tóm tắt luận án nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Xe chữa cháy rừng đa năng là một sản phẩm của đề tài nghiên cứu
khoa học 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. 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, 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 một việc làm
cấp thiết để tìm được chế độ làm việc hợp lý, phát huy 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 khi xe chuyển động trong rừng không có đường.
4. Phạm vi nghiên cứu của luận án

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, chịu tác
động của mặt đất rừng dưới dạng hàm ngẫu nhiên và xung lực của cơ cấu
cắt cỏ rác dưới dạng hàm tuần hoàn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Kết quả nghiên cứu là những đóng góp mới cho quá trình nghiên
cứu dao động của các loại xe chữa cháy rừng khác về cả mặt nghiên cứu
lý thuyết lẫn nghiên cứu thực nghiệm
Kết quả nghiên cứu của luận án là đóng góp mới cho việc xác định
được các chế độ làm việc hợp lý cho xe và là cơ sở để hoàn thiện xe chữa
cháy rừng đa năng
1
6. Bố cục của luận án
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
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.
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế trên nền xe Ural 4320 với
động cơ Điêzen có công suất 180 mã lực. Phía trước xe có hệ thống cắt
cây để tạo đường đi, phía sau xe có hệ thống cắt cỏ rác để tạo băng cản
lửa, phía giữa xe có hệ thống cắt hút đất để phun vào đám cháy. Ngoài ra
trên xe còn được trang bị hệ thống bơm ly tâm hút nước từ téc nước phun
qua lăng giá hoặc các cuộn vòi chữa cháy.
1.2. Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới và ở

Việt Nam
1.2.1. Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo trên thế giới
Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về dao động của ôtô,
máy kéo như công trình nghiên cứu của Mitschke M, Muller H, Vogel F,
Wendebom J.C, Antônốp Đ.A, Barski I.B, Varava V. I., Gaichev L. V,
Xavotrin B.A, Đimitơriev A. A, Xilaev A.A. Nhưng các công trình
nghiên cứu dao động của ôtô chạy trong rừng rất ít.
1.2.2.Tình hình nghiên cứu dao động ôtô, máy kéo ở Việt Nam.
Ở Việt Nam nghiên cứu về dao động của ôtô đã được một số tác giả
đề cập đến như giáo trình “Dao động của ôtô” tác giả Vũ Đức Lập, luận
án tiến sĩ của tác giả Trần Thanh An, Nguyễn Tiến Đạt, Nguyễn Phúc
Hiểu, Đào Mạnh Hùng,, Võ Văn Hường,, Lê Minh Lư, Trần Minh Sơn,
Lưu Văn Tuấn, Nguyễn Văn Trà, Võ Văn Trung. Tuy nhiên chưa có
công trình nào nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy rừng.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa năng
Sau khi xe chữa cháy rừng đa năng ra đời đã có một vài công trình
nghiên cứu về nó nhưng đơn giản và chưa đầy đủ như công trình nghiên
cứu của tác giả Nguyễn Nhật Chiêu, Dương Văn Tài.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá động lực học 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:
2,5
g
z
1
mg
g)zm(

k
đ
≤+=
+
=

(1.1)
2
Trong đó: m là khối lượng toàn bộ của xe, kg;
z

là gia tốc của xe,
m/s
2
; g là gia tốc trọng trường. 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 sau: 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
Có 5 chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu của xe như chỉ tiêu về về tần
số, chỉ tiêu về gia tốc dao động, chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo
gia tốc và vận tốc dao động, chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo công suất
dao động và chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian
tác động của nó. Luận án chỉ nghiên cứu đánh giá độ êm dịu theo giá trị
bình phương trung bình của gia tốc
5,2Z
c
≤


m/s
2
.
1.4. Mục tiêu, 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
Xây dựng mô hình dao động trong không gian cho xe chữa cháy
rừng đa năng. Lập hệ phương trình vi phân dao động của xe và khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của xe. 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. Xác định các thông số đầu vào như: trọng
lượng xe, tọa độ trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp và của
nhíp xe, độ mấp mô mặt đất rừng và các thông số đầu ra như gia tốc dao
động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe.
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết với phương pháp
nghiên cứu thực nghiệm
Kết luận chương 1
Xe chữa cháy rừng đa năng còn có một số tồn tại đó là dao động
của xe lớn, 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. 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 và ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu dao động của ôtô
và máy kéo, nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu đầy đủ về dao
3
động về 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 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. 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
). Luận án đã đưa ra một số 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
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
2.1.1. Lựa chọn mô hình nghiên cứu

Hình 2.1: Mô hình xe chữa cháy rừng đa năng
2.1.2. Các giả thiết khi xây dựng mô hình
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 các xung lực do cơ cấu cắt cỏ rác sinh ra là nguồn kích
thích dao động duy nhất. Các đặc tính của thành phần đàn hồi, của lốp là
đặc tính tuyến tính. Bỏ qua hệ số cản giảm chấn của nhíp sau. Tiếp xúc
của bánh xe với mặt đất rừng là tiếp xúc điểm. Xe chuyển động trên
4
đường thẳng với vận tốc không đổi. Bỏ qua sự ảnh hưởng của sự trượt
của các bánh xe. Bỏ qua ảnh hưởng của lực cản không khí do xe chạy với
tốc độ thấp. Không tính đến ảnh hưởng của ma sát ở các ổ trục của các
bánh xe. Xét dao động của xe quanh vị trí cân bằng tĩnh. Mặt đất rừng
coi như cứng tuyệt đối.
2.1.3. Lựa chọn hệ tọa độ
2.1.3.1. Hệ tọa độ cố định
Chọn hệ tọa độ cố định là Oxyz có gốc tọa độ là điểm O đặt ở
trọng tâm của khối lượng được treo, trục Oz theo phương thẳng đứng,
trục Ox theo phương dọc và trục Oy theo phương ngang.
2.1.3.2. Hệ tọa độ động
Hệ tọa độ động được đặt tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ
có các trục song song với các trục của hệ cố định.
2.1.4. Mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng
k
nt2
k

np2
b
5
l
3
l
2
l
4
l
1
l
y
x
3
Z
0
α
0
β
z
0
Z
0
m
cp4
ct4
cp4
c
k

F
1
2
F
2t
t3
t2
4
Z
2
Z
1
t1
nt1
p1
k
c
np2
2
β
2p
h
p2
c
p2
k
h
nt2
c
k

t2
c
2
m
3
β
3p
h
p3
c
p3
k
3t
h
k
t3
c
3
m
k
ct4
c
4
m
1
β
Z
1p
h
p1

c
np1
k
np1
c
1t
h
k
nt1
c
k
t1
c
1
m
x
α
nt
np
α
Hình 2.2: Mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trong
không gian
2.1.5. Nguồn kích động gây rung
- Mấp mô mặt đất rừng và xung lực do cơ cấu cắt cỏ rác gây ra.
2.2. Thiết lập phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng
đa năng
2.2.1. Cơ sở để lập phương trình vi phân dao động của hệ
Áp dụng phương trình Lagrangiơ loại II:

*

i
iiii
Q
q
Φ
q
Π
q
T
q
T
dt
d
=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
−









∂
∂

(2.4)
2.2.2. Hệ phương trình vi phân dao động xe chữa cháy rừng đa năng
Hệ phương trình vi phân theo các biến z
o
, α
o
, z
1
, z
2
, z
3
, z
4
, β
o
, β
1
,
β
2
, β
3
như sau:
5
[ ]

[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]






















































−+−=
=−+++

−+−=
=−+++
−+−=−
−−++++
=−−−
−−+++
=++
+++−−++
+++=
=+−+++
+++=
=+−+++
+++=−−
−−−++++
++=
=+++−+
++−−+−+
++−−+
+++++
++++
=−−−−−
−−+−−+
++−+
++++++
)hh(k
2
b
)h(hc
2
b

βc
2
b
β)c(c
2
b
βk
2
b
βJ .10
);hh(k
2
b
)h(hc
2
b

βc
2
b
β)c(c
2
b
βk
2
b
βJ .9
);hh(k
2

b
)h(hc
2
b
βk
2
b

βc
2
b
β)c(c
2
b
β)k(k
2
b
βJ .8
;0βc
2
b
βc
2
b
βk
2
b

βc
2

b
β)c(c
2
b
βk
2
b
βJ .7
(2.16) ;Fα)l(lk
α)l(lczkzczczkzm .6
);hh(k)h(hc
αlc2zc2z)c2c(2zk2zm .5
);hh(k)h(hc
αlc2zc2z)c2(czk2zm .4
);hh(k)h(hcαlk2 αlc2
zk2zc2z)c2(cz)k2(kzm .3
;hF)l(lF
z)ll(kz)ll(czlc
zlczlk2zlc2z)ll(klk2
z)ll(clc2lc2
)ll(clc2lc2
)ll(klk2αJ .2
;0zkzczczczk2
zc2α)l(lclc2lc2
α)l(lklk2
z)cc2c(2z)kk(2zm .1
p3t33p3t33
02n
2
32n3

2
33
2
3x3
p2t22p2t22
02n
2
22n2
2
22
2
2x2
p1t11p1t1101n
2
01n
2
11n1
2
11n1
2
1x1
32n
2
22n
2
11n
2
11n
2
02n1n

2
01n
2
0x0
10324
03240404444444
p3t33p2t33
032n02n332n3333
p2t22p2t22
022n02n222n2222
p1t11p1t11011n011n
01n01n111n11n111
DF2321
43244324332n
222n111n111n032411n
032422n11n
0
2
324
2
22n
2
11n
0
2
324
2
11n0oy
444432n22n11n
11n032422n11n

032411n
042n1n041n00























α
α
6
Kết luận chương 2
Chương 2 cũng đã xây dựng được mô hình dao động trong không

gian của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động chữa cháy trong rừng
chịu lực kích động động học do mấp mô mặt đất rừng gây ra và chịu lực
kích động động lực học do hệ thống làm sạch cỏ rác gây ra. Dựa vào
phương trình Lagranger loại II, đã xây dựng được hệ phương trình vi
phân dao động của hệ .
Chương 3
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG
3.1. Xác định các thông số đầu vào của bài toán lý thuyết
3.1.1. Xác định độ mấp mô mặt đất rừng
Mặt đất rừng có mấp mô dạng hàm bậc, dạng hàm điều hòa và
mấp mô dạng ngẫu nhiên. Để xác định độ mấp mô mặt đất rừng có thể
dùng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Các đặc trưng của hàm
ngẫu nhiên bao gồm: Kỳ vọng, phương sai, độ lệch bình phương trung
bình, hàm tương quan, hàm mật độ phổ. Mật độ phổ là hàm ảnh của hàm
tương quan được xác định theo công thức sau:

2222224
222
2
)()(2
)(2
)(S
βαωβαω
ωβαα
σω
++−+
++
=
(3.21)
Trong đó: ω - Tần số; σ

2
– Độ lệch bình phương trung bình chiều cao
mấp mô mặt đất rừng; α = α
1
v ; β = β
1
v ; α, β- Hệ số liên hệ tương
quan; α
1
, β
1
- Hệ số liên hệ tương quan khi vận tốc v = 1 m/s; α
1
= 0,014
÷ 0,111 (1/m), β
1
=

0,025 ÷ 0,014 (1/m); v – Vận tốc chuyển động của xe.
3 1.2. Xác định lực của cơ cấu làm sạch cỏ rác
Lực tổng cộng tác dụng lên lưỡi dao cắt cỏ rác được xác định theo
công thức sau:
∑
∞
=
+=
1j
ckck
1
ck

1
)t
T
2
jcos(
T
S2
T
S
)t(F
π
,N (3.26)
3.1.3. Xác định độ cứng của lốp xe và nhíp
Tiến hành làm thí nghiệm đo dao động của lốp và nhíp, sau đó căn
cứ vào kết quả thí nghiệm và áp dụng các công thức tính toán ta sẽ có kết
quả: c
1
= 803611 N/m ;k
1
= 6851 Ns/m; c
n1
= 514248 N/m, k
n1
= 4644 Ns/m;
c
n2
= 638263 N/m.
3.1.4. Xác định tọa độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng đa năng
Tiến hành thí nghiệm và từ kết quả thí nghiệm, áp dụng các công
thức tính toán ta sẽ có tọa độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng đa năng

theo chiều dọc, chiều cao và chiều rộng như sau :
l
1
= 2,538 m; l
2
= 1,687 m ; h = 1,141 m ; b
1
= 1,16 m, b
2
= 1,1 m
3.1.5. Xác định mômen quán tính của xe chữa cháy rừng đa năng
Để xác định mômen quán tính của xe đối với trục Ox và Oy ta làm
thí nghiệm, còn mômen quán tính của các cầu xe đối với trục Ox ta
dùng công thức kinh nghiệm để tính.
Qua kết quả thí nghiệm và áp dụng công thức tính mômen quán
tính, ta có: J
OX
= 18852 kgm
2
; J
OY
= 64770 kgm
2
; J
1x
=1302 kgm
2
;
J
2x

= J
3x
=1277 kgm
2
7
3.2. Khảo sát trên miền thời gian
3.2.1. Phương pháp khảo sát dao động của xe chữa cháy rừng đa
năng
Để khảo sát dao động của xe chữa cháy rừng đa năng chịu tác
động của kích động mặt đất rừng là hàm ngẫu nhiên ta có thể sử dụng
phương pháp mô phỏng số, đó là tạo ra các thể hiện khác nhau trên máy
tính sao cho tập hợp các thể hiện đó thỏa mãn các đặc trưng xác suất của
quá trình ngẫu nhiên đó, chẳng hạn như hàm mật độ xác suất hoặc hàm mật
độ phổ đã biết.
3.2.2. Phần mềm để khảo sát dao đông xe chữa cháy rừng đa năng
Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink 7.7 để khảo sát.
3.2.3. Sơ đồ mô phỏng hệ phương trình vi phân dao động xe chữa
cháy rừng đa năng
Sz
z0
anpha0
z4
h3t
h3p
z0
anpha0
z3
h3p
peta0
z3

h3t
peta3
h1t
h1p
z0
anpha0
z1
Sz
z0
z1
z2
z3
Sx
z4
anpha0
anpha0
z2
z3
z4
z1
z0
h1p
peta0
h1t
peta3
peta1
h2p
peta0
z2
h2t

peta2
h2t
h2p
z0
anpha0
z2
peta1
peta2
peta3
peta0
[Sz]
[Sz]
[Sx]
[h1p]
[h1t]
[h1p]
[h1t]
Hình 3.7: Sơ đồ mô phỏng hệ phương trình dao động xe chữa cháy rừng
đa năng
3.2.4. Kết quả khảo sát dao động xe chữa cháy rừng đa năng
3.2.4.1. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe
Tiến hành khảo sát với các vận tốc chuyển động khác nhau của xe
chữa cháy rừng đa năng, v = 5 km/h; v =10km/h và v = 15 km/h, cơ cấu
8
cắt cỏ làm việc, xe không chở nước và chở đầy nước, độ cao mấp mô mặt
đất rừng lấy từ kết quả thí nghiệm đo tại Núi Luốt trường Đại học
Lâm nghiệp.
Kết quả khảo sát theo lý thuyết được thể hiện trên đồ thị hình 3.8,
3.9, 3.10.
a, Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe đến gia tốc dao động thân xe

0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1
2
3
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s
2
]

V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(a) (b)
Hình 3.8: Đồ thị khảo sát gia tốc dao động thân xe khi vận tốc thay đổi
a, Khi xe không chở nước; b, Khi xe chở nước đầy nước.
b, Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe đến góc lắc dọc thân xe
0 5 10 15 20
-6
-4
-2
0
2
4
6
GOC LAC DOC THAN XE
Time [s]
Anpha0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10

GOC LAC DOC THAN XE
Time [s]
Anpha0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(a) (b)
Hình 3.9: Đồ thị khảo sát góc lắc dọc thân xe khi vận tốc thay đổi
a, Khi xe không chở nước; b, Khi xe chở đầy nước.
c, Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe đến góc lắc ngang thân
xe
0 5 10 15 20
-5
0
5
GOC LAC NGANG THAN XE
Time [s]
Peta0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5

10
GOC LAC NGANG THAN XE
Time [s]
Peta0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
9
(a) (b)
Hình 3.10: Đồ thị khảo sát góc lắc ngang thân xe khi vận tốc thay đổi
a, Khi xe không chở nước; b, Khi xe chở đầy nước
Nhận xét: Khi vận tốc tăng thì gia tốc dao động thân xe, góc lắc
dọc và góc lắc ngang thân xe tăng.
Từ các kết quả khảo sát ta có bảng thống kê giá trị gia tốc dao động
thân xe, góc lắc dọc thân xe và góc lắc ngang thân xe lớn nhất như trong
bảng 3.2.
Bảng 3.2. Giá trị lớn nhất của gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và
góc lắc ngang thân xe khi chuyển động với các vận tốc khác nhau.
T
T
Vận tốc
(km/h)
Xe không chở nước Xe chở đầy nước
Gia
tốc
max
Z


(m/s
2
)
Góc lắc
dọc α
0
(Độ)
Góc lắc
ngang β
0
(Độ)
Gia
tốc
max
Z

(m/s
2
)
Góc lắc
dọc α
0
(Độ)
Góc lắc
ngang
β
0
(Độ)
1 5 1,05 3,35 2,8 0,97 4,85 4,41
2 10 2,33 4,1 3,65 2,1 5,87 5,56

3 15 3,37 5,4 4,58 2,6 7,15 6,58
Từ đây tính được hệ số tải trọng động k
đ
khi thay đổi vận tốc
chuyển động của xe như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Hệ số tải trọng động k
đ
khi xe chuyển động với các vận tốc
khác nhau.
TT Vận tốc
(km/h)
Hệ số tải trọng động k
đ
Xe không chở nước Xe chở đầy nước
1 5 1,1 1,09
2 10 1,23 1,21
3 15 1,34 1,27
Cũng từ kết quả khảo sát ta còn xác định được giá trị bình phương
trung bình của gia tốc dao động thân xe. Theo [39] và [81], giá trị bình
phương trung bình gia tốc dao động thân xe được tính theo công
thức sau:

∫
=
t
0
2
c
dt)t(z
t

1
z

(3.35)
Trong đó:
z

- Gia tốc dao động thân xe tại thời điểm t, m/s
2
;
t – Thời gian khảo sát, t = 20 s.
Từ đó ta xác định được giá trị bình phương trung bình gia tốc dao
động thân xe như trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động thân xe
khi chuyển động với các vận tốc khác nhau.
TT Vận tốc
(km/h)
Bình phương trung bình gia tốc dao động thân xe
C
Z

(m/s
2
)
Khi xe không chở nước Khi xe chở đầy nước
10
1 5 0,56 0,54
2 10 1,39 1,21
3 15 1,97 1,71
d, Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe đến gia tốc dao động cầu

trước, cầu giữa, cầu sau và cơ cấu cắt cỏ rác
Khảo sát với các chế độ vận tốc v = 5 ÷ 15 km/h; cơ cấu cắt cỏ rác
làm việc; xe không chở nước, kết quả được thể hiện trên đồ thị hình 3.12.
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
6
GIA TOC DAO DONG CAU TRUOC
Time [s]
Z1",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-5
0
5
GIA TOC DAO DONG CAU GIUA
Time [s]
Z2",[m/s
2
]

V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG CAU SAU
Time [s]
Z3",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
GIA TOC DAO DONG CO CAU CAT CO
Tim e [s]
Z4",[m/s
2
]

V=5 Km /h
V=10 Km /h
V=15 Km /h
Hình 3.12: Đồ thị khảo sát gia tốc dao động cầu trước, cầu giữa, cầu
sau và cơ cấu cắt cỏ rác khi vận tốc thay đổi
Từ kết quả khảo sát ta có bảng thống kê các giá trị gia tốc dao động
lớn nhất của cầu trước (
1
z

), cầu giữa (
2
z

), cầu sau (
3
z

), cơ cấu cắt cỏ rác
(
4
z

) và từ đó tính được hệ số tải trọng động k
đ
như trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Giá trị lớn nhất của gia tốc dao động cầu trước, cầu giữa, cầu
sau, cơ cấu cắt cỏ rác và hệ số tải trọng động k

đ
khi xe chuyển động với
các vận tốc khác nhau.
TT Vận tốc
(Km/h)
Giá trị gia tốc dao động lớn nhất
max
i
z

(m/s
2
) và hệ số k
đ
1
z

k
đ
2
z

k
đ
3
z

k
đ
4

z

k
đ
1 5 3,67 1,37 2,78 1,28 2,6 1,26 3,4 1,35
2 10 4,15 1,42 3,32 1,34 3,26 1,33 3,78 1,39
3 15 5,2 1,53 4,6 1,47 3,99 1,41 4,42 1,45
3.2.4.2. Ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất rừng
Độ mấp mô mặt đất rừng có ảnh hưởng rất lớn đến gia tốc dao
động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe. Việc lựa chọn vận
tốc chuyển động của xe như thế nào cho phù hợp với các độ mấp mô mặt
đất rừng để đảm bảo cho xe hoạt động an toàn, hiệu quả có một ý nghĩa
hết sức quan trọng.
Để đánh giá ảnh hưởng của độ mấp mô mặt đất rừng đến gia tốc
dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe, ta giải hệ
11
phương trình (2.16) với các độ mấp mô mặt đất rừng bình phương trung
bình σ(h) = 0,1m; σ(h) = 0,2 m; σ(h) = 0,3 m; vận tốc chuyển động của
xe v = 5 km/h, v = 10 km/h và v = 15 km/h, khi xe không chở nước, cơ
cấu cắt cỏ làm việc.
a, Ảnh hưởng đến gia tốc dao động thân xe
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s

2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-6
-4
-2
0
2
4
6
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(a) (b)
Hình 3.13: Đồ thị gia tốc dao động thân xe khi chiều cao mấp mô bình
phương trung bình mặt đất rừng
σ
(h) thay đổi

a,Khi
σ
(h) = 0,1 m; b, Khi
σ
(h) = 0,2 m.
Từ kết quả khảo sát chúng ta có bảng thống kê các giá trị gia tốc
dao động thân xe lớn nhất và hệ số tải trọng động k
đ
khi thay đổi chiều
cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h) như trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Giá trị lớn nhất của gia tốc dao động thân xe và hệ số tải trọng
động k
đ
khi chuyển động trên các loại đường có chiều cao mấp mô bình
phương trung bình mặt đất rừng σ(h) khác nhau
TT
Độ cao mấp
mô bình
phương trung
bình (m)
Gia tốc dao động lớn nhất
max
Z

(m/s
2
) và hệ số k
đ
v = 5 Km/ h v = 10 Km/ h v = 15 Km/ h
max

Z

k
đ
max
Z

k
đ
max
Z

k
đ
1 σ (h) = 0,1 1,75 1,19 2,41 1,25 3,72 1,38
2 σ (h) = 0,2 3,81 1,39 4,06 1,41 5,94 1,61
3 σ (h) = 0,3 4,3 1,44 5,3 1,54 7,98 1,81
Từ kết quả khảo sát, áp dụng công thức (3.35), chúng ta xác định
được các giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thân xe khi
thay đổi độ mấp mô mặt đất rừng như trong bảng 3.7.
Bảng 3.7: Giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động thân xe
khi chuyển động trên các loại đường có chiều cao mấp mô bình phương
trung bình mặt đất rừng σ(h) khác nhau
TT Độ cao mấp mô
bình phương trung
Bình phương trung bình gia tốc
C
Z

(m/s

2
)
v = 5 Km/ h v = 10 Km/ h v = 15 Km/ h
12
bình (m)
1 σ (h) = 0,1 0,77 1,66 2,12
2 σ (h) = 0,2 1,22 1,74 2,87
3 σ (h) = 0,3 1,69 2,55 3,84
b, Ảnh hưởng đến góc lắc dọc thân xe
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10
GOC LAC DOC THAN XE
Time [s]
Anpha0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10
GOC LAC DOC THAN XE

Time [s]
Anpha0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(a) (b)
Hình 3.15: Đồ thị khảo sát góc lắc dọc thân xe khi chiều cao mấp mô
bình phương trung bình mặt đất rừng
σ
(h) thay đổi
a,Khi
σ
(h) = 0,1 m; b, Khi
σ
(h) = 0,2 m.
Từ kết quả khảo sát đó ta có bảng thống kê các giá trị góc lắc dọc
thân xe lớn nhất như trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Giá trị lớn nhất của góc lắc dọc thân xe khi chuyển động trên
các loại đường có chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất
rừng σ(h) khác nhau
T
T
Độ cao mấp mô
bình phương trung
bình (m)
Góc lắc dọc thân xe α
0
(Độ)

v = 5 Km/ h v = 10 Km/ h v = 15 Km/ h
1 σ (h) = 0,1 4,95 5,90 7,15
2 σ (h) = 0,2 5,85 6,95 8,0
3 σ (h) = 0,3 6,95 7,96 9,15
Góc lắc dọc cho phép của xe chữa cháy rừng đa năng là α ≤ 16
0
8
’
,
tuy nhiên để cho các thiết bị chữa cháy trên xe làm việc ổn định thì với
chiều cao mấp mô bình phương trung bình σ(h) ≤ 0,2 m, xe hoạt động
với vận tốc 5, 10 và 15 km/h đều được. Ở những nơi mặt đất rừng có
chiều cao mấp mô bình phương trung bình σ(h) > 0,2 m thì nên cho
xe hoạt động với vận tốc v ≤ 10 km/h.
c, Ảnh hưởng đến góc lắc ngang thân xe
13
0 5 10 15 20
-6
-4
-2
0
2
4
6
GOC LAC NGANG THAN XE
Time [s]
Peta0,[Do]


V=5 Km/h

V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
GOC LAC NGANG THAN XE
Time [s]
Peta0,[Do]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(a) (b)
Hình 3.16: Đồ thị khảo sát góc lắc ngang thân xe khi chiều cao mấp mô
bình phương trung bình mặt đất rừng
σ
(h) thay đổi
a,Khi
σ
(h) = 0,1 m; b, Khi
σ
(h) = 0,2 m.
Từ kết quả khảo sát đó ta có bảng thống kê các giá trị góc lắc
ngang thân xe lớn nhất như trong bảng 3.9
Bảng 3.9: Giá trị lớn nhất của góc lắc ngang thân xe khi chuyển động
trên các loại đường có chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất
rừng σ(h) khác nhau

T
T
Độ cao mấp mô
bình phương trung
bình (m)
Góc lắc ngang thân xe β
0
(Độ)
v = 5 Km/ h v = 10 Km/ h v = 15 Km/ h
1 σ (h) = 0,1 4,1 5,2 5,95
2 σ (h) = 0,2 5,15 6,15 7,05
3 σ (h) = 0,3 6,2 7,35 7,8
Nhận xét: Góc lắc ngang cho phép của xe chữa cháy rừng đa năng
là β ≤ 6
0
47
’
.

Khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình σ(h) ≤ 0,1 m
xe hoạt động với các vận tốc v = 5, 10 và 15 km/h đều được. Khi chiều
cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h) = 0,2 m, nếu cho xe
chạy với vận tốc v = 5, 10 km/h thì góc lắc ngang vẫn đảm bảo, còn khi
tăng lên vận tốc v = 15 km/h, góc lắc ngang thân xe lại lớn hơn giá trị
cho phép. Khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng
σ(h) = 0,3 m thì với vận tốc v = 5 km/h, góc lắc ngang thân xe vẫn nằm
trong giới hạn cho phép, nhưng khi tăng vận tốc lên, v ≥ 10 km/h, thì góc
lắc ngang thân xe vượt quá giới hạn cho phép, điều này làm ảnh hưởng
đến sự ổn định chuyển động của xe.
Do đó với chiều cao mấp mô bình phương trung bình σ(h) ≤ 0,2 m

thì ta nên cho xe hoạt động với vận tốc v ≤ 10 km/h, còn với chiều cao
mấp mô bình phương trung bình σ(h) > 0,2 m thì ta chỉ nên cho xe chạy
với vận tốc v ≤ 5 km/h.
d, Ảnh hưởng của chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất
rừng
σ
(h) đến gia tốc dao động cầu trước, cầu giữa, cầu sau và cơ cấu
cắt cỏ rác
14
Tiến hành khảo sát với các chế độ vận tốc v = 5, 10 và 15 km/h; cơ
cấu cắt cỏ rác làm việc; xe không chở nước; chiều cao mấp mô bình
phương trung bình σ(h) = 0,1m; σ(h) = 0,2 m; σ(h) = 0,3 m. Kết quả
khảo sát được thể hiện như trên đồ thị hình 3.17.
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10
GIA TOC DAO DONG CAU TRUOC
Time [s]
Z1",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20

-10
-5
0
5
10
GIA TOC DAO DONG CAU GIUA
Time [s]
Z2",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10
GIA TOC DAO DONG CAU SAU
Time [s]
Z3",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h

V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-10
-5
0
5
10
GIA TOC DAO DONG CO CAU CAT CO
Time [s]
Z4",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
(
Hình 3.17: Đồ thị khảo sát gia tốc dao động cầu trước, cầu giữa, cầu
sau và cơ cấu cắt cỏ rác khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình
mặt đất rừng
σ
(h) thay đổi (
σ
(h) = 0,2 m)
Từ kết quả khảo sát ở trên ta thấy các giá trị gia tốc dao động lớn
nhất của cầu trước (
1
z


), cầu giữa (
2
z

), cầu sau (
3
z

) và cơ cấu cắt cỏ rác (
4
z

) tăng khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng
σ(h) tăng, nhất là khi vận tốc chuyển động của xe tăng lên. Do đó khi
đánh giá độ bền của các chi tiết của xe chỉ cần đánh giá ứng với trường
hợp xe chuyển động với vận tốc lớn nhất (v = 15 km/h), nếu thỏa mãn
điều kiện bền thì các chế độ còn lại đều thỏa mãn. Qua kết quả khảo sát
ta có bảng thống kê các giá trị gia tốc dao động lớn nhất của cầu trước (
1
z

), cầu giữa (
2
z

), cầu sau (
3
z

), cơ cấu cắt cỏ rác (

4
z

) và hệ số tải
trọng động k
đ
khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất
rừng σ(h) thay đổi với vận tốc v = 15 km/h như trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Giá trị lớn nhất của gia tốc dao động cầu trước, cầu giữa, cầu
sau, cơ cấu cắt cỏ rác và hệ số k
đ
khi chiều cao mấp mô bình phương
trung bình mặt đất rừng σ(h) thay đổi với v = 15 km/h
TT Độ cao mấp
mô bình
phương trung
Giá trị gia tốc dao động lớn nhất
max
i
z

(m/s
2
) và
hệ số tải trong động k
đ
1
z

k

đ
2
z

k
đ
3
z

k
đ
4
z

k
đ
15
bình (m)
1 σ (h) = 0,1 6,97 1,71 5,52 1,56 4,95 1,5 5,63 1,57
2 σ (h) = 0,2 8,28 1,84 6,79 1,69 6,22 1,63 7,28 1,74
3 σ (h) = 0,3 10,06 2,03 7,4 1,75 7,02 1,72 8,22 1,84
3.2.3.3. Đánh giá độ bền các chi tiết và độ êm dịu của xe
a, Đánh giá độ bền của các chi tiết trên xe
Để đánh giá độ bền của các chi tiết ta dựa vào chỉ tiêu đánh giá độ
bền của các chi tiết thông qua hệ số tải trọng động k
đ
(k
đ
< 2,5). Căn cứ
vào kết quả xác định hệ số tải trọng động k

đ
ở trong bảng 3.3, 3.5, 3.6 và
bảng 3.10, ta thấy: khi xe thay đổi chế độ vận tốc chuyển động, v = 5 ÷
15 km/h và chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h)
thay đổi, độ bền của các chi tiết trên xe chữa cháy rừng đa năng vẫn được
đảm bảo.
b, Đánh giá độ êm dịu của xe
Dựa vào bảng thống kê các giá trị bình phương trung bình gia tốc dao
động thân xe khi chuyển động trên các loại đường có chiều cao mấp mô
bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h) khác nhau như trong bảng 3.4
và 3.7, chúng ta có nhận xét như sau:
Với chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng
σ(h) ≤ 0,1 m, cho xe chạy với vận tốc v = 5 ÷15 km/h thì độ êm dịu vẫn
đảm bảo, với chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng
σ(h) = 0,1 ÷ 0,2 m thì nên cho xe chạy với vận tốc v ≤ 10 km/h, nếu chạy
với vận tốc v > 10 km/h thì cần nghiên cứu lắp ghế giảm rung cho
người lái, còn với chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất
rừng σ(h) > 0,2 m thì chỉ nên cho xe chạy với vận tốc v ≤ 5 km/h, nếu
chạy với vận tốc lớn hơn phải có biện pháp chống rung cho người lái.
3.3. Khảo sát trên miền tần số
3.3.1. Xây dựng đặc tính tần số biên độ
Để xây dựng đặc tính tần số - biên độ của các tham số đầu ra, ta sử
dụng biến đổi Laplace với điều kiện ban đầu bằng không để đưa hệ
phương trình vi phân (2.16) về hệ phương trình có các ẩn dưới dạng
hàm ảnh
16






















+=+++−
+=+++−
+=++−+−
=−−+−++
=++++++−
+=++++−
+=++++−
+=++++−+−
++=+++
+++−++++
=+−−
−−+−++++
q(p).)k(c(p)β)cpkp(m(p)βc .10

q(p);)k(c(p)β)cpkp(m(p)βc .9
q(p);)k(c(p)β)cpkp(m(p)β)cp(k .8
;0(p)βc(p)βc(p)β)cp(k(p)β)cpkp(m .7
;F(p)Z)cpkp(m(p)α)cp(k(p)Z)cp(k .6
(3.36) q(p);)k(c(p)Z)cpkp(m(p)αc(p)Zc .5
q(p);)k(c(p)Z)cpkp(m(p)αc(p)Zc .4
q(p);)c(k(p)Z)cpkp(m(p)α)cp(k(p)Z)cp(k .3
);hF)l(lF((p)Z)cp(k(p)Zc
(p)Zc(p)Z)cp(k(p)α)cpkp(m(p)Z)cp(k .2
0;(p)Z)cp(k(p)Zc
(p)Zc(p)Z)cp(k(p)α)cp(k(p)Z)cpkp(m .1
33310101010
2
10100107
2229999
2
99097
1118888
2
8808787
27102791787807777
2
77
146666
2
660525206161
3335555
2
55052051
2224444

2
44042041
1113333
2
330323203131
DF232142626325
2241232302222
2
2202121
41616315
214113130121201111
2
11
Chia hai vế của các phương trình trên cho q(p). Lúc này ta nhận
được hệ phương trình đại số có ẩn là các hàm truyền từ mặt đường tới
các lượng ra cần tìm, sau đó giải phương trình theo phương pháp Cramen
ta tìm được:

)p(W.p)p(W
i
2
i
=

(3.39)
Với i = 1 – 10, lần lượt là z
0
, α
0
, z

1
, z
2
, z
3
, z
4
, β
0
, β
1
, β
2
, β
3
.
3.3.2. Ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu của xe
3.3.2.1. Ảnh hưởng của khối lượng treo
Tiến hành khảo sát với biên độ mấp mô h
0
= 0,2 m, bước sóng s = 2,
vận tốc chuyển động của xe v = 10 km/h, khối lượng treo m
01
= 8500 kg
(xe không chở nước), m
02
= 11000 kg ( xe chở một nửa téc nước) và
m
03
= 13500 kg (xe chở đầy nước). Đặc tính TSBĐ khi khối lượng treo

thay đổi được thể hiện trên hình 3.18.
0 20 40 60 80 100
0
5
10
15
ANH HUONG CUA m0 (m
01
< m
02
< m
03
)
w [rad/s]
Z0,[-]


m
01
m
02
m
03
0 20 40 60 80 100
0
500
1000
1500
2000
ANH HUONG CUA m0 (m

01
< m
02
< m
03
)
w [rad/s]
Z0",[1/s2]


m
01
m
02
m
03
Hình 3.18: Đặc tính TSBĐ thân xe khi khối lượng treo thay đổi
Khi tăng khối lượng treo thì xe chuyển động êm dịu hơn.
3.3.2.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe
Đặc tính TSBĐ khi vận tốc thay đổi (v = 5, 10 và 15 km/h), được
thể hiện trên hình 3.19
17
0 20 40 60 80 100
0
5
10
15
ANH HUONG CUA V (V
1
< V

2
< V
3
)
w [rad/s]
Z0,[-]


V
3
V
2
V
1
0 20 40 60 80 100
0
500
1000
1500
2000
2500
ANH HUONG CUA V (V
1
< V
2
< V
3
)
w [rad/s]
Z0",[1/s2]

V
3
V
2
V
1
Hình 3.19: Đặc tính TSBĐ thân xe khi vận tốc thay đổi
Khi giảm vận tốc thì xe chuyển động êm dịu hơn
Kết luận chương 3
Chương 3 đã xác định được các thông số đầu vào của bài toán lý
thuyết như mấp mô mặt đất rừng, xung lực của cơ cấu cắt cỏ rác, độ
cứng, hệ số cản giảm chấn của lốp và nhíp, tọa độ trọng tâm của xe,
mômen quán tính của xe. Đã mô phỏng và khảo sát dao động của xe
trong miền thời gian bằng phần mềm Malab – Simulink với các chế độ
vận tốc chuyển động của xe khác nhau, chiều cao mấp mô bình phương
trung bình mặt đất rừng σ(h) khác nhau. Qua việc khảo sát khảo sát sự
ảnh hưởng của vận tốc chuyển động, chiều cao mấp mô bình phương
trung bình mặt đất rừng σ(h) đến gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc,
góc lắc ngang thân xe, gia tốc dao động của cầu trước, cầu giữa, cầu sau
và cơ cấu cắt cỏ rác đã đánh giá được độ bền của một số chi tiết trên xe
và độ êm dịu của xe, đồng thời xác định được chế độ làm việc hợp lý cho
xe chữa cháy rừng đa năng là: Khi chiều cao mấp mô bình phương
trung bình mặt đất rừng σ(h) ≤ 0,1 m, cho xe chạy với vận tốc v = 5 ÷
15 km/h đều đảm bảo; khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình
mặt đất rừng σ(h) = 0,1 ÷ 0,2 m thì nên cho xe chạy với vận tốc
v ≤ 10 km/h, còn khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt
đất rừng σ(h) > 0,2 m thì nên cho xe chạy với vận tốc v ≤ 5 km/h. Đã
khảo sát dao động của xe trong miền tần số bằng phần mềm Matlab -

Simulink với các yếu tố ảnh hưởng là khối lượng treo và vận tốc chuyển
động đến độ êm dịu của xe và từ kết quả khảo sát rút ra kết luận: Khi
tăng khối lượng treo xe chuyển động êm dịu hơn; khi giảm tốc độ
chuyển động của xe thì xe cũng chuyển động êm dịu hơn. Từ kết quả
khảo sát cho thấy góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe lớn khi chạy trên
mặt đất rừng có độ mấp mô lớn, nhất là khi chạy với vận tốc cao. Điều
đó làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị lắp trên xe như hệ
thống chặt hạ cây ở đầu xe, hệ thống cắt cỏ rác ở phía sau xe. Do đó khi
thiết kế chế tạo cần phải có biện pháp kỹ thuật để đảm bảo cho các thiết
bị này làm việc được an toàn, ổn định và hiệu quả.
Chương 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
18
4.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu thực nghiệm
4.1.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
1. Xác định một số thông số của mô hình lý thuyết đã xây dựng.
2. Kiểm nghiệm một số kết quả tính theo mô hình lý thuyết như gia
tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe.
4.1.2. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định trọng lượng xe, tọa độ trọng tâm xe;
- Xác định mômen quán tính, độ cứng của lốp và của nhíp xe;
- Xác định độ mấp mô mặt đất rừng
- Xác định gia tốc dao động, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe;
4.2. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu thực nghiệm
Đối tượng nghiên cứu thực nghiện là xe chữa cháy rừng đa năng
Địa điểm tiến hành nghiên cứu thí nghiệm là núi Luốt trường Đại
học Lâm nghiệp.
4.3. Thiết bị đo, cảm biến và phần mềm dùng trong thí nghiệm.
4.3.1. Các thiết bị, cảm biến đo các thông số đầu vào và đầu ra của xe
4.3.1.1. Các thiết bị thí nghiệm

Thiết bị xác định trọng lượng xe chữa cháy rừng, đo độ mấp mô
mặt đất rừng, DEWETRON 3000, DMCplus
4.3.1.2. Các cảm biến
Cảm biến đo gia tốc Kistler, cảm biến đo gia tốc B12/1000, cảm
biến đo vận tốc V1, cảm biến đo dịch chuyển H7.
4.3.2. Các phần mềm dùng trong thí nghiệm.
Phần mềm Dasylab 5.0 và phần mềm DMCLabplus
4.4. Tiến hành thí nghiệm
4.4.1. Xác định tọa độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng đa năng
Cân xe chở đầy nước, ta sẽ xác định được M, M
1
, M
2
, M
tr
, M
ph
, đo
các kích thước của xe L, b, áp dụng các công thức xác định được tọa độ
trọng tâm của xe theo chiều dọc, theo chiều cao, theo chiều rộng.
4.2.2. Xác định độ mấp mô mặt đất rừng
4.2.2.1. Phương pháp trực tiếp
Đo trực tiếp bằng thước trên mặt đất rừng
4.2.2.2. Phương pháp gián tiếp
Sử dụng bánh xe số 5 và bánh xe số 5 được lắp vào xe.
4.2.3. Xác định hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của các phần tử
đàn hồi
a, Hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bánh lốp và nhíp cầu trước
Chèn chắc cầu sau của xe, nâng cầu trước lên một độ cao h
1

, gắn
đầu đo gia tốc vào tâm bánh xe trước và khung xe phía trước,cho cầu
trước của xe rơi xuống, ta có các phương trình vi phân dao động của hệ
như sau:
0zczkzm
11111
=++


0zczkzm
2tđ2tđ2
=++

(4.12)
19
Trong đó: m là khối lượng được treo phân bố lên một nửa cầu
trước; k
1
và k
tđ
là hệ số cản của lốp trước và nhíp trước; c
1
và c
tđ
là độ
cứng của lốp trước và nhíp trước;
Từ kết quả thí nghiệm xác định được c
1
và k
1

, c
tđ
và k
tđ

b) Hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của bánh lốp và nhíp cầu sau
Nâng cầu sau lên, sau đó đo sự biến dạng tĩnh của nhíp sau và từ
đó xác định được độ cứng của nhíp sau.
Ta có:
t
2n
δ
P
c
=
(4.15)
P là lực tác dụng lên nhíp sau; δ
t
là biến dạng tĩnh của nhíp sau.
4.4.4. Xác định mômen quán tính của xe.
4.4.4.1. Xác định mômen quán tính của xe đối với trục dọc Ox
Phương pháp đo là treo xe lên 2 puly O
1
và O
2
bằng dây cáp, tạo ra
một góc lệch ϕ và cho xe dao động lắc tự do quanh trục O
1
O
2

Mô men quán tính của xe đối với trục Ox được xác định như sau:

)hg
π4
T
(mhmhJJ
c
2
2
x
c
2
c2O1OOX
−=−=
(4.10)
4.4.4.2. Xác định mômen quán tính của xe đối với trục ngang Oy.
Treo xe lên puly C bằng dây cáp, tạo ra một góc lệch θ và cho xe
dao động lắc tự do quanh điểm C
Mô men quán tính của xe đối với trục Oy được xác định như sau:

)hg
π4
T
(mhmhJJ
c
2
2
y
c

2
cCYO
−=−=
(4.12)
Bằng thí nghiệm ta xác định được mômen quán tính của xe đối với
trục Ox, Oy.
4.4.5. Xác định góc lắc ngang thân xe.
Đo đồng thời dịch chuyển theo phương thẳng đứng ở hai bên thân
xe: Z
t
và Z
p
. Góc lắc ngang của xe được xác định như sau:








−
=
đ
pt
B
ZZ
tgarcβ
(4.13)
Z

t
và Z
p
là chuyển dịch phía trái và phía bên phải có thể đo bằng
đầu đo chuyển dịch H7; B
đ
- bề rộng giữa hai đầu đo.
4.4.6. Xác định góc lắc dọc thân xe
Đo đồng thời gia tốc ở phía trước và phía giữa xe bằng hai đầu đo
gia tốc B12/1000, sau đó tích phân 2 lần ta có dịch chuyển trước và giữa
xe. Góc lắc dọc của xe được xác định như sau:
20








−
=
đ
str
L
ZZ
tgarcα
(4.15)
L
đ

- Khoảng cách giữa hai đầu đo phía trước và phía sau;
Z
tr
và Z
s
là dịch chuyển của phía trước và phía giữa xe.
4.4.7. Xác định gia tốc dao động thân xe, đầu xe và đuôi xe
Để đo gia tốc dao động thân xe, gia tốc đầu xe và đuôi xe, chúng ta
gắn cảm biến đo gia tốc B12/1000 và trọng tâm xe, đầu xe và đuôi xe.
Thông qua thiết bị đo DMCplus, phần mềm DMCLabplus, máy tính
ta xác định được thông số gia tốc cần đo.
4.5. So sánh kết quả khảo sát lý thuyết và kết quả thí nghiệm
4.5.1. Khi xe không chở nước
So sánh kết quả khảo sát gia tốc dao động tại trọng tâm thân xe,
góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe trong trường hợp xe không chở nước
với các vận tốc v = 5 Km/h, v = 10 km/ h và v = 15 Km/h.
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s
2
]


V=5 Km/h

V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Gia toc,[m/s
2
]


V1 = 5 Km/h
V2 = 10 Km/h
V3 = 15 Km/h
(a) (b)
Hình 4.20: Đồ thị khảo sát gia tốc dao động tại trọng tâm thân xe khi xe
không chở nước
a, Đồ thị khảo sát lý thuyết ; b, Đồ thị khảo sát thí nghiệm.
Từ kết quả khảo sát lý thuyết và thí nghiệm, ta có bảng thống kê
giá trị lớn nhất của gia tốc dao động trọng tâm thân xe, góc lắc dọc và
góc lắc ngang thân xe như trong bảng 4.6, 4.7 và 4.8.
Bảng 4.6: Gia tốc dao động thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm (Xe không chở nước)
TT Vận tốc
(Km/h)
Gia tốc dao động thân xe lớn nhất (m/s

2
) Sai số
(%)
Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
1 5 1,05 1.18 11
2 10 2,33 2,64 11,7
3 15 3,37 3,81 11,5
Bảng 4.7: Góc lắc dọc thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm (Xe không chở nước)
TT Vận tốc
(Km/h)
Giá trị góc lắc dọc thân xe lớn nhất (Độ) Sai số
(%)
Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
21
1 5 3,35 3,9 14,1
2 10 4,1 4,82 14,9
3 15 5,4 6,31 14,4
Bảng 4.8: Góc lắc ngang thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm (Xe không chở nước)
TT Vận tốc
(Km/h)
Giá trị góc lắc ngang thân xe lớn nhất (Độ) Sai số
(%)
Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
1 5 2,8 3,23 13,3
2 10 3,65 4,18 12,7
3 15 4,58 5,27 13,1
4.5.2. Khi xe chở nước
Tương tự như trong trường hợp xe không chở nước, ta so sánh kết

quả khảo sát gia tốc dao động tại trọng tâm thân xe, góc lắc dọc và góc
lắc ngang thân xe trong trường hợp xe chở đầy nước với các vận tốc
v = 5 Km/h, v = 10 km/ h và v = 15 Km/h.
0 5 10 15 20
-3
-2
-1
0
1
2
3
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Z0",[m/s
2
]


V=5 Km/h
V=10 Km/h
V=15 Km/h
0 5 10 15 20
-4
-2
0
2
4
GIA TOC DAO DONG THAN XE
Time [s]
Gia toc,[m/s

2
]


V1 = 5 Km/h
V2 = 10 Km/h
V3 = 15 Km/h
(a) (b)
Hình 4.23: Đồ thị khảo sát gia tốc dao động tại trọng tâm thân xe khi xe
chở đầy nước
a, Đồ thị khảo sát lý thuyết ; b, Đồ thị khảo sát thí nghiệm.
Giá trị lớn nhất của gia tốc thân xe, góc lắc dọc và góc lắc ngang
khi xe chở đầy nước được thống kê trong bảng 4.9, 4.10 và 4.11.
Bảng 4.9: Gia tốc dao động thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm (Xe chở đầy nước)
TT Vận
tốc
(Km/h)
Giá trị gia tốc dao động trọng tâm thân xe lớn
nhất (m/s
2
)
Sai số
(%)
Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
1 5 0,95 1.07 11,2
2 10 1,99 2,25 11,6
3 15 2,47 2,81 12,1
Bảng 4.10: Góc lắc dọc thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm(Xe chở đầy nước)

TT Vận Giá trị góc lắc dọc thân xe lớn nhất (Độ) Sai số
22
tốc
(Km/h)
(%)Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
1 5 4,85 5,7 14,9
2 10 5,87 6,87 14,5
3 15 7,15 8,37 14,6
Bảng 4.11: Góc lắc ngang thân xe lớn nhất khi khảo sát lý thuyết và thí
nghiệm (Xe chở đầy nước)
TT Vận
tốc
(Km/h)
Giá trị góc lắc ngang thân xe lớn nhất (Độ) Sai số
(%)
Kết quả lý thuyết Kết quả thí nghiệm
1 5 4,25 4,93 13,8
2 10 5,46 6,25 12,6
3 15 6,47 7,45 13,1
Từ kết quả khảo sát lý thuyết và thí nghiệm, ta có một số nhận xét
như sau:
Các dạng đồ thị của khảo sát lý thuyết và thí nghiệm tương đối
giống nhau. Các giá trị cực đại của gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc
và góc lắc ngang thân xe trong khảo sát lý thuyết và thí nghiệm có sai
số ≤ 15%, giá trị của khảo sát lý thuyết nhỏ hơn kết quả thí nghiệm vì khi
khảo sát lý thuyết chúng ta đã giả thiết bỏ qua một số yếu tố. Như vậy
mô hình lý thuyết xây dựng có thể chấp nhận được và các kết quả khảo
sát là phù hợp.
Kết luận chương 4
Chương 4 đã lựa chọn được các phương pháp xác định các thông

số đầu vào và đầu ra của bài toán lý thuyết về dao động của xe chữa cháy
rừng đa năng khi hoạt động trong rừng, đã lựa chọn được các thiết bị đo,
các cảm biến đo, các phần mềm sử dụng trong thí nghiệm và các phương
pháp xử lý kết quả thí nghiệm. Chương 4 đã tiến hành thí nghiệm và đã
xác định được gía trị của các thông số đầu vào của bài toán lý thuyết đó
là: tọa độ trong tâm của xe, hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn của
lốp, của nhíp, độ mấp mô mặt đất rừng. Đã xác định được các thông số
đầu ra như: gia tốc dao động thẳng đứng của thân xe, góc lắc dọc và góc
lắc ngang thân xe, gia tốc dao động tại các vị trí đầu xe và cuối xe.
Chương 4 cũng đã tiến hành so sánh kết quả khảo sát lý thuyết và kết quả
thí nghiệm, kết quả so sánh cho thấy sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm
nhỏ hơn 15% và nằm trong giới cho phép, như vậy mô hình khảo sát lý
thuyết là hoàn toàn có thể tin cậy được.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận:
23
Trên cơ sở của những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về dao
động của xe chữa cháy rừng đa năng, luận án đã đạt được một số kết quả
sau:
1. Từ những phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu về dao
động của ôtô, máy kéo trên thế giới cũng như ở Việt Nam và các công
trình nghiên cứu về động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng, luận án
đã đưa ra được mục tiêu, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu
dao động của xe chữa cháy rừng đa năng để khảo sát sự ảnh hưởng của
vận tốc chuyển động, độ mấp mô mặt đất rừng đến sự làm việc an toàn,
ổn định và chất lượng làm việc của các hệ thống công tác lắp trên xe.
Luận án cũng 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
).
2. Luận án đã xây dựng được mô hình dao động của xe chữa cháy
rừng đa năng trong không gian với lực kích động động học do mấp mô
mặt đất rừng gây ra và lực kích động động lực học do xung lực của hệ
thống cắt cỏ rác; đã thiết lập được hệ phương trình vi phân dao động của
xe (2.16).
3. Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng dao động của xe,
đã sử dụng phần mềm Matlab – Simulink 7.7 để khảo sát dao động của
xe chữa cháy rừng đa năng trong miền thời gian và miền tần số, dưới tác
dụng của hàm kích động mặt đất rừng là hàm ngẫu nhiên, hàm điều hòa
và xung lực của cơ cấu cắt cỏ rác là hàm tuần hoàn. Qua việc khảo sát
khảo sát sự ảnh hưởng của vận tốc chuyển động, độ mấp mô mặt đất
rừng đến gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc, góc lắc ngang thân xe,
gia tốc dao động của cầu trước, cầu giữa, cầu sau và cơ cấu cắt cỏ rác đã
đánh giá được độ bền của một số chi tiết trên xe và độ êm dịu của xe,
đồng thời xác định được chế độ làm việc hợp lý cho xe chữa cháy rừng

đa năng là:
Khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng
σ(h) ≤ 0,1 m, cho xe chạy với vận tốc v = 5 ÷ 15 km/h đều đảm bảo;
khi chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h) = 0,1
÷ 0,2 m thì nên cho xe chạy với vận tốc v ≤ 10 km/h, còn khi
chiều cao mấp mô bình phương trung bình mặt đất rừng σ(h) > 0,2 m thì
nên cho xe chạy với vận tốc v ≤ 5 km/h.
4. Luận án áp dụng các phương pháp thí nghiệm để xác định giá trị
các thông số đầu vào của 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 luận án cũng đã áp dụng
các phương pháp thí nghiệm xác định giá trị các thông số đầu ra của bài
24
toán như gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc, góc lắc ngang thân xe,
gia tốc dao động đầu xe và gia tốc dao động đuôi xe.
5. Luận án đã sử dụng các thiết bị đo, cảm biến đo và các phần
mềm xử lý số liệu hiện đại để tiến hành đo các đại lượng nghiên cứu.
Luận án cũng đã tiến hành thực nghiệm xác định được các thông số phục
vụ cho khảo sát bài toán lý thuyết, đồng thời cũng đã đo được thông số
đầu ra của bài toán đó là: gia tốc dao động thân xe, góc lắc dọc và góc lắc
ngang thân xe, kết quả thực nghiệm cho thấy khi độ mấp mô mặt đất
rừng lớn, vận tốc xe lớn thì gia tốc dao động, góc lắc dọc và ngang thân
xe lớn, làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị chữa cháy trên xe.
Qua kết quả thí nghiệm cũng đã rút ra kết luận: Khi vận tốc chuyển
động của xe v > 10 km/h thì chất lượng cắt cỏ rác không được đảm bảo,
vì vậy để cho xe làm việc ổn định và đảm bảo an toàn nên chọn vận tốc
chuyển động của xe v ≤ 10 km/h.
6. Luận án đã tiến hành so sánh kết quả khảo sát theo mô hình lý
thuyết và kết quả thí nghiệm, kết quả so sánh cho thấy sai số giữa lý
thuyết và thực nghiệm nhỏ hơn 15%, nằm trong giới cho phép, như vậy

mô hình khảo sát lý thuyết là hoàn toàn có thể tin cậy được.
7. Kết quả nghiên cứu của luận án đóng góp tích cực cho việc hoàn
thiện xe chữa cháy rừng đa năng, đồng thời là cơ sở khoa học để xây
dựng tiêu chuẩn sử dụng xe đảm bảo an toàn và hiệu quả.
2. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo
Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng là vấn đề lớn
cần có thời gian dài, để luận án hoàn thiện hơn cần tiếp tục nghiên cứu
các nội dung sau:
1. Khảo sát mô hình dao động của xe chữa cháy rừng đa năng trên
địa hình có độ dốc ngang, khi xe chuyển động vào đường vòng, có tính
đến dao động của nước trên xe.
2. Nghiên cứu kết cấu, độ cứng của liên kết giữa sát xi của xe với
hệ thống chặt hạ cây để giảm ảnh hưởng của dao động đến chất lượng cắt
cây khi tạo đường đi trong rừng.
3. Nghiên cứu xác định hệ số độ cứng tối ưu của cơ cấu đàn hồi
trên xe, khối lượng hệ thống treo xe nhằm nâng cao độ êm dịu và an toàn
chuyển động cho xe để xe không làm việc trong miền cộng hưởng.
25