Luận an : Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của con người và của xã hội, là nguồn sinh
thủy cho sông suối, các hồ thủy điện, điều hòa không khí…Hiện nay nạn cháy rừng
đang là một thảm họa gây ra nhiều thiệt hại rất lớn về môi trường sinh thái như tiêu
diệt hệ thực vật, hệ động vật, gây ra xói mòn đất. Cháy rừng còn làm ảnh hưởng đến
đời sống xã hội của con người. Trong những năm qua, hàng loạt vụ cháy rừng lớn
đã xảy ra trên phạm vi cả nước như vụ cháy rừng ở U Minh Hạ ngày 4/4/2007, vụ
cháy rừng tại vườn quốc gia Hoàng Liên (Lào Cai) làm thiệt hại khoảng 1.700 ha
rừng…Theo thống kê của Cục kiểm lâm năm 2010 cả nước có 49 khu vực trên tổng
số 73 khu vực rừng đã xẩy ra 880 vụ cháy, tăng 552 vụ, gần gấp 3 lần so với năm
2009, làm thiệt hại hơn 5668 ha rừng. Số vụ cháy rừng xẩy ra chủ yếu là ở các tỉnh
miền núi phía bắc và Đông Nam bộ. Riêng Hà Nội, trong năm 2010 xẩy ra 21 vụ
cháy rừng làm thiệt hại trên 25 ha rừng. Năm 2012 cả nước xẩy ra 155 vụ cháy rừng
làm thiệt hại hàng trăm ha rừng. Đầu năm 2013 cũng đã xẩy ra nhiều vụ cháy rừng
nghiêm trọng, như các vụ cháy rừng ở Gia Lai: Ngày 19/2/2013 đã xẩy ra cháy và
làm thiêu rụi 270 ha rừng, ngày 12/3/2013 lại xẩy ra 3 vụ cháy. Như vậy chưa đầy 1
tháng xẩy ra 4 vụ cháy rừng làm thiệt hại trên 400 ha rừng. Chỉ trong tháng 5/2013
cả nước đã xẩy ra 21 vụ cháy rừng làm thiệt hại 88 ha rừng và tính đến hết tháng
6/2013 cả nước đã có 845 ha rừng bị cháy.
Trên thế giới hàng năm cũng xẩy ra hàng nghìn vụ cháy rừng gây ra nhiều
thiệt hại về tài sản và con người. Vì vậy để chữa cháy rừng đạt được hiệu quả thì
cần phải trang bị các thiết bị chữa cháy rừng cần thiết. Một số nước trên thế giới
đều được trang bị các trang thiết bị chữa cháy rừng vừa phong phú về chủng loại,
vừa hiện đại, còn ở Việt Nam các thiết bị chữa cháy rừng còn rất thô sơ và chưa đáp
ứng được yêu cầu chữa cháy rừng. Chính vì vậy mà việc quan tâm, chú trọng đầu tư
nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng chống và thiết kế 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 là một việc làm hết sức cấp thiết.
1
Xuất phát từ những lý do, trên Bộ khoa học và Công nghệ đã giao cho trường

Đại học Lâm nghiệp chủ trì thực hiện 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. Kết quả của
đề tài đã thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng, bước đầu qua khảo nghiệm đã
có thể chữa cháy rừng được trong những điều kiện cụ thể. Tuy nhiên thiết bị vẫn
còn một số tồn tại cần phải nghiên cứu giải quyết đó là:
Khi xe hoạt động chữa cháy trong khu rừng không có đường, dưới tác động
của các mấp mô mặt đất rừng, các vật cản trên đường đi, tác động của các hệ thống
công tác chữa cháy trên xe làm cho xe dao động rất lớn, dao động này ảnh hưởng
đến ổn định, độ bền của các chi tiết trên xe và chất lượng của các hệ thống chữa
cháy của xe.
Xe chữa cháy rừng đa năng là thiết bị mới được nghiên cứu cải tiến, chế tạo
dựa trên nền xe có sẵn, các công trình nghiên cứu về động lực học của loại xe này
còn hạn chế. Để có cở sở lý thuyết cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng,
cần thiết phải tiến hành nghiên cứu động lực học trong quá trình làm việc của xe. Vì
vậy việc nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng là cấp thiết để tìm
được chế độ làm việc hợp lý, hoàn thiện kết cấu và từ đó tăng hiệu quả sử dụng cho
xe khi hoạt động chữa cháy trong rừng.
Xuất phát từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài:
"Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng"
2. Mục đích nghiên cứu
Xác định quy luật ảnh hưởng của một số yếu tố đến các chỉ tiêu động lực học
của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động trong rừng, đồng thời xác định được
chế độ làm việc hợp lý để sử dụng xe an toàn và hiệu quả.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động lực học của xe chữa cháy rừng đa
năng, sản phẩm của đề tài trọng điểm cấp Nhà nước “ Nghiên cứu công nghệ và
thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC 07.13/06 – 10,
khi xe chuyển động trong rừng không có đường.
2
4. Phạm vi nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng có nội dung rất lớn
cần có thời gian dài, trong nội dung luận án chỉ giới hạn phạm vi nghiên cứu như sau:
- Về nội dung nghiên cứu: Luận án chỉ tập trung nghiên cứu về dao động
của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động chữa cháy trong rừng ở các chế độ
chuyển động bình ổn.
- Về thiết bị nghiên cứu: Luận án không nghiên cứu phần tính toán thiết kế
xe chữa cháy rừng đa năng, phần động cơ xe, mà chỉ tập trung nghiên cứu phần tồn
tại của xe, đó là ảnh hưởng dao động của xe đến ổn định, độ bền của một số chi tiết
trên xe và an toàn của xe khi hoạt động trong rừng chịu tác động mấp mô mặt đất
rừng và lực tác động do hệ thống cắt cỏ rác trên xe gây ra.
- Về đối tượng hoạt động của xe: là các khu rừng với độ mấp mô của mặt
đất rừng dưới dạng hàm ngẫu nhiên, hàm tuần hoàn.
- Về địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: Luận án không có điều kiện thực
nghiệm trong các khu rừng ở nhiều địa phương khác nhau, mà chỉ chọn một số địa
điểm có địa hình với độ mấp mô mặt đất rừng đặc trưng nhất để nghiên cứu thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Luận án đã xây dựng được mô hình dao động trong không gian cho xe chữa
cháy rừng đa năng chịu lực kích động động học do độ mấp mô mặt đất rừng và lực
kích động động lực học do hệ thống cắt cỏ rác gây ra, từ đó đã thiết lập được hệ
phương trình vi phân dao động của xe. Kết quả nghiên cứu là những đóng góp mới
cho quá trình nghiên cứu dao động của các loại xe chữa cháy rừng khi hoạt động
trong rừng không có đường.
- Luận án đã thiết lập được chương trình để mô phỏng dao động của xe với
lực kích động động học do độ mấp mô mặt đất rừng là hàm ngẫu nhiên và lực kích
động động lực học do hệ thống cắt cỏ rác gây ra là hàm xung tuần hoàn, đã khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến dao động. Kết quả khảo sát là đóng góp mới cho việc
3
xác định chế độ sử dụng hợp lý và là cơ sở khoa học để hoàn thiện xe chữa cháy rừng
đa năng.

- Luận án đã áp dụng các phương pháp thí nghiệm để đo và xác định: tọa độ
trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp, của nhíp, độ mấp mô bề mặt đất
rừng, gia tốc dao động, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe. Kết quả nghiên cứu
thực nghiệm là đóng góp mới cho việc nghiên cứu thực nghiệm các loại xe chữa
cháy rừng khi hoạt động trong rừng không có đường.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ được sử dụng cho việc xác định chế độ
làm việc hợp lý và hoàn thiện thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng trong dự
án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước " Hoàn thiện công nghệ và thiết kế chế tạo
một số thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng" mã số DAĐL- 2011/06.
6. Bố cục của luận án
Bố cục của luận án gồm các phần và các chương sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên
Chương 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa năng
Chương 3: Khảo sát dao động xe chữa cháy rừng đa năng
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm
Kết luận và kiến nghị.
4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng
Cháy rừng là một thảm họa thiên nhiên mà rất nhiều các quốc gia trên thế
giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng
cháy 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. Hiện nay ở Việt Nam các thiết
bị chữa cháy rừng còn chưa được đầu tư nhiều. Ngoài các phương pháp thủ công
như dùng cành cây, vỉ dập lửa, phát quang cây để tạo đường băng cản lửa, chúng ta
chỉ có một số ít thiết bị chữa cháy rừng thô sơ, số lượng cũng không phải nhiều và
hiện tại ở nước ta chưa có xe chữa cháy rừng như các nước trên thế giới.

Xe chữa cháy rừng đa năng là một sản phẩm của đề tài khoa học cấp Nhà
nước: “ Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa
cháy rừng”, đề tài có sự tham gia của nhiều nhà khoa học ở các Viện nghiên cứu và
trường đại học khác nhau. Xe chữa cháy rừng đa năng đã góp phần bổ sung vào các
thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả chữa cháy rừng
trong phạm vi cả nước.
1.1.1. Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng [30] được thiết kế trên nền xe Ural 4320 với
động cơ Điêzen có công suất 180 mã lực.
Hình 1.1: Xe chữa cháy rừng đa năng
5
Sơ đồ cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng được thể hiện trên hình 1.2.
Hình 1.2: Sơ đồ 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
ôtô 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 - Téc chứa
nước; 19 - Lăng giá; 20 - Thanh bảo hiểm cabin; 21- Khớp quay lăng giá; 22 - Nắp
téc nước; 23 - Ống hút đất; 24 - Hệ thống phun đất; 25 - Bơm nước.
21
6
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng
Hệ thống cắt hạ cây 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 có công
suất 8 kw, số vòng quay 3200 vg/ph. Hệ thống cắt hạ cây 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 cắt hạ cây có 3 đĩa cưa, đường kính dao cắt 500 mm; vận tốc cắt

80 m/s, tốc độ đẩy tối đa 12 m/ph.
Hệ thống cắt cỏ 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 cỏ rác tạo ra một băng trắng cản lửa với chiều rộng 2 m để đám
cháy không phát triển qua được. Hệ thống này có 40 dao; đường kính đĩa lắp dao
cắt 400 mm, chiều dài dao 125 mm; vận tốc cắt 25 m/s và được dẫn động bằng động
cơ thủy lực có công suất 30 kw; số vòng quay từ 800 ÷ 1500 vg/ph.
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) bằng đường ống. Đất do hệ thống cắt đất xới
lên và được bơm chân không hút lên theo đường ống đi vào thùng chứa (16) và rơi
xuống ống thổi. Bơm thổi (24) tạo áp lực khí rất lớn thổi đất đi ra ống (14), qua ống
dẫn dài 30 m phun vào đám cháy.
Động cơ dẫn động của hệ thống hút đất có công suất 8 kw; số vòng quay
3200 vg/ph. Hệ thống cắt đất có 4 dao cắt dạng hình búa với chiều dài dao 125 mm;
chiều rộng lưỡi dao 50 mm; vận tốc cắt 80 m/s; chiều sâu hố cắt 400 mm. Như vậy
xe chữa cháy rừng đa năng có thể lấy đất, cát ngay tại chỗ để dập tắt đám cháy.
7
Bơm nước và téc chứa nước được lắp trên sàn xe; bơm nước hút nước ở dưới
ao hồ, sông suối vào trong téc chứa nước, téc nước có dung tích 5 m
3
. Khi chữa
cháy thì bơm nước hút nước ở trong téc chứa đẩy ra ống dẫn nước và được phun ra
từ lăng giá.
Ngoài ra, trên xe chữa cháy rừng đa năng còn trang bị 5 cuộn vòi chữa
cháy, mỗi cuộn dài 20 m. Khi chữa cháy ta có thể triển khai phun nước từ bơm chữa
cháy qua các cuộn vòi chữa cháy này. Với các thiết bị chữa cháy như trên đã góp
phần vào công việc chữa cháy rừng, hạn chế hậu quả do cháy rừng gây ra.

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 làm 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 lăng giá trên xe để phun nước dập lửa.
Khi sử dụng hệ thống cắt cây, hệ thống cắt 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.
Như vậy khi chữa cháy, ngoài việc cắt cây phía trước để di chuyển xe đến
đám cháy, xe chữa cháy rừng đa năng có thể đào đất phun vào đám cháy, phun nước
vào đám cháy, cắt cỏ rác để tạo băng cản lửa. Trong phạm vi của luận án chỉ xét đến
trường hợp xe chữa cháy rừng đa năng vừa di chuyển, vừa cho cơ cấu cắt cỏ rác làm
việc, không xét đến các trường hợp các thiết bị chữa cháy khác cùng hoạt động.
1.1.3. Đặc tính kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng là thiết bị được tích hợp nhiều công nghệ chữa
cháy rừng trên xe, với nhiều hệ thống công tác cùng hoạt động khi chữa cháy rừng
như hệ thống chữa cháy bằng nước, gió, đất; hệ thống cắt cây bụi, cắt cỏ rác.
Đặc tính kỹ thuật của xe được ghi ở bảng 1.1.
8
Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng
TT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị
tính
Giá trị xác
định
I. Thông số chung của thiết bị
1 Công suất xe ô tô mã lực 180
2 Tốc độ dập lửa m/phút 12
3 Chiều cao ngọn lửa được dập tắt m 9
4 Tốc độ di chuyển trên đường lâm nghiệp km/h 25
5 Độ dốc dọc thiết bị di động được Độ

≤ 16
0
8
’
6 Độ dốc ngang thiết bị di động được Độ ≤ 6
0
47
’
II. Hệ thống chữa cháy bằng nước
1 Dung tích téc nước m
3
5,0
2 Lưu lượng máy bơm chữa cháy m
3
/h 30
3 Chiều dài vòi chữa cháy m 100
III. Hệ thống chữa cháy bằng sức gió
1 Lưu lượng quạt gió m
3
/phút 104
2 Vận tốc không khí miệng ống thổi m/s 65
3 Chiều dài ống thổi không khí m 35
IV. Hệ thống phun đất cát
1 Khối lượng đất cát phun vào đám cháy kg/phút 45
2 Chiều dài ống phun đất cát m 35
V. Hệ thống cắt cây, làm băng cản lửa
1 Tốc độ cắt cây, làm sạch cỏ rác làm băng cản lửa km/h 10
2 Đường kính cây lớn nhất cắt được cm 25
1.1.4. Những tồn tại của xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng đã được sử dụng ở một số địa phương như Công

ty lâm nghiệp Đắc Tô, Kon Tum, kết quả chữa cháy rừng cho thấy năng suất và
hiệu quả chữa cháy cao, phù hợp với điều kiện địa hình Tây nguyên, song trong quá
trình chữa cháy rừng ngoài thực tế cho thấy xe này còn một số tồn tại cần phải
nghiên cứu giải quyết sau đây:
- Khi xe chạy với tốc độ cao điều kiện mấp mô mặt đất rừng lớn thì dao động
của xe lớn, từ đó làm cho xe mất ổn định, hiệu quả làm việc của một số hệ thống
công tác trên xe rất thấp không đáp ứng được yêu cầu.
- Khi dao động của xe lớn thì hệ thống cắt cây không thể cắt được, vì mạch
cắt bị ảnh hưởng, xe rất khó hoạt động, để khắc phục tồn tại này người lái xe cho xe
9
dừng lại rồi mới cho hệ thống cắt cây hoạt động, song khi xe dừng lại thì năng suất
chữa cháy rừng thấp.
- Dao động của xe lớn ảnh hưởng đến hệ thống lái của xe, từ đó ảnh hưởng
đến an toàn trong quá trình sử dụng xe.
1.2. Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu về dao
động của ôtô và máy kéo, sau đây là một số công trình đặc trưng:
1.2.1. Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới
Công trình của Mitschke M. [38] đã nghiên cứu về dao động của ôtô du lịch,
mô hình dao động được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và
tối ưu hệ thống treo.
Công trình nghiên cứu của Muller H. [40] đã đưa ra mô hình không gian mô
tả tất cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi. Theo [40], một máy kéo có thể có
7 bậc tự do dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục đứng, dao động ngang,
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 đã xây dựng các mô hình tính
toán tải trọng ở các cầu chủ động của máy kéo và ôtô trong nông nghiệp khi vượt
qua vật cản có kích thước lớn.
Trong công trình của Vogel F. [42], tác giả đã nghiên cứu một số tính chất
động lực học của một liên hợp máy cày khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao

động. Công trình nghiên cứu của tác giả đã xác định các đặc trưng biên độ, tần số
của các thông số làm việc như tốc độ quay của động cơ, độ trượt, tốc độ chuyển
động, mômen chủ động của bánh xe, tải trọng lên cầu sau và lực kéo của máy kéo.
Với một mô hình dao động liên kết tính đến tính chất đàn hồi, cản của hệ thống
truyền lực và bánh xe, mômen quán tính của các phần tử chuyển động, sự dao động
của lực kéo và tác động qua lại giữa bánh xe và đất, tác giả đã chỉ ra rằng trong các
điều kiện hoạt động nhất dịnh, sự dao động của lực kéo gây ảnh hưởng lớn hơn so
với sự ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến một số tính chất động lực học của
10
máy. Mô hình nghiên cứu này đã cho phép đánh giá một cách khái quát những tác
động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy kéo khi cày đất. Tuy nhiên
công trình này chỉ mới dừng lại ở việc nghiên cứu mô hình trong điều kiện gần như
tuyệt đối hóa các yếu tố ảnh hưởng, chưa có những thực nghiệm để chứng minh sự
đúng đắn của các giả thiết đưa ra.
Trong công trình nghiên cứu của Wendebom J. C. [43] 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 dao động khác. Do vậy công trình này cũng chưa đánh giá và thể hiện được đầy
đủ các tính chất động lực học của máy kéo cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới sự
chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung.
Các công trình nghiên cứu của Antônốp Đ. A. [62], [63] đã xây dựng cơ sở
lý thuyết và tính toán ổn định chuyển động của ôtô nhiều cầu trong trường hợp
chuyển động dừng và chuyển động không dừng. Trong các công trình này, tác giả
chỉ xét đến các kích động động lực, chưa xét đến các ảnh hưởng động học do sự
mấp mô của mặt đường gây nên.
Công trình của Barski I. B. [65] đã nghiên cứu động lực học máy kéo. Tác
giả đã nghiên cứu đầy đủ động lực học của máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích
và độ êm dịu chuyển động của máy kéo.
Công trình nghiên cứu của Varava V. I. [70] đã lập mô hình nghiên cứu dao
động thẳng đứng của máy kéo trang bị cơ cấu ngoạm gỗ điều khiển bằng thủy lực

khi vận xuất gỗ theo phương pháp chở gỗ. Công trình đã nghiên cứu xác định một
số đặc tính động lực học của máy kéo trang bị càng ngoạm gỗ điều khiển bằng thủy
lực, có tính đến ảnh hưởng của bó gỗ tới dao động thẳng đứng của máy kéo. Tuy
nhiên công trình này chỉ dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết, mô hình nghiên cứu với
giả thiết là máy kéo làm việc trên nền cứng và phẳng tuyệt đối.
Các công trình nghiên cứu của Gaichev L.V. [71] – Viện Hàn lâm khoa học
Liên Xô là nền tảng cho các nghiên cứu khác về ôtô và máy kéo với các mục đích
11
khác nhau. Tuy nhiên các mô hình toán học trong các công trình này chỉ xét đến dao
động theo phương thẳng đứng có kể đến các biến dạng của lốp, chưa tính đến ảnh
hưởng của dao động theo phương ngang và quay quanh trục thẳng đứng.
Công trình của Xavotrin V.A. và Đimitơriev A. A. [77] đã nghiên cứu động
lực học thống kê xe xích và xe vận tải, các tác giả đã phân tích đường có chiều cao
mấp mô phân bố ngẫu nhiên của xe xích và xe vận tải, từ đó đưa ra các nghiên cứu
về động lực học thống kê hệ thống truyền lực.
Công trình ngiên cứu của Xilaev A. A. [78] đã đưa ra lý thuyết phổ nghiên
cứu dao động ngẫu nhiên xe vận tải. Trong nghiên cứu, tác giả đã đưa ra phương
pháp phổ để giải bài toán dao động tuyến tính xe vận tải nhiều cầu với tác động
đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên. Tác giả cũng đã đo được 12 loại
đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên và đưa ra các đặc trưng thống kê
của các loại đường đó, đây là một công trình thực nghiệm tỉ mỉ, chính xác và ít có
công trình nào làm được như vậy. Từ đó tác giả đã đưa ra phương pháp giải, phân
tích các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống treo khi xe chuyển động
trên đường có chiều cao mấp mô phân bố ngẫu nhiên.
Như vậy trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô,
máy kéo, các công trình này chủ yếu tập trung giải quyết dao động của ôtô và máy
kéo chạy trên đường, các công trình nghiên cứu dao động của ôtô chạy trong rừng
rất hạn chế.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu dao động của ôtô và máy kéo ở Việt Nam.
Ở Việt Nam nghiên cứu về dao động của ôtô đã được một số tác giả đề cập

đến. Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Thanh An [1] đã sử dụng lý thuyết tối ưu hóa
đa mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hóa các thông số hệ thống treo ôtô khách sử dụng
tại Việt Nam. Tác giả đã sử dụng phương trình không gian trạng thái và phần mềm
Matlab – Simulik để khảo sát dao động của ôtô khách dưới tác dụng của hàm kích
động mặt đường là dạng xung và kích động ngẫu nhiên.
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tiến Đạt [9] đã xây dựng được mô hình
dao động của máy kéo khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết. Trong mô
12
hình này tác giả đã đưa ra hàm tác động của mặt đường là hàm ngẫu nhiên. Tác giả
đã nghiên cứu đặc tính động lực học của máy kéo DFH 180 trong miền tần số, tìm
ra được các biên độ dao động của trọng tâm máy kéo theo phương thẳng đứng và
góc xoay quanh trục vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng dọc đi qua trọng tâm
máy kéo ứng với các loại đường có độ mấp mô khác nhau, khối lượng gỗ vận xuất
khác nhau và với các vận tốc chuyển động của máy kéo khác nhau. Tuy nhiên tác
giả cũng chỉ nghiên cứu dao động của máy kéo trong mặt phẳng thẳng đứng dọc.
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [13] 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 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.
Luận án tiến sĩ của tác giả Đào Mạnh Hùng [15] đã đưa ra phương pháp tính
lực động phát sinh giữa bánh xe và mặt đường của ôtô tải chịu kích động động học
từ hàm ngẫu nhiên, hàm điều hòa của mấp mô biên dạng đường.
Luận án tiến sĩ của tác giả Võ Văn Hường [16] đã nghiên cứu khả năng dao
động của ôtô tải 3 cầu với mặt đường, lựa chọn tham số áp lực đường để đánh giá
lực động của xe xuống mặt đường. Mô hình dao động của xe là mô hình không
gian, nhưng trong luận án tác giả coi biến dạng của lốp là tuyến tính và tác động của
mặt đường là hàm điều hòa.
Trong giáo trình “Dao động của ôtô” tác giả Vũ Đức Lập [22] đã trình bày
khá đầy đủ các chỉ tiêu đánh giá dao động, các phương pháp nghiên cứu và các mô

hình dao động, là cơ sở cho nghiên cứu dao động của ôtô.
Tác giả Lê Minh Lư [23] trong công trình nghiên cứu đã đưa ra được mô hình
và hệ phương trình dao động của máy kéo bánh hơi trong mặt phẳng thẳng đứng
dọc có tính đến đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Tác giả đã nghiên cứu
một cách đầy đủ các dạng dao động phi tuyến xác định và ngẫu nhiên của máy kéo,
của các cầu trong mặt phẳng thẳng đứng dọc. Tuy nhiên công trình chỉ mới nghiên
13
cứu trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của
máy kéo trong trường hợp kéo tải.
Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Minh Sơn [29] đã đưa ra phương pháp tính
biến dạng và ứng suất khung vỏ xe chịu kích động động học từ hàm ngẫu nhiên của
mấp mô biên dạng đường. Tác giả đã nghiên cứu rất kỹ về kích động động học từ
mấp mô biên dạng đường dưới dạng hàm ngẫu nhiên nhưng nội dung nghiên cứu là
tính biến dạng và ứng suất khung vỏ xe, tác giả không đi sâu nghiên cứu dao động
của xe.
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Trà [32] đã ứng dụng lý thuyết điều
khiển trong không gian trạng thái khảo sát dao động của ôtô trong cả miền thời gian
và miền tần số cho xe du lịch dưới tác dụng của kích động các loại mặt đường, đặc
biệt có chú trọng đến loại đường có mấp mô phân bố ngẫu nhiên. Tác giả đã áp
dụng phần mềm Matlab – Simulink 6.0 làm công cụ để giải quyết bài toán dao động
cho xe.
Luận án tiến sĩ của tác giả Lưu Văn Tuấn [33] đã xây dựng được mô hình
dao động khảo sát xe ca do Việt Nam đóng, mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và
vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca, từ đó tác giả đã đưa ra được mục tiêu nâng cao độ
êm dịu cho xe khách Ba Đình.
Luận án tiến sĩ của tác giả Võ Văn Trung [34] đã xây dựng mô hình dao động
của xe xích chiến đấu có kể đến các yếu tố phi tuyến với mặt đường là hàm ngẫu
nhiên. Tác giả đã sử dụng phương pháp số để giải bài toán dao động ngẫu nhiên của
xe xích chiến đấu bằng phần mềm Matlab – Simulink, mô hình dao động của xe là
mô hình ½.

1.2.3. Tình hình nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa năng
Dao động của xe chữa cháy rừng đa năng đã được một số tác giả nghiên cứu.
Chuyên đề nghiên cứu cấp Nhà nước của tác giả Nguyễn Nhật Chiêu [6], đã xây
dựng được mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng, tính toán ổn
14
định tĩnh của xe ở một số trường hợp, song việc tính toán chưa xét đầy đủ các nhân
tố gây ra dao động khi xe làm việc trong rừng.
Đề tài cấp Nhà nước của tiến sĩ Dương Văn Tài [30], 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 nghiên cứu toàn diện và đầy đủ động lực học của xe khi tham gia
chữa cháy rừng.
Như vậy dao động của ôtô, máy kéo đã được nhiều tác giả trên thế giới và
trong nước quan tâm. Có những công trình chỉ nghiên cứu dao động trong mặt
phẳng dọc, có công trình nghiên cứu dao động trong không gian, mấp mô của mặt
đường cũng đã được nghiên cứu ở các dạng khác nhau như dạng hàm bậc, dạng
hàm điều hòa và dạng ngẫu nhiên. Tuy nhiên chưa có công trình nào nghiên cứu về
dao động của xe chữa cháy rừng.
Sau khi xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế chế tạo xong cũng đã có
một vài công trình nghiên cứu về động lực học của xe như các công trình của các
tác giả Nguyễn Nhật Chiêu [6], Dương Văn Tài [30] nhưng chưa có công trình
nào nghiên cứu sâu, đầy đủ và toàn diện về động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng.
Kế thừa các kết quả đã đạt được của các tác giả đi trước, luận án sẽ đi sâu
nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi chuyển động trong rừng có
cơ cấu cắt cỏ rác cùng làm việc, hàm kích động là mấp mô mặt đất rừng dưới dạng
hàm ngẫu nhiên, hàm tuần hoàn và xung lực do cơ cấu cắt cỏ rác sinh ra. Qua việc
khảo sát dao động của xe chữa cháy rừng đa năng sẽ tìm ra được chế độ làm việc
hợp lý cho xe.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá động lực học xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế, chế tạo dựa trên nền xe Ural nên

các chỉ tiêu động lực học của xe, cũng giống như của các loại ôtô và máy kéo bánh
hơi khác. Các chỉ tiêu đó được đánh giá bằng hệ số tải trọng động k
đ
và độ êm dịu
15
của xe. Việc khảo sát các chỉ tiêu này nhằm mục đích đánh giá khả năng làm việc
và tính ổn định, an toàn của xe, từ đó có thể xác định được chế độ làm việc hợp lý
của xe chữa cháy rừng đa năng.
1.3.1. Hệ số tải trọng động
Theo [65], hệ số tải trọng động k
đ
được xác định theo công thức sau:

g
z
1
mg
g)zm(
k
đ

+=
+
=
(1.1)
Trong đó: m - Khối lượng toàn bộ của xe, kg;

z

- Gia tốc dao động thân xe, m/s

2
;
g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s
2
.
Để độ bền của các chi tiết trên xe chữa cháy rừng đa năng được đảm bảo thì
yêu cầu hệ số tải trọng động phải thỏa mãn điều kiện như với các loại ôtô, máy kéo
khác [65] :
k
đ
≤ 2,5 (1.2)
1.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe chữa cháy rừng
đa năng
Độ êm dịu của xe được đánh giá theo hai quan điểm như sau:
Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao
động của khối lượng phần treo có tính chất quyết định, vì nó trực tiếp tác dụng lên
người lái xe và hàng hóa.
Đánh giá theo quan điểm độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng
xuống nền đường.
Nội dung của luận án này chỉ đề cập đến các chỉ tiêu theo quan điểm thứ nhất
đánh giá độ êm dịu chuyển động. Theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 và các tài liệu của
Viện Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, có các chỉ tiêu đánh giá độ êm
dịu như sau:
1.3.2.1. Chỉ tiêu về tần số
Tần số dao động thích hợp cho các loại ôtô như sau:
- n = 60 ÷ 90 lần/phút đối với xe du lịch (1 ÷ 1,5 Hz)
16
- n = 100 ÷ 120 lần/phút đối với xe vận tải (1,6 ÷ 2 Hz)
Giá trị này căn cứ theo tần số trung bình phù hợp với người đi bộ, tương ứng
với 1 ÷ 1,5 Hz

1.3.2.2. Chỉ tiêu về gia tốc dao động
Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số của bình phương trung bình
gia tốc theo các phương dọc X, phương ngang Y và phương thẳng đứng Z:

c
Z

≤ 2,5 (m/s
2
);

c
Y

≤ 0,7 (m/s
2
); (1.3)

c
X

≤ 1,0 (m/s
2
).
Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ôtô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là
dao động ôtô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số
rộng và phức tạp theo hướng tác dụng.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của các dao động đến sự êm dịu của ôtô, máy
kéo, nhiều tác giả đã khẳng định chỉ có dao động thẳng đứng là có ảnh hưởng nhiều

nhất đến sự an toàn của xe và người lái. Theo kết quả nghiên cứu của Iasenko H. H.
[81], với xe vận tải chở vật liệu có độ nhạy cảm lớn hơn so với các phần tử kết cấu
của xe ( thiết bị radio, dụng cụ điện, kính, bình chất lỏng,…) thì giới hạn cho phép
của gia tốc theo phương thẳng đứng là

m
Z

≤ 0,7.g (m/s
2
); (1.4)

c
Z

≤ 0,25.g (m/s
2
); (1.5)
Trong đố
m
Z

,
c
Z

- Gia tốc lớn nhất và gia tốc bình phương trung binh theo
phương thẳng đứng;
g- Gia tốc trọng trường.
17

1.3.2.3. Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động
Chỉ tiêu này đánh giá dựa vào cảm giác con người khi chịu dao động phụ
thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K.
Nếu K = const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Hệ số K phụ
thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động hoặc vận tốc dao động, phụ thuộc vào
hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và phương
ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể con người.
Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc
Z

hoặc bình phương trung
bình
c
Z

theo công thức sau đây:

cyc
22
ZKZ
ω0,011
18
Z
ω0,011
12,5
K

=
+
=

+
=
(1.6)
Trong đó: ω - Tần số dao động (Hz);

Z

- Gia tốc dao động (m/s
2
);

c
Z

- Bình phương trung bình của gia tốc (m/.s
2
);
K
y
– Hệ số hấp thụ.
Hệ số K càng nhỏ thì độ êm dịu càng cao.
Những công thức và số liệu đưa ra ở trên là ứng với tác động lên con người
là hàm điều hoà. Trong thực tế đối với ôtô, dạng điển hình là dao động ngẫu nhiên,
khi đó nhờ phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K được xác định theo công thức:
∑
=
=
n
1i
2

i
KK
(1.7)
Trong đó: K
i
- Hệ số độ êm dịu của thành phần thứ i;
n - Số thành phần của hàm ngẫu nhiên.
1.3.2.4. Đánh giá cảm giác theo công suất dao động
18
Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng, cảm giác của con người khi dao động
phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người. Nếu P(t) là lực
tác động lên con người khi dao động, còn v(t) là vận tốc dao động thì công suất
trung bình truyền đến con người sẽ là:

∫
=
T
0
c
dtv(t)P(t)
T
1
limN
(1.8)
Ưu thế cơ bản của chỉ tiêu đưa ra là ở chỗ nó cho phép cộng các tác dụng của
các dao động với các tần số khác nhau và theo các hướng khác nhau. Khi tác động
đồng thời n thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc
ci
a


thì
chúng ta nhận được:

∑
=
=
n
1i
2
ciyic
aKN

(1.9)
Trong đó:
2
ci
a

- Giá trị bình phương trung bình của gia tốc hướng thứ i;
K
y
– Hệ số hấp thụ.
Trị số cho phép [N
c
] được xác định bằng thực nghiệm như sau:
[N
c
] = 0,2 ÷ 0,3 [W] – Giới hạn cảm thấy thoải mái;
[N
c

] = 6 ÷ 10 [W] – Giới hạn cho phép đối với ôtô tính năng thông qua cao.
1.3.2.5. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của nó
Theo ISO/DIS 2631 cho phép đánh giá cảm giác theo cả gia tốc dao động lẫn
thời gian tác dụng. Khi đánh giá cảm giác, ISO đã sử dụng dao động thẳng đứng
điều hòa tác động lên người ngồi hay đứng trong vòng 8 giờ. Nếu tần số kích động
nằm trong khoảng nhạy cảm nhất với dao động của con người (4 ÷ 8 Hz) thì gia tốc
bình phương trung bình theo các mức là:
- Thoải mái: 0,1 m/s
2
- Mệt mỏi cho phép: 0,315 m/s
2
- Giới hạn cho phép: 0,63 m/s
2
19
Khi thay đổi tần số và thời gian tác dụng, giá trị nêu trên sẽ thay đổi.
Như vậy có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của xe, trong đó gia tốc dao
động là chỉ tiêu có tính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động của xe. Trong
giới hạn cho phép, luận án chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển
động của xe theo giá trị giới hạn của bình phương trung bình gia tốc dao động theo
phương thẳng đứng:

c
Z

≤ 0,25.g (m/s
2
) . (1.10)
1.4. Mục tiệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định sự ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe, độ mấp mô mặt đất

rừng đến gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe, từ đó tìm
ra được chế độ làm việc hợp lý, an toàn và hiệu quả cho xe chữa cháy rừng đa năng.
1.4.2. Nội dung nghiên cứu
Từ những phân tích ở trên về các tồn tại của xe chữa cháy rừng đa năng sau
khi thiết kế chế tạo và đưa vào sử dụng trong thực tế, đồng thời với những kết quả
nghiên cứu của các công trình đã công bố, để khắc phục những tồn tại của xe chữa
cháy rừng đa năng trong quá trình sử dụng, có cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện
xe chữa cháy rừng đa năng trong quá trình chế tạo tiếp theo và để đạt được mục tiêu
nghiên cứu của đề tài đặt ra, luận án đặt ra một số nội dung cần phải nghiên cứu
giải quyết như sau:
1.4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Xây dựng mô hình dao động trong không gian cho xe chữa cháy rừng đa
năng chịu lực kích động động học từ độ mấp mô mặt đất rừng và lực kích động
động lực học từ hệ thống cắt cỏ rác gây ra.
- Lập hệ phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng theo
mô hình đã xây dựng.
20
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của xe chữa cháy rừng đa năng.
- Xác định hệ số tải trọng động k
đ
để đánh giá độ bền của một số chi tiết trên xe.
- Xác định giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thân xe để đánh giá
độ êm dịu của xe.
- Đánh giá ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe, độ mấp mô mặt đất
rừng đến sự ổn định của xe, để từ đó xác định chế độ làm việc hợp lý của xe chữa
cháy rừng đa năng.
1.4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm để xác định các thông số cần thiết cho giải bài toán
theo mô hình lý thuyết, đồng thời kiểm nghiệm lại các kết quả tính toán theo mô

hình lý thuyết đã lập, nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:
- Xác định các thông số hình học, trọng lượng xe, tọa độ trọng tâm, mômen
quán tính, độ cứng của lốp và của nhíp xe, độ mấp mô mặt đất rừng để phục vụ cho
việc xác định các thông số đầu vào của bài toán lý thuyết
- Xác định gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe khi
chuyển động trong rừng để kiểm nghiệm các kết quả tính toán theo mô hình
lý thuyết.
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
1.4.3.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong luận án là áp dụng phương
pháp nghiên cứu của lý thuyết dao động ô tô. Nội dung của phương pháp này có thể
tóm tắt như sau:
Từ cấu tạo và quá trình làm việc của xe với các lực kích động gây ra, lập mô
hình dao động trong không gian, sử dụng phương trình Lagrangiơ loại II để thiết lập
hệ phương trình vi phân dao động của xe, từ đó sử dụng phần mềm Matlab –
21
Simulink 7.7 để khảo sát dao động của xe trong miền thời gian và miền tần số để rút
ra các kết luận về chế độ sử dụng xe phù hợp.
1.4.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận án được thực hiện theo
phương pháp đo các đại lượng không điện bằng điện.
Áp dụng các phương pháp thí nghiệm đã có xác định các thông số đầu vào và
xác định các thông số đầu ra.
Sử dụng các thiết bị đo, cảm biến đo và các phần mềm xử lý số liệu hiện đại
để xác định các thông số phục vụ cho khảo sát bài toán lý thuyết như tọa độ trọng
tâm của xe, mômen quán tính của xe, độ cứng và hệ số cản giảm chấn của các phần
tử đàn hồi, độ mấp mô mặt đất rừng, đồng thời đo các thông số đầu ra của bài toán
như gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe.
Quá trình tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định trọng lượng, tọa độ trọng
tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp, của nhíp, độ mấp mô mặt đất rừng, gia tốc

dao động thân xe và góc lắc dọc, góc lắc ngang của thân xe theo phương pháp thống
kê toán học và phương pháp thí nghiệm ôtô.
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.
Kết luận chương 1
Từ những trình bày ở trên có thể rút ra một số kết luận sau
1. Xe chữa cháy rừng đa năng là sản phẩm của đề tài trọng điểm cấp nhà
nước, xe đã được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm ở một số địa phương, trong quá
trình thử nghiệm còn có một số tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đó là dao
động của xe lớn, từ đó ảnh hưởng đến kết cấu của xe, an toàn trong quá trình sử
dụng và chất lượng hoạt động của các hệ thống công tác trên xe.
2. Dựa vào các tài liệu thu thập được, đã phân tích các công trình nghiên cứu
về dao động của ôtô và máy kéo của nhiều tác giả đã công bố. Hiện nay trên thế
giới đã có nhiều công trình nghiên cứu dao động của ôtô và máy kéo, nhưng chưa
22
có công trình nào nghiên cứu đầy đủ về dao động về xe chữa cháy rừng. Ở Việt
Nam có một số công trình nghiên cứu dao động của ôtô và máy kéo, các công trình
này chủ yếu là nghiên cứu dao động của ôtô hoạt động trên đường, của máy kéo
hoạt động trên ruộng, các công trình nghiên cứu về dao động của ôtô hoạt động
trong rừng rất hạn chế.
3. Sau khi xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế, chế tạo xong cũng đã có
một vài công trình nghiên cứu về xe, nhưng các công trình nghiên cứu này chưa
nghiên cứu đầy đủ về dao động của xe khi xe hoạt động chữa cháy trong rừng.
4. Chương 1 đã phân tích và lựa chọn được các chỉ tiêu đánh giá động lực
học xe chữa cháy rừng đa năng bao gồm: chỉ tiêu về độ bền của các chi tiết thông
qua hệ số tải trọng động k
đ
, (k
đ
≤ 2,5) và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của xe

thông qua giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thân xe
c
Z

, (
c
Z

≤ 2,5 m/s
2
).
5. Từ kết quả phân tích những tồn tại của xe chữa cháy rừng đa năng, căn cứ
vào yêu cầu thực tiễn, luận án đã đưa ra được mục tiêu, nội dung và phương pháp
nghiên cứu để xác định chế độ sử dụng hợp lý và làm cơ sở khoa học cho việc
hoàn thiện xe.
Chương 2
23
THIẾT LẬP MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE
CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG
2.1. Mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế chế tạo trên cơ sở xe Ural 4320,
xe này có đặc điểm chung của loại xe ôtô tải nhiều cầu chủ động, cho nên nghiên
cứu khảo sát dao động của xe chữa cháy rừng đa năng có thể dựa vào các kết quả
nghiên cứu khảo sát dao động của ôtô máy kéo [4], [22].
Để khảo sát dao động của xe chữa cháy rừng đa năng, ta phải xây dựng mô
hình dao động và thiết lập được hệ phương trình vi phân dao động của xe. Phương
pháp chung để nghiên cứu các nội dung này là dựa vào lý thuyết dao động của ôtô
và máy kéo, lập mô hình dao động của xe, từ đó thiết lập hệ phương trình vi phân
dao động của xe.
2.1.1. Lựa chọn mô hình nghiên cứu

Xe chữa cháy rừng đa năng là một hệ cơ học biến dạng. Đặc trưng cho sự
biến dạng này là sự biến dạng của các phần tử đàn hồi thông qua các bánh lốp, nhíp,
các khớp, khung xe …Nếu gắn vào xe chữa cháy rừng đa năng một hệ trục tọa độ
xyz đi qua trọng tâm xe thì có thể biểu diễn sự biến dạng của xe theo cả 3 phương
Ox, Oy, Oz. Với các biến dạng đó, xe chữa cháy rừng đa năng được coi như một hệ
đàn hồi. Các chuyển dịch của xe theo các trục tọa độ trên gây nên các chuyển vị dọc
và quay theo các trục đó.
Nghiên cứu của một số tác giả [2], [4], [14] đã chỉ ra rằng các dao động
thẳng đứng và dao động quanh trục dọc là có ảnh hưởng lớn đến ổn định chuyển
động của xe. Đối với xe chữa cháy rừng đa năng, trên xe còn được trang bị thêm các
thiết bị chữa cháy như hệ thống phun đất cát, hệ thống phun nước, hệ thống cắt cây
ở phía trước, hệ thống cắt cỏ rác tạo băng trắng cản lửa ở phía sau, nên dao động
của xe càng phức tạp hơn. Mô hình nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa
năng được dựa trên mô hình của xe như trên hình 2.1.
24

Hình 2.1: Mô hình xe chữa cháy rừng đa năng
2.1.2. Các giả thiết khi xây dựng mô hình dao động
Khi xây dựng mô hình dao động xe chữa cháy rừng đa năng cần phải có một
số giả thiết. Những giả thiết này làm cho quá trình nghiên cứu, tính toán được đơn
giản hơn nhưng không làm mất đi tính tổng quát của bài toán, đảm bảo độ chính xác
cần thiết.
Các giả thiết cơ bản khi xây dựng mô hình nghiên cứu dao động như sau:
- Xét dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trong quá trình di chuyển trên
mặt đất rừng để tạo băng cản lửa, khi đó chỉ có cơ cấu cắt cỏ rác ở phía sau xe làm
việc, còn cơ cấu cắt cây bụi ở phía trước xe không làm việc và được liên kết cứng
với xe.
- Khối lượng xe được phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc.
- Trên xe chở đầy nước trong téc và coi nước trong téc như một khối đặc do
téc được chia ra nhiều ngăn nhỏ. Phần khối lượng được treo coi như cứng tuyệt đối,

có khối lượng m
0
và mômen quán tính với trục dọc đi qua trọng tâm là J
ox
, mômen
quán tính đối với trục ngang đi qua trọng tâm là J
oy
.
- Phần khối lượng không được treo cũng được coi là cứng tuyệt đối có khối
lượng tương ứng ở các cầu là m
1
, m
2
, m
3
và mômen quán tính đối với trục dọc đi
qua trọng tâm là J
1x
, J
2x
và J
3x
.
- Bỏ qua các nguồn kích thích dao động trên xe, coi mấp mô mặt đất rừng và
25