp xỉ các miền có dạng hình học phức tạp Phương pháp phần tử hữu hạn có thể dùng để giải gần đúng các bài toán biên tuyến tính, phi tuyến và các bất phương trình

Với sự hỗ trợ của máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn đang được

sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như lí thuyết đàn hồi và dẻo,

cơ học chất lỏng, cơ học vật rắn, cơ học thiên thể, khí tượng thuỷ văn, v.v

c) Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe:

Theo nguyên lý Dalambe, bài toán động lực học hệ dao động sẽ đưa về bài toán tĩnh học trên cơ sở đưa lực quán tính vào cơ hệ, khi đó phương trình chuyển động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng đại số các ngoại lực, phản lực và lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát Khi đó, các phần tử của hệ dao động sẽ được tách độc lập và đặt ngoại lực cân bằng ở trạng thái tĩnh Từ đó xây dựng các phương trình cho từng phần tử để giải hệ các phương trình đơn giản

Phương pháp này khá thông dụng để giải các bài toán động lực học và trực quan hóa mối quan hệ ảnh hưởng lên từng phần tử riêng biệt trong hệ dao động Phương pháp này được dùng khi hệ dao động đơn giản

d) Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II:

Phương trình Lagranger hạng II có dạng tổng quát như sau:

i i i i

T q

T dt

qi - các tọa độ suy rộng của hệ

Sau khi tìm được các hàm động năng, thế năng, năng lượng hao tán và các lực suy rộng theo các toạ độ suy rộng, thay vào phương trình Lagranger hạng II ta

sẽ nhận được một hệ phương trình vi phân Số lượng phương trình vi phân trong hệ

tỷ lệ thuận với số lượng của các khối lượng qui đổi trong mô hình Bằng phương pháp giải tích, một hệ phương trình vi phân luôn luôn có thể biến đổi được về một phương trình vi phân bậc cao với số bậc phụ thuộc vào số phương trình vi phân trong hệ

Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào mô hình cơ học của cơ hệ Trong đó, đối với các cơ hệ hôlônôm, giữ và dừng (là cơ hệ

có các điều kiện ràng buộc được mô tả bằng những phương trình liên kết và trong phương trình liên kết không chứa các yếu tố vận tốc và thời gian [13] người ta thường sử dụng phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II)

1.4.2 Các phần mềm ứng dụng để nghiên cứu dao động

Nội dung của việc xử lý mô hình toán là việc giải và mô phỏng các phương trình vi phân đã lập được Trong những trường hợp phương trình vi phân không quá

phức tạp, người ta thường ưu tiên sử dụng phương pháp giải tích để giải các phương trình vi phân

Tuy nhiên, nếu lập mô hình cơ học của hệ dưới dạng càng nhiều các khối lượng qui đổi, sẽ đồng nghĩa với việc nhận được một phương trình vi phân có số bậc càng cao; dẫn đến, việc giải và mô phỏng phương trình vi phân sẽ trở lên khó khăn hơn rất nhiều Ngày này, với sự trợ giúp của máy tính điện tử đã khắc phục được vấn đề khó khăn nêu trên Các hệ chương trình trợ giúp đắc lực cho việc giải

và mô phỏng phương trình vi phân có khá nhiều Có thể kể ra đây bốn chương trình tính toán đa năng được sử dụng phổ biến hơn cả là: Mathematica, Maple, Mathcad

và Matlab & Simulink

a) Phần mềm Mathematica

Mathematica lần đầu tiên được hãng Wolfram Research phát hành vào năm

1988, là một hệ thống nhằm thực hiện các tính toán toán học trên máy tính điện tử

Nó là một tổ hợp các tính toán bằng ký hiệu, tính toán bằng số, vẽ đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi Lần đầu tiên khi version 1 của Mathematica được phát hành, mục đích chính của phần mềm này là đưa vào sử dụng cho các ngành khoa học vật

lý, công nghệ và toán học, nhưng cùng với thời gian Mathematica trở thành phần mềm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác Ngày nay Mathematica không những được sử dụng trong các ngành khoa học tự nhiên như vật lý, sinh học, toán học, hóa học, công nghệ mà nó đã trở thành một phần mềm quan trọng của các ngành khoa học xã hội cũng như kinh tế Trong công nghệ ngày nay người ta đã sử dụng Mathematica trong công tác thiết kế Trong kinh tế Mathematica lại là công cụ mạnh để tiến hành mô hình hóa các bài toán kinh tế phức tạp Mathematica cũng là một trong các công cụ quan trọng trong khoa học máy tính cũng như trong lĩnh vực phát triển phần mềm [36]

b) Phần mềm Maple:

Khái niệm đầu tiên về Maple xuất phát từ một cuộc họp vào tháng 11 năm

1980 tại Đại học Waterloo Ngày nay Maple đã được phát triển khá hoàn thiện Người dùng có thể nhập biểu thức toán học theo các ký hiệu toán học truyền thống

Có thể dễ dàng tạo ra những giao diện người dùng tùy chọn Maple hỗ trợ cho cả tính toán số và tính toán hình thức, cũng như hiển thị Nhiều phép tính số học được thực hiện dựa trên thư viện số học NAG; trong Maple, các chương trình con NAG

đã được mở rộng để cho phép độ chính xác ngẫu nhiên lớn Maple cũng có một ngôn ngữ lập trình cấp cao đầy đủ

Phần lớn chức năng toán học của Maple được viết bằng ngôn ngữ Maple, và được thông dịch bởi nhân Maple Nhân Maple được viết bằng C Maple chạy trên tất cả các hệ điều hành chính

Ngày nay, Maple đã có thêm những tính năng giao diện người dùng giống như Mathematica, gồm có những kiểu trình bày theo mục đích đặc biệt, quản lý phần đầu và cuối trang, vùng thực hiện tự động, mẫu hoàn thành lệnh, kiểm tra cú pháp và vùng tự động khởi tạo Những tính năng khác được thêm để làm cho Maple

dễ dùng hơn như một hộp công cụ Maple

Ưu điểm của Maple là giải phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng, vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều, 3 chiều [6]

c) Phần mềm Mathcad:

MATHCAD là một loại chương trình xử lý toán học được áp dụng rất rộng rãi trên thế giới hiện nay Nó hỗ trợ cho việc sử dụng máy tính làm công cụ thiết kế, xuất ra các văn bản mà người đọc hiểu được các bản tính cũng như các công thức tính một cách tường minh Ngoài ra cũng có thể lập trình trên MATHCAD như một ngôn nhữ lập trình bậc cao

MATHCAD có thể thay thế cho các bảng tính EXCEL trong việc diễn đạt các bảng tính thiết kế đối tượng cơ khí hay xây dựng Mặt khác, phần đồ họa thể hiện rõ ràng và đa dạng hơn Đặc biệt những tính toán phức tạp như giải phương trình vi phân, các phép toán ma trận, giải các bài toán số phức, các bài toán tối ưu hóa đều trở nên rõ ràng [5]

d) Phần mềm Matlab & Simulink

Đối với việc giải và mô phỏng phương trình vi phân thì Matlab & Simulink

là công cụ trợ giúp đắc lực và được sử dụng phổ biến hiện nay Matlab & Simulink

là một chương trình lớn trong lĩnh vực toán số với thế mạnh là tính toán và mô phỏng hệ thống Phần cốt lõi của chương trình bao gồm một số hàm toán, các chức năng nhập/xuất cũng như các chức năng điều khiển chu trình Thêm vào phần cốt lõi, người sử dụng có thể mua bổ sung một số “bộ công cụ” (Toolbox) với phạm vi, chức năng chuyên dùng mà người sử dụng cần

Simulinhk là một phần chương trình mở rộng của Matlab, nhằm mục đích

mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Mô hình đồ họa trên màn hình Simulinhk cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu và các khối chức năng quen thuộc Simulink cung cấp cho người dùng một thư viện rất phong phú các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn Hơn thế, người dùng có thể tự tạo các khối chức năng cho riêng mình [18]

Ưu điểm vượt trội của Simulink trong MATLAB là khả năng tích kết hợp hệ thống rất mạnh mẽ Trước kia Simulink được sử dụng phổ biến đối với ngành điện, điện tử và điều khiển Do được hỗ trợ công nghiệp mạnh nên có độ tin cậy cao Với một mô hình được mô phỏng hoàn toàn có thể được áp dụng trong thực tế Simulink làm việc dựa trên cơ sở giải các phương trình toán học Vì vậy với một hệ thống có nhiều cụm có các tính chất vật lý khác nhau (cơ khí, thủy lực, điện, khí…) nếu có thể mô tả bằng các phương trình toán học đều được giải kết hợp trong cùng một mô hình Trước kia thường khảo sát các hệ thống khác nhau về phương diện vật lý một cách riêng rẽ Ngày nay nhờ công cụ Simulink có thể khảo sát kết hợp các hệ thống với nhau Mặt khác trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại thường kết hợp cơ khí, thủy lực, điện tử với nhau chứ không còn đơn thuần cơ khí như trước kia Với xu hướng phát triển mạnh mẽ của ngành cơ điện tử ngày nay mà Simulink ngày càng được sử dụng rộng rãi trong cơ khí chứ không còn bó hẹp trong ngành điện tử và điều khiển nữa

Với các chức năng tiện ích trên, nhiều nhà khoa học đã sử dụng phần mềm này phục vụ công tác nghiên cứu của mình và đã nhận được những kết quả tin cậy

1.4.3 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động

Sau khi thu được những kết quả từ mô hình toán của nghiên cứu lý thuyết, để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của mô hình người ta thường phải tiến hành thực nghiệm Trong thực nghiệm, người ta sẽ tiến hành các phép đo để xác định các thông số thực và qui luật biến đổi thực của chúng Sau đó, tiến hành so sánh với những kết quả của tính toán lý thuyết, nếu sai lệch trong phạm vi cho phép và có thể

lý giải được nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch đó thì lý thuyết sẽ được chấp nhận

Ngày nay, thực nghiệm trong nghiên cứu dao động ô tô thường sử dụng phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện Phương pháp đo các đại lượng không điện là phương pháp biến đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện trung gian, tín hiệu điện này được đưa đến bộ phận khuếch đại, thông qua việc đo các đại lượng điện đó sẽ xác định ra các đại lượng cần đo Phương pháp này có ưu điểm:

+ Có thể thay đổi độ nhạy của dụng cụ một cách rất đơn giản trong phạm vi rất rộng của đại lượng đo (hay dải đo rộng) Điều này cho phép đo những đại lượng rất bé và khuếch đại lên hàng nghìn lần, có thể đo được những đại lượng mà phương pháp khác không thể đo được

+ Vì chúng ta cần đo điện các đại lượng không điện, các thiết bị điện thường có quán tính rất nhỏ hay có dải tần số rộng và điều đó cho phép đo được các đại lượng biến đổi nhanh

+ Có khả năng đo được từ xa, đo nhiều đại lượng cùng một lúc, truyền kết quả đo trên khoảng cách lớn và cho phép tính toán các kết quả đó, dùng chúng để điều khiển một quá trình nào đó

+ Có khả năng liên hợp các thiết bị đo và điều khiển tự động các thiết bị cùng một kiểu với nhau

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện với việc ứng dụng các thiết bị kỹ thuật số có sự trợ giúp của máy tính như sau:

Trong sơ đồ trên:

- CB - cảm biến, chúng là tập hợp những chuyển đổi đo, được bố trí trực tiếp trên đối tượng cần đo Về bản chất, chuyển đổi đo là các phần tử biến đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện

- K - bộ khuếch đại, thường được chế tạo thành bộ phận độc lập, có chức năng khuếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần

- A/D - bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) sang tín hiệu số (Digital)

- PC - máy tính đã được cài đặt các phần mềm đo lường và xử lý số liệu, có chức năng ghi lại và hiển thị các kết quả đo

Hiện nay, bộ khuếch đại K và bộ chuyển đổi A/D được tích hợp chung vào một thiết bị và được điều khiển bằng phần mềm riêng của chúng Có một số thiết bị

và phần mềm thông dụng như: thiết bị DMC Plus và phần mềm điều khiển DMC Laplus; thiết bị Spider8 và phần mềm Spider8 Conltrol Ngoài ra người ta còn dùng phần mềm Catman để điều khiển cả hai loại thiết bị nêu trên…

Cảm biến CB được gắn vào vật cần đo, tín hiệu từ cảm biến CB được chuyển đến bộ khuếch đại K, tại đây tín hiệu được khuếch đại lên hàng nghìn lần Tín hiệu sau khuếch đại được bộ chuyển đổi A/D chuyển sang dạng số và được lưu vào máy tính bằng định dạng ASCII

Thực nghiệm là một nội dung quan trọng của nghiên cứu dao động ô tô Sự chuẩn xác giữa kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ tin cậy và chất lượng của công trình nghiên cứu

Tóm lại: Ở Việt Nam, chưa có công nghệ chữa cháy rừng hiện đại; thiết bị chữa cháy thiếu, lạc hậu, chưa có các thiết bị chuyên dùng Lực lượng chữa cháy chưa được đào tạo, huấn luyện kỹ về công nghệ, sử dụng các thiết bị, nên hiệu quả chữa cháy còn rất thấp Đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10đã nghiên cứu chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng Xe chữa cháy rừng đa năng là mẫu xe mới được chế tạo nên chưa có điều kiện để nghiên cứu sâu về mẫu xe này Vì vậy, cần phải nghiên cứu dao động của xe để đề xuất các giải pháp nâng cao khả năng chuyển động êm dịu, chọn chế độ sử dụng lợp lý Để lập phương trình vi phân dao động của xe có nhiều phương pháp (phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu

hạn, sử dụng nguyên lý Dalambe, ứng dụng phương trình Laganger loại II…); để giải và mô phỏng phương trình đó có phần mềm hỗ trợ (Mathematica, Mathcad, Maple, Matlab-Simulink…) Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác phụ thuộc vào mô hình cơ học của cơ hệ

Với những vấn đề nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu dao động

của xe chữa cháy rừng đa năng” với mục tiêu sau: Xây dựng được mô hình dao

động của xe chữa cháy rừng đa năng; lập, giải và mô phỏng được hệ phương trình

vi phân dao động của cơ hệ làm cơ sở đề xuất một số giải pháp để nâng cao sự chuyển động êm dịu của xe chữa cháy rừng đa năng

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo (hình 2.1) khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

Hình 2.1: Xe chữa cháy rừng đa năng

Xe chữa cháy rừng đa năng có các thông số kỹ thuật chủ yếu sau (bảng 2.1): Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng

TT Đặc tính kỹ thuật của xe Đơn vị Chỉ tiêu kỹ thuật

14 Chiều rộng băng cắt thực bì m 2

2.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu dao động trong mặt phẳng đối xứng dọc của xe chữa cháy rừng

đa năng do đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo khi xe chuyển động trên đường lâm nghiệp

2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Luận văn bao gồm 5 chương, trong đó có 3 chương nghiên cứu lý thuyết, 1 chương nghiên cứu thực nghiệm, chương 5: Kết luận và khuyến nghị

Nội dung nghiên cứu lý thuyết của luận văn được trình bày trong chương 1, chương 2 và chương 3 Cụ thể như sau:

2.3.1 Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Trong nội dung này, chúng tôi đã trình bày tổng quan về các vấn đề sau:

- Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới và ở Việt Nam

- Tổng quan về dao động của ô tô máy kéo trong đó có giới thiệu các công trình nghiên cứu dao động ô tô, máy kéo trên thế giới và ở Việt Nam; cũng như các phương pháp nghiên cứu dao động ô tô máy kéo được sử dụng phổ biến hiện nay

- Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng

Để thực hiện được những nội dung trên, đề tài đã sử dụng phương pháp tra cứu, thu thập thông tin trên các phương tiện thông tin đại chúng và trên mạng

Internet; sau đó phân tích thông tin thu thập được để lựa chọn các thông tin cần thiết

và sát thực với nội dung nghiên cứu của đề tài Bên cạnh đó, tác giả còn tham khảo nhiều công trình nghiên cứu khoa học, các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ trong và ngoài nước về lĩnh vực liên quan đến đề tài, tìm hiểu kết quả nghiên cứu của đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 do trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì

2.3.2 Chương 2: Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn là: Dao động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc của xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

Có nhiều phương pháp để thực hiện được từng nội dung của luận văn, chúng tôi liệt kê và lựa chọn phương pháp phù hợp với mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.3.3 Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

Trong chương này chúng tôi sẽ xây dựng mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trong mặt phẳng đối xứng dọc khi chuyển động trên đường lâm nghiệp, giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ

Nghiên cứu xây dựng dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trong mặt phẳng thẳng đứng dọc khi chuyển động trên đường lâm nghiệp Mô hình được xây dựng trong hệ trục tọa độ OXYZ, trong đó:

- Trục OX là chiều chuyển động của xe

- Trục OY là trục ngang vuông góc với trục OX

- Trục OZ là trục đứng vuông góc với trục OX và OY

Từ mô hình dao động, đề tài ứng dụng phương trình Lagranger loại II để lập

hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Phương trình Lagranger loại II có dạng

i i i i

Tq

Tdt

 là hàm thế năng của cơ hệ,

 là hàm hao tán của cơ hệ,

hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Sau khi lập được phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ, với các thông số đầu vào đã được xác định, đề tài sử dụng phần mềm Matlab & Simulink để giải và mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

2.3.4 Chương 4: Thực nghiệm xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp

Để minh họa cho kết quả nghiên cứu lý thuyết đề tài tiến hành thực nghiệm xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trên đường lâm nghiệp Chúng tôi tiến hành thực nghiệm 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 chuyển động trên đường lâm nghiệp

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

Chương 3 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP 3.1 Xây dựng mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Để xây dựng mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trong mặt phẳng thẳng đứng dọc, đảm bảo tính tương đương của mô hình dao động; đồng thời đơn giản cho quá trình nghiên cứu, chúng tôi đưa ra một số giả thiết sau:

- Cơ hệ có khối lượng quán tính chuyển động trong mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm xe Dao động được xét quanh vị trí cân bằng tĩnh

- Bỏ qua lực ma sát của các ổ trục và các nguồn kích thích dao động trên xe, coi mấp mô mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất

- Độ mấp mô của biên dạng đường bên trái và bên phải của bánh xe trên một trục là như nhau

- Khi chuyển động bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường và độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với các bánh xe trước, bánh xe giữa và bánh xe sau là h1, h2,

h3

- Các lốp được bơm căng như nhau, độ cứng, hệ số cản của các lốp là như nhau

- Phần khối lượng không được treo tương ứng ở cầu trước, cầu giữa, cầu sau là m1,

+ Trục OX là chiều chuyển động của xe

+ Trục OY là trục nằm ngang vuông góc với trục OX

+ Trục OZ là trục thẳng đứng vuông góc với trục OX và OY

z: Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm xe, m;

zc: Chuyển dịch thẳng đứng của điểm tâm xoay nhíp sau, m;

J: Mô men quán tính của xe đối với trục ngang OY, kg.m 2 ;

Jc: Mô men quán tính của nhíp sau đối với trục ngang song song với trục OY

và đi qua điểm tâm xoay nhíp sau A, kg.m 2 ;

: Chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng đứng dọc tại vị trí trọng tâm

xe, rad;

: Chuyển vị góc của nhíp sau trong mặt phẳng đứng dọc tại vị trí tâm xoay,

rad;

c1, c2, c3: Độ cứng quy đổi của lốp bánh trước, bánh giữa và bánh sau, N/m;

cn1, cn2: Độ cứng quy đổi của nhíp trước và nhíp sau, N/m;

k1, k2, k3: Hệ số cản giảm chấn quy đổi của lốp trước, lốp giữa và lốp sau,

Ns/m;

kn1: Hệ số cản giảm chấn quy đổi của giảm xóc cầu trước, Ns/m;

m: Khối lượng được treo của toàn bộ xe đặt tại trọng tâm của xe, kg;

m1, m2, m3: Khối lượng các cầu trước, cầu giữa và cầu sau, kg;

l1, l2: Khoảng cách nằm ngang từ trọng tâm của xe tới tâm cầu trước, điểm

xoay nhíp cầu sau, m;

l3: Khoảng cách nằm ngang từ điểm xoay nhíp cầu sau đến cầu sau, m;

h1, h2, h3: Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với bánh xe trước,

bánh giữa và bánh sau, m;

1, 2, 3: Các biến dạng của lốp trước, lốp giữa và lốp sau, m;

n1, n2: Các biến dạng của giảm xóc cầu trước và cầu sau, m;

3.2 Lập hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Để lập phương trình vi phân dao động của cơ hệ, đề tài sử dụng phương trình Lagranger loại II

Phương trình Lagranger loại II có dạng tổng quát:

i i i i

Tq

Tdt

 - Thế năng của cơ hệ,

 - Hàm hao tán của cơ hệ,

qi - Tọa độ suy rộng, i = 1, 2,…n

Qi - Lực suy rộng của cơ hệ

Chọn 5 tọa độ suy rộng đủ là:

z: Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm xe, m;

zc: Chuyển dịch thẳng đứng của điểm tâm xoay nhíp sau, m;

z11: Chuyển dịch thẳng đứng của tâm cầu trước, m;

: Chuyển vị góc của thân xe trong mặt phẳng đứng dọc tại vị trí trọng tâm xe, rad;

: Chuyển vị góc của nhíp sau trong mặt phẳng đứng dọc tại vị trí tâm xoay, rad;

Để thiết lập hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng theo phương pháp ứng dụng phương trình Lagranger loại II, cần xác định các biểu thức động năng, thế năng và hàm hao tán năng lượng của cơ hệ

Biểu thức động năng của cơ hệ được xác định như sau:

2 2

22 3 2

21 2 2

11 1 2

2

2

12

12

12

12

12

1m z J m z m z m z J c

2 2

3 3 2 3 2 2

11 1 2 2

2

1)(

2

1)(

2

12

12

1 1 2

3 2 2 2

1

1

2

12

12

12

12

2 2

11 1

1

2 3 3 3 2 2 3 2 2 1 11

1

)(

2

1)(

2

1

)(

2

1)(

2

1)(

2

1

c n

n

c c

z l z c z

l

z

c

h l z c h

l z c h

3 3 2 2 2 2

1

1

2

12

12

12

1

n n

k k

3 3 3 2 2 3 2 2 1 11

2

1)(

2

1)(

2

1)(

2

1

z l z k h

l z k h

l z k h

z

