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

i

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài này tôi luôn nhận được sự
quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa sau đại học và khoa cơ điện
& công trình trường đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Được sự đồng ý của Khoa Sau
đại học, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Bỉ tôi đã thực hiện luận văn:
“nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất
và phun đất vào đám cháy rừng”. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến:
TS. Nguyễn Văn Bỉ trường đại học Lâm Nghiệp, người đã luôn tận tình hướng
dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thày cô trong khoa Cơ điện và Công trình,
khoa Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập,
nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện đề tài này tôi còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình
của PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu, trung tâm thực hành khoa cơ điện và công trình.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia
đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi động viên tôi trong suốt quá
trình hoàn thành khoá học.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, những kết quả
trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công
bố; những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Để đề tài được hoàn thiện hơn nữa tôi xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng
góp, bổ xung để luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2012
Tác giả

Tống Thanh Hà

ii

MỤC LỤC

Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn .................................................................................................................. i
Mục lục ....................................................................................................................... ii
Danh mục các từ viết tắt............................................................................................ iii
Danh mục các bảng ................................................................................................... vi
Danh mục các hình ................................................................................................... vii
Mở đầu ........................................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................6
1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng tại Việt Nam ..........................................6
1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới ..............7
1.2.1. Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới .................................................7
1.2.2. Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới.......................................................7
1.3. Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam .....................................9
1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo................................13
1.4.1 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo trên thế giới .............................13
1.4.2 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo ở Việt Nam ...............................14
Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN
CỨU ..........................................................................................................................16
2.1 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................16
2.1.1 Mục tiêu chung .........................................................................................16
2.1.2 Mục tiêu cụ thể .........................................................................................16
2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ............................................16
2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng ........17
2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt đất ...........................20
2.3 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................20

2.4 Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................21
2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .........................................................21
2.4.2. Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động ............................25
Chương 3 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI
ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG ......26
3.1 Tổng quan về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng ...........................26


iii

3.2. Xây dựng mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng .28
3.2.1 Một số giả thiết .........................................................................................28
3.2.3. Biểu thức động năng của hệ ...................................................................33
3.2.4. Biểu thức thế năng của hệ ......................................................................33
3.2.5. Biểu thức hàm hao tán của hệ ................................................................34
3.2.6. Biểu thức lực suy rộng ............................................................................34
3.3. Phương trình vi phân dao động của xe . .....................................................35
3.3.1. Lập phương trình vi phân dao động của hệ ..........................................35
3.3.2. Khảo sát hệ số động lực học của hệ .......................................................39
3.4. Khảo sát dao động của xe CCR đa năng ....................................................40
3.4.1. Xác định các tham số đầu vào của hệ phương trình vi phân (3.15) .....40
3.4.2. Giải hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ ................................42
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM........................................................51
4.1. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................51
4.2. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................51
4.3. Điều kiện thực nghiệm..................................................................................51
4.4. Dụng cụ và thiết bị đo ...................................................................................51
4.4.1. Thiết bị đo DMC plus ..............................................................................51
4.4.2. Cảm biến đo gia tốc .................................................................................52
4.5. Tổ chức tiến hành thực nghiệm ...................................................................53

4.5.1. Chuẩn bị thí nghiệm và dụng cụ đo .......................................................53
4.5.2. Tổ chức thí nghiệm đo dao động của xe khi cắt đất ..............................54
4.6. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ................................................................57
4.6.1 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 1200 vòng/phút ..............................57
4.6.2. Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2000 vòng/phút .............................57
4.6.3. Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2500 vòng/phút .............................58
4.6.4. Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 3000 vòng/phút .............................58
4.7. So sánh kết quả nghiên cứu thực nghiệm với mô hình tính theo lý thuyết
...............................................................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................61
1. Kết luận .............................................................................................................61
2. Kiến nghị ...........................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63
PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT

TT
1
2
3

Ký

Tên gọi

hiệu

Đơn vị

CCR Chữa cháy rừng
Kđ

Hệ số động lực học

PTVP Phương trình vi phân

4

T

Biểu thức động năng của cơ hệ

5

Π

Biểu thức thế năng của cơ hệ

6

Ф

Hàm hao tán của hệ

7

Qn

Động lượng của nước

8

Qxe

Động lượng của xe khi vòi phun làm việc

9

Q0

Động lượng ban đầu của hệ

10

Mxe

Khối lượng xe

Kg

11

vxe

Vận tốc của xe

m/s

12

m0

Khối lượng của khung xe và các thiết bị trên xe

Kg

13

m1

Khối lượng của trục trước

Kg

14

m2

Khối lượng của trục bánh sau

Kg

15

m4

Khối lượng của hệ thống cắt đất

Kg

16

l1,l2

17

l3

18

b

19

L

Khoảng cách theo phương dọc từ trọng tâm O đến
các điểm A,B
Khoảng cách BD
Khoảng cách theo phương ngang giữa tâm của bánh
xe đến mỗi cầu
Chiều dai tay quay từ tâm các bánh xe cầu sau đến
chốt xoay

m
m

m

m


v

20
21

α0,αn
c1 , c2 ,
c3
cn1,

22

cn2,
cn3

23
34
25

c4, k4
k1, k2,
k3
kn1

Chuyển vị góc của thân xe và của nhíp cầu sau trong

mặt phẳng thẳng đứng dọc Oxz
Hệ số độ cứng của các cặp bánh xe 1, 2, 3
Hệ số độ cứng của các nhíp cầu trục trước và trục sau:
1, 2
Hệ số độ cứng và giảm chấn của cơ cấu treo hệ thống
cắt đất
Hệ số giảm chấn của bánh lốp trước và các bánh sau
Hệ số giảm chấn của nhíp trước

độ
KN

KN

KN
Ns/m
Ns/m

m0,

26

m1,
m2,

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

kg

khối lượng thu gọn của hệ thống cắt đất

kg

m3

27
28
29

m4

Jix , Jiy Mô men quán tính của thân xe và các trục bánh xe
δ1 , δ2 ,
δ3
δn1,

30

δn2,
δn3, δ4

Biến dạng của các bánh lốp 1, 2, 3
Biến dạng của các nhíp cầu trước, cầu sau và của cơ cấu
treo hệ thống cắt đất

kg.m2
mm

mm

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT
1

Tên bảng

Trang

Thống kê số vụ và diện tích rừng bị cháy

1

3.3

Các thông số đầu vào của mô hình dao động

40

4.1

Tính hệ số Kđ theo lý thuyết và thực nghiệm

60


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT

Tên hình

Trang

1.1

Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng

8

1.2

Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ

8

1.3

Chữa cháy rừng bằng tháp nước

9

1.4

Xe chữa cháy tại Trung Quốc

9

1.5

Dùng cành cây để dập lửa

10

1.6

Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng

10

1.7

Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m

11

1.8

Xe thang chữa cháy

12

1.9

Xe chữa cháy phun bọt và khí nén

12

2.1

Xe chữa cháy rừng đa năng

16

2.2

Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa năng

17

2.3

Xe Ural - 4320

18

2.4

Cấu tạo của hệ thống cắt đất

20

3.1

Xe chữa cháy rừng đa năng

26

3.2

Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng

27

3.3

Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe

28

3.4a

Mô hình dao động của xe CCR đa năng trong không gian

29

3.4b
3.4c

Mô hình dao động tương đương của xe CCR đa năng trong
mặt phẳng đối xứng dọc oxz
Mô hình dao động của xe CCR đa năng trong mặt phẳng
đứng ngang dọc oyz

30

30

3.5

Xung lực

34

3.6

Miềm tần số cộng hưởng

40

Mô phỏng phương trình thứ nhất bằng Matlab - simulink

42

3.7.1


viii

3.7.2

Mô phỏng phương trình thứ 2 bằng Matlab - simulink

42

3.7.3

Mô phỏng phương trình thứ 3 bằng Matlab - simulink

43

3.7.4

Mô phỏng phương trình thứ 4 bằng Matlab – simulink

43

3.7.5

Mô phỏng phương trình thứ 5 bằng Matlab – simulink

44

3.7.6

Mô phỏng phương trình thứ 6 bằng Matlab – simulink

44

3.7.7

Mô phỏng phương trình thứ 7 bằng Matlab – simulink

45

3.7.8

Mô phỏng phương trình thứ 8 bằng Matlab - simulink

45

3.7.9

Mô phỏng phương trình thứ 9 bằng Matlab – simulink

46

3.7.10 Mô phỏng phương trình thứ 10 bằng Matlab - simulink

46

3.8

Mfile khai báo thông số đầu vào của mô hình

47

3.9

Sơ đồ mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên matlab

47

3.10a

Đồ thị gia tốc thân xe n = 1200v/ph

47

3.10b

Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 1200v/ph

47

3.10c

Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 1200v/ph

48

3.11a

Đồ thị gia tốc thân xe n = 2000v/ph

48

3.11b

Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 2000v/ph

48

3.11c

Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 2000v/ph

48

3.12a

Đồ thị gia tốc thân xe n = 2500v/ph

49

3.12b

Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 2500v/ph

49

3.12c

Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 2500v/ph

49

3.13a

Đồ thị gia tốc thân xe n = 3000v/ph

49

3.13b

Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 3000v/ph

49

3.13c

Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 3000v/ph

50

4.1a

Sơ đồ nguyên lý DMC plus

51

4.1b

Thiết bị đo lường DMC plus

51

4.2

Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm

52


ix

4.3

Kết nối chạy thử

54

4.4

Gắn đầu đo vào trọng tâm của xe

54

4.5

Quá trình đo dao động

55

4.6

Người điều khiển hệ thống cắt đất

55

4.7

Quá trình thực hiện cắt đất với tốc độ cắt khác nhau

56

4.8

Thực hiện thí nghiệm ở các vị trí khác nhau

56

4.9

Đồ thị gia tốc của xe với n = 1200 vòng/phút

57

4.10

Đồ thị gia tốc của xe với n = 2000 vòng/phút

57

4.11

Đồ thị dao động của xe với n = 2500vòng/phút

58

4.12

Đồ thị gia tốc của xe với n = 3000 vòng/phút

58

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Rừng là nguồn cung cấp lâm sản, đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng xã hội
như gỗ và lâm sản ngoài gỗ, cung cấp động vật, thực vật là đặc sản phục vụ nhu cầu
tiêu dùng của các tầng lớp dân cư, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng
cơ bản, cung cấp dược liệu quỹ phục vụ nhu cầu chữa bệnh. Rừng còn dùng để
phòng hộ đầu nguồn, giữ đất, giữ nước, điều hoà dòng chảy, chống xói mòn rửa trôi
thoái hoá đất, chống bồi đắp sông ngòi, chắn gió, chắn sóng, chống bay cát… Nếu
như tất cả thực vật trên Trái Đất đã tạo ra 53 tỷ sinh khối (ở trạng thái khô tuyệt đối
là 64%) thì rừng chiếm 37 tỷ tấn (70%) và các cây rừng đã thải ra 52,5 tỷ tấn (hay
44%) dưỡng khí để phục vụ cho hô hấp của con người, động vật và sâu bọ trên trái
đất trong khoảng hai năm.
Với chức năng to lớn của rừng như vậy, nhưng tài nguyên rừng trên thế giới
ngày càng suy giảm do nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó có một nguyên
nhân làm tỷ lệ rừng giảm nhanh đó là do cháy rừng gây nên. Theo số liệu thống kê
của tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc hàng năm trên thế giới có hàng vạn vụ cháy
rừng làm cháy mất hàng triệu hécta rừng. Cháy rừng làm thiệt hại hàng tỷ đô là về
kinh tế, làm chết và bị thương rất nhiều người và đặc biệt ảnh hưởng nghiêm trọng
tới môi trường sinh thái và đa dạng sinh học.
Ở Việt Nam theo số liệu thống kê của Cục kiểm lâm từ năm 2005 đến năm
2010 số vụ và diện tích rừng bị cháy như sau:
Bảng 1: Bảng thống kê số vụ và diện tích rừng bị cháy
Năm

Số vụ cháy rừng

Diện tích rừng (ha)

2005

1165

7350.08

2006

533

2028,16

2007

792

4746,72

2008

282

1549,74

2009

342

1560,5

2010

897

5668,61


2

Nhìn vào bảng số liệu trên chúng ta có thể thấy hàng năm ở nước ta có hàng
trăm vụ cháy rừng xảy ra thiêu trụi hàng nghìn hécta rừng, gây thiệt hại hàng trăm
tỷ đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái. Nhận thức được vấn đó
Đảng và Chính phủ đã rất quan tâm đến công tác quản lý, bảo vệ rừng, phòng cháy,
chữa cháy rừng từ việc ban hành hệ thống văn bản quy phạm pháp luật đến việc
tăng cường thực hiện các biện pháp cấp bách về công tác phòng cháy chữa, cháy
rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra. Nhưng do khí
thải công nghiệp gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho Trái Đất càng ngày
càng nóng lên, thời tiết khắc nhiệt dẫn đến nguy cơ cháy rừng rất cao, tình hình
cháy rừng diễn biến phức tạp.
Hiện nay tại các cơ sở chữa cháy rừng đã được trang bị một số thiết bị chữa
cháy rừng như máy bơm nước, máy thổi gió, máy cắt thực bì, máy cắt cành cao,
máy cưa xăng, bồn nước di động, vòi chữa cháy, bình chữa cháy đeo vai, bàn dập
lửa… Nhưng hiệu quả chữa cháy không cao, không phù hợp với điều kiện địa hình
ở Việt Nam. Do đó việc chữa cháy rừng ở các địa phương chủ yếu là thủ công như
dùng cành cây dập lửa, bàn dập lửa nên năng suất thấp, tốn nhiều nhân lực hiệu quả
chữa cháy không cao.
Do đặc điểm của cháy rừng thường xảy ra trên diện tích rộng lớn, tại nơi có
địa hình phức tạp, có độ dốc lớn và thường không có nguồn nước. Do đó việc chữa
cháy rừng có những đặc điểm riêng mà khi sử dụng các thiết bị chữa cháy dân dụng

và công nghiệp đem lại hiệu quả không cao. Để tăng hiệu quả chữa cháy rừng thì
cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng với hiệu quả
dập lửa lớn, dễ sử dụng phù hợp với điều kiện địa hình sử dụng chất chữa cháy tại
chỗ đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam để trang bị rộng rãi cho các
cơ sở sản xuất lâm nghiệp góp phần hạn chế diện tích cháy rừng gây ra.
Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế
tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC07.13/06-10 được Bộ
Khoa học và Công nghệ giao nhiệm vụ cho trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì thực
hiện trong năm 2008. Sau hai năm triển khai đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công


3

một mẫu xe chữa cháy rừng đa năng đáp ứng được mục đích, yêu cầu của đề tài. Để
xác định một số thông số kỹ thuật và đánh giá khả năng chữa cháy rừng của thiết bị,
đề tài đã tiến hành khảo nghiệm thiết bị trong thực tế, qua khảo nghiệm đã rút ra
một số kết luận:
- Xe chữa cháy rừng đa năng có thể di chuyển trong khu vực rừng không có
đường, tốc độ di chuyển 15km/h, khả năng di chuyển trên địa hình có độ dốc dọc là
≤ 200, di chuyển trên địa hình có độ dốc ngang ≤ 40 loại xe này rất phù hợp với địa
hình khu vực Tây Nguyên, tây Nam Bộ.
- Tốc độ làm băng cách ly, khoanh vùng cô lập đám cháy rất nhanh ≥ 15km/h,
chiều rộng và độ sạch băng đạt yêu cầu không cháy lan.
- Tốc độ dập lửa bằng hệ thống phun đất cát 15m/phút, hiệu quả dập lửa cao,
chiều cao ngọn lửa dập được 3m, chất chữa cháy đất cát tại chỗ không phải vận
chuyển mang vác rất tiện lợi.
Tuy nhiên trong kết quả thực nghiệm đề tài KC07.13/06-10 chưa đề cập sâu
đến vấn đề dao động của xe khi thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng. Sau khi hoàn
thiện thiết kế, chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng đã có một số đề tài thạc sỹ và tiến
sỹ nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng. Nhưng chưa có đề tài

nào nghiên cứu về dao động của khi khi cắt đất và phun đất vào đám cháy và tìm
chế độ làm việc hợp lý khi làm việc ở chế độ đó. Xuất phát từ lý do trên tôi đã chọn
và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi
đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài ở trên tôi đặt ra mục tiêu như sau:
Xác định tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám cháy
rừng bằng cách đứng tại chỗ cắt đất và phun đất, để xác chế độ sử dụng hợp lý và đề
xuất hướng hoàn thiện cho xe CCR.
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số động lực học của xe CCR khi cắt đất
và phun đất vào đám cháy rừng.
Đề xuất giải pháp hạn chế hệ số Kđ.


4

3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu dao động là một vấn đề rất rộng và cần phải có thời gian dài, trong
luận văn này chỉ giới hạn các nội dung nghiên cứu sau đây:
- Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu dao động của tất cả các hệ
thống công tác trên xe CCR đa năng, mà chỉ tập trung nghiên cứu dao động của của
xe CCR đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng.
- Đối tượng gây ra dao động của xe: luận văn không nghiên cứu tất cả các loại
đất mà hệ thống cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. Đề tài chỉ tập trung nghiên
cứu cho một loại đất đặc trưng loại đất của khu rừng có nguy cơ cháy cao, xe chữa
cháy rừng hoạt động ở trên đó.
- Địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: đề tài không có điều kiện làm thí nghiệm
ở thực địa nơi thường xuyên xảy ra cháy rừng là ở khu vực Tây Nguyên, mà đề tài
chọn một địa điểm ở khu rừng thực nghiệm của trường Đại học Lâm nghiệp, có địa
hình, loại đất giống như địa hình đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên để làm thí

nghiệm đo dao động của xe chữa cháy rừng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào
đám cháy rừng.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Với phạm vi nghiên cứu như ở trên, để đạt được mục tiên nghiên cứu của đề
tài đã đề ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Lập phương trình vi phân dao động của xe CCR khi nó đứng tại chỗ cắt đất
và phun đất vào đám cháy rừng.
- Xác định lực kích động của hệ thống cắt đất và phun đất.
- Giải hệ phương trình vi phân và xác định tải trọng động của xe CCR.
- Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như vận tốc và kết cấu
hệ thống cắt đất đến hệ số tải trọng động Kđ.
- Đề xuất giải pháp hạn chế dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất.
- Xác định chế độ làm việc hợp lý của xe CCR khi cắt đất và phun đất.


5

4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính toán theo lý thuyết
và xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất tại chỗ. Từ đó xác
định được biên độ và tần số dao động theo thời gian, từ đó nội dung nghiên cứu
thực nghiệm gồm những nội dung sau:
- Xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất
theo thời gian để kiểm nghiệm kết quả tính toán lý thuyết.
- Xác định thông số làm việc hợp lý của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và
phun đất.


6

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng tại Việt Nam
Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê của Viện điều tra & Quy hoạch rừng Việt
Nam, trước năm 1945 Việt Nam có 14 triệu ha rừng chiếm hơn 42% diện tích tự
nhiên của cả nước. Năm 1975 diện tích rừng chỉ còn 9,5 triệu hécta chiếm 29% diện
tích tự nhiên. Năm 1985 còn 7,8 triệu chiếm 23,6% diện tích tự nhiên, năm 1989
còn 6,5 triệu ha chiếm 19,7%. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự suy giảm diện tích
rừng đáng kể trong những năm trên một trong những nguyên nhân đó là cháy rừng.
Do nhận thức được vai trò to lớn của rừng với đời sống con người và với tự nhiên
Đảng và Nhà nước ta đã thực hiện chính sách trồng rừng bù đắp phần nào sự suy
giảm của rừng. Từ năm 1995 đến 2009 diện tích rừng tại Việt Nam tăng lên liên tục
nhờ trồng rừng và phục hồi rừng tự nhiên, bình quân mỗi năm tăng khoảng 282.600
ha. Tính đến ngày 31/12/2009, tổng diện tích rừng tại Việt Nam là 13.258.843 ha
rừng. Tỷ lệ che phủ rừng của Việt Nam từ 27,2% đầu thập kỷ 90 đã tăng lên 39,5%
vào năm 2010, độ che phủ rừng bình quân tăng 0,4%/năm.
Mặc dù diện tích rừng đã tăng lên đáng kể trong những năm trên, nhưng chất
lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ
sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% diện tích rừng của cả nước đây là loại rừng dễ xảy
ra cháy. Cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy rừng hàng năm thì tình hình diễn
biến thời tiết ngày càng phức tạp và khó lường đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng
ngày càng nghiêm trọng.
Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng
trong những năm qua của cục Kiểm Lâm. Tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ
thiệt hại trên 633.000 ha rừng, trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha
rừng tự nhiên. Thiệt hại từ cháy rừng ước tính hàng nghàn tỷ đồng, ngoài ra còn làm
ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt và làm
giảm tính đa dạng sinh học, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người, gia
tăng bệnh xã hội…

7

1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới
1.2.1. Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới
Hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng như
sau:
Kỹ thuật chữa cháy rừng bằng phương pháp trực tiếp: là phương pháp bố trí
đội hình chữa cháy trực tiếp đối đầu, bao vây ngọn lửa và dùng dụng cụ đập lửa liên
tục. Chỉ được sử dụng khi đám cháy có ngọn lửa thấp, cường độ cháy nhỏ.
Chữa cháy rừng bằng phương pháp song song: là phương pháp bố trí đội
hình chữa cháy đứng về phía trước (đầu hướng gió) để thực hiện biện pháp phát dọn
băng trắng ngăn cản lửa. Sử dụng trong điều kiện khi đám cháy có ngọn lửa cháy
với cường độ vừa phải.
Chữa cháy rừng bằng phương pháp gián tiếp (hay phương pháp đốt chặn):
là phương pháp dùng lửa đốt ngay từ phía trước đầu hướng gió của đám cháy để hai
ngọn lửa tiến giáp lại với nhau tự tắt (do cháy hết vật liệu cháy). Sử dụng phương
pháp này khi đám cháy có cường độ dữ dội, sức nóng lan tỏa trên phạm vi rộng, con
người khó tiếp cận với đám cháy. [53]
1.2.2. Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới
Cháy rừng là một vấn đề rất lớn đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới bởi
vì ra cháy rừng, nó ảnh hưởng đến trực tiếp đời sống của con người và môi trường
xung quanh. Do đó rất nhiều nước trên thế giới quan tâm, chú trọng đầu tư phát
triển, nghiên cứu thiết kế ra các loại máy, phương tiện chữa cháy rừng, ứng dụng,
cải tiến các kỹ thuật công nghệ phòng cháy chữa cháy rừng và chế tạo các thiết bị
chuyên dùng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại do cháy rừng
gây ra.
Ở một số nước phát triển như Mỹ, Canada, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản… sử
dụng thiết bị chữa cháy chủ yếu là máy bay phun nước và hoá chất để dập lửa.

Ngoài ra còn sử dụng cả xe ô tô dùng nước và hoá chất để chữa cháy. Do đó các
công trình nghiên cứu về thiết bị này tương đối hoàn thiện và thiết bị đã được ứng
dụng rộng dãi trong thực tế chữa cháy rừng ở các nước phát triển.


8

Hình 1.1: Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng
Trong những năm qua hình ảnh về chiếc máy bay cứu hoả lớn nhất thế giới
Evergreen Supertanker của Mỹ đã thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng ở một số
nước. Evergreen Supertanker chính là máy bay chở khách boeing 747 – 200 được
cải tiến thành máy bay chữa cháy. Dung tích bình chứa nước của nó lên tới 95.000
lít. Evergreen Supertanker được chế tạo sau vụ cháy rừng khủng khiếp ở Mỹ năm
2002, khi hai chiếc máy bay tham gia chữa cháy rừng bị nổ tung.

Hình 1.2: Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ
Ở những nơi gần nguồn nước (sông, suối, ao, hồ) đã sử dụng máy bơm nước
để chữa cháy rừng, thiết bị chuyên dùng hình 1.2 sử tháp nước để chữa rừng. Thiết
bị này có ưu điểm là hiệu quả dập lửa lớn, chữa được loại cháy trên tán cây. Nhược
điểm của loại thiết bị này là tính di động không cao, phụ thuộc vào nguồn nước, đối


9

với khu rừng cách xa nguồn nước khoảng 3km thì thiết bị này không sử dụng được.
Loại máy này phù hợp với chữa cháy ở rừng ngập nước.

Hình 1.3: Chữa cháy rừng bằng tháp nước
Tại Trung Quốc vừa chế tạo thành công xe chữa cháy có khả năng phun bốn
tấn nước mỗi phút, phạm vi tối đa dập tắt ngọn lửa là 120m gần 400feet.

Hình 1.4: Xe chữa cháy tại Trung Quốc
1.3. Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam sử dụng thiết bị chữa cháy rừng đã lỗi thời, không có lực
lượng chuyên trách chống chữa cháy rừng. Do đó lực lượng kiểm lâm vừa làm công
việc bảo vệ rừng vừa làm công việc chữa cháy rừng.
Ở Việt Nam còn sử dụng phương pháp chữa cháy rừng thô sơ, thủ công như
dùng cành cây, vỉ dập lửa, cào quốc… để dập lửa. Đây là những công cụ dập lửa


10

đơn giản dẻ tiền, phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp mà các phương tiện khác
không tiếp cận được. Phương pháp này chỉ phù hợp với những đám cháy nhỏ, mới
bắt đầu cháy. Nhưng tốn nhiều công lao động, năng xuất thấp, không chữa cháy
được đám cháy lớn.

Hình 1.5: Dùng cành cây để dập lửa
Một số đơn vị quản lý rừng đang sử dụng bình bơm nước đeo vai, máy thổi
gió công suất lớn, máy bơm nước khiêng tay để chữa cháy. Hiệu quả sử khi sử dụng
phương tiện này cao hơn phương tiện chữa cháy bằng thủ công nhưng không hiệu
quả với các đám cháy lớn. Giá thành các phương tiện này còn cao do phải nhập
khẩu.

Hình 1.6: Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng


11

Thiết bị tạo băng cách ly: Trong chữa cháy rừng, phương pháp tạo băng trắng

để khoanh vùng, cô lập đám cháy cũng thường xuyên được áp dụng đối với những
đám cháy rừng lớn, cháy trên tán cây, cháy ngầm dưới mặt đất. Các thiết bị tạo băng
trắng hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là dùng cưa xăng, máy phát quang, cào cuốc,...
Sử dụng công trình phục vụ phòng chống cháy rừng: kênh nước, kênh cạn,
băng trắng, băng xanh, hồ chứa nước giữ ẩm đất rừng…
Xe chuyên dụng chữa cháy: Mặc dù đã có khá nhiều loại xe chữa cháy trên thị
trường đã được đưa vào thử nghiệm hay sử dụng như: xe thang chữa cháy do Mỹ
sản xuất, xe chữa cháy công nghệ phun bọt khí nén (CAFS) do hãng Morita (Nhật
Bản) sản xuất, xe chữa cháy Dol với nhiều thế hệ khác nhau đã xuất hiện tại Việt
Nam. Các loại xe chữa cháy này chủ yếu là xe nhập khẩu giá thành rất cao. Nhìn
chung, chúng ta chưa sản xuất ra được các loại xe hay các phương tiện phục vụ
công tác chữa cháy. Gần đây nhất, kĩ sư Trần Thành Đạt và cử nhân Huỳnh Hữu
Phước đã chế tạo xe chữa cháy tí hon SAMCO Tina-m để chữa cháy trong các hẻm
và các ngõ ngách nhỏ ở khu dân cư.

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


12

Hình 1.8: Xe thang chữa cháy

Hình 1.9: Xe chữa cháy phun bọt và khí nén

Trong năm 2009 tiến sỹ Phạm Đắc Thống đã nghiên cứu, chế tạo ra hỗn hợp
chữa cháy có tên là ĐT-HP. Hỗn hợp chữa cháy đa năng ĐT-HP được sản xuất ở
dạng dung dịch 5% của hỗn hợp hai muối Natriclorua và Natri Laurylsulfat. Khi sử
dụng chỉ việc pha thêm nước để thành dung dịch nồng độ 0,5%. Đối với vật dạng
rắn, chỉ cần dùng đầu lăng phung dung dịch đủ thấm ướt bề mặt vật cháy; với vật
cháy dạng lỏng như xăng dầu hay chất kỵ nước thì dùng đầu lăng tạo bọt hòa không

khí phun lên bề mặt chất cháy, đám cháy sẽ bị dập tắt ngay. Đặc biệt, hỗn hợp ĐTHP còn tạo một màn ngăn cách chất cháy với không khí nên không bị bắt cháy trở
lại mặc dù chất cháy vẫn còn (dù châm lửa đốt cũng không cháy). Hỗn hợp chữa
cháy đa năng ĐT-HP không gây hư hại tài sản, hàng hóa, ít ăn mòn kim loại. Hỗn
hợp này được sử dụng với hiệu quả cao cho mọi phương tiện chữa cháy như ô tô, rơ
móoc chữa cháy, trạm chữa cháy cố định của khách sạn, kho xăng dầu, tầu thủy…
Đặc biệt, hỗn hợp rất thích hợp để chữa cháy rừng vì giải quyết được tình trạng
thiếu nước khi chữa cháy và dập tắt nhanh đám cháy mà không bị bùng cháy trở lại.
Qua đó ta có thể thấy tại Việt Nam chưa có xe chữa cháy rừng chuyên dụng,
một xe chữa cháy có thể hoạt động ở những địa hình phức tạp, có độ dốc lớn, có thể
chữa cháy rừng ở những nơi xa nguồn nước. Tất cả các loại xe chữa cháy rừng nói


13

chung và xe chữa cháy thông thường của Việt Nam hiện nay hoàn toàn phụ thuộc
vào nguồn nước và hoá chất. Trong khi đó các đám cháy thì có thể cháy ở bất cứ
nơi nào có thể gần hoặc xa nguồn chất chữa cháy. Cũng có một số cải tiến từ những
xe Uóat, Isuzu… bằng cách đặt thêm téc nước, bơm nước. Những xe cải tiến như
thế số lượng rất ít, không đám ứng được nhu cầu về thiết bị chữa cháy ở nước ta.
Chúng ta cần thiết bị chữa cháy đa dụng đáp ứng được các yếu tố hiện đại, gọn nhẹ
dễ di chuyển, hiệu xuất cao có thể sản xuất trong nước, nguồn chữa cháy đa dạng…
Xuất phát từ những yếu tố đó đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 do trường đại
học Lâm Nghiệp chủ trì đã thiết kế chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng,
sử dụng nhiều nguồn chữa cháy. Do mới được thiết kế chế tạo nên xe chữa cháy đa
năng chưa có điều kiện nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định, dao động của xe.
1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo
1.4.1 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo trên thế giới
Trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo.
Nổi bật trong những công trình này là việc nghiên cứu dao động xe con của tác giả
Mitschke, Schiehlen ông đã viết tác phẩm nổi tiếng có tên là “Dynamik der

Kraftfahrzeuge” trong tác phẩm ông đã đề cập tất cả những thành quả của các công
trình nghiên cứu trước đó. Trong tác phẩm ông tập trung vào yếu tố kết cấu có ảnh
hưởng đến dao động và tối ưu hệ treo.
Muler đã đưa ra mô hình không gian mô tả tất cả các loại dao động của máy
kéo bánh hơi, trong tác phẩm của mình tác giả đã bỏ qua các tác động của tải trọng
kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. [35]
Tác giả Volgel đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp máy cày khi
kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, cả của hệ thống truyền
lực và bánh xe.[36]
Năm 1987 Zucov A.V đã nghiên cứu những vấn đề dao động của máy kéo lâm
nghiệp.[40]


14

1.4.2 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo ở Việt Nam
Ở Việt Nam có một số công trình đã nghiên cứu về dao động của ô tô máy kéo
nói chung và dao động của các bộ phận trên ô tô, máy kéo khi nó hoạt động như:
TS. Lê Minh Lư nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi có tính đến đặc
trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Tác giả đã xây dựng được mô hình tính
toán động lực học máy kéo bánh hơi. Nhưng trong công trình nghiên cứu tác giả
chưa đề cập đến động lực học của máy kéo bánh hơi khi có tải.[19]
Th.S Nguyễn Văn Vệ đã nghiên cứu dao động thẳng đứng của ghế ngồi trên
máy kéo DFH – 180 khi vận xuất gỗ và giải pháp giảm xóc cho người lái. Đã thiết
lập được phương trình dao động của ghế ngồi và đưa ra giải pháp chống rung cho
ghế ngồi.[31]
Công trình nghiên cứu của GS.TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn đã nghiên cứu tính
êm dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo, giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để
đảm bảo điều kiện êm dịu cho người lái. Trong công trình tác giả nghiên cứu tần số
dao động của xe và ghế ngồi tác động đến sức khoẻ người lái, từ đó đưa ra giải pháp

cải tiến để hạn chế dao động và chế độ làm việc hợp lý của xe.[1]
TS.Lưu Văn Tuấn đã xây dựng được mô hình dao động và khảo sát dao động
xe ca do Việt Nam đóng. Từ đó đã đề ra mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe khách
Ba Đình. Do điều kiện thực tế khó khăn nên trong đề tài tác giả chỉ dừng lại ở việc
nghiên cứu lý thuyết mà chưa tiến hành thực nghiệm.[29]
Th.S Nguyễn Hồng Quang đã nghiên cứu dao động của máy kéo Shibaura với
thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết. [22]
Th.S Nguyễn Quang Huy đã nghiên cứu dao động của xe nhiều cầu. [16]
Th.S Trịnh Minh Hoàng nghiên cứu, khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới
tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Trong công trình nghiên cứu tác giả đã xây
dựng được mô hình tính toán, lập và giải được phương trình vi phân dao động của
xe dưới tác dụng ngẫu nhiên của mặt đường, kết hợp với kết quả thực nghiệm thực
tế bằng các dụng cụ đo từ đó tác giả đã dưa ra các giải pháp khắc phục dao động của
xe. [15]


15

Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiển "Nghiên cứu ảnh hưởng của dao
động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường".[10]
Th.S Huỳnh Hội Quốc đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc dọc của ô tô
ở vận tốc cao. [24]
Th.S Hoàng Gia Thắng đã nghiên cứu dao động trong mặt phẳng thẳng đứng
của toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo khi qua mối nối ray. [28]
TS.Võ Văn Hường đã nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động của
ô tô tải nhiều cầu. [11]
Gần đây dao động của xe CCR đã có một số công trình của các tác giả sau:
Th.S Đặng Thị Tố Loan nghiên cứu dao động của một số hệ thống công tác
chính trên xe chữa cháy rừng đa năng. [21]
Th.S Lê Minh Vượng nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi

di chuyển trên mặt đất rừng. [33]
Th.S Nguyễn Văn Thế nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng
khi tạo băng cản lửa. [30]
Dao động của ô tô và máy kéo bánh hơi nói chung đã được nghiên cứu khá
nhiều cả về lý thuyết và thực nghiệm, xong dao động của xe chữa cháy rừng nói
chung còn ít được nghiên cứu. Xe chữa cháy rừng đa năng là một mẫu xe mới được
thiết kế chế tạo trên cơ sở xe quân sự Ural – 4320, nhưng được lắp đặt bổ xung
nhiều hệ thống chuyên dùng khác để chữa cháy rừng. Dao động của xe gây lên tải
trọng động đáng kể lên các cụm chi tiết, ảnh hưởng đến tính êm dụi chuyển động.
Lực tác động lên cơ cấu của máy biến đổi theo chu kỳ, gây ra hiện tượng mỏi, giảm
tuổi thọ của các chi tiết và đặc biệt có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng, phá hỏng
các chi tiết máy. Do vậy nghiên cứu dao động của xe CCR là cần thiết. Một số công
trình nghiên cứu trên đây mới chỉ xét được dao động của xe trong từng trường hợp
cụ thể, chưa xét đến ảnh hưởng của sự kích động động lực từ cơ cấu cắt đất và phun
đất vào đám cháy rừng. Để bổ xung vào nghiên cứu dao động của xe CCR đa năng,
và sự phân công của khoa Cơ điện – Công trình, được sự đồng ý của khoa Sau Đại
học, tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt
đất và phun đất vào đám cháy rừng”.


16

Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1 Mục tiêu chung
Xác định được tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám
cháy rừng bằng phương pháp đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy để xác
lập chế độ sử dụng hợp lý.
2.1.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số động lực học của xe chữa cháy
rừng khi cắt đất và phun đất vào các đám cháy.
Đề xuất giải pháp hạn chế hệ số Kđ.
Xác định được chế độ làm việc hợp lý.
2.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe chữa cháy rừng đa năng (hình 2.1) do đề
tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo khi nó đứng tại chỗ cắt đất và
phun đất vào đám cháy rừng.

Hình 2.1: Xe chữa cháy rừng đa năng