Nghiên cứu khả năng di động của xe chữa cháy rừng đa năng

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu như sau: Xác định được khả năng di động của xe trong quá trình chữa cháy rừn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

TS Dương Văn Tài

Hà Nội, 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Rừng là nguồn tài nguyên quí giá của con người, rừng góp phần điều hòa khí hậu, chống sói mòn đất, giữ nước cho hồ thủy điện, là nơi bảo tồn các nguồn gen quí hiếm Đặc biệt Rừng còn là nguồn cung cấp gỗ và lâm đặc sản cho nền kinh tế quốc dân Nhưng diện tích rừng ngày càng suy giảm, một trong những nguyên nhân chính là do cháy rừng gây ra

Trên thế giới hàng năm xảy ra hàng nghìn vụ cháy rừng làm mất hàng triệu ha rừng, điển hình là vụ cháy rừng ở Liên bang Nga tháng 8/2010, đã làm cháy khoảng 700.000 ha, làm ô nhiễm không khí cả một vùng rộng lớn, trong đó có thủ đô Mátxcơva, cháy rừng gây thiệt hại rất lớn về kinh tế và môi trường sinh thái

Ở Việt Nam cháy rừng xảy ra thường xuyên, trung bình hàng năm có khoảng 1000 vụ cháy gây thiệt hại khoảng 10.000 ha, làm thiệt hại hàng ngàn

tỷ đồng, gây ra tác hại lớn đến môi trường sinh thái

Nhận thức được tầm quan trọng của công tác phòng cháy chữa cháy rừng, Đảng và Nhà nước đã quan tâm đầu tư trang thiết bị, đưa ra nhiều giải pháp nhằm hạn chế thấp nhất diện tích rừng bị cháy Hiện nay việc chữa cháy rừng ở Việt Nam chủ yếu bằng thủ công (dùng cành cây dập lửa) nên năng suất và hiệu quả thấp Một số đơn vị đã sử dụng các thiết bị nhập từ nước ngoài về nhưng hiệu quả chữa cháy không cao, không phù hợp với địa hình rừng ở Việt Nam

Năm 2008, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Trường Đại học

Lâm nghiệp chủ trì đề tài trọng điểm cấp Nhà nước: " Nghiên cứu công nghệ

và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng", sau 2 năm

thực hiện, đề tài đã thiết kế chế tạo được xe chữa cháy rừng đa năng, kết quả khảo nghiệm bước đầu cho hiệu quả chữa cháy cao, khả năng áp dụng vào

thực tế rất tốt Song kết quả của đề tài còn một số tồn tại, đó là chưa đề cập đến phần nghiên cứu động lực học của xe, chưa đề cập đến khả năng kéo bám của xe khi di động trên khu rừng có độ dốc

Để có cơ sở lý thuyết cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng, cần thiết phải nghiên cứu khả năng di động của xe trong quá trình xe hoạt động chữa cháy rừng

Với những lý do đã được trình bày ở trên, được sự hướng dẫn của Thầy

giáo TS Dương Văn Tài, tôi chọn và thực hiện đề tài "Nghiên cứu khả năng

di động của xe chữa cháy rừng đa năng"

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu như sau:

Xác định được khả năng di động của xe trong quá trình chữa cháy rừng

ở khu rừng có độ dốc dọc và dốc ngang, đồng thời xác định được điều kiện an toàn của xe trong quá trình hoạt động chữa cháy rừng

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu khả năng di động của xe chữa cháy rừng đa năng là một vấn đề rộng và cần phải có thời gian dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung nghiên cứu sau đây:

- Thiết bị nghiên cứu: Luận văn không nghiên cứu tất cả các quá trình động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng, mà chỉ tập trung nghiên cứu phục vụ cho việc sử dụng xe đó là : Nghiên cứu khả năng di động của xe trên khu rừng đó độ dốc dọc và dốc ngang, nghiên cứu ổn định của xe khi hoạt động chữa cháy rừng, nghiên cứu chế độ sử dụng của xe chữa cháy rừng

- Đối tượng hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng: Luận văn không nghiên cứu tất cả các loại địa hình rừng mà xe chữa cháy đa năng có thể hoạt động, mà chỉ tập trung nghiên cứu một số địa hình đặc trưng có diện tích rừng lớn, nguy cơ cháy rừng cao, đó là một số địa hình ở khu vực Tây Nguyên

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

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

a Nghiên cứu lý thuyết

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

- Xây dựng mô hình tính toán toạ độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng

- Khảo sát khả năng chuyển động của xe khi hoạt động chữa cháy rừng

- Xác định điều kiện hoạt động an toàn của xe khi hoạt động chữa cháy rừng

b Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định toạ độ trọng tâm của xe, xác định được độ dốc dọc, dốc ngang mà xe có khả năng di động được Từ kết quả đó làm cơ sở cho việc xác định điều kiện hoạt động an toàn của xe cũng như chế độ sử dụng hợp lý của

xe chữa cháy đa năng Do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

- Xác định thông số hình học của xe chữa cháy rừng đa năng để phục

vụ cho việc xác định toạ độ trọng tâm của xe

- Xác định trọng lượng của toàn bộ xe, trọng lượng đặt lên cầu trước và cầu sau của xe để phục vụ cho việc xác định toạ độ trọng tâm của xe cũng như xác định khả năng kéo bám của xe

- Xác định toạ độ trọng tâm của xe bằng thực nghiệm để phục vụ cho tính ổn định của xe

- Xác định khả năng ổn định tĩnh (ổn định ngang) của xe, để kiểm nghiệm kết quả tính theo lý thuyết

- Xác định khả năng di động của xe trên khu rừng có độ dốc dọc để kiểm nghiệm kết quả tính theo lý thuyết, đồng thời từ đó xác định được chế

độ sử dụng an toàn của xe

- Xác định khả năng di động của xe trong khu rừng có độ dốc ngang khi tham gia chữa cháy rừng, để làm cơ sở xác định chế độ sử dụng an toàn cho xe

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình cháy rừng ở Việt Nam

Việt Nam hiện có trên 12,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng là 38,8%), với 10,8 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 thì 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, 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

Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nilo 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 chaý rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng (theo giá thị trường tại

U Minh khoảng 500.000đ/m3), chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy và chi phí để phục hồi rừng của nhà nước Ngày 27/3/2006, tại Mù Cang Chải (Yên Bái), cháy 21,5 ha rừng trồng, thiệt hại 100% Ngày 17/3/2006 tại ban quản lý rừng đặc dụng Thanh Thuỷ (Hà Giang) cháy 25,1 ha rừng tự nhiên, thiệt hại 100% Đặc biệt từ tháng 1 đến tháng 4 năm

2002, vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng (Kiên Giang) làm thiệt hại 2.715 ha và U Minh Hạ (Cà Mau) làm thiệt hại 2.703 ha, chưa

kể đến những tổn thất về tài nguyên, môi trường, chỉ tính riêng cho công tác chữa cháy đó lên tới 7 - 8 tỷ đồng

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 Tình hình nghiên cứu xe chữa cháy rừng trên thế giới

Cháy rừng là thảm họa thiên nhiên, do vậy hầu hết các quốc gia trên thế giới đều quan tâm đến công tác nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng Đối với một số nước phát triển như Mỹ, Canađa, Đức, hướng nghiên cứu chính là những thiết bị hiện đại như máy bay chữa cháy Theo tài liệu [55], [56], [57], ở các nước phát triển có điều kiện về kinh tế thì thiết bị chữa cháy rừng chủ yếu là sử dụng máy bay phun hoá chất để dập tắt đám cháy (hình 1.1)

Hình 1.1 Máy bay chữa cháy rừng

Ngoài sử dụng máy bay chữa cháy rừng, một số nước như Nga, Mỹ còn nghiên cứu sử dụng xe chữa cháy rừng Theo tại liệu [36], [37],, [42], [44] , ở

Mỹ đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng chuyên dùng

"Pzoteus", thiết bị này có thể di chuyển được ở trên địa hình có độ dốc ≤ 150,

hệ thống di chuyển bằng xích nên tính ổn định cao, kết quả nghiên cứu đã xác

định được khả năng di động của thiết bị trên đường dốc, song tài liệu chưa đề cập đến khả năng di động của thiết bị bánh lốp Xe xích chuyên dụng chữa cháy rừng của Mỹ được thể hiện trên hình 1.2

Hình 1.2 Xe xích chữa cháy rừng

Theo các tài liệu [45], [46], [52] Trung Quốc, Thái Lan đã nghiên cứu

và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng với nguồn động lực là máy kéo bánh bơm, kết quả nghiên cứu đã xác định được khả năng kéo bám của xe, khả năng di động của xe trên độ dốc dọc là ≤ 170 Máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Trung Quốc được thể hiện ở hình 1.3

Hình 1.3 Máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Trung Quốc

Theo tài liệu [ 37], [57], [58], Ailen đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng

xe ô tô chữa cháy rừng với hệ thống ủi cây ở phía trước, kết quả nghiên cứu cho thấy xe có thể di động được trên đường với độ dốc dọc ≤ 130, độ dốc ngang 30

Một số nước như: Mỹ, Nga, Thái Lan, Trung Quốc đã có nhiều công trình nghiên cứu về các thiết bị làm băng cách ly đám cháy, nguồn động lực chủ yếu là máy kéo bánh xích, máy ủi, máy cày, [48], [49], [54], [58], kết quả nghiên cứu cho thấy đã xây dựng được cơ sở lý thuyết tính toán quá trình tạo băng cách ly đám cháy

Tác giả David Cebon là người có nhiều công trình nghiên cứu đánh giá động lực học của ôtô trên đường cũng như ảnh hưởng của động lực học đến

sự phá huỷ đường

Tóm lại: Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về động lực

học của xe ôtô chữa cháy Động lực học về các máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng Nhìn chung các công trình nghiên cứu trên thế giới chỉ chú trọng vào những nội dung chính bao gồm:

- Các mô hình dao động của ô tô chạy trên đường

- Các nguồn kích thích dao động

- Các yếu tố ảnh hưởng của động lực học hạn chế hư hỏng trên đường

- Rất ít công trình nghiên cứu về động lực học của xe ô tô khi hoạt động trong rừng

1.3 Tình hình nghiên cứu động lực học của xe ôtô ở Việt Nam

Nghiên cứu động lực học của xe ôtô đã được nhiều tác giả trong nước quan tâm nghiên cứu và đã đạt được những thành tựu nhất định góp phần vào việc hoàn thiện thiết kế và chế độ sử dụng cho ngành Công nghiệp chế tạo xe ôtô ở nước ta

Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [7], "Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường", công

trình đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của đường, xác định hàm ngoại lực tác động lên xe cho bài toán tính bền khung xe

Luận án tiến sỹ của tác giả Trần Minh Sơn [25], "Nghiên cứu khả năng chịu tải của khung xương xe ca tự đóng dưới tác dụng của tải trọng mặt đường ngẫu nhiên ở Việt Nam", tác giả đã tập trung giải quyết được độ bền

của khung vỏ xe khi chuyển động trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên bằng phần tử hữu hạn

Tác giả Lưu Văn Tuấn [35] “Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình, trên

cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động”, đã nghiên

cứu tính đàn hồi giữa khung xe và vỏ xe ca, đã đưa ra giải pháp chống rung cho khung và vỏ xe khi hoạt động trên đường

Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Văn Trà [33] "Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực ở sơ đồ 1/4 để nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô", tác giả đã sử dụng lý thuyết điều khiển để thay đổi thông số

của hệ thống treo, để nâng cao độ êm dịu của xe khi chuyển động trên đường

Luận án tiến sỹ "Thiết lập mô hình khảo sát dao động ôtô vận tải nhiều cầu" của tác giả Võ Văn Hường [8], tác giả đã nghiên cứu về dao động, lựa

chọn tham số áp lực đường để đánh giá lực động của xe xuống mặt đường

Luận án tiến sỹ của tác giả Đặng Tiến Hoà [11] "Nghiên cứu một số vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh” Tác giả đã khảo

sát các chế độ động lực học của liên hợp máy kéo nhỏ trong tính toán mô hình tải trọng bậc, tải trọng điều hoà, xác định vùng cộng hưởng có thể của hệ truyền lực, khảo sát quá trình khởi hành và sang số, khảo sát ảnh hưởng của tải trọng kéo và lực cản cày

Công trình nghiên cứu của tác giả Phạm Văn Lang và Nguyễn Huy Mỹ [17] đã sử dụng phương pháp động lực học để xác định các thông số đầu ra đối với liên hợp máy trong quá trình sử dụng, xác định đặc trưng động lực học của máy nông nghiệp để chọn chế độ sử dụng hợp lý

Tóm lại: Nghiên cứu dao động, động lực học của xe ô tô và máy kéo ở

Việt Nam đã được nhiều tác giả quan tâm và đã có kết quả nhất định, song việc nghiên cứu dao động và động lực học của xe ô tô chủ yếu là nghiên cứu động lực của xe khi di chuyển trên đường giao thông, chưa có công trình nghiên cứu động lực học của xe ô tô khi di chuyển ở trong khu rừng

1.4 Tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam

Nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng nói chung và nghiên cứu xe chữa cháy rừng nói riêng ở Việt Nam còn rất hạn chế Hầu hết các nghiên cứu về cháy rừng chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các giải pháp phòng chống cháy, một số công trình nghiên cứu về thiết bị chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế chế tạo và khảo nghiệm, chưa tập trung nghiên cứu sâu về động lực học

Năm 1985, Cục Kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước mã số 04.01.01.07 [14] về các giải pháp phòng và chữa cháy rừng Thông và rừng Tràm, kết quả của đề tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng, chưa đề cập đến thiết bị chữa cháy rừng

Luận án tiến sỹ của tác giả Phan Thanh Ngọ [24], " Nghiên cứu một số biện pháp phòng cháy, chữa cháy rừng Thông ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam",

tác giả đã đề xuất được thiết bị chữa cháy rừng đó là bình bơm nước đeo vai

Luận văn thạc sỹ của tác giả Lê Đình Thơm [31], "Nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy rừng trồng ở tỉnh Quảng Trị", tác giả đã xác định được hiệu quả chữa cháy rừng của một số loại dụng

cụ chữa cháy rừng thủ công như: Vỉ dập lửa, bàn dập, cành cây dập lửa

Đề tài cấp nhà nước của tác giả Vương Văn Quỳnh [25], "Nghiên cứu xây dựng các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên", tác giả đã đưa ra được một số giải pháp nhằm

khắc phục cháy rừng tràm năm 2002, chưa đề cập đến thiết bị chữa cháy rừng

Đề tài cấp Bộ của tác giả Dương Văn Tài [29], "Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, không khí và

nước ở dạng sương", kết quả của đề tài là đã cải tiến được một số thiết bị

chữa cháy rừng cầm tay đó là máy thổi gió và máy phun đất cát và không khí

để dập tắt đám cháy

Tác giả Nguyễn Nhật Chiêu trong chuyên đề nghiên cứu cấp Nhà nước

[3], "Tính toán dao động và thiết kế hệ thống ổn định của xe chữa cháy rừng

đa năng”, kết quả của chuyên đề đã xây dựng được mô hình tính toán dao

động của xe chữa cháy rừng đa năng, tính toán ổn định tĩnh của xe ở một số trường hợp, song việc tính toán chưa đầy đủ và toàn diện

Đề tài cấp Nhà nước [30], " Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng" của tác giả Dương Văn Tài, đã

nghiên cứu, thiết kế chế tạo và khảo nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng Đề tài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu mô hình, kết cấu của xe, thiết kế các hệ thống trên xe chữa cháy rừng đa năng, đề tài chưa đề cập đến động lực học của xe, chưa nghiên cứu toàn diện và đầy đủ động lực học của xe khi tham gia chữa cháy rừng

Tóm lại: Việc nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam

còn hạn chế, đặc biệt các công trình nghiên cứu về xe chữa cháy rừng có

rất ít Đề tài cấp Nhà nước "Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC07.13/06-10, đã thiết kế

chế tạo được xe chữa cháy rừng đa năng, song đề tài chưa đề cập nghiên cứu động lực học của xe

1.5 Kết luận chương 1

Từ những trình bày ở trên có thể đi đến một số kết luận sau:

1 Việt Nam có nguồn tài nguyên rừng rất phong phú, diện tích khoảng

10 triệu ha, khí hậu nhiệt đới 2 mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài, cùng với biến đổi khí hậu ngày càng khắc nghiệt nên nguy cơ xảy ra cháy rừng rất cao Do vậy cần phải đầu tư nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chủ động trong việc chữa cháy rừng

2 Việc chữa cháy rừng hiện nay chủ yếu là vẫn bằng thủ công, một số nơi đã sử dụng một số thiết bị cơ giới nhưng hiệu quả chữa cháy thấp, không phù hợp với địa hình

3 Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về các thiết bị chữa cháy và đã đạt được nhiều thành tựu, góp phần tạo ra các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng như thiết bị Proteus của Mỹ, xe ôtô chuyên dụng chữa cháy rừng của Ailen, máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Trung Quốc và Thái Lan

4 Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về động lực học và dao động của ôtô, các công trình này chủ yếu nghiên cứu động lực học của xe

ô tô trên đường, chưa có công trình nào nghiên cứu động lực học của xe ô tô

di động ở trong khu rừng

5 Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng nói chung và

xe chữa cháy rừng nói riêng còn hạn chế Đã có công trình nghiên cứu thiết kế chế tạo ra xe chữa cháy rừng đa năng, nhưng chưa đề cập đến động lực học của xe

Để có cơ sở lý thuyết cho quá trình tính toán hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng, đồng thời là cơ sở khoa học cho việc xác định chế độ sử dụng hợp lý, hiệu quả và an toàn khi sử dụng xe chữa cháy rừng đa năng trong thực

tế chữa cháy rừng thì việc thực hiện đề tài " Nghiên cứu khả năng di động

của xe chữa cháy rừng đa năng" mà luận văn lựa chọn là cần thiết

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Như đã trình bày ở Chương 1 xe chữa cháy rừng đa năng mà luận văn nghiên cứu đã được đề tài cấp Nhà nước mã số KC07.13/06-10 thiết kế chế tạo và đã được thử nghiệm trong thực tiễn Đối tượng chữa cháy của xe là một

số khu rừng ở khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, những khu rừng này có địa hình độ dốc 200, không có đường Do vậy đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm có thiết bị nghiên cứu là xe chữa cháy rừng đa năng đã được đề tài KC07.13/06-10 thiết kế chế tạo và đối tượng mà xe chữa cháy hoạt động có là một số khu rừng đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên

2.1.1 Đối tượng của xe chữa cháy hoạt động

Xe chữa cháy rừng đa năng được nghiên cứu thiết kế để chữa những đám cháy ở những nơi có điều kiện địa hình thuận lợi, độ dốc 200 , những nơi không có nguồn nước và những nơi không có đường giao thông

Khi hoạt động chữa cháy rừng xe chữa cháy phải di động ở khu vực rừng không có đường, có nhiều vật cản như thực bì, cỏ rác, thảm mục, cây cối, các hố nhỏ, rãnh, khe, sau đây chúng ta xem xét đặc điểm địa hình, rừng nơi xe chữa cháy hoạt động

2.1.1.1 Đặc điểm về độ dốc địa hình rừng nơi xe chữa cháy rừng đa năng hoạt động

Căn cứ vào kết quả điều tra khảo sát ở khu vực Tây Nguyên chúng tôi đưa ra địa hình đặc trưng để nghiên cứu như sau:

- Địa hình tương đối bằng, độ dốc 100 Đây là địa hình thuận lợi cho

xe chữa cháy rừng hoạt động, với địa hình này xe chữa cháy rừng đa năng do

đề tài cấp Nhà nước thiết kế chế tạo hoàn toàn có thể di chuyển được, mặt khác loại địa hình này diện tích rừng có nguy cơ cháy không nhiều, nên loại địa hình này không phải là địa hình đặc trưng để nghiên cứu

- Địa hình có độ dốc từ 10 - 200: Đây là loại địa hình đặc trưng nhất ở khu vực Tây Nguyên Các khu rừng có nguy cơ cháy cao chủ yếu ở độ dốc 10 - 200, theo kết quả điều tra khảo sát diện tích rừng ở độ dốc từ 10 - 200 chiếm 80% diện tích rừng có nguy cơ bị cháy và thường xuyên cháy, do vậy chúng tôi chọn

độ dốc khu rừng đặc trưng để nghiên cứu là từ 10 - 200

2.1.1.2 Đặc điểm về trạng thái bề mặt đất rừng

Đất ở khu vực Tây Nguyên chủ yếu là đất đỏ bazan, về mùa khô độ cứng loại trung bình, khi gặp mưa thì độ cứng của đất rất thấp Đối với chữa cháy rừng chủ yếu vào mùa khô nên mặt đất cứng đảm bảo cho xe hoạt động không bị trơn trượt

Trên bề mặt mặt đất còn có cỏ rác đã khô (còn gọi là thực bì), thực bì ở khu vực Tây Nguyên chủ yếu là cỏ mỹ, cỏ tranh, cành khô, lá khô, lớp thảm mục ít, những loại thực bì này là vật liệu cháy khi cháy rừng xảy ra, đồng thời

là vật cản khi xe hoạt động trong rừng Khi nghiên cứu tính toán hệ số bám của bánh xe với mặt đất rừng chúng ta phải tính đến vật liệu này

Trên bề mặt đất rừng ngoài vật liệu cháy đã nêu ở trên còn có cây gỗ đổ ngang, gốc cây, mô đá, đống mối, đây là những vật cản làm ảnh hưởng đến khả năng di động của xe trên đường ở trong khu rừng

Một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng di động của xe trong khu rừng đó là trạng thái lồi lõm của bề mặt đất rừng Kết quả điều tra khảo sát trạng thái bề mặt đất rừng ở một số khu vực rừng Tây Nguyên cho thấy đối với rừng trồng thì trạng thái lồi lõm bề mặt đất nhỏ hơn đối với rừng tự nhiên Trạng thái lồi lõm này được đặc trưng bởi sự mấp mô mặt đất rừng, biên độ mấp mô từ 0,2 đến 0,4m

Một yếu tố có ảnh hưởng đến khả năng di động của xe đó là các rãnh, các khe do nước chảy tạo ra, các rãnh các khe thường nằm ở ngoài lô, kết quả khảo sát các rãnh có chỗ sâu trung bình 0,4m, và chiều rộng 1 - 2m

Tóm lại: Đặc điểm về trạng thái bề mặt đất rừng rất phức tạp khó xác

định chính xác, trong quá trình tính toán chúng tôi chỉ lấy ở một giá trị trung bình đặc trưng, không có điều kiện nghiên cứu tất cả các trạng thái, các điều kiện có trong thực tế

Hình 2.1 Thực bì rừng ở khu vực Tây Nguyên

2.1.1.3 Đặc điểm về loại cây rừng nơi xe chữa cháy hoạt động

Xe chữa cháy rừng đa năng có nhiệm vụ chặt hạ cây để tạo ra đường băng trắng cách ly khoanh vùng, cô lập đám cháy, do vậy loại cây, mật độ cây, đường kính cây cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng di động của xe trong khu rừng Trong quá trình chữa cháy rừng, để tạo băng cách ly thì xe vừa di chuyển, vừa cắt cây, đẩy cây và vừa phải phay cỏ rác ở phía sau, nên đường kính cây, mật độ cây trong khu rừng làm ảnh hưởng đến tốc độ di động của xe khi làm băng trắng cách ly khoanh vùng, cô lập đám cháy

Đối với mỗi khu rừng khác nhau có mật độ cây khác nhau, loài cây khác nhau, trong quá trình tính toán chúng tôi lấy ở một giá trị lớn nhất để tính, nếu thoả mãn được giá trị lớn thì giá trị nhỏ cũng thoả mãn

Đối với khu vực Tây Nguyên và Đông Nam bộ thì loại rừng thường xảy ra cháy nhất là rừng trồng từ 1 - 4 tuổi, loài cây chủ yếu là keo, đường kính cây lớn nhất để tính toán là 20cm, mật độ cây là 1500cây/ha, khu rừng nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2.2 Khu rừng nghiên cứu

Tóm lại: Đối tượng rừng để cho xe chữa cháy rừng đa năng hoạt động

là rất phức tạp, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng di động của xe trong khu rừng, những yếu tố này luôn thay đổi khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí của khu rừng, loại rừng, loại thực bì rừng Do thời gian có hạn nên đề tài không nghiên cứu tất cả các giá trị làm ảnh hưởng đến khả năng di động của xe, mà chỉ nghiên cứu các giá trị trung bình đặc trưng nhất Trong quá trình tính toán chúng tôi lấy ở một giá trị đặc trưng nhất

2.1.2 Thiết bị nghiên cứu

2.1.2.1 Cấu tạo của thiết bị nghiên cứu

Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài KC07.13/06-10 được thể hiện trên hình 2.3

Hình 2.3 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; 22- Nắp thùng nước; 23- Ống hút đất; 24- Hệ thống phun đất; 25- Bơm nước

2.1.2.2 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

để dập lửa

Khi sử dụng hệ thống cắt cây, hệ thống làm sạch cỏ rác hoặc hệ thống cắt đất, hút đất và phun 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

2.1.2.3 Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng

Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng được thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng

1 Loại xe URAL 4320

15 Vận tốc chạy trên đường lâm nghiệp km/h 40

17 Khoảng cách từ trục trước đến cầu cân bằng m 4,25

Tóm lại: Thiết bị nghiên cứu của luận văn là xe chữa cháy rừng đa

năng mới được chế tạo lần đầu tiên ở Việt Nam, xe ôtô cơ sở để chế tạo là loại xe Ural 4320, đây là loại xe dùng trong quân sự, loại xe này có sức vượt

lớn, 3 cầu chủ động, tính ổn định cao, sau khi đã được lắp ráp các hệ thống chữa cháy rừng trên đó làm cho trọng tâm xe thay đổi, tải trọng xe thay đổi và các lực tác dụng lên xe thay đổi so với thiết kế ban đầu của xe, từ đó khả năng vượt dốc, khả năng ổn định của xe thay đổi, do vậy cần phải nghiên cứu khả năng di động và ổn định của xe khi hoạt động chữa cháy trong rừng, từ đó làm cơ sở cho việc sử dụng xe hiệu quả và an toàn

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 ôtô máy kéo, động lực học máy Nội dung của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:

Từ quá trình làm việc của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động chữa cháy rừng, thiết lập sơ đồ tính toán toạ độ trọng tâm của xe, sơ đồ tính toán các lực tác dụng lên xe khi chuyển động trong khu rừng có độ dốc, vận dụng lý thuyết toán học, cơ học thiết lập phương trình chuyển động của xe trong quá trình hoạt động ở trong khu rừng, khảo sát sự phụ thuộc của các đại lượng nghiên cứu vào các thông số ảnh hưởng đến khả năng di động và ổn định của xe, từ đó rút ra các kết luận cần thiết Nội dung của phương pháp này được trình bày trong các tài liệu [1], [4], [6] [9], [16], [19], [26]

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong luận văn được thực hiện theo phương pháp đo độ dốc của địa hình, trong đo đạc công trình đường giao thông bằng máy kinh vĩ thuỷ bình và địa bàn 3 chân Phương pháp xác định toạ độ trọng tâm bằng việc xác định tải trọng tác dụng lên cầu trước khi xe ở

độ dốc dọc nhất định Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý kết quả thí nghiệm được trình bày trong các tài liệu [2], [3], [10],[12]

Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định khả năng di động của

xe trên dộ dốc cũng như khả năng ổn định ngang của xe khi đi vào đường

vòng được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp khảo nghiệm ôtô máy kéo, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng như xử lý số liệu thí nghiệm đựơc trình bày trong các tài liệu [5], [12], [16], [17] Do vậy ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận đó vào các bài toán cụ thể

Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày

cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung của luận văn

Chương 3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DI ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG

ĐA NĂNG KHI HOẠT ĐỘNG CHỮA CHÁY RỪNG

Xe chữa cháy rừng đa năng hoạt động trong điều kiện ở trong khu rừng không có đường, chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng và khác với xe chạy trên đường, song nguyên lý hoạt động cũng giống nhau, do vậy có thể dựa vào nguyên lý tính toán động lực học của xe chạy trên đường để áp dụng vào quá trình tính toán động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng hoạt động ở trong khu rừng không có đường

Mục đích của chương này là xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán khả năng di động cuả xe trong khu rừng không có đường, cụ thể là xác định được các lực cản tác dụng lên xe trong quá trình chuyển động của xe trong khu rừng ở độ dốc dọc và dốc ngang, thiết lập được phương trình chuyển động của

xe khi hoạt động chữa cháy rừng

Phương pháp chung để nghiên cứu nội dung này là dựa vào lý thuyết ô

tô máy kéo, động lực học của ô tô máy kéo để lập mô hình tính toán, sử dụng phương pháp giải tích để thiết lập các biểu thức, phương trình chuyển động của xe ô tô khi hoạt động chữa cháy rừng Sau đó khảo sát phương trình đã lên được đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến các đại lượng nghiên cứu

3.1 Khái quát về hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

3.1.1 Hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

Xe chữa cháy rừng đa năng được tính toán thiết kế trên cơ sở tích hợp công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp và gián tiếp, trên xe có nhiều chức năng chữa cháy rừng Các chức năng chữa cháy rừng có thể hoạt động đồng thời hoặc độc lập với nhau, quá trình hoạt động của xe được mô tả như sau:

- Khi có đám cháy xảy ra, người lái xe nhanh chóng cho xe tiếp cận đám cháy, sử dụng hệ thống chặt hạ cây ở phía trước xe và hệ thống làm băng

trắng cách ly đám cháy ở phía sau xe để khoanh vùng cô lập đám cháy, như vậy xe vừa di động vừa phải cắt cây, phay cỏ rác và phải vượt qua các vật cản

ở trên mặt đường rừng

- Sau khi làm băng cách ly khoanh vùng, cô lập đám cháy người lái xe

sử dụng hệ thống cắt đất, hút đất và phun đất vào đám cháy để dập tắt đám cháy, ngoài ra có thể sử dụng hệ thống phun nước để dập lửa

Với quá trình hoạt động của xe chữa cháy đã trình bày ở phần trên, trường hợp xe di động khó khăn nhất trong quá trình chữa cháy đó là: Trên

xe chở đầy nước (5m3 nước), đồng thời hệ thống cắt cây phía trước, hệ thống cắt cỏ rác phía sau cùng làm việc, xe chuyển động trong khu rừng có

độ dốc dọc 

Ngoài ra trong quá trình chữa cháy còn xảy ra trường hợp xe hoạt động trên độ dốc ngang đồng thời quay vòng, trường hợp này xe có thể bị lật khi vận tốc của xe lớn, bán kính quay vòng nhỏ và dộ dốc ngang lớn hơn cho phép

Để xác định khả năng di động trên độ dốc dọc, dốc ngang của xe, chúng ta phải khảo sát các trường hợp này

3.1.2 Đặc điểm hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

Cháy rừng xảy ra ở những nơi có địa hình phức tạp, nơi không có đường, thực bì rậm rạp, do vậy xe chữa cháy rừng hoạt động trong điều kiện phức tạp đó là di động trong khu rừng không có đường, mặt đất rừng nhiều vật cản như cỏ khô, lớp thảm mục, bề mặt đất lồi lõm mấp mô, nhiều khi xe phải di chuyển qua khe cạn, rãnh Như vậy dẫn đến hoạt động của xe chữa cháy rừng là rất phức tạp, nhiều vật cản trên đường di chuyển Do vậy để đánh giá khả năng hoạt động của xe chúng ta phải xem xét các đặc điểm này

3.2 Khảo sát đặc tính của động cơ và lực kéo của xe

Để đánh giá khả hoạt động của xe trong rừng, ta cần phải tính toán khảo sát đặc tính của động cơ và lực kéo, thời gian tăng tốc và quãng

đường tăng tốc của xe ở các tỷ số truyền khác nhau, kết quả thu được là cơ

sở tính toán khả năng di động của xe khi hoạt động trong rừng có độ dốc dọc và dốc ngang

3.2.1 Đường đặc tính ngoài của động cơ xe chữa cháy rừng đa năng

Để xác định các thông số đáng giá chất lượng vận tốc kéo, đặc biệt là khi giải trên máy tính, chúng ta cần có các quan hệ giải tích Me = f(ne) hoặc

eN e

eN

e e

e e

n

n c n

n b a M

n f

eN e

eN e

eN

e e

e e

n

n c n

n b n

n a N

n f

Với a, b, c được giải ra từ phương trình:

MN = 3.10.4.Nemax/ (.neN); x = Memax /MN; y = nN/nM ; M1 = 100.(x -1)

a = 1 - M1 y (2 - y) / (100 (y - 1)2)

b = 2 M1 y/(100 y - 1)2); c = (M1/100) (y/ (y-1)2

Trong đó: Ne - Công suất của động cơ ở tốc độ vòng quay ne

Me - Mômen của động cơ tốc độ vòng quay ne

ne - Tốc độ vòng quay bất kỳ của động cơ

neN - Tốc độ vòng quay khi công suất của động cơ là lớn nhất

Nemax - Công suất lớn nhất của động cơ

Công suất tự do của động cơ được tính theo công thức:

Nđ = Ne - NđI (3.3) Trong đó: NđI là tổn hao động lực của động cơ ở tốc độ vòng quay động

cơ nào đó NđI lại được (Chọn NđIN = 15% Nemax)

(3.4)

Ta cũng có:

e

d e

n

N M

.

30

n

n N

Tổn hao động lực của động cơ ở chế độ công suất cực đại thường bằng khoảng 12  20% công suất cực đại Ta có:

NđlN = (12 20%) Nemax (3.7) Bài toán khảo sát đường đặc tính ngoài của động cơ xe chữa cháy rừng

đa năng với các số liệu đã cho ở bảng 2.1 và một số thông số sau:

+ Công suất cực đại của động cơ Nemax(kw/mãlực)=132/180 tại

nN=2100(v/p)

+ Mô men cực đại của động cơ Memax, = 667 (N.m) tại n = 1250  1450 (v/p) lấy n = 1300

+ Số vòng quay lớn nhất: nmax = 2400 (v/ph)

+ Số vòng quay ổn định tối thiểu của động cơ nemin = 600 (v/ph)

+ Hệ số kể đến tổn hao trong thiết bị động lực: kp = 0,95

+ Hiệu suất của hệ thống truyền lực: tl= 0,9

+ Bán kính tính toán: r = 0,508 (m)

+ Hệ số biến dạng của lốp:  = 0,93

+ Bán kính tính toán bánh xe: rtt =  r

+ Tỉ số truyền của cầu xe: i0 = 7,32

+ Tỉ số truyền của hộp số phân phối: ipc = 1,3 ; ipt = 2,15

+ Tỉ số truyền của hộp số: ihs (1) = 5,26; ipc (2) = 2,90; ihs (3) = 1,52

ihs (4) = 1,00; ihs (5) = 0,66, iL = 5,48 + Chiều rộng bánh xe: B = 2,0m

+ Chiều cao xe: H = 2,505m

+ Hệ số cản không khí: KB = 0,7

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc tới hệ số cản lăn: Kt = 0,000007 + Hệ số cản lăn của bánh xe với bề mặt đất rừng: f0 = 0,4

+ Hiệu suất truyền lực:  = 0.9

Thay các thông số ở bảng 2.1 và các thông số trên vào phương trình tính toán ta được kết quả thể hiện ở bảng 1.1 phụ lục và đường đặc tính ngoài của động cơ xe chữa cháy rừng đa năng cần kiểm nghiệm trên hình 3.1

Hình 3.1 Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ xe chữa cháy rừng

Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy: Mdmax = 630 N.m; Nđmax = 127,9 Kw, so sánh với mô men và công suất cho trong catalog của xe, có sự sai lệnh nhưng nằm trong phạm vi cho phép, vậy giá trị trên có thể tin cậy được

3.2.2 Khảo sát lực kéo chủ động P ki và nhân tố động lực học D i của xe

Theo tài liệu [1] , lực kéo chủ động của xe được tính theo công thức:

Pki = Ai.v2 + Bi.v + Ci (3.8)

Trong đó các hệ số Ai, Bi, Ci được xác định theo công thức sau:

Md

Nd

Ni v r

c K i M A

d

p tli eN

.

.

Ni v r

b K i

N B

d

p tli tli eN i

.

.



d

p tli tli eN i

r

a K i

M

C . . . .



Trong đó: VNi - vận tốc của ô tô ở số truyền i ứng với neN

Thông qua Pki ta xác định được nhân tố động lực học cho từng tỷ số truyền theo công thức sau:

D i k 

 (3.9) Trên cơ sở các công thức tính toán cho từng chế độ làm việc của hệ thống truyền lực ta thu được kết quả để xây dựng đồ thị lực kéo và đồ thị của nhân tố động lực học theo tỷ số truyền

Khi ipp = 2,15 kết quả tính toán thể hiện ở bảng 1.2, 1.3 phụ lục và đồ thị hình 3.2, và hình 3.3

Hình 3.2 Đồ thị lực kéo khi i pp =2,15

Hình 3.3 Đồ thị nhân tố động lực học khi i pp = 2,15 3.2.3 Khảo sát thời gian tăng tốc của xe ở tỉ số truyền i

Thời gian tăng tốc của xe ở tỉ số truyền i được xác định theo phương trình vi phân:

k tli

tli e i

r r m

j i

j

.

1

.

.

Ni v r

c K i

M

d

p tli tli eN

Ni v r

b K i

M b

d

p tli tli eN i

.





G r

a K i

M c

d

p tli tli eN

Trong đó: vNi = 0,105.neN

tli

K i r

Thay các thông số vào công thức trên ta được phương trình bậc hai, sau

b v a m

2

2ln 1

b v a

b v a arctg m

2

2

i i

a

S ln 2 . / 2.

2

Thay số vào công thức (3.11), từ đó ta cũng xây dựng được đồ thị

quãng đường tăng tốc theo bảng 1.5, phụ lục và hình 3.5

Hình 3.5 Đồ thị quãng đường tăng tốc khi i pp = 2,15 3.2.5 Gia tốc của xe ở tỷ số truyền i

Gia tốc của xe theo tỷ số truyền của hộp số được tính như sau:

Ta thay các thông số đã biết vào phương trình (3.12), xây dựng được

đồ thị gia tốc khi tăng tốc độ ở từng tay số truyền theo bảng 1.6, phụ lục và

hình hình 3.6

Hình 3.6 Đồ thị gia tốc khi i pp = 2,15

3.3 Nghiên cứu khả năng di động của xe trong khu rừng với độ dốc dọc 

3.3.1 Các lực tác dụng lên xe chữa cháy rừng đa năng

Xét trường hợp tổng quát khi xe đang chạy trên khu rừng với độ dốc  với vận tốc v = const, đồng thời hệ thống cắt cây, hệ thống phay cỏ rác làm băng trắng cách ly đám cháy vẫn hoạt động, trên xe có chở đầy nước Sơ đồ lực tác dụng lên xe được thể hiện trên hình 3.7

h

h1

zx

Hình 3.7 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi xe hoạt động chữa cháy rừng

- Trọng lượng của xe bao gồm các bộ phận công tác, nước ở trên xe và toàn bộ tải trọng của xe: ký hiệu G1 đặt tại trọng tâm của xe và được phân làm

- Tại điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường có phản lực pháp tuyến

N1, N2, N3, và mômen cản lăn m1, m2, m3, ngược chiều với mômen chủ động

Trong đó FK là lực kéo tiếp tuyến của các bánh xe chủ động, N

Đối với xe chữa cháy rừng đa năng tất cả các bánh xe đều là bánh chủ động, nên FK chính là lực kéo do động cơ sinh ra

K

K K

Trong đó: fo1 - Hệ số cản lăn cơ bản

K1 - Hệ số tính đến lồi lõm, mấp mô của mặt đất rừng

K2 - Hệ số tính đến thảm mục, cỏ khô, lá khô ở trên bề mặt

đất rừng

K3 - Hệ số tính đến chướng ngại vật như gốc cây, cây nằm

chắn ngang, rãnh nước chảy

K4 - Hệ số tính đến trạng thái của lốp xe với bề mặt đất rừng

3.3.2.3 Tính lực cản cắt F C1

Theo nguyên lý cắt gọt gỗ [23], khi hệ thống cắt cây thì sinh ra lực cắt

PC và lực đẩy Q Quá trình cắt cây được thể hiện trên sơ đồ hình 3.8

n

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán lực cắt và lực đẩy của hệ thống chặt hạ cây

- Lực cắt của lưỡi cưa được tính theo công thức:

PC = k.b.h.z (3.17) Trong đó: PC - Lực cắt của đĩa cưa

k - Hệ số cản cắt riêng

b - Chiều rộng mạch cắt b = D, (D - đường kính cây)

h - Chiều dày lưỡi cắt

z - Số răng tham gia vào quá trình cắt

- Lực đẩy Q được tính như sau:

Trong quá trình cắt bằng lưỡi cưa đĩa, lực cắt PC có phương theo tốc độ cắt, thành phần lực đẩy Q có phương vuông góc với lực cắt Theo tài liệu [23] lực đẩy Q = (0,2  0,7) PC

Như vậy lực đẩy cưa vào gỗ được tính theo công thức:

cossin

Q P

S

Q P

- Trường hợp mặt phẳng của đĩa cưa vuông góc với thớ gỗ (trục thân cây), lực cắt và lực đẩy được tính theo công thức sau:

Q S

P S

Trong đó: PC - Lực cắt của đĩa cưa được tính theo công thức (3.17)

n - Số đĩa cưa cùng tham gia vào quá trình cắt

3.3.2.4 Tính lực cản do hệ thống phay cỏ rác P C2

Trong quá trình hoạt động phay cỏ rác tạo băng trắng cách ly, hệ thống phay cỏ rác vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến cùng với vận tốc của xe

Các dao cắt đất chuyển động quay tròn xung quanh trục của trống dao, cắt đất theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa Nguyên lý cắt đất ở dạng búa này

có ưu điểm lớn nhất đó là khi gặp gốc cây, mô đá, cành cây dao cắt tự trượt qua không làm tăng lực cắt, không ảnh hưởng đến lực cản cắt Sơ đồ tính toán lực cắt ở dạng búa được thể hiện trên hình 3.3

Hình 3.9 Sơ đồ tính toán lực cắt ở dạng búa

- Lực cản do hệ thống cắt cỏ rác làm băng cách ly được tính như sau:

Trong đó: Pcđ - Lực cắt đất của dao cắt

Pce - Lực cản lăn của hệ thống làm sạch cỏ rác

q - Trọng lượng của hệ thống làm sạch cỏ rác

- Lực cắt đất Pcđ được tính như sau:

Theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa 30, lực cắt do xung lực va chạm của dao cắt tạo ra được tính như sau:

t

m P gS

l R J

l

l R P

t

0

0 01

2

Trong đó: R0 - Bán kính của đĩa dao, m

l - Chiều dài cao cắt, m

J01 - Mô men quán tính dao cắt

ω - Vận tốc góc của dao cắt đất và cỏ rác

g - Gia tốc trọng trường

S0 - Độ lún của đất do áp lực gây ra

Pt - Áp lực tĩnh do tải trọng động gây ra

t - Thời gian va chạm, giây

m - Số dao cắt cùng tham gia vào quá trình cắt

- Lực cản lăn (Pce) được tính như sau:

Pcl = q fl (3.23)

Trong đó: q - Trọng lượng của hệ thống, N

fl - Hệ số cản lăn của hệ thống với mặt đất rừng Thay công thức (3.22) và (3.23) vào công thức (3.21) ta có công thức tính lực cản do hệ thống cắt cỏ rác như sau:





.( ) sin

)(

0

0 01

2

0

P gS

l R J

l t

l R m

t

3.3.2.5.Tính lực cản xe chạy trên đường vòng

Trong quá trình xe chữa cháy rừng hoạt động xe phải quay vòng, qui trình xe quay vòng sinh ra lực cản do có sự xê dịch quỹ đạo chuyển động của bánh trước và bánh sau, lực cản do quay vòng được tính theo công thưc sau: