Nghiên cứu dao động của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng

--- ĐẶNG THỊ TỐ LOAN NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG CÔNG TÁC CHÍNH TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp Mã số: 60 .52.. Ph

-

ĐẶNG THỊ TỐ LOAN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG CÔNG TÁC CHÍNH TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010

-

ĐẶNG THỊ TỐ LOAN

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG CÔNG TÁC CHÍNH TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG

Chuyên ngành: Máy và thiết bị cơ giới hoá nông lâm nghiệp

Mã số: 60 52 14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

TS Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2010

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của con người, rừng cung cấp nguyên liệu cho sản xuất của nền kinh tế quốc dân, rừng còn là nguồn sinh thủy cho sông suối, các hồ thủy điện, rừng còn góp phần chống lũ quét, bão gió, đặc biệt rừng còn có chức năng điều hòa không khí, dự trữ sinh quyển và rừng còn góp phần hạn chế biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay Ngoài ra rừng còn

có chức năng du lịch, văn hóa, cảnh quan của mỗi địa phương mỗi quốc gia Với chức năng to lớn của rừng như vậy, nhưng tài nguyên rừng trên thế giới ngày càng suy giảm, một trong những nguyên nhân làm mất rừng đó là

do cháy rừng gây nên Theo số liệu thống kê của tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc hàng năm trên toàn thế giới có hàng vạn vụ cháy rừng làm cháy mất hàng triệu ha rừng Cháy rừng làm thiệt hại hàng tỷ đô la về kinh tế, làm chết và bị thương nhiều người, đặc biệt là ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái và đa dạng sinh học

Ở Việt Nam theo số liệu thống kê của cục kiểm lâm hàng năm có hàng trăm vụ cháy rừng làm mất hàng ngàn ha rừng, gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái Nhận thức được tác hại nghiêm trọng do cháy rừng gây ra Chính phủ và các bộ ngành, các địa phương đã có nhiều chính sách, giải pháp nhằm hạn chế đến mức thấp nhất của cháy rừng gây ra Nhưng do biến đổi khí hậu toàn cầu gây nên, dẫn đến nguy cơ cháy rừng rất cao, tình hình cháy rừng diễn biến phức tạp

Hiện nay ở một số cơ sở chữa cháy rừng đã được trang bị một số thiết bị chữa cháy rừng như máy thổi gió, máy bơm nước, xe ô tô chữa cháy nhưng hiệu quả chữa cháy không cao, không phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam Việc chữa cháy rừng hiện nay ở các địa phương chủ yếu là thủ công

như là dùng cành cây dập lửa, vỉ dập lửa nên năng suất dập lửa thấp, tốn nhiều nhân lực, hiệu quả chữa cháy không cao

Đặc điểm của cháy rừng là diễn ra ở những nơi có địa hình phức tạp, độ dốc lớn, xa nguồn nước, giao thông khó khăn và diễn ra trên phạm vi rộng lớn, với những đặc điểm đám cháy rừng nêu trên đòi hỏi phải có nghiên cứu

về công nghệ chữa cháy, các thiết bị chữa cháy chuyên dụng cho phù hợp với điều kiện địa hình và điều kiện về chất chữa cháy rừng có thể cung cấp được Xuất phát từ lý do trên, năm 2008 Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao nhiệm vụ cho Trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì thực hiện đề tài trọng điểm

cấp nhà nước: “ Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” Kết quả của đề tài đã thiết kế, chế tạo ra xe

chữa cháy rừng đa năng, trên xe tích hợp của nhiều hệ thống chữa cháy Kết quả khảo nghiệm trong thực tế chữa cháy cho thấy xe chữa cháy này chữa cháy rừng có hiệu quả ở các tỉnh Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, song thực nghiệm chỉ ra rằng xe còn một số tồn tại đó là các hệ thống khi hoạt động đã tạo ra độ rung lớn, dao động của các hệ thống công tác làm ảnh hưởng đến dao động của xe cũng như chất lượng, độ bền của các chi tiết trong hệ thống

Để có cơ sở lý thuyết cho việc hạn chế dao động và rung động của các hệ thống công tác trên xe, góp phần vào việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng thì nhất thiết phải nghiên cứu dao động của các hệ thống trên xe chữa cháy rừng đa năng

Xuất phát từ những lý do đã trình bày ở trên, chúng tôi chọn và thực hiện

đề tài: “Nghiên cứu dao động của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài đã nêu ở trên, chúng tôi đặt ra mục tiêu như sau:

Xây dựng mô hình tính toán dao động của một số hệ thống, đưa ra giải pháp hạn chế dao động của các hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu dao động là một vấn đề rộng và cần phải có thời gian dài, trong luận văn này chỉ giới hạn các nội dung nghiên cứu sau đây:

- Thiết bị nghiên cứu: luận văn không nghiên cứu dao động của tất cả các hệ thống công tác trên xe, mà chỉ tập trung nghiên cứu dao động của một

số hệ thống có biên độ và tần số dao động lớn, ảnh hưởng lớn đến dao động của xe đó là dao động của hệ thống cắt đất dạng búa, dao động của hệ thống làm sạch cỏ rác và dao động của hệ thống chặt hạ cây

- Đối tượng gây ra dao động của các hệ thống: luận văn không nghiên cứu tất cả các loại đất, các loại thực bì mà hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác hoạt động trên đó, đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cho một loại đất, một loại thực bì đặc trưng cho loại đất và thực bì của khu rừng có nguy

cơ cháy cao, xe chữa cháy hoạt động ở trên đó

- Địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: luận văn không có điều kiện làm thí nghiệm ở thực địa nơi xảy ra cháy rừng ở khu vực Tây Nguyên, mà luận văn chọn một địa điểm ở khu rừng thực nghiệm của trường Đại học Lâm nghiệp, có địa hình, loại đất và loại thực bì giống như địa hình và thực bì đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên để làm thí nghiệm đo dao động của các hệ thống công tác chính trên xe

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài đặt ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Xác định các lực kích động gây ra dao động của hệ thống chặt hạ cây,

hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác

- Xây dựng mô hình tính toán dao động của hệ thống chặt hạ cây

- Xây dựng mô hình tính toán dao động của hệ thống cắt đất

- Xây dựng mô hình tính toán dao động của hệ thống làm sạch cỏ rác tạo băng cách ly đám cháy

- Thiết lập phương trình dao động của hệ thống chặt hạ cây, hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác

- Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến đại lượng nghiên cứu đó là biên

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định biểu đồ dao động của hệ thống chặt hạ cây, hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác Trên cơ sở đó xác định được biên độ và tần

số của dao động theo thời gian, do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

- Xác định biểu đồ dao động của hệ thống chặt hạ cây theo thời gian để kiểm nghiệm kết quả tính toán theo lý thuyết

- Xác định biểu đồ dao động của hệ thống cắt đất theo thời gian để kiểm nghiệm kết quả tính toán theo lý thuyết

- Xác định biểu đồ dao động của hệ thống làm sạch cỏ rác tạo băng cách

ly cô lập đám cháy để kiểm nghiệm kết quả tính toán theo lý thuyết

- Xác định thông số hợp lý của hệ thống chặt hạ cây, hệ thống cắt đất

và hệ thống làm sạch cỏ rác nhằm hạn chế dao động khi sử dụng xe chữa cháy rừng đa năng trong hoạt động chữa cháy rừng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng ở Việt Nam

Việt Nam hiện có trên 11,8 triệu hécta rừng (độ che phủ tương ứng là 35,8%), với 9,8 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng Trong những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng dễ xảy ra cháy, hiện nay Việt Nam có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản…, cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy rừng hàng năm thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và càng khó lường ở Việt Nam đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng và cháy lớn ngày càng nghiêm trọng

Trong vài thập kỷ qua, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn ha rừng, trong đó mất do cháy rừng khoảng 16.000 ha Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong vòng 40 năm qua (1963 - 2002) của Cục Kiểm lâm; tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ, diện tích thiệt hại trên 633.000 ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên Thiệt hại ước tính mất hàng ngàn tỷ đồng, đó là chưa kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt ở vùng hạ lưu mà chúng

ta chưa xác định được và làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan, tác động xấu đến an ninh quốc phòng Ngoài ra còn gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của con người

Một số số liệu điển hình về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra ở Việt Nam trong những năm qua như sau:

Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02 người chết; tại Quảng Ninh từ năm 1962 - 1983, diện tích rừng Thông bị cháy là 15.800 ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn tấn nhựa thông và một số kho tàng bị cháy; ở tỉnh Lâm Đồng từ năm

1981 - 1994 cháy 43.238 ha rừng Thông và một số rừng trồng khác; ở tỉnh

Cà Mau và Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy trong 4 năm (1976 - 1980) là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3 gỗ, củi và nhiều loại côn trùng, động vật cư trú tại đó, đồng thời cháy cả lớp than bùn từ 0,8 đến 1,2 m gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, đặc biệt năm 1998 Kiên Giang bị cháy 4.262

ha rừng, tổn thất trên 20 tỷ đồng; ở tỉnh Thừa Thiên Huế, mùa khô năm

1991, do dùng lửa thiếu ý thức đã làm cháy hơn 300 ha rừng Thông, trong thời gian rất ngắn đã thiêu huỷ cả khu rừng gây trồng hơn 10 năm tuổi; các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Lâm Đồng là những tỉnh bị cháy rừng khá lớn, chỉ tính riêng từ năm 1992 - 2000, bốn tỉnh đó xảy ra 1.825 vụ cháy rừng, gây thiệt hại trên 13.290 ha rừng kinh tế, [33]

Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng ElNilo đã xảy ra cháy trên 15.000 ha rừng, làm chết 13 người Năm 2002, đã xảy ra 1.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng (4.125 ha rừng tự nhiên và 11.423 ha rừng trồng), trong đó thiệt hại do hai vụ cháy rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng, chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy và chi phí để phục hồi phục hồi rừng của nhà nước

Đầu năm 2010 đo biến đổi khí hậu, nắng nóng diễn ra ở cả ba miền, đã dẫn đến cháy rừng xảy ra ở nhiều nơi từ Lào Cai, Lai châu, Yên Bái, Hà Giang, Kom Tum, Đồng Nai, Vườn Quốc gia Chàm Chim Đồng tháp, Cà Mau Có ngày trong cả nước đã xảy ra 100 vụ cháy rừng trải dài từ miền bắc, miền trung và đến cà Mau Để tổng hợp tình hình cháy ở Việt Nam chúng tôi thống kê như ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam năm 1993- 2003

TT Năm Tổng số

vụ cháy (ha)

Cháy rừng TN (ha)

Cháy rừng trồng (ha)

Tổng cháy rừng kinh

tế (ha)

Ghi chú

Từ bảng số liệu (1.1) ta có thể thấy trung bình mỗi năm ở Việt Nam xảy ra

1290 vụ cháy rừng, gây thiệt hại 3.068 ha rừng tự nhiên và 3.667 ha rừng trồng Hiện nay, nạn cháy rừng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng đối với mọi quốc gia trên thế giới, đặc biệt những nước có diện tích rừng lớn Vì vậy hạn chế nạn cháy rừng và bảo vệ môi trường sống của cả nhân loại là nhiệm vụ cấp bách không phải chỉ của một quốc gia nào mà của toàn thế giới

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

Cháy rừng là một thảm hoạ thiên nhiên mà bất cứ quốc gia nào trên thế giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra

Theo các tài liệu [42], [47], [48], ở một số nước phát triển như Mỹ, Canađa, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản… thiết bị chữa cháy chủ yếu là máy bay phun nước và hóa chất để dập lửa, xe ôtô chữa cháy sử dụng nước và hóa chất

để dập lửa, do vậy các công trình nghiên cứu về thiết bị này tương đối hoàn thiện và các thiết bị trên đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế chữa cháy rừng ở các nước phát triển Máy bay chữa cháy rừng được thể hiện ở hình 1.1

Hình 1.1: Máy bay chữa cháy rừng

Ở Ailen đã có nhiều công trình nghiên cứu về xe chữa cháy rừng, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được loại xe chữa cháy rừng với chất chữa cháy rừng là nước, trên xe có thiết kế hệ thống khung sắt để bảo vệ cabin khi di chuyển trong rừng [61], [62], hình ảnh xe chữa cháy rừng của Ailen được thể hiện như hình 1.2

Hình 1.2: Xe chữa cháy rừng của Ailen

Theo các tài liệu [49], [50], [56], Trung Quốc là nước có nhiều công trình nghiên cứu về xe chuyên dụng chữa cháy rừng, các công trình chủ yếu tập trung nghiên cứu loại xe chất chữa cháy là nước, nguồn động lực cho xe là loại xe bánh xích, do nguồn động lực là bánh xích nên khả năng di động trên độ dốc là rất lớn, nhưng chất chữa cháy sử dụng là nước nên cũng có nhiều hạn chế Hình ảnh xe chữa cháy rừng của Trung Quốc được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1.3: Xe chữa cháy rừng của Trung Quốc

Thái Lan và một số nước đã nghiên cứu xe chữa cháy rừng sử dụng chất chữa cháy là nước, nguồn động lực để chế tạo xe là máy kéo, thiết bị này có khả năng di động ở trong rừng rất tốt Hình ảnh xe chữa cháy rừng của Thái Lan được thể hiện trên hình 1.4, [54], [58], 60]

Hình 1.4: Xe chữa cháy rừng của Thái Lan

Một số nước như Nga, Mỹ, Canađa đã có các công trình nghiên cứu về thiết bị làm băng cách ly, cô lập, khoanh vùng đám cháy [41], [44] Kết quả

nghiên cứu đã tạo ra được các thiết bị làm băng cách ly đám cháy với nguồn động lực là máy ủi, hệ thống làm băng cách ly là hệ thống cày kéo theo sau, thiết bị này còn nhược điểm là tốc độ làm băng chậm, khi gặp gốc cây, mô đá

có thể gây quá tải cho động cơ, hình ảnh của thiết bị làm băng cách ly đám cháy được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5: Thiết bị làm băng cách ly đám cháy

Tóm lại: Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị chữa

cháy rừng, kết quả nghiên cứu đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, đã tạo ra nhiều thiết bị chữa cháy rừng được đưa vào sử dụng trong thực tế Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung giải quyết các thiết bị chất chữa cháy bằng nước và hóa chất, các công trình nghiên cứu sử dụng đất cát chữa cháy rừng rất hạn chế, các công trình nghiên cứu làm băng cách ly kéo theo nguồn động lực là xe ôtô cũng rất hạn chế

1.3 Tình hình nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo trên thế giới

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể 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

Năm 1992 Kozmin S.F [52] đã nghiên cứu quá trình dao động thẳng đứng của máy kéo bánh hơi lâm nghiệp cỡ 6 kN

Trong công trình [49], 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 Dobrưnhin Iu.A [54] 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 [53] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp

Tác giả Volgel [50] 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 [51] 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

1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ôtô máy kéo ở Việt Nam

Ở Việt Nam nghiên cứu về dao động của ôtô đã được một số tác giả đề cập đến.Trong công trình [39] tác giả đã nghiên cứu vấn đề chống rung tại vị trí làm việc của công nhân lái máy kéo

Tác giả trong công trình [36] đã đề cập đến các biện pháp nâng cao độ

êm dịu chuyển động của các loại xe ca và xe tải cỡ nhỏ Tác giả trong tài liệu [3 ] đã đưa ra phương pháp chọn các thông số treo nhằm nâng cao độ êm dịu khi chuyển động

Luận án Tiến sĩ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [9] “ Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương ôtô khi xe chuyển động trên đường",

kết quả nghiên cứu của đề tài đã thiết lập mô hình tính toán dao động của ôtô chịu kích động từ mấp mô bề mặt đường, từ đó xác định các thông số dao động của xe ôtô tác dụng lên khung xương khi chuyển động trên đường, tác giả đã thiết lập mô hình và giải bài toán tính độ bền hệ khung xương không gian của ôtô bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Việc tính toán dao động của các công tình trên còn đơn giản và theo phương pháp truyền thống, trong tính toán đã kể đến ảnh hưởng của tải trọng động, bài toán đã khảo sát ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thông qua hệ số tải trọng động Chưa có công trình nào kể trên nghiên cứu dao động của các phần tử liên kết với xe ôtô

Luận án Tiến sĩ của tác giả Phạm Đình Vi, tác giả đã đưa ra các chỉ tiêu dao động, khảo sát trên mô hình phẳng dao động của xe con với nguồn kích thích từ mấp mô mặt đường ngẫu nhiên

Luận án Tiến sĩ của tác giả Võ Văn Hường [10], “Thiết lập mô hình khảo sát dao động ôtô vận tải nhiều cầu”, tác giả đã nghiên cứu khả năng dao động

của ôtô với mặt đường, lựa chọn tham số áp lực đường để đánh giá lực động của của xe xuống mặt đường

Trong giáo trình “Dao động của ôtô” tác giả Vũ Đức Lập [21] đã trình bày khá đầy đủ các phương pháp nghiên cứu, các mô hình nhằm xây dựng cơ

sở cho nghiên cứu dao động của ôtô chịu lực kích động

Luận án Tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tiến Đạt [6], “ 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” Tác giả đã xây

dựng được phương trình vi phân của cây gỗ khi kéo nửa lết sau máy kéo bốn bánh cỡ nhỏ bằng phương pháp kéo nửa lết

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Trần Văn Giang [8], “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ngang của máy kéo tới khả năng ổn định khi làm việc trên đường vận xuất”, tác giả đã thiết lập được phương trình vi phân dao động, xác

định một số đặc tính động lực học dao động ngang của máy kéo vận xuất gỗ

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Đào Sỹ Tam [35], “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao khả năng ổn định chống lật của máy kéo Shibaura khi tay bốc thủy lực bốc gỗ”, tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán dao động và

thiết lập được phương trình vi phân dao động của tay bốc thủy lực khi bốc gỗ

Luận văn Thạc sĩ của tác giả Nguyễn Văn Vệ [39], “Nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên máy kéo DFH-80 khi vận xuất gỗ”, tác giả

đã thiết lập được phương trình dao động của ghế ngồi và đưa ra giải pháp chống rung cho ghế ngồi

Tác giả Nguyễn Hồng Quang trong công trình nghiên cứu [28], “Nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết", tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán, thiết

lập được phương trình dao động của cây gỗ khi vận xuất theo phương pháp kéo nửa lết

Tác giả Lê Minh Lư trong công trình nghiên cứu " Nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn

hồi", đã xây dựng được sơ đồ tính toán dao động có tính đến các phần tử đàn

hồi, song các hệ thống công tác kéo theo cũng chưa được đề cập đến

Tóm lại: Nghiên cứu về dao động của ôtô cũng như máy kéo đã được

nhiều tác giả quan tâm Đối với các công trình nghiên cứu về dao động của ôtô chủ yếu là nghiên cứu dao động của khung xương xe khi chịu tác động của mấp mô mặt đường Các công trình nghiên cứu dao động của các hệ thống công tác kéo theo xe còn rất hạn chế

1.5 Tổng quan về tình hình nghiên cứu thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam

Việt Nam có nguồn tài nguyên rừng phong phú, do khí hậu vào mùa khô thường kéo dài nên nguy cơ cháy rừng là rất cao, nhận thức được tầm quan trọng của công tác phòng cháy và chữa cháy rừng trong những năm qua được Nhà nước đầu tư, nhiều công trình nghiên cứu về phòng cháy cũng như đầu tư

về mua sắm thiết bị chữa cháy rừng, nhưng cũng chưa đáp ứng được yêu cầu của thực tế chữa cháy rừng hiện nay Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng còn rất hạn chế

Tác giả trong công trình nghiên cứu [34], “Nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở Quảng Trị”, tác

giả đã đánh giá hiệu quả chữa cháy rừng của một số loại thiết bị thủ công

Đề tài cấp nhà nước của tác giả Vương Văn Quỳnh [26], “Nghiên cứu xây dựng các giải pháp phòng cháy và khắc phục hậu quả chữa cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên”, đề tài đã xây dựng được giải pháp khắc

phục và phòng chống cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên, nhưng chưa đề cập đến các thiết bị chữa cháy rừng

Đề tài cấp bộ của tác giả Dương Văn Tài [32], “Nghiên cứu khảo nghiệm

và cải tiến thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy rừng là đất cát, không khí và nước ở dạng sương”, kết quả nghiên cứu của đề tài đã thiết

kế chế tạo được máy phun đất cát và không khí để chữa cháy rừng

Đề tài trọng điểm cấp nhà nước của tác giả Dương Văn Tài [33], “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”,

kết quả của đề tài đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng, kết quả đánh giá ban đầu cho thấy hiệu quả chữa cháy rừng cao, sử dụng được chất chữa cháy rừng tại chỗ, với hệ thống làm sạch cỏ rác theo nguyên lý cắt dạng búa cho hiệu quả làm băng cách ly cô lập đám cháy rất nhanh, song thiết bị còn có tồn tại đó là rung độ của các thiết bị trên xe lớn, đề tài chưa đề cập đến dao động của các hệ thống công tác chính trên xe

Tóm lại: Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng ở Việt

Nam còn hạn chế, đã có một số công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng, nhưng chưa đề cập đến việc nghiên cứu dao động của các hệ thống trên

xe chữa cháy rừng đa năng

bị mất do cháy rừng gây ra

2 Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng và đã đạt được những thành tựu nhất định Đã có nhiều thiết bị được nghiên cứu và áp dụng vào thực tế chữa cháy rừng

3 Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu về các thiết bị chữa cháy rừng còn hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế đòi hỏi

4 Dao động là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến tính ổn định của thiết bị, ảnh hưởng đến độ bền của các chi tiết trong hệ thống, do vậy

để có cơ sở lý thuyết cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng, đồng thời tìm ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng bất lợi của dao động gây ra thì cần phải nghiên cứu dao động của các hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy

đa năng

5 Nghiên cứu về dao động của ôtô, máy kéo đã được nhiều tác giả quan tâm và đã đạt được kết quả nhất định, nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy chưa được đề cập, có thể sử dụng phương pháp nghiên cứu dao động của ôtô máy kéo để nghiên cứu dao động của hệ thống công tác trên xe chữa cháy rừng đa năng

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Như đã trình bày ở phần phạm vi nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu của

đề tài này là các hệ thống như: hệ thống chặt hạ cây; hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp ráp trên xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài KC07.13/06-10 thiết kế và chế tạo [33]

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

a) Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng

Hình 2.1: Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng 1- Hệ thống cắt cây; 2- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt cây; 3- Đĩa cưa cắt cây; 4- Khung để nâng hạ hệ thống cắt cây; 5- Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây; 6-

Xe ô tô cơ sở; 7- Sàn xe; 8- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt đất; 9- Xi lanh nâng

hạ hệ thống cắt cỏ rác; 10- Khung nâng hạ hệ thống cắt đất; 11- Buồng hút đất; 12- Hệ thống làm sạch cỏ rác; 13- Ống hút đất; 14- Ống nối để lắp ống phun đất; 15- Vòi phun nước; 16- Thùng chứa đất; 17- Hệ thống hút đất; 18- Thùng chứa nước; 19- Súng phun nước; 20- Thanh bảo hiểm cabin

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 thủy lực (2); đĩa cưa (3) quay được nhờ động cơ thủy lực, chuyển động tịnh tiến ra phía trước nhờ xi lanh thủy lực và

hệ thống ổ trượt, khi cắt cây xi lanh đẩy đĩa cưa ăn vào gỗ

Hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp ở phía sau xe bằng khớp quay, chuyển động nâng lên hoặc hạ xuống của hệ thống được thực hiện nhờ xi lanh thủy lực (9); chuyển động quay của hệ thống cắt cỏ được thực hiện nhờ động

cơ thủy lực Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc cắt dạng búa

Hệ thống cắt đất được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh (8) và được lắp ở gầm xe; dao cắt đất của hệ thống hoạt động theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa; buồng hút đất (11) nối với thùng chứa đất (16) Đất được dao cắt đất cắt 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 ống phun nên đất được phun ra ống phun vào đám cháy

Bơm nước và thùng chứa nước được lắp trên sàn xe; bơm nước hút nước ở dưới ao hồ, sông suối 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 vị trí cháy, sử dụng hệ thống cắt cây phía trước, hệ thống lám sạch cỏ rác ở phía sau để làm băng trắng cách ly, cô lập và khoanh vùng đám cháy, hoặc sử dụng hệ thống cắt đất - hút đất và phun đất vào đám cháy để dập tắt đám cháy Ngoài ra, còn có thể sử dụng hệ thống phun nước trên xe để dập lửa

Khi sử dụng hệ thống cắt cây, hệ thống làm sạch cỏ rác hoặc hệ thống cắt đất thì người điều khiển hạ hệ thống đó xuống, khi không sử dụng thì điều khiển xi lanh thủy lực nâng hệ thống đó lên

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống chặt hạ cây

- Mô hình hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2.2: Mô hình cấu tạo của hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi

1- Đĩa cưa; 2- Khung càng lắp xe ô tô; 3- Khung di động lắp đĩa cưa, động cơ; 4- Dây đai; 5- Thanh trượt; 6- Xi lanh đẩy cưa; 7- Động cơ thủy lực

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Động cơ thủy lực truyền chuyển động quay cho đĩa cưa thông qua hệ thống puli dây đai, xi lanh thủy lực đẩy toàn bộ hệ thống khung (3) chuyển động trên thanh trượt (5) Khi đĩa cưa chạm vào thân cây thì quá trình cắt cây được thực hiện Động cơ thủy lực truyền chuyển động quay cho 2 đĩa cưa, việc điều chỉnh vị trí của đĩa cưa cho thích hợp với chiều cao gốc chặt được thực hiện nhờ xi lanh số (2) như trên hình 2.2

2.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt đất

- Mô hình cấu tạo, kết cấu của hệ thống này được thể hiện trên hình 2.3

- Nguyên lý hoạt động: Khởi động cho động cơ thủy lực hoạt động Chuyển động quay được truyền từ động cơ cho hệ thống, dao cắt đất chuyển động quay, quá trình cắt đất được thực hiện theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa Do vậy, dao cắt dự trữ một động năng lớn, hệ thống cắt đất được hạ xuống nhờ xi lanh và khi dao cắt tiếp xúc với đất sinh ra xung lực va chạm

Mặt khác, thời gian va chạm giữa dao cắt và đất là ngắn, cho nên xung lực va chạm biến thành lực cắt đất, phá vỡ kết cấu của đất Đất được cắt ra và tung lên trong buồng hút, buồng hút được nối với bơm hút khí bằng miệng ống, do

đó đất được hút lên ống hút và đi vào thùng chứa đất

Hình 2.3: Mô hình cấu tạo của hệ thống cắt đất

1 - Buồng hút; 2 - động cơ thủy lực; 3 - thanh đỡ; 4 – tấm đỡ; 5 - khớp quay;

6 - càng đỡ; 7 - khớp nối; 8 - xi lanh thủy lực;

Để tạo ra một khối lượng đất nhất định cho quá trình chữa cháy, chúng tôi thiết kế hệ thống cắt đất này có thể ăn sâu xuống đất nhờ xi lanh thủy lực, đồng thời có thể dịch chuyển sang trái hoặc phải nhờ có xi lanh thủy lực Toàn bộ hệ thống cắt đất trượt trên thanh trượt

Ưu điểm của hệ thống cắt đất ở dạng búa là: Khi gặp phải đá, gốc cây, rễ cây thì dao cắt tự trượt quanh trục lắp dao cắt, nên động cơ không xảy ra hiện tượng quá tải Mặt khác, đất sau khi được cắt nhỏ vụn và tung lên tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hút đất Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp cắt đất

ở dạng búa được áp dụng để tính toán thiết kế xe chữa cháy rừng đa năng này Với phương pháp cắt đất ở dạng búa cho phép có thể cắt được tất cả các loại đất

ở trong các khu rừng

5 4 3 2

1

8 7

6

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống cắt đất dạng búa này là rung động của thiết bị lớn, nguyên nhân là do xung lực va đập tạo ra trong quá trình cắt đất, do vậy cần thiết phải nghiên cứu đưa ra các giải pháp giảm rung cho hệ thống này

2.1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch cỏ rác làm băng cách ly đám cháy

- Mô hình hệ thống được thể hiện trên hình 2.4

Hình 2.4: Mô hình cấu tạo hệ thống làm sạch cỏ rác

1 Tai cố định với máy cơ sở; 3 xi lanh thủy lực, 2- 4 Khung (càng) nâng hạ;

5 Tấm chắn; 6 Động cơ thủy lực; 7 Giá đỡ; 8,10 Bánh đai; 9 Dây đai; 11 Dao cắt; 12 Bánh xe

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hạ xi lanh thủy lực (3) xuống để cho bánh tỳ (12) sát đất, lúc này xi lanh thủy lực (3) ở trạng thái "bơi", ấn nút khởi động động cơ (6) Chuyển động quay được truyền từ động cơ thủy lực qua hệ thống puli dây đai làm cho hệ thống cắt cỏ rác quay Hệ thống cắt cỏ rác làm việc theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa Dao cắt (11) quay với tốc độ

1000 vòng/phút, dự trữ một động năng lớn nên khi tiếp xúc với đất hoặc cỏ rác thì động năng biến thành công năng nhờ xung lực va chạm lớn Xung lực

va chạm này tạo ra lực cắt, phá vỡ kết cấu của đất và cắt đứt cỏ Đồng thời với quá trình cắt, cỏ rác được hất tung lên nhờ luồng không khí và lực văng tạo

ra từ dao cắt Do vậy, cỏ rác sau khi cắt được hất tung lên và hòa trộn với đất cát Sau khi cắt tạo thành băng trắng sạch cỏ rác cách ly đám cháy

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống làm sạch cỏ rác đó là rung động của hệ thống lớn, nguyên nhân do xung lực va chạm sinh ra trong quá trình làm việc

2.1.5 Mô hình cấu trúc của hệ thống hút - phun đất

- Mô hình cấu trúc của hệ thống hút - phun đất được thể hiện trên hình 2.5

71

1477

78162373

- Nguyên lý hoạt động: sử dụng bơm khí lốc soắn kép để tạo ra áp lực hút, đẩy lớn Bơm hút được nối với thùng chứa đất; thùng chứa đất nối với buồng hút đất bằng ống hút mềm (71) Bơm hút khí nhận mô men quay từ động cơ thủy lực (73) và khi hoạt động bơm hút tạo ra một độ chân không nhất định ở trong thùng chứa đất (16) và ống hút (71) Do đó, đất cát sau khi được cắt và tung lên, dưới áp lực hút lớn ở trong ống hút làm cho đất cát đi theo ống hút vào trong thùng chứa đất (16) Ở trong thùng chứa đất, đất được lắng xuống dưới và đi vào van phân phối, còn không khí đi ra ngoài theo đường ống (23) Van phân phối (77) có nhiệm vụ cấp đất xuống ống thổi với một lượng nhất định Bơm thổi khí lốc soắn kép áp lực cao được nối với ống thổi đất, khi đất rơi xuống ống thổi được dòng không khí có vận tốc và áp lực cao thổi ra ngoài qua ống (14) và đi vào ống phun đất và phun vào đám cháy

Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là dùng bơm khí lốc soắn kép để tạo ra dòng không khí có áp lực hút và đẩy cao để hút đất và thổi đất Như vậy, hệ thống có nhiệm vụ phun đất cát và không khí với tốc độ cao vào đám cháy nhằm mục đích dập tắt đám cháy Van phân phối (77) có nhiệm vụ cấp đất đều đặn và liên tục xuống cho ống thổi, đồng thời chặn không cho không khí đi lên thùng chứa đất

Với nguyên lý làm việc như trên, trong qui trình hoạt động của hệ thống nguồn gây ra rung động nhỏ nên rung động của hệ thống này cũng nhỏ và không ảnh hưởng lớn đến kết cấu và độ bền của các chi tiết trên xe Như vậy đề tài không nghiên cứu rung động của hệ thống hút phun đất

2.1.6 Thông số kỹ thuật của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng

Thông số lỹ thuật của hệ thống chặt hạ cây, hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác được ghi trong bảng 2.1 [33]

Bảng 2.1 Thông số lỹ thuật của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa

cháy rừng đa năng

tính

Giá trị

I

Hệ thống chặt hạ cây

6 Số vòng quay của đĩa thép Vòng/phút 1200

8 Trọng lượng của toàn bộ hệ thống cắt đất Kg 150

7 Số vòng quay của trống dao Vòng/phút 1000

8 Trọng lượng của toàn hệ thống làm sạch cỏ rác kg 600

2.1.7 Đặc điểm của hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác

Như đã trình bày ở phần cấu tạo và nguyên lý hoạt động, hệ thống cắt đất

và hệ thống làm sạch cỏ rác hoạt động theo nguyên lý cắt ở dạng búa, khi trống dao quay với một vận tốc nhất định, dao cắt dự trữ một phần động năng nhất định Khi dao cắt chạm vào đất, vào cỏ rác động năng biến thành công năng và tạo ra xung lực va chạm, xung lực va chạm tạo ra lực cắt, lực cắt này phá vỡ kết cấu của đất hoặc cắt đứt cỏ rác, cây bụi, đất và cỏ rác sau khi cắt đứt được dao cắt làm tung lên quay cùng với trục dao, trên trục dao có đĩa thép khi quay tạo ra luồng vận tốc không khí nhất định và thổi cỏ rác bay sang 2 bên tạo thành đường băng trắng cách ly cô lập đám cháy

Cắt đất và cỏ rác ở dạng búa có một ưu điểm lớn đó là đất, cỏ rác sau khi được phá vỡ tung lên rất thuận lợi cho quá trình hút đất, tạo băng trắng cách ly, trong quá trình cắt nếu dao cắt gặp phải đá, gốc cây, chướng ngại vật dao cắt tự trượt qua không làm tăng công suất của động cơ, không làm hỏng dao cắt hoặc phá vỡ kết cấu của hệ thống

Song cắt đất ở dạng búa có một nhược điểm đó là tạo ra dao động rất lớn, nguyên nhân là do xung lực va chạm gây ra Với nhược điểm này nên đặc điểm làm việc của hệ thống cắt đất và làm sạch cỏ rác gây ra dao động rất lớn, dao động của hệ thống làm ảnh hưởng khả năng làm việc của xe ôtô, đồng thời làm ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ của các chi tiết trong hệ thống, đặc biệt khi xe tạo băng trắng trên độ dốc ngang thì dao động của hệ thống làm sạch cỏ rác có thể gây mất ổn định của xe

Với đặc điểm làm việc của hệ thống cắt đất và hệ thống làm sạch cỏ rác như đã trình bày ở trên, việc nghiên cứu dao động của các hệ thống để tìm ra giải pháp làm giảm dao động là rất cần thiết

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong luận văn là áp dụng phương pháp nghiên cứu của lý thuyết dao động ôtô, máy kéo Nội dung của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:

- Từ quá trình làm việc của các hệ thống, xây dựng được mô hình dao động của hệ thống do lực kích động gây ra, sử dụng lý thuyết dao động để thiết lập các phương trình dao động của hệ thống, sử dụng các phần mềm toán học để xác định được nghiệm của các phương trình vi phân dao động của hệ, từ đó khảo sát

sự phụ thuộc của các đại lượng nghiên cứu vào các thông số ảnh hưởng để rút ra kết luận cần thiết Nội dung của phương pháp này được trình bày trong các tài liệu [1], [18], [21]

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận văn được thực hiện theo phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý các biểu đồ dao động được trình bày trong các tài liệu [5], [17], [ [27], 37]

Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày cụ thể ở trong các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung cụ thể của đề tài

Chương 3 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA CÁC HỆ THỐNG CÔNG TÁC

CHÍNH TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG

Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế, chế tạo có nhiều hệ thống công tác, khi làm việc đều có xung lượng có khả năng gây ra các dao động khác nhau Trong đó, có 3 hệ thống có khả năng gây ra dao động lớn nhất là

Để làm cơ sở cho việc xác định ảnh hưởng của dao động do các thiết bị

đó gây ra và đề xuất giải pháp giảm rung đảm bảo điều kiện an toàn cho cả hệ thống và người làm việc, cần nghiên cứu dao động của từng bộ phận công tác

cụ thể trên xe

Cơ sở lý thuyết nghiên cứu chương này là dựa vào lý thuyết dao động trong kỹ thuật, động lực học máy, căn cứ vào qui trình làm việc của hệ thống, xác định nguồn kích động gây ra dao đông, từ đó xây dựng mô hình và thiết lập phương trình dao động của hệ Sử dụng công cụ toán học để khảo sát đặc tính của dao động, xác định các tham số ảnh hưởng đến dao động của hệ Kết

quả thu được là cơ sở đề đưa ra giải pháp giảm rung cho hệ thống

3.1 Nghiên cứu dao động của hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi

Chức năng của hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi là cắt các cây bụi (thảm thực vật) và cây gỗ có đường kính nhỏ hơn 25 cm khi xe chữa cháy tạo đường băng cách ly cô lập khoanh vùng đám cháy

Hệ thống này được bố trí ở phía trước của xe như trên hình 2.1 và có kết cấu được thể hiện trên hình 2.2

3.1.1 Các thông số động học của hệ thống chặt hạ cây

a) Vận tốc cắt

Với chức năng cắt cây bụi khi xe di chuyển và chặt hạ cây gỗ khi xe

dừng lại thì nguyên lý cắt của các lưỡi cắt là nguyên lý cắt gỗ theo dạng cắt

ngang Theo nguyên lý cắt gỗ thì vận tốc cắt phải đạt giá trị đủ lớn từ 40m/s

đến 80 m/s, [24], với đường kính đĩa cắt d = 50 cm, tốc độ quay của trục các

đĩa cưa cần thiết sẽ là:

Với vận tốc v = 40m/s thì: 160

25 , 0

40 2

160 30 30



Và n2 = 3057 (v/ph)

Thiết bị được thiết kế dùng để chặt gỗ nhỏ, không có yêu cầu về độ

nhẵn bề mặt gia công nên ta chọn giá trị tính toán: n = 3000 (v/ph)

b) Vận tốc đẩy

Vận tốc đẩy khi chặt hạ gỗ bằng cưa đĩa có thể tính theo công suất động

cơ cắt, theo chất lượng bề mặt gia công, theo độ bền của máy, hoặc theo khả

năng làm việc của thiết bị Để thuận tiện người ta thường chọn vận tốc đẩy

theo bảng hoặc đồ thị tính toán sẵn Từ bảng giá trị tốc độ đẩy theo dạng mở

mạch cưa và góc gặp thớ (bảng 64 trang 254 trong tài liệu [24]), thì giá trị tốc

độ đẩy biến động trong khoảng 2 đến 7 m/ph Với thiết bị này chúng tôi chọn

u = 4(m/ph) = 0,066 (m/s)

c) Lực tác dụng lên lưỡi cắt

Lực cắt P được tính theo theo biểu thức sau:

Pc = K.b.etb.Z Trong đó: e - diện tích tiết diện ngang của phoi, tính bằng mm2

Z - số răng tham gia cắt cùng một thời điểm

K - hệ số và được tính công thức sau:

K = Kt.ag.ađ.a.a Với Kt - trị số công riêng, tra theo bảng (10) tài liệu [24], với gỗ thông,

Kt = 2,8, nếu tính cho gỗ cứng ở Việt Nam Kt = 3,8

ag - hệ số kể đến ảnh hưởng của loại gỗ, với gỗ dẻ ag = 1,5 – 1,8

ađ - hệ số kể đến ảnh hưởng của độ ẩm, với gỗ tươi w  60% thì: ađ = 1,25

a - hệ số kể đến ảnh hưởng của lưỡi cắt, a = 1

u

.

1000

=

20 5000

1000 4

= 0,04 mm (với Z = 16 răng) ta được P = 11,79.125.0,04.16 = 943 KG = 9430 N

Pc - là lực cắt có phương theo tốc độ cắt Trong cưa đĩa còn có thành

phần lực đẩy Q có phương vuông góc với lực cắt Để xác định giá trị lực đẩy

Q có thể xuất phát từ công suất đẩy, hoặc tính theo giá trị trung bình [28], lực

cắt Q = (0,2  0,7).P, ở đây ta lấy Q = 0,5 Pe = 4725 N

Tùy theo vị trí gặp thớ khi cắt, góc gặp thớ  biến đổi từ max đến min

Nếu lấy giá trị tb để tính lực theo phương cắt và phương vuông góc ta có [24]

cos sin

Q P

S

Q P

S đ n

Ở đây ta tính cho trường hợp đẩy vuông góc với thân cây (hình 3.1.b)

tb = 0, lực cắt và lực đẩy được tính như sau:

N Q

S c đ

đ n

9430 4725

Các giá trị này được dùng làm cơ sở tính lực tác dụng lên trục đĩa cắt,

sơ đồ tính toán lực tác dụng lên lưỡi cưa được thể hiện trên hình 3.1

d

n

Hình 3.1: Sơ đồ tính lực cắt của đĩa cưa

d) Xác định lực tác dụng lên trục lưỡi cắt (đĩa cưa)

Căn cứ vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống chặt hạ cây, chúng tôi xây dựng biểu đồ lực tác dụng lên trục lưỡi cắt được thể hiện trên hình 3.2

- Lực vòng P = 9450 N

- Lực hướng trục Q = 4725 N

- Mô men xoắn: Mz = P.R = 9430.0,25 = 2362,5 Nm

- Mô men uốn: Trên đoạn O1O2: 2.113,08 (Nm) = 0,2 2 2

P

Q 

Trên đoạn O2O3: Mu = Q O2O3 = 2362,5 (Nm)

Sơ đồ phân bố mô men trục lưỡi cắt thể hiện trên hình (3.2)

3.1.2 Nguồn kích động gây dao động cho các hệ thống chặt hạ cây

Qua phân tích quá trình động lực học của lưỡi cưa đĩa khi cắt ngang thớ

gỗ phụ thuộc vào số răng tham gia cắt đồng thời và tốc độ quay của lưỡi cắt

Đồ thị thay đổi của lực cắt khi đẩy với vận tốc u = const được biểu diễn như hình 3.3 như sau:

Hình 3.3: Đồ thị của lực cắt

Trong đó: P- Lực cắt

T- Thời gian cắt đứt 1 cây gỗ có đường kính là D

u - Vận tốc đẩy của cưa

Ti- Chu kỳ xuất hiện một răng cưa tham gia cắt gỗ

7,46 8

067,0

5,0

60

72

6060

.72

Tóm lại: Kết quả tính toán cho thấy lực cắt cây nhỏ, chu kỳ xuất hiện

xung lực gây ra rung nhỏ, nên nguồn lực kích động rung nhỏ, dẫn đến dao động của hệ thống cắt cây nhỏ và ảnh hưởng nhỏ đến kết cấu và độ bền của các chi tiết trong hệ thống

3.2 Nghiên cứu dao động của hệ thống cắt đất

3.2.1 Động học và động lực học của quá trình cắt đất ở dạng búa

a) Quan hệ động học của quá trình cắt đất

Căn cứ vào nguyên lý cắt đã được trình bày ở trên chúng tôi thiết lập sơ

đồ động học của hệ thống cắt đất và được thể hiện trên hình 3.4 Trong quá trình cắt, dao thực hiện hai chuyển động:

- Chuyển động tương đối quay quanh điểm chốt O1 với góc 1 (0

(c) (d)

- Chuyển động theo cùng với chốt O1 quay quanh O với góc  1 t, trong đó:  là vận tốc góc của đĩa,   0  1, với  0, 1- góc giữa OO1 với trục ngang song song với mặt đất ở thời điểm dao tiếp xúc với đất và thời điểm dao ra khỏi đất (hình3.4a)

Quan hệ động học của dao:

Hình 3.5: Sơ đồ tính mô men động lượng

b) Quan hệ động lực học của quá trình cắt đất

Xét chuyển động của dao, tại thời điểm tiếp đất và quá trình va chạm tại điểm A đầu mũi dao hình 3.6 Gọi xung lượng va chạm tại mũi dao là SA, theo định luật biến thiên động lượng và mô men động lượng đối với dao cắt chuyển động quay quanh điểm O ta có:

Hình 3.6: Sơ đồ tính toán động lực học của hệ thống cắt đất dạng búa

Trong đó: U c, V oc- vận tốc của khối tâm (C) trước và sau va chạm;

M - khối lượng của dao;

 1, 0 - vận tốc góc của dao trước và sau va chạm;

JO1 - mômen quán tính khối lượng dao đối với điểm O1

Vận tốc góc của dao trước lúc va chạm:   0 

Vận tốc góc của dao sau va chạm: 0

1

R l

- Với dao có khối lượng phân bố đều theo chiều dài:

0 2

0 0

3

;

5

6

0 0

16

;

6

0 0

Có thể biểu diễn sự thay đổi (biến thiên) của các giá trị SA, S01 theo sự phân

bố khối lượng dao (O1C) như hình 3.7

Hình 3.7: Đồ thị tương quan giữa xung lực S A với khối lượng trọng tâm phân

bố trên chiều dài dao

S

1.0 9/16 1/3 1/16

S A

Như vậy, tại thời điểm dao chạm đất nó chịu một xung lượng SA và do

đó tác dụng lên chốt O1 một xung lượng S01

Xung lượng này có 2 thành phần theo các phương x và y, do kết cấu của hệ thống cắt đất có 2 đĩa dao, mỗi đĩa có 2 dao làm việc đồng thời nên:

S01x= 2.S01sinβ0; S01y= 2.S01cosβ0

Trong đó góc β0 của thiết bị đã được chế tạo β0= 450, đo đó:

30 

Hàm xung tuần hoàn F(t) được biểu diễn như hình 3.8 có thể khai triển thành chuỗi Fourier như sau:

2sin

2cos

j ck

j

T j b

t T j a

sin 2

2 2

1

2

2 01

m ax 01 2

2 01

m ax 01 2

2

01 0

T b

T

t j j

f dt t T j os c S T a

t f T dt S a

ck t

t ck j

ck s ck

t

t ck j

s t

Trong va chạm do ts → 0 và f01 →  nên tích ts .f01 → S01max (S01 xung

lượng va chạm, tính theo biểu thức (3.3) Do đó:

ck j

S a

j T

S T

S t F

j ck ck ck

(3.10a)

3.2.2 Mô hình dao động và phương trình vi phân của hệ thống cắt đất

Theo nguyên lý làm việc của hệ thống cắt đất, ta có mô hình tính toán dao động của hệ thống cắt đất trên xe chữa cháy rừng đa năng được thể hiện như hình 3.9