Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng​

Hiện nay tại các cơ sở chữa cháy rừng đã được trang bị một số thiết bị chữa cháy rừng như máy bơm nước, máy thổi gió, máy cắt thực bì, máy cắt cành cao, máy cưa xăng, bồn nước di động, v

“nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất

và phun đất vào đám cháy rừng” Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

Trong quá trình thực hiện đề tài này tôi còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu, trung tâm thực hành khoa cơ điện và công trình Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khoá học

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 luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Để đề tài được hoàn thiện hơn nữa tôi xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp, bổ xung để luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2012 Tác giả

Tống Thanh Hà

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các từ viết tắt iii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình vii

Mở đầu 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng tại Việt Nam 6

1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới 7

1.2.1 Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới 7

1.2.2 Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới 7

1.3 Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam 9

1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo 13

1.4.1 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo trên thế giới 13

1.4.2 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo ở Việt Nam 14

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 16

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

2.1.1 Mục tiêu chung 16

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 16

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 16

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng 17

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt đất 20

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.4 Phương pháp nghiên cứu 21

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động 25

Chương 3 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG 26

3.1 Tổng quan về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng 26

3.2 Xây dựng mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng 28

3.2.1 Một số giả thiết 28

3.2.3 Biểu thức động năng của hệ 33

3.2.4 Biểu thức thế năng của hệ 33

3.2.5 Biểu thức hàm hao tán của hệ 34

3.2.6 Biểu thức lực suy rộng 34

3.3 Phương trình vi phân dao động của xe 35

3.3.1 Lập phương trình vi phân dao động của hệ 35

3.3.2 Khảo sát hệ số động lực học của hệ 39

3.4 Khảo sát dao động của xe CCR đa năng 40

3.4.1 Xác định các tham số đầu vào của hệ phương trình vi phân (3.15) 40

3.4.2 Giải hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ 42

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51

4.1 Mục đích nghiên cứu 51

4.2 Đối tượng nghiên cứu 51

4.3 Điều kiện thực nghiệm 51

4.4 Dụng cụ và thiết bị đo 51

4.4.1 Thiết bị đo DMC plus 51

4.4.2 Cảm biến đo gia tốc 52

4.5 Tổ chức tiến hành thực nghiệm 53

4.5.1 Chuẩn bị thí nghiệm và dụng cụ đo 53

4.5.2 Tổ chức thí nghiệm đo dao động của xe khi cắt đất 54

4.6 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 57

4.6.1 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 1200 vòng/phút 57

4.6.2 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2000 vòng/phút 57

4.6.3 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2500 vòng/phút 58

4.6.4 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 3000 vòng/phút 58

4.7 So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với mô hình tính theo lý thuyết 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

1 Kết luận 61

2 Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

Hệ số giảm chấn của bánh lốp trước và các bánh sau Ns/m

khối lượng thu gọn của thân xe, các cặp bánh 1, 2, 3 kg

27 m4 khối lượng thu gọn của hệ thống cắt đất kg

28 Jix , Jiy Mô men quán tính của thân xe và các trục bánh xe kg.m2

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Thống kê số vụ và diện tích rừng bị cháy 1 3.3 Các thông số đầu vào của mô hình dao động 40 4.1 Tính hệ số Kđ theo lý thuyết và thực nghiệm 60

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ 8

3.3 Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe 28

3.7.2 Mô phỏng phương trình thứ 2 bằng Matlab - simulink 42

3.8 Mfile khai báo thông số đầu vào của mô hình 47 3.9 Sơ đồ mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên matlab 47

4.3 Kết nối chạy thử 54

4.7 Quá trình thực hiện cắt đất với tốc độ cắt khác nhau 56 4.8 Thực hiện thí nghiệm ở các vị trí khác nhau 56 4.9 Đồ thị gia tốc của xe với n = 1200 vòng/phút 57

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Rừng là nguồn cung cấp lâm sản, đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng xã hội như gỗ và lâm sản ngoài gỗ, cung cấp động vật, thực vật là đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng của các tầng lớp dân cư, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng

cơ bản, cung cấp dược liệu quỹ phục vụ nhu cầu chữa bệnh Rừng còn dùng để phòng hộ đầu nguồn, giữ đất, giữ nước, điều hoà dòng chảy, chống xói mòn rửa trôi thoái hoá đất, chống bồi đắp sông ngòi, chắn gió, chắn sóng, chống bay cát… Nếu như tất cả thực vật trên Trái Đất đã tạo ra 53 tỷ sinh khối (ở trạng thái khô tuyệt đối

là 64%) thì rừng chiếm 37 tỷ tấn (70%) và các cây rừng đã thải ra 52,5 tỷ tấn (hay 44%) dưỡng khí để phục vụ cho hô hấp của con người, động vật và sâu bọ trên trái đất trong khoảng hai năm

Với chức năng to lớn của rừng như vậy, nhưng tài nguyên rừng trên thế giới ngày càng suy giảm do nhiều nguyên nhân khác nhau Trong đó có một nguyên nhân làm tỷ lệ rừng giảm nhanh đó là do cháy rừng gây nên Theo số liệu thống kê của tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc hàng năm trên thế giới có hàng vạn vụ cháy rừng làm cháy mất hàng triệu hécta rừng Cháy rừng làm thiệt hại hàng tỷ đô là về kinh tế, làm chết và bị thương rất nhiều người và đặc biệt 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 từ năm 2005 đến năm

2010 số vụ và diện tích rừng bị cháy như sau:

Bảng 1: Bảng thống kê số vụ và diện tích rừng bị cháy

Năm Số vụ cháy rừng Diện tích rừng (ha)

Nhìn vào bảng số liệu trên chúng ta có thể thấy hàng năm ở nước ta có hàng trăm vụ cháy rừng xảy ra thiêu trụi hàng nghìn hécta rừng, gây thiệt hại hàng trăm

tỷ đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Nhận thức được vấn đó Đảng và Chính phủ đã rất quan tâm đến công tác quản lý, bảo vệ rừng, phòng cháy, chữa cháy rừng từ việc ban hành hệ thống văn bản quy phạm pháp luật đến việc tăng cường thực hiện các biện pháp cấp bách về công tác phòng cháy chữa, cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra Nhưng do khí thải công nghiệp gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho Trái Đất càng ngày càng nóng lên, thời tiết khắc nhiệt dẫn đến nguy cơ cháy rừng rất cao, tình hình cháy rừng diễn biến phức tạp

Hiện nay tại các cơ sở chữa cháy rừng đã được trang bị một số thiết bị chữa cháy rừng như máy bơm nước, máy thổi gió, máy cắt thực bì, máy cắt cành cao, máy cưa xăng, bồn nước di động, vòi chữa cháy, bình chữa cháy đeo vai, bàn dập lửa… Nhưng hiệu quả chữa cháy không cao, không phù hợp với điều kiện địa hình

ở Việt Nam Do đó việc chữa cháy rừng ở các địa phương chủ yếu là thủ công như dùng cành cây dập lửa, bàn dập lửa nên năng suất thấp, tốn nhiều nhân lực hiệu quả chữa cháy không cao

Do đặc điểm của cháy rừng thường xảy ra trên diện tích rộng lớn, tại nơi có địa hình phức tạp, có độ dốc lớn và thường không có nguồn nước Do đó việc chữa cháy rừng có những đặc điểm riêng mà khi sử dụng các thiết bị chữa cháy dân dụng

và công nghiệp đem lại hiệu quả không cao Để tăng hiệu quả chữa cháy rừng thì cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng với hiệu quả dập lửa lớn, dễ sử dụng phù hợp với điều kiện địa hình sử dụng chất chữa cháy tại chỗ đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam để trang bị rộng rãi cho các

cơ sở sản xuất lâm nghiệp góp phần hạn chế diện tích cháy rừng gây ra

Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC07.13/06-10 được Bộ

Khoa học và Công nghệ giao nhiệm vụ cho trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì thực hiện trong năm 2008 Sau hai năm triển khai đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công

một mẫu xe chữa cháy rừng đa năng đáp ứng được mục đích, yêu cầu của đề tài Để xác định một số thông số kỹ thuật và đánh giá khả năng chữa cháy rừng của thiết bị,

đề tài đã tiến hành khảo nghiệm thiết bị trong thực tế, qua khảo nghiệm đã rút ra một số kết luận:

- Xe chữa cháy rừng đa năng có thể di chuyển trong khu vực rừng không có đường, tốc độ di chuyển 15km/h, khả năng di chuyển trên địa hình có độ dốc dọc là

≤ 200, di chuyển trên địa hình có độ dốc ngang ≤ 40 loại xe này rất phù hợp với địa hình khu vực Tây Nguyên, tây Nam Bộ

- Tốc độ làm băng cách ly, khoanh vùng cô lập đám cháy rất nhanh ≥ 15km/h, chiều rộng và độ sạch băng đạt yêu cầu không cháy lan

- Tốc độ dập lửa bằng hệ thống phun đất cát 15m/phút, hiệu quả dập lửa cao, chiều cao ngọn lửa dập được 3m, chất chữa cháy đất cát tại chỗ không phải vận chuyển mang vác rất tiện lợi

Tuy nhiên trong kết quả thực nghiệm đề tài KC07.13/06-10 chưa đề cập sâu đến vấn đề dao động của xe khi thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng Sau khi hoàn thiện thiết kế, chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng đã có một số đề tài thạc sỹ và tiến

sỹ nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng Nhưng chưa có đề tài nào nghiên cứu về dao động của khi khi cắt đất và phun đất vào đám cháy và tìm chế độ làm việc hợp lý khi làm việc ở chế độ đó Xuất phát từ lý do trên tôi đã chọn

và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng”

2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài ở trên tôi đặt ra mục tiêu như sau: Xác định tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám cháy rừng bằng cách đứng tại chỗ cắt đất và phun đất, để xác chế độ sử dụng hợp lý và đề xuất hướng hoàn thiện cho xe CCR

Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số động lực học của xe CCR khi cắt đất

và phun đất vào đám cháy rừng

Đề xuất giải pháp hạn chế hệ số Kđ

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu dao động là một vấn đề rất 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: Đề tài không nghiên cứu dao động của tất cả các hệ thống công tác trên xe CCR đa năng, mà chỉ tập trung nghiên cứu dao động của của

xe CCR đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng

- Đối tượng gây ra dao động của xe: luận văn không nghiên cứu tất cả các loại đất mà hệ thống cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cho một loại đất đặc trưng loại đất của khu rừng có nguy cơ cháy cao, xe chữa cháy rừng hoạt động ở trên đó

- Địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: đề tài không có điều kiện làm thí nghiệm

ở thực địa nơi thường xuyên xảy ra cháy rừng là ở khu vực Tây Nguyên, mà đề tài chọn một địa điểm ở khu rừng thực nghiệm của trường Đại học Lâm nghiệp, có địa hình, loại đất giống như địa hình đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên để làm thí nghiệm đo dao động của xe chữa cháy rừng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

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

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Lập phương trình vi phân dao động của xe CCR khi nó đứng tại chỗ cắt đất

và phun đất vào đám cháy rừng

- Xác định lực kích động của hệ thống cắt đất và phun đất

- Giải hệ phương trình vi phân và xác định tải trọng động của xe CCR

- Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như vận tốc và kết cấu

hệ thống cắt đất đến hệ số tải trọng động Kđ

- Đề xuất giải pháp hạn chế dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất

- Xác định chế độ làm việc hợp lý của xe CCR khi cắt đất và phun đất

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính toán theo lý thuyết

và xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất tại chỗ Từ đó xác định được biên độ và tần số dao động theo thời gian, từ đó nội dung nghiên cứu thực nghiệm gồm những nội dung sau:

- Xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất theo thời gian để kiểm nghiệm kết quả tính toán lý thuyết

- Xác định thông số làm việc hợp lý của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất

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

Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê của Viện điều tra & Quy hoạch rừng Việt Nam, trước năm 1945 Việt Nam có 14 triệu ha rừng chiếm hơn 42% diện tích tự nhiên của cả nước Năm 1975 diện tích rừng chỉ còn 9,5 triệu hécta chiếm 29% diện tích tự nhiên Năm 1985 còn 7,8 triệu chiếm 23,6% diện tích tự nhiên, năm 1989 còn 6,5 triệu ha chiếm 19,7% Có nhiều nguyên nhân gây ra sự suy giảm diện tích rừng đáng kể trong những năm trên một trong những nguyên nhân đó là cháy rừng

Do nhận thức được vai trò to lớn của rừng với đời sống con người và với tự nhiên Đảng và Nhà nước ta đã thực hiện chính sách trồng rừng bù đắp phần nào sự suy giảm của rừng Từ năm 1995 đến 2009 diện tích rừng tại Việt Nam tăng lên liên tục nhờ trồng rừng và phục hồi rừng tự nhiên, bình quân mỗi năm tăng khoảng 282.600

ha Tính đến ngày 31/12/2009, tổng diện tích rừng tại Việt Nam là 13.258.843 ha rừng Tỷ lệ che phủ rừng của Việt Nam từ 27,2% đầu thập kỷ 90 đã tăng lên 39,5% vào năm 2010, độ che phủ rừng bình quân tăng 0,4%/năm

Mặc dù diện tích rừng đã tăng lên đáng kể trong những năm trên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% diện tích rừng của cả nước đây là loại rừng dễ xảy

ra cháy Cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy rừng hàng năm thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và khó lường đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng ngày càng nghiêm trọng

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng trong những năm qua của cục Kiểm Lâm Tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ thiệt hại trên 633.000 ha rừng, trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên Thiệt hại từ cháy rừng ước tính hàng nghàn tỷ đồng, ngoài ra còn làm ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt và làm giảm tính đa dạng sinh học, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người, gia tăng bệnh xã hội…

1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

1.2.1 Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới

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 [53]

1.2.2 Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

Cháy rừng là một vấn đề rất lớn đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới bởi

vì ra cháy rừng, nó ảnh hưởng đến trực tiếp 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, ứng dụng, cải tiến các kỹ thuật công nghệ phòng cháy chữa cháy rừng và chế tạo các thiết bị chuyên dùng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp 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 dùng nước và hoá chất để chữa cháy Do đó các công trình nghiên cứu về thiết bị này tương đối hoàn thiện và thiết bị đã được ứng dụng rộng dãi 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 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 tham gia chữa cháy rừng bị nổ tung

Hình 1.2: Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ

Ở những nơi gần nguồn nước (sông, suối, ao, hồ) đã sử dụng máy bơm nước

để chữa cháy rừng, thiết bị chuyên dùng hình 1.2 sử tháp nước để chữa 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 chữa cháy tại Trung Quốc 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 đã lỗi thời, không có lực lượng chuyên trách chống chữa cháy rừng Do đó lực lượng kiểm lâm vừa làm công việc bảo vệ rừng vừa làm công việc chữa cháy rừng

Ở Việt Nam còn sử dụng phương pháp chữa cháy rừng thô sơ, thủ công như dùng cành cây, vỉ dập lửa, cào quốc… để dập lửa 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 sử khi sử dụng phương tiện này cao hơn phương tiện chữa cháy bằng thủ công nhưng không hiệu quả với các đám cháy lớn Giá thành các phương tiện này còn cao do phải nhập khẩu

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, 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

Hình 1.7: Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m

Hình 1.8: Xe thang chữa cháy Hình 1.9: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén

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 phung 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 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 Uóat, Isuzu… bằng cách đặt thêm téc nước, bơm nước Những xe cải tiến như thế số lượng rất ít, không đám ứng được nhu cầu về thiết bị chữa cháy 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… 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 chữa cháy Do mới được thiết kế chế tạo nên xe chữa cháy đa năng chưa có điều kiện nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định, dao động của xe

1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo

1.4.1 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo trên thế giới

Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo Nổi bật trong những công trình này là việc nghiên cứu dao động xe con của tác giả Mitschke, Schiehlen ông đã viết tác phẩm nổi tiếng có tên là “Dynamik der Kraftfahrzeuge” trong tác phẩm ông đã đề cập tất cả những thành quả của các công trình nghiên cứu trước đó Trong tác phẩm ông tập trung vào yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và tối ưu hệ treo

Muler đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, trong tác phẩm của mình tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác [35]

Tác giả Volgel đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày khi kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, cả của hệ thống truyền lực và bánh xe.[36]

Năm 1987 Zucov A.V đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm nghiệp.[40]

1.4.2 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo ở Việt Nam

Ở Việt Nam có một số công trình đã nghiên cứu về dao động của ô tô máy kéo nói chung và dao động của các bộ phận trên ô tô, máy kéo khi nó hoạt động như:

TS Lê Minh Lư 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 được mô hình tính toán động lực học máy kéo bánh hơi Nhưng trong công trình nghiên cứu tác giả chưa đề cập đến động lực học của máy kéo bánh hơi khi có tải.[19]

Th.S Nguyễn Văn Vệ 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 Đã thiết lập được phương trình dao động của ghế ngồi và đưa ra giải pháp chống rung cho ghế ngồi.[31]

Công trình nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn 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 Trong công trình tác giả nghiên cứu tần số dao động của xe và ghế ngồi tác động đến sức khoẻ người lái, từ đó đưa ra giải pháp cải tiến để hạn chế dao động và chế độ làm việc hợp lý của xe.[1]

TS.Lưu Văn Tuấn 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 Do điều kiện thực tế khó khăn nên trong đề tài tác giả chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết mà chưa tiến hành thực nghiệm.[29]

Th.S Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết [22]

Th.S Nguyễn Quang Huy đã nghiên cứu dao động của xe nhiều cầu [16] Th.S Trịnh Minh Hoàng nghiên cứu, khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường Trong công trình nghiên cứu tác giả đã xây dựng được mô hình tính toán, lập và giải được phương trình vi phân dao động của

xe dưới tác dụng ngẫu nhiên của mặt đường, kết hợp với kết quả thực nghiệm thực

tế bằng các dụng cụ đo từ đó tác giả đã dưa ra các giải pháp khắc phục dao động của

xe [15]

Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiển "Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường".[10]

Th.S Huỳnh Hội Quốc đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô

ở vận tốc cao [24]

Th.S Hoàng Gia Thắng đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray [28]

TS.Võ Văn Hường đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động của

ô tô tải nhiều cầu [11]

Gần đây dao động của xe CCR đã có một số công trình của các tác giả sau: Th.S Đặng Thị Tố Loan nghiên cứu dao động của một số hệ thống công tác chính trên xe chữa cháy rừng đa năng [21]

Th.S Lê Minh Vượng nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi

cụ thể, chưa xét đến ảnh hưởng của sự kích động động lực từ cơ cấu cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng Để bổ xung vào nghiên cứu dao động của xe CCR đa năng,

và sự phân công của khoa Cơ điện – Công trình, được sự đồng ý của khoa Sau Đại học, tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng”

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Xác định được tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám cháy rừng bằng phương pháp đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy để xác lập chế độ sử dụng hợp lý

2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe chữa cháy rừng đa năng (hình 2.1) do đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo khi nó đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng

Hình 2.1: Xe chữa cháy rừng đa năng

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 2.2: Cấu tạo 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;

19 – Súng phun nước 20 – Thanh bảo hiểm cabin

Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế, chế tạo và cải tiến từ xe Ural – 4320 tại nhà máy mêcông (Đông Anh – Hà Nội) 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 Nga Loại xe này được thiết kế năm 1973, bắt đầu sản xuất vào năm 1976 và đến nay vẫn được tiếp tục

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

Hình 2.3: Xe Ural - 4320

Một số đặc tính kỹ thuật chủ yếu của xe Ural – 4320:

- Ural – 4320 có hai loại khác nhau được lắp động cơ diesel YamZ – 238M2 V-8 240 mã lực hoặc YamZ – 236M2 V – 6 180 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 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 đất 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 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 bình 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 cây 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 đất 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 tắt đám cháy Ngoài ra còn sử dụng

hệ thống phun nước trên xe để dập lửa

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

a Cấu tạo:

Hình 2.4: Cấu tạo của hệ thống cắt đất

2 – Động cơ thuỷ lực 7,14 – Khớp nối 12 – Đĩa cắt

3 – Thanh đỡ 8 – Xi lanh thuỷ lực 13 - Ống hút

5 – Khớp quay 10 – Khung đỡ

b Nguyên lý hoạt động

Từ động cơ thuỷ lực 2 truyền chuyển động quay đến dao cắt đất thực hiện quá trình cắt đất Do quá trình cắt đất được thực hiện theo nguyên lý dạng búa nên dao cắt dự trữ một động năng lớn, hệ thống cắt đất được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh thuỷ lực 8, khi dao cắt tiếp xúc với đất sinh ra một xung lực va chạm

2.3 Nội dung nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này cần đạt được nội dung sau:

Lập được phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào các đám rừng

Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như vận tốc và kết của hệ thống cắt đất đến hệ số tải trọng động Kđ

Đề xuất chế độ làm việc hợp lý của xe chữa cháy rừng

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Trong luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết của các môn khoa học cơ sở như cơ học giải tích, dao động kỹ thuật, động lực học máy và các môn khoa học chuyên nghành như lý thuyết ô tô máy kéo, động lực học máy chuyên dùng trong lâm nghiệp để xác định phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng

tử hữu hạn, nguyên lý Đalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II…

Phương pháp lực: Được sử dụng chủ yếu để lập phương trình vi phân dao

động của các thanh có khối lượng tập trung

Phương pháp phần tử hữu hạn: Là phương pháp số để giải các bài toán được

mô tả bởi các phương trình vi phân riêng phần cùng với các điều kiện biên cụ thể

Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hoá các miền liên tục phức tạp của bài toán Các miền liên tục được chia thành nhiều miền con (phân tử) Các miền này được liên kết với nhau tại các điểm nút, trên miền con này, dạng biến phân tương đương với bài toán được giải xấp xỉ dựa trên các hàm xấp xỉ trên từng phần tử, thoả mãn điều kiện trên biên cùng với sự cân bằng và liên tục giữa các phần tử Về mặt toán học, phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) được sử dụng để giải gần đúng bài toán phương trình vi phân từng phần (PTVPTP) và phương trình tích phân Lời

giải gần đúng được đưa ra dựa trên việc loại bỏ phương trình vi phân một cách hoàn toàn (những vấn đề về trạng thái ổn định), hoặc chuyển PTVPTP sang một phương trình vi phân thường tương đương mà sau đó được giải bằng cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn Trong việc giải phương trình vi phân thường, thách thức đầu tiên là tạo ra một phương trình xấp xỉ với phương trình cần được nghiên cứu, nhưng đó là ổn định số học (numerically stable), nghĩa là những lỗi trong việc nhập

dữ liệu và tính toán trung gian không chồng chất và làm cho kết quả xuất ra xuất ra trở nên vô nghĩa

Nguyên lý Đalambe: Một trong những nguyên lí cơ bản của động lực học

mang tên nhà bác học người Pháp Đalambe (J Le R d'Alembert) Theo nguyên lí Đalambe, hệ lực gồm các lực thật tác dụng lên cơ hệ và các lực quán tính của các chất điểm thuộc cơ hệ là một hệ lực cân bằng Nguyên lí Đalambe cho phép áp dụng các phương pháp đơn giản của tĩnh học để giải bài toán động lực học Nguyên lí Đalambe được sử dụng trong nhiều bài toán kĩ thuật, đặc biệt trong các bài toán xác định phản lực liên kết (bài toán thuận của động lực học)

Phương pháp 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

b Sử dụng các phần mềm để nghiên cứu dao động

Bằng lý thuyết các môn cơ sở chúng ta lập được phương trình vi phân dao động của cơ hệ Nhưng để xác định được các đại lượng đầu ra phụ thuộc như thế nào vào đại lượng đầu vào chúng ta cần phải giải hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ và đưa ra những đánh giá về các đại lượng đầu ra

Giải hệ phương trình bằng phần mềm excel

Trong chương trình đào tạo có môn học toán kỹ thuật đã trang bị cho chúng ta cách giải hệ phương trình vi phân nhiều bậc bằng phần mềm excel Cách giải hệ phương trình này rất phức tạp và dễ nhầm lẫn, chương trình để giải rất dài, mất nhiều thời gian Do đó chỉ thích hợp với những phương trình đơn giản có số ẩn ít

Sử dụng phần mềm Wolfram Mathematica

Phần mềm Wolfram từ lâu đã được chứng nhận là hệ thống phần mềm toán học mạnh mẽ nhất thế giới, Mathematica đã phát triển nhanh chóng ở cả qui mô lẫn chiều sâu để trở thành nền tảng vô song cho mọi hình thức tính toán.Là mộ cách tân mạnh mẽ trong nghiên cứu, phát triển, và giáo dục Với hàng ngàn thuật toán gốc và một thiết kế tổng thể thống nhất chặt chẽ, Mathematica có thể đảm đương mọi dự án

từ các tác vụ tính toán đơn giản và thuyết trình giáo dục đến triển khai các hệ thống tầm cỡ và siêu tính toán với sức mạnh lớn nhất Phần mềm cho phép người dùng thực hiện các tính toán số, lập trình, soạn tài liệu… Phần mềm này được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, phân tích kỹ thuật và mô phỏng cho các trường kỹ thuật Mathematico là phần mềm đầu tiên được hãng 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 và rất nhiều ứng dụng khác của phần mềm này

Sử dụng phần mềm Matlab & Simulink

Matlab là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks Matlab cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tínhviết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác Với thư viện Toolbox, Matlab cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật Matlab là viết tắt từ “MATrix LABoratory“, được Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970, và sau đó là chủ nhiệm khoa máy tính tại Đại học New Mexico Matlab, nguyên sơ được viết bởi ngôn ngữ Fortran, cho đến 1980

nó vẫn chỉ là một bộ phận được dùng nội bộ của Đại học Stanford Năm 1983, Jack Little, một người đã học ở MIT và Stanford, đã viết lại Matlab bằng ngôn ngữ C và

nó được xây dựng thêm các thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (tool box), mô phỏng… Jack xây dựng matlab trở thành mô hình ngôn ngữ lập trình trên cơ sở ma trận (matrix-based programming language) Steve Bangert là người đã viết trình thông dịch cho matlab Công việc này kéo dài gần 1½ năm Sau này, Jack Little kết hợp với Moler và Steve Bangert quyết định đưa Mablab thành dự án thương mại công ty The MathWorks ra đời thời gian này năm

1984 Phiên bản đầu tiên matlab 1.0 ra đời năm 1984 viết bằng C cho MS-DOS PC được phát hành đầu tiên tại IEEE Conference on Design and Control (Hội nghị IEEE về thiết kế và điều khiển) tại Las Vegas, Nevada Năm 1986, matlab 2 ra đời trong đó hỗ trợ UNIX Năm 1987, matlab 3 phát hành Năm 1990 Simulink 1.0 được phát hành gói chung với Matlab Năm 1992 Matlab 4 thêm vào hỗ trợ 2-D và 3-D đồ họa màu và các ma trận truy tìm Năm này cũng cho phát hành phiên bản Matlab Student Edition (Matlab ấn bản cho học sinh) Năm 1993 Matlab cho MS Windows ra đời Đồng thời công ty này có trang web là www.mathworks.com

Năm 1995 Matlab cho Linux ra đời Trình dịch Matlab có khả năng chuyển dịch từ ngôn ngữ Matlab sang ngôn ngữ C cũng được phát hành trong dịp này Năm 1996 Matlab 5 bao gồm thêm các kiểu dữ liệu, hình ảnh hóa, bộ truy sửa lỗi (debugger),

và bộ tạo dựng GUI Năm 2000 Matlab 6 cho đổi mới môi trường làm việc Matlab, thêm LAPACK và FFTW (Fastest Fourier Transform in the West - “biến đổi Fourier nhanh nhất của phương Tây”) Năm 2002 Matlab 6.5 phát hành đã cải thiện tốc độ tính toán, sử dụng phương pháp dịch JIT (Just in Time) và tái hỗ trợ MAC Năm 2004 Matlab 7 phát hành, có khả năng chính xác đơn và kiểu nguyên, hỗ trợ hàm lồng nhau, công cụ vẽ điểm, và có môi trường phân tích số liệu tương tác Đến tháng 12, 2008, phiên bản 7.7 được phát hành với SP3 cải thiện Simulink cùng với hơn 75 sản phẩm khác Năm 2009 cho ra đời 2 phiên bản 7.8 (R2009a) và 7.9 (R2009b) Năm 2010 phiên bản 7.10 (R2010a) cũng đã được phát hành Matlab được dùng rộng rãi trong giáo dục, phổ biến nhất là giải các bài toán số trị (cả đại số tuyến tính lẫn giải tích) trong nhiều lĩnh vực kĩ thuật Ngôn ngữ lập trình dùng trong

hệ tính toán số cũng có tên gọi là MatLab Nó thuộc kiểu lập trình thủ tục (với một

số đặc điểm của lập trình hướng đối tượng mới được bổ sung trong các phiên bản gần đây

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động

Để kiểm tra tính đúng đắn và độ tin cậy của quá trình tính toán mô hình bằng

lý thuyết người ta tiến hành nghiên cứu thực nghiệm Trong quá trình thực nghiệm chúng ta sử dụng các dụng cụ đo để xác định các thông số thực và đồ thị biến đổi trong quá trình sử dụng Khi đã có kết quả nghiên cứu thực nghiệm chúng ta tiến hành so sánh kết quả giữa nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết từ đó rút ra kết luận của phép tính lý thuyết

Trong quá trình thực nghiệm đề tài đã sử dụng các dụng cụ đo 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

Chương 3 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG

3.1 Tổng quan về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

Xe chữa cháy rừng đa năng (xe CCR) có ba chức năng chính là tạo băng cản lửa để khoanh vùng các đám cháy, dập lửa các đám cháy bằng hỗn hợp đất, cát và làm tắt hoàn toàn các đám cháy bằng vòi phun nước Khi dập lửa và làm tắt các đám cháy xe đứng ở một vị trí, cách đám cháy một khoảng an toàn nhất định, hệ thống cắt đất và phun đất, phun nước hoạt động Dưới tác động của những xung lượng ở các vòi phun, xung lực ở các dao trong hệ thống cắt đất theo nguyên lý va đập, xe sẽ

có dao động theo một số phương nào đó

Hình 3.1: Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng

Từ mô hình cấu tạo của xe CCR ta thấy nếu gọi khối lượng nước được phun ra khỏi vòi 19 trong một đơn vị thời gian là mn , vận tốc phun là vn còn khối lượng và vận tốc của xe khi đó là mxe và vxe , thì theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

Qn+ Qxe = Q0 , hay mnvn+ mxevxe = 0 (3.1) Trong đó Qn – động lượng của nước ra khỏi vòi phun;

Qxe- động lượng của xe khi vòi phun làm việc, Q0 – động lượng ban đầu của

hệ, khi chưa phun thì Q0= 0

Hình 3.2: Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng

Lập luận tương tự cho trường hợp khi vòi phun 13 đưa đất vào đám cháy ta cũng thấy ảnh hưởng của động lượng dòng hỗn hợp đất, cát và không khí là không đáng kể đối với dao động của xe CCR Cụ thể, theo số liệu khảo nghiệm xe CCR đã

có năng suất của hệ thống chữa cháy bằng đất là 45 kg/phút (khối lượng đất được phun vào đám cháy trong 1 giây là mđ =45 kg/60 = 0,75 kg) Trong khi đó vận tốc không khí và đất, cát ra khỏi miệng ống bằng 30 m/s và khối lượng của xe là 17 tấn

Do đó:

)/(10.5,13017000

75,

s m

Như vậy trong các quá trình phun nước vào các đám cháy rừng cũng như khi phun đất, cát vào đám cháy để dập lửa thì xe CCR chỉ có thể bị dao động do tác động của xung lực va đập ở các dao trong hệ thống cắt đất

3.2 Xây dựng mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng

3.2.1 Một số giả thiết

Xe CCR là một hệ cơ học có các liên kết đàn hồi Đặc trưng cho sự đàn hồi này là sự biến dạng của các bánh lốp, nhíp và các khớp, nên khi xe dù chỉ đứng ở một vị trí mà hệ thống cắt đất và phun đất làm việc thì nó vẫn có thể dao động do tác động động lực giữa dao cắt và đất rừng Xe CCR là một cơ hệ phức tạp, ngoài kết cấu của một xe quân sự hoàn chỉnh nó còn được trang bị một số hệ thống chữa cháy rừng khá phức tạp Để lập mô hình tính toán dao động của xe trong trường hợp này, chúng ta cần công nhận một số giả thuyết sau:

Hình 3.3: Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe

Trên xe chở đầy nước trong téc và coi nước trong téc như một khối đặc do téc được chia ra nhiều ngăn nhỏ

Bỏ qua ảnh hưởng của sự trượt của các bánh xe

Khối lượng của xe và các hệ thống chuyên dùng như hệ thống cắt cây phía trước xe, hệ thống phay cỏ rác ở sau xe được liên kết cứng với thân xe, khối lượng tổng hợp được đặt tại trọng tâm chung của chúng

Bỏ qua ảnh hưởng ma sát ở các ổ trục của các bánh xe

Không tính đến ảnh hưởng các biến dạng của khung xe, các trục bánh xe và hệ thống chuyên dụng lắp trên đó, xe là vật cứng không biến dạng

Dao động của xe được xét là các dịch chuyển quanh vị trí cân bằng tĩnh, khi

nó đứng ở một vị trí xác định

3.2.2 Mô hình dao động

Với các giả thiết trên, mô hình nghiên cứu dao động của xe CCR quanh vị trí cân bằng tĩnh khi cắt và phun đất vào đám cháy được biểu diễn trên hình 3.4a

Hình 3.4a:Mô hình dao động của xe CCR đa năng trong không gian

Hệ có 5 khối lượng tập trung tại tâm của chúng (hình 3.4a):

mo – khối lượng của khung xe và các thiết bị trên xe,

m1, m2, m3 – khối lượng của trục trước, của các trục bánh sau;

m4 – khối lượng của hệ thống cắt đất

Trong không gian hệ có 20 thông số định vị là:

Các tọa độ (xi, yi,zi), i = 0, 1, 2, 3,4) và các góc αo , βo củakhung xe, β1; β2, β3của các trục bánh xe (hình 3.4).Trong đó, hệ có một số liên kết sau:

xi=x0=0 , (i=1,…4) - giả thiết xe không di chuyển;

yi=y0=0 , (i=1,…4) - giả thiết xe không di chuyển;

Hệ còn 10 thông số độc lập Chọn hệ tọa độ suy rộng là:

q1= z0, q2= αo, q3= βo- dịch chuyển của thân xe ( phần được treo);

q4= z1, q5= β1 –dịch chuyển của trục cặp bánh trước;

X

Z

Y

O

q6= z2 , q7=β2, q8= z3 , q9=β3 - dịch chuyển của trục các cặp bánh sau;

q10=z4 – dịch chuyển của trọng tâm hệ thống cắt đất (zF)

Hình 3.4b: Mô hình dao động tương đương của xe CCR đa năng

trong mặt phẳng đối xứng dọc oxz

Hình 3.4c: Mô hình dao động của xe CCR trong mặt phẳng thẳng đứng ngang oyz

Nguồn kích động gây rung: Xung lực tác dụng vào hệ thống cắt đất

l3 – Khoảng cách BD;

b - Khoảng cách theo phương ngang giữa tâm các bánh xe của mỗi cầu ;

L- Chiều dài tay quay từ tâm các bánh xe cầu sau đến chốt xoay C;

Zo, ZA, ZB, ZD, – Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm xe và của các vị trí A,

B, D, trên thân xe;

Z1, Z2, Z3, Z4 – chuyển vị thẳng đứng của tâm cầu trước và cầu sau 2, 3 và của trọng tâm hệ thống cắt đất quanh vị trí cân bằng tĩnh;

αo , αn – Chuyển vị góc của thân xe và của nhíp cầu sau trong mặt phẳng thẳng đứng dọc Oxz;

β0 , β1 , β2 , β3 - Chuyển vị góc của thân xe và các cầu trước, cầu sau trong mặt phẳng thẳng đứng ngang Oyz;

h1, h2, h3 – Độ cao mấp mô mặt đường tại vị trí tiếp xúc với các bánh xe;

Δ1, Δ2, Δ3 – Độ chênh mấp mô mặt đường giữa bánh xe bên trái và bên phải của các cặp 1, 2, 3;

Khi xe đứng tại một vị trí các đại lượng hi và Δi không thay đổi theo thời gian (là các hằng số)

c1, c2, c3- Hệ số độ cứng của các cặp bánh xe 1, 2, 3;

cn1, cn2, cn3 - Hệ số độ cứng của các nhíp cầu trục trước và trục sau: 1, 2;

c4, k4 - Hệ số độ cứng và giảm chấn của cơ cấu treo hệ thống cắt đất,

k1, k2, k3 – Hệ số giảm chấn của bánh lốp trươc và các bánh sau ;

kn1 - Hệ số giảm chấn của nhíp trươc;

m0, m1, m2, m3 – khối lượng thu gọn của thân xe, các cặp bánh 1, 2, 3;

m4 - khối lượng thu gọn của hệ thống cắt đất;

Jix , Jiy – Mô men quán tính của thân xe và các trục bánh xe (i =0, 1, 2, 3);

δ1, δ2, δ3 – Biến dạng của các bánh lốp 1, 2, 3;

δn1, δn2, δn3, δ4– Biến dạng của các nhíp cầu trước, cầu sau và của cơ cấu treo

hệ thống cắt đất