Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

NGUYỄN VĂN THẾ

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG
KHI LÀM VIỆC TRÊN MẶT ĐẤT RỪNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
------------------------

NGUYỄN VĂN THẾ

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG
KHI LÀM VIỆC TRÊN MẶT ĐẤT RỪNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hố nơng - lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Văn Bỉ

Hà Nội, 2011


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cháy rừng là thảm họa gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho tài
nguyên, môi trường và con người; chính vì vậy mà các nhà khoa học trên thế
giới nói chung, ở việt nam nói riêng đã và đang nghiên cứu cơng nghệ và thiết
bị phịng, chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy
rừng gây ra. Đã có một số cơng trình nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa
cháy rừng được đưa vào sử dụng.
Ở Việt nam, đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 do tiến sĩ Dương Văn
Tài chủ trì đã thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng. Đây là mẫu xe chữa
cháy rừng mới, chưa được đưa vào sử dụng rộng rãi; khác với các xe chữa
cháy thông thường, xe chữa cháy rừng đa năng thường phải hoạt động và làm
việc trên mặt đất rừng, mấp mơ mặt đất rừng và các nguồn kích động của các
cơ cấu làm việc gây ra dao động của xe, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự
chuyển động êm dịu của xe. Do đó, việc nghiên cứu dao động của xe khi làm
việc trên mặt đất rừng lâm nghiệp là rất cần thiết.
Trong thực tế, đã có nhiều đề tài nghiên cứu dao động của ôtô máy kéo,
xe quân sự...; nhưng với xe chữa cháy rừng đa năng là mẫu xe mới, đang hoàn
thiện nên rất cần thiết nghiên cứu về dao động của loại xe này, đặc biệt là khi
làm việc trong rừng; vì vậy, tác giả tiến hành đề tài “ Nghiên cứu dao động

của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng”.
Ý nghĩa của đề tài là: xây dựng được mơ hình dao động của xe chữa
cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng; lập giải và mô phỏng hệ
phương trình vi phân dao động của xe khi làm việc trên mặt đất rừng. Kết quả
nghiên cứu của đề tài góp phần cải tiến, hồn thiện và chọn chế độ sử dụng
hợp lý loại thiết bị này.


2

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng
1.1.1. Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới
a) Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới:
Cháy rừng là một trong những thảm họa, gây thiệt hại đến nhiều mặt,
trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Cháy rừng không chỉ thiệt hại về cây rừng hay
hệ sinh thái rừng, mà còn mất đi cái nơi trú ngụ của nhiều lồi động vật, làm
ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và nhất là làm mất đi kho tàng vi sinh vật
quí giá trong đất. Vì vậy, chữa cháy rừng là một việc làm thiết thực, là nghĩa
vụ của mọi người, nhằm góp phần hạn chế tối đa những thiệt hại do cháy rừng
gây ra, để bảo vệ màu xanh cho núi rừng. Nhưng chữa cháy rừng không giống
như chữa cháy nhà, các điều kiện hỗ trợ thực hiện biện pháp chữa cháy rừng
cũng rất hạn chế, rất khó khăn và địa hình phức tạp… Đòi hỏi con người cần
hiểu một số kỹ thuật chữa cháy rừng, để tổ chức chữa cháy đạt hiệu quả và an
toàn.
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.


3

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. [37]
b) Thiết bị chữa cháy trên thế giới:
Một số nước Đông Nam Á, Trung Quốc, Nga, Mỹ, Inđônêxia… sử
dụng rộng rãi công cụ dập lửa thủ công (thiết bị chữa cháy cầm tay), bình
chữa cháy đeo vai/xách tay, máy thổi gió đeo vai/ xách tay. Các cơng cụ này
có nhiều hạn chế là năng suất và hiệu quả chữa cháy thấp, tốn nhiều sức lực
và nhân công, không dập tắt được những đám cháy lớn (chiều cao ngọn lửa
trên 2m).
Ở những nơi gần nguồn nước (sông suối, ao hồ), nhiều nước trên thế
giới đang sử dụng máy bơm nước để chữa cháy rừng. Thiết bị này có ưu điểm
là hiệu quả dập lửa lớn, chữa được loại cháy trên tán cây. Nhược điểm của
loại thiết bị này là tính di động không cao, phụ thuộc vào nguồn nước; đối với
khu rừng cách xa nguồn nước khoảng 3km thì thiết bị này không sử dụng
được. Loại máy này phù hợp với chữa cháy ở rừng ngập nước.
Một số nước phát
triển

như

Mỹ,

Nga,

Australia, Island, Thái Lan
đã nghiên cứu và đưa vào
sử dụng xe chữa cháy rừng
chuyên dùng (hình 1.1, 1.2,
1.3), thiết bị này có thể di
chuyển được trên địa hình

Hình 1.1. Ơ tơ chữa cháy rừng của Mỹ


4

có độ dốc  150. Trên xe có thiết kế téc chứa nước, hệ thống bơm và ống dẫn.
Thiết bị này len lỏi vào trong khu rừng để chữa cháy, tác nhân chữa cháy rừng
là nước. Thiết bị này còn nhược điểm là phụ thuộc vào nguồn nước chứa ở
trong xe. Đối với những nơi xa nguồn nước, địa hình có độ dốc > 20 0 thì thiết
bị này sử dụng khơng hiệu quả.

Hình 1.2. Xe cứu hỏa của Mỹ

Hình 1.3. Xe chữa cháy rừng của
Australia

Một số nước phát triển như Mỹ, Nga, Pháp, Nhật, Thái Lan đã sử dụng
máy bay để chữa cháy. Loại thiết bị này có thể phun nước hoặc phun hoá chất
để dập lửa. Thiết bị chữa cháy này được sử dụng ở mọi loại địa hình, hiệu quả
chữa cháy cao, năng suất dập lửa lớn. Sử dụng máy bay chữa cháy cần vốn
đầu tư lớn, chi phí rất đắt, nên khơng phù hợp với các nước đang phát triển
trong đó có Việt Nam.
1.1.2. Cơng nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam
Việt Nam mới chỉ cảnh báo được tình trạng mức nguy hiểm cháy rừng.
Với những vụ cháy rừng lớn, gần các đường giao thơng, mới có lực lượng cứu
hỏa và thiết bị chuyên dùng; còn cháy rừng tại những nơi hiểm trở chủ yếu sử
dụng phương pháp cổ truyền (dùng cành cây đập vào lửa, vận chuyển nước
bằng cách chuyền tay nhau..). Ở Việt Nam hiện nay chưa có thiết bị chữa
cháy rừng chuyên dùng.


5

Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng một số công nghệ và thiết bị chữa
cháy rừng như sau:
- Công nghệ chữa cháy rừng sử
dụng phương tiện chữa cháy thô
sơ: Các phương tiện chữa cháy
thô sơ bao gồm phương tiện chữa
cháy rừng thủ công: dùng cành
cây, vỉ dập lửa, cào cuốc… xe
đạp thồ chở nước chữa cháy rừng
(hình 1.4). Đây là cơng nghệ đơn
Hình 1.4. Xe thồ chữa cháy rừng
giản, thiết bị rẻ tiền, dễ di chuyển
ở nơi có địa hình phức tạp. Đối với những đám cháy nhỏ, mới bắt đầu cháy thì

dụng cụ này có khả năng dập tắt được; nhưng tốn nhiều công lao động, năng
suất và khả năng dập lửa thấp, không chữa được đám cháy lớn.
- Một số cơ sở chữa cháy rừng đang sử dụng bình bơm nước đeo vai, máy
thổi gió cơng suất lớn, máy bơm nước khiêng tay để chữa cháy. Hiệu quả
chữa cháy của các thiết bị này cao hơn các phương tiện chữa cháy thủ công,
nhưng không hiệu quả đối với đám cháy rừng lớn. Các thiết bị này chủ yếu
vẫn là nhập ngoại.
- 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,...
- Gần đây, Việt Nam đã phát minh và đưa vào sử dụng hỗn hợp chữa cháy đa
năng 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% phun thấm ướt hoặc
phun tạo bọt trên bề mặt vật cháy, đám cháy sẽ bị dập tắt ngay. Hỗn hợp rất


6

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.
- Sử dụng cơng trình phục vụ phịng 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 cơng 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.
Thực tế cho thấy, ở Việt Nam chưa có xe chuyên dụng chữa cháy rừng.
Các loại xe chữa cháy kể trên được sử dụng trong chữa cháy nhà, không thuận
lợi cho công việc chữa cháy rừng. Chúng ta chỉ cải tiến xe chữa cháy từ xe U
oát hay xe Isuzu…thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên
thùng xe. Những xe được cải tiến như vậy với số lượng rất ít, khơng đáp ứng
được nhu cầu về thiết bị chữa cháy rừng ở nước ta. Vì thế chúng ta cần các
dụng cụ, thiết bị chữa cháy rừng hiện đại, gọn nhẹ để tiện di chuyển, hiệu suất
cao, có thể sản xuất trong nước để giảm chi phí sản xuất.
Trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10, TS.Dương Văn Tài đã thiết
kế chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng, sử dụng nhiều tác nhân
chữa cháy. Xe chữa cháy rừng đa năng mới được thiết kế chế tạo nên chưa có
điều kiện nghiên cứu về khả năng kéo, bám, ổn định, dao động của xe khi xe
làm việc.


7

1.2. Tổng quan về dao động của ô tô máy kéo
Khi ô tô, máy kéo chuyển động trên đường không bằng phẳng thường
chịu những tải trọng dao động do bề mặt đường mấp mô sinh ra. Những dao
động này ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, tuổi thọ của xe và người ngồi trên xe.
Theo thống kê cho thấy, khi ô tô tải chạy trên đường xấu ghồ ghề, so với ô tô
cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm 40 50%. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ô tô tới cơ thể con
người đều đi tới kết luận là nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi
trường dao động của ô tô sẽ mắc các bệnh về thần kinh và não. Vì vậy tính êm
dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe.

Những vấn đề nêu trên cho thấy, nghiên cứu dao động ô tơ khơng chỉ
có ý nghĩa về mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tiễn rất cao.
Một số cơng trình nghên cứu dao động của ơ tơ, máy kéo trên thế giới
có thể kể ra như sau:
1.2.1. Các cơng trình nghiên cứu dao động của ơ tơ máy kéo trên
thế giới
Việc nghiên cứu dao động ô tô - máy kéo bắt đầu rất sớm, ngay cả khi
chúng còn rất đơn giản. Một trong những tác giả với nhiều đóng góp có thể kể
đến là Mitschke, Schiehlen. Năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm
nổi tiếng "Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các cơng trình nghiên
cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn. Nội dung chính là dao động xe con, mơ
hình là mơ hình 1/4 và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến
dao động và tối ưu hệ treo. Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động
ôtô.
Những năm sau này, 1980, Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều
vật. Ông đã sử dụng sự trợ giúp của máy tính để nghiên cứu sâu hơn về hệ


8

thống treo, bánh xe; tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe
con.
Năm 1973 Barski I.B nghiên cứu Động lực học máy kéo [1]. 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.
Năm 1982, PTS. Đỗ Tiến Vũ [26] đã đưa ra mơ hình dao động của ơ tơ
tải ba cầu trong trường hợp có rơ mooc như sau:

Hình 1.5: Mơ hình dao động ơ tơ tải ba cầu với rơ mooc của Đỗ Tiến Vũ
Trong cơng trình, tác giả đã sử dụng phương trình Lagranger loại II để lập

phương trình vi phân dao động của cơ hệ, với 12 bậc tự do.
Năm 1983 Dobrưnhin Iu.A [38] nghiên cứu động lực học thẳng đứng
của máy kéo bánh hơi khi vận xuất gỗ trong chặt chăm sóc.
Năm 1987 Zucov A.V [35] đã nghiên cứu những vấn đề dao động của
máy kéo lâm nghiệp.
Trong cơng trình [29], Muller đã đưa ra mơ hình khơng gian mơ tả tất
cả các loại dao động của máy kéo bánh hơi, tác giả đã bỏ qua các tác động của
tải trọng kéo và các yếu tố ảnh hưởng khác. Theo tác giả, một máy kéo có thể
có 7 bậc tự do: dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao


9

động dọc, dao động xoay quanh trục dọc và dao động liên kết xoay quanh trục
cân bằng.
Tác giả Volgel [31] đã nghiên cứu tính chất động lực học của liên hợp
máy cày, khi lực kéo và tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi,
cả của hệ truyền lực và bánh xe. Cơng trình cho phép đánh giá một cách khái
quát tác động của các yếu tố ảnh hưởng tới dao động của máy khi cày đất, tuy
nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh các giả thiết đưa ra.
Trong cơng trình của Wendebon [32] bằng lý thuyết và thực nghiệm,
tác giả đã xây dựng mơ 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
chuyển động khác. Do vậy cơng trình này chưa đánh giá và thể hiện được đầy
đủ các tính chất động lực học của máy cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến sự
chuyển động của máy kéo nói riêng và liên hợp máy nói chung.
Bên cạnh đó cịn có một số cơng trình nghiên cứu về dao động thẳng
đứng của máy kéo có kể đến các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện làm việc: Tải
trọng, vận tốc, độ mấp mô của mặt đường.
Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được

nhiều thành tựu đáng kể. Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ
thống “Đường-Xe-Người”. Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ
vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế
giới đã thiết lập các phịng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu
dao động của ơ tơ, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đường và khả
năng của con người chịu tác động của dao động.
Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường-Xe-Người”
được chia thành 3 hướng:
- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động).


10

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo khi ôtô chuyển động trên
đường phức tạp...).
- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyên
chở chống cháy ở điều kiện phức tạp.
1.2.2. Các cơng trình nghiên cứu dao động của ơ tơ máy kéo ở Việt
Nam
Ở nước ta có một số cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô máy
kéo như:
Năm 1990, trong cơng trình nghiên cứu của Bùi Hải Triều [30], tác giả
đã đưa ra một mơ hình phản ánh khá đầy đủ về tính chất hoạt động và cấu trúc
của máy kéo (hình 1.6).

Hình 1.6: Mơ hình các phần tử máy kéo theo Bùi Hải Triều
Mơ hình mơ tả tác động qua lại giữa các quá trình làm việc của động cơ với
máy điều chỉnh, tính đến các tính chất đàn hồi và giảm chấn của các phần tử
trong hệ thống, các tính chất bám và trượt của bộ ly hợp cũng như các bánh
xe với mặt đường, tính chất biến đổi mô men quay, tốc độ quay và mơ men

qn tính của hệ thống truyền lực. Cơng trình trên chỉ xem xét các tác động
của các yếu tố tới hệ thống truyền lực, chưa quan tâm một cách đầy đủ các
yếu tố ảnh hưởng tới sự chuyển động của liên hợp máy nói chung.


11

Năm 2002 TS. Lê Minh Lư [16] 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 mơ hình, hệ phương trình vi phân và các điều kiện biên mô tả dao
động thẳng đứng của máy kéo, của cầu trước, cầu sau và ghế ngồi có tính đến
những đặc điểm riêng của hệ như liên kết một chiều giữa bánh xe và mặt
đường, đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi. Cơng trình đã nghiên cứu
một cách khá đầy đủ các dạng dao động của máy kéo có tính đến đặc trưng
phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong trường hợp kích động mặt đường là
các hàm ngẫu nhiên và xác định. Tuy nhiên cơng trình mới chỉ nghiên cứu
trong trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động của
máy kéo trong trường hợp kéo tải.
TS. Nguyễn Tiến Đạt [4] đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến
khả năng vận xuất gỗ rừng trồng bằng phương pháp kéo nửa lết của máy kéo
bốn bánh cỡ nhỏ (18 - 24 mã lực). Cơng trình đã xây dựng mơ hình và nghiên
cứu dao động của máy kéo cơng suất nhỏ khi vận xuất trên mặt đường có
dạng hàm xác định.
Năm 2002, Th.S Nguyễn Văn Vệ [25] 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.
GS.TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn [2] đã nghiên cứu tính êm dịu trong
chuyển động của ơ tơ máy kéo, giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm
bảo điều kiện êm dịu cho người lái. Công trình nghiên cứu cho thấy: tính êm
dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo được đánh giá qua các chỉ tiêu: tần

số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động của dao
động. Trong chuyển động, ô tô máy kéo dao động theo các phương: Thẳng
đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), các dao động theo
phương thẳng đứng ảnh hưởng chính đến con người; theo phương ngang,


12

phương dọc ảnh hưởng khơng đáng kể, có thể bỏ qua. Đối với máy kéo bánh
bơm làm việc trên các mặt đường gồ ghề thân máy dao động với tần số 160 240 dao động/phút, vượt quá mức độ chịu đựng của con người, đối với máy
kéo phải chú ý giải quyết vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho
người lái. Tác giả cũng đưa ra sơ đồ tính tốn hệ thống treo cho ghế ngồi với
dạng kích động động lực và cho rằng khi tính toán thiết kế hệ thống treo cho
ghế nên chọn tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của ghế
trong khoảng 0,5 - 0,6.
Năm 1993, TS.Lưu Văn Tuấn [24] đã xây dựng được mơ 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; trong luận văn này tác giả đã chú
ý mơ tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca: xe
ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực. Tuy nhiên cơng trình này chỉ dừng lại ở
việc nghiên cứu lý thuyết.
Th.S Nguyễn Đức Sĩ [27] đã nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên
hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khi khởi hành theo hướng lên dốc.
Th.S Nguyễn Hồng Quang [18] đã nghiên cứu dao động của máy kéo
Shibaura với thiết bị tời cáp khi vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết.
Th.S Nguyễn Quang Huy [12] đã nghiên cứu dao động của xe nhiều
cầu.
Th.S Trịnh Minh Hoàng [11] nghiên cứu, khảo sát dao động của xe tải
hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Tác giả đã trình bày một mơ
hình dao động xe tải hai cầu (khơng gian) và mơ phỏng bằng MatLab

Simulink 5.3. Phần mơ hình và tính tốn khá hồn chỉnh, đã trình bày một
phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường.
Luận án TS của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu "Nghiên cứu ảnh hưởng của
dao động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường" đã chú trọng


13

nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài tốn
tính khung - xương.
Th.S Huỳnh Hội Quốc [21] đã nghiên cứu về quá trình lắc ngang, lắc
dọc của ơ tơ ở vận tốc cao.
Th.S Hồng Gia Thắng [23] 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.
TS.Võ Văn Hường [13] đã nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát
dao động của ô tô tải nhiều cầu. Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập mơ hình dao
động khơng gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực,
thanh ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ
và tổng hợp.
TS. Đào Mạnh Hùng [9] đã xác định lực động giữa bánh xe và mặt
đường của ô tô tải trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam.
Gần đây nhất, năm 2010 TS.Trần Việt Hà [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng
của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ơ tơ khách được đóng
mới ở Việt Nam.
Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu về dao động của ơ tơ, máy kéo
bánh hơi ở Việt Nam chưa nhiều, nhưng những kết quả nghiên cứu đó có ý
nghĩa lớn cho việc hoàn thiện thêm kết cấu và chọn ra chế độ sử dụng hợp lý
cho ô tô, máy kéo.
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, song dao động của xe chữa cháy

nói chung, đặc biệt là xe chữa cháy rừng ít được nghiên cứu. Xe chữa cháy
rừng đa năng là một mẫu xe mới được thiết kế chế tạo, chưa có cơng trình nào
nghiên cứu về dao động của mẫu xe này. Dao động của xe gây nên tải trọng
động đáng kể lên các cụm chi tiết, ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động,
khả năng ổn định chống lật, khả năng điều khiển, khả năng bám… Lực động


14

tác động lên cơ cấu của máy sẽ biến đổi theo chu kỳ, gây ra hiện tượng mỏi,
giảm tuổi thọ của các chi tiết và đặc biệt có thể gây nên hiện tượng cộng
hưởng phá hỏng các chi tiết máy. Do vậy, nghiên cứu dao động của xe chữa
cháy rừng đa năng là rất cần thiết.
1.3. Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng (hình 1.8) được thiết kế chế tạo trên cơ sở
xe Ural - 4320 tại nhà máy ô tô Mê Kông (Đông Anh, Hà Nội). Xe chữa cháy
rừng đa năng là sản phẩm của đề tài cấp Nhà nước mã số KC 07.13/06-10 do
trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì.
Xe cơ sở URAL-4320 (hình 1.7) là kiểu xe tải việt dã đa năng 6x6 được
sản xuất tại Nhà máy ô tô Ural ở thành phố Minsk (Nga) cho quân đội Nga.
Loại xe này được thiết kế năm 1973, bắt đầu sản xuất từ năm 1976 và đến nay
vẫn được tiếp tục. URAL-4320 là loại xe tải được phát triển từ loại URAL375D. Trên cơ sở xe tải URAL-4320 đã có nhiều biến thể như xe bồn chở
nhiên liệu hay nước sạch, xe đầu kéo và xe mang dàn phóng rốc két 40 nịng
BM-21 "Grad" và thậm chí cịn được lắp pháo phịng khơng 23mm với đầu xe
được bọc thép. Ngồi qn đội Nga, xe tải URAL-4320 còn được các nước
khác như Trung Quốc, Việt Nam… sử dụng.

Hình 1.7: Ơ tơ ural - 4320

15

Nhờ khoảng sáng gầm xe cao, Ural-4320 có khả năng vượt mọi địa
hình, đặc biệt thích hợp với đường đèo núi, cồn cát,... Nó được đánh giá là
loại xe hoạt động ổn định, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng. Một số đặc tính kỹ
thuật của Ural 4320 được trang bị động cơ V8 YamZ-238M2 và YamZ236M2 V6 180 mã lực như sau [41]:
Trọng lượng xe: 15300kg/14975kg
Trọng tải: 6000kg/5000kg hoặc 27 ghế ngồi
Trọng tải của rơ mooc: 11500kg
Tốc độ tối đa: 82 km/h/75 km/h
Lốp xe: 14.00-20 HC (PR) 14, có hệ thống tự động điều chỉnh áp suất.
Hộp số tay 5 số, hộp phân phối 2 cấp khoá vi sai. Giảm xóc trước kiểu nhíp
treo, giảm xóc sau kiểu nhíp địn gánh.
Trong đề tài cấp Nhà nước mã số KC 07.13/06-10 do trường Đại học
Lâm nghiệp Việt Nam chủ trì, để phục vụ cho việc chữa cháy rừng, trên xe
Ural - 4320 được trang bị thêm các thiết bị chuyên dùng như sau: Sau ca bin
là téc nước; hai bên téc nước có các khoang đựng dụng cụ phụ trợ; phía trước
xe lắp thiết bị cắt cây kiểu cưa đĩa được dẫn động từ động cơ thuỷ lực; phía
sau téc nước có khoang chứa bơm nước, thiết bị hút đất và quạt thổi; ở phía
dưới khoang có thiết bị đào, làm tơi đất và thiết bị làm sạch cỏ rác. Các thiết
bị này đều được dẫn động thuỷ lực.
Xe chữa cháy rừng sử dụng chất chữa cháy là đất cát, không khí sẵn có
tại chỗ, ngồi ra, cịn sử dụng nước và hóa chất dập tắt đám cháy.
Với hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi, băm cỏ rác để tạo băng trắng cản
lửa và cách ly đám cháy, từ đó dập tắt đám cháy.
Ngoài việc sử dụng chữa cháy rừng, xe còn được sử dụng để phòng
cháy rừng (chủ động làm sạch cỏ rác trong khu rừng trước mùa khô).


16

Hình 1.8: Xe chữa cháy rừng đa năng thiết kế bằng phần mềm Solidwork
Xe chữa cháy rừng đa năng được thiết kế có nhiều tính năng trong q
trình sử dụng để chữa cháy rừng; cần 5 đến 7 người để vận hành xe.


17

Chương 2
MỤC TIÊU, PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu dao động trong mặt phẳng đối xứng dọc của xe chữa cháy
rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng lâm nghiệp, làm cơ sở cho việc
chọn chế độ sử dụng hớp lý.
2.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu dao động trong mặt phẳng đối xứng dọc của xe chữa cháy
rừng đa năng do đề tài cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo [22],
khi làm băng cản lửa bằng cơ cấu cắt cây, làm sạch cỏ rác và cây bụi.
2.3. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu
2.3.1 . Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài
cấp Nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo (hình 2.1) khi làm việc trên
mặt đất rừng lâm nghiệp.

Hình 2.1: Xe chữa cháy rừng đa năng
Xe chữa cháy rừng đa năng có các thơng số kỹ thuật chủ yếu sau (bảng 2.1)


18

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

Đặc tính kỹ thuật của xe
Cơng suất động cơ
Mơ men xoắn cực đại
Số cầu chủ động

Dung tích bồn chứa nước
Lưu lượng máy bơm nước
Áp lực bơm tối đa
Chiều dài ống bơm nước
Lưu lượng bơm khí
Áp lực bơm tối đa bơm khí
Cơng suất cắt đất
Vận tốc dao cắt đất
Khối lượng đất cát phun
Chiều dài ống phun đất cát
Chiều rộng băng cắt thực bì
Vận tốc dao cắt thực bì
Đường kính đĩa cắt cây
Số vịng quay đĩa cắt cây
Cơng suất chặt cây, cắt cây bụi
Tốc độ dập lửa
Chiều cao ngọn lửa dập được
Độ dốc xe di chuyển được
Tốc độ cắt cây, cắt thực bì

Đơn vị
kW
N.m
cầu
m3
lít/phút
N/cm2
m
3
m /phút

N/cm2
kW
m/s
m3/phút
m
m
m/s
mm
vịng/phút
kW
m/phút
m
độ
km/h

Chỉ tiêu kỹ thuật
132
667
03
5,5
400
150
100
600
68
8
80
0,1
40
2

25
500
3200
8
> 10
≤ 10
≤ 15
> 1,5

- Hệ thống chặt hạ cây: đĩa cưa – 4 đĩa; đường kính đĩa cưa – 500mm. Tốc độ
quay của đĩa cưa – 3000 Vòng/phút; trọng lượng của hệ thống – 300 kg.
- Hệ thống cắt đất: đường kính đĩa thép - 300 mm; số đĩa thép - 2 đĩa; số dao cắt
- 4 dao; chiều dài dao cắt -170 mm; chiều rộng lưỡi dao cắt - 50 mm; số vòng quay
của đĩa thép - 1200 v/p; trọng lượng của dao - 0,5 kg; trọng lượng của toàn bộ hệ
thống cắt đất - 150 kg.


19

- Hệ thống làm sạch cỏ rác: đường kính trống dao – 450 mm; số đĩa thép – 10
đĩa; số dao cắt – 20 dao; chiều dài dao cắt – 120 mm; chiều rộng lưỡi dao cắt –
50 mm; số vòng quay của đĩa thép – 1000 v/p; trọng lượng của dao – 0,3 kg;
trọng lượng của toàn bộ hệ thống làm sạch cỏ rác – 600 kg.
Để giải bài toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi làm việc
trên mặt đất rừng cần xác định các thơng số đầu vào của mơ hình. Việc xác
định các thơng số đó có thể được tiến hành bằng lý thuyết, thực nghiệm hay
thừa kế kết quả nghiên cứu của một số cơng trình trước đó. Nội dung này
được trình bày cụ thể ở chương sau.
Các thông số về độ mấp mô mặt đất rừng (phụ lục 4)
2.3.2 . Thiết bị nghiên cứu.

Thiết bị nghiên cứu là xe chữa cháy rừng đa năng đã được chế tạo và
khảo nghiệm trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 do tiến sĩ Dương
Văn Tài làm chủ trì [22]
a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng

Hình 2.2: 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; 4Khung để nâng hạ hệ thống cắt cây; 5- Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây; 6- Xe ô tô
cơ sở; 7- Sàn xe; 8- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt đất; 9- Xi lanh nâng hạ hệ thống


20

cắt cỏ rác; 10- Khung nâng hạ hệ thống cắt đất; 11- Buồng hút đất; 12- Hệ thống
làm sạch cỏ rác; 13- Ống hút đất; 14- Ống nối để lắp ống phun đất; 15- Vòi phun
nước; 16- Thùng chứa đất; 17- Hệ thống hút đất; 18- Thùng chứa nước; 19- Súng
phun nước; 20- Thanh bảo hiểm cabin.

- Nguyên lý hoạt động của xe: 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 lám 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.
b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống chặt hạ cây

4
1- Đĩa cưa; 2- Khung càng lắp
xe ô tô; 3- Khung di động lắp
2

6

đĩa cưa, động cơ; 4- Dây đai;
5- Thanh trượt; 6- Xi lanh đẩy
cưa; 7- Động cơ thủy lực.

7

3
1
5

Hình 2.3: Mơ hình cấu tạo của hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Khi đĩa cưa chạm vào thân cây thì quá
trình cắt cây được thực hiện. Động cơ thủy lực truyền chuyển động quay cho
2 đĩa cưa, việc điều chỉnh vị trí của đĩa cưa cho thích hợp với chiều cao gốc
chặt được thực hiện nhờ xi lanh số (2).
c. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt đất


21

63

8

62

14

50

13

61

51

59
60

5

16

58

7

57

15
5

3

17

1

18

52
53
54

19 20

55
56

Hình 2.4: Mơ hình cấu tạo của hệ thống cắt đất
1 - Buồng hút; 2 - động cơ thủy lực; 3 - thanh đỡ; 4 – tấm đỡ; 5,16 - khớp quay; 6 càng đỡ; 7,14 - khớp nối; 8, 11,19 - xi lanh thủy lực; 9 - thanh trượt; 10 - khung đỡ;
12 - giá đỡ; 13 - ống hút; 15 - đĩa cắt; 17 - dao cắt đất; 18, 20 - khớp quay;

- Nguyên lý hoạt động: hệ thống cắt đất được hạ xuống và khi dao cắt tiếp xúc
với đất sinh ra xung lực va chạm. Xung lực va chạm này biến thành lực cắt
đất, phá vỡ kết cấu của đất. Đất được cắt ra và tung lên trong buồng hút,
buồng hút được nối với bơm hút khí bằng miệng ống do đó, đất được hút lên
ống hút và đi vào thùng chứa đất.
d. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch cỏ rác
1

3

1- Tai cố định với máy cơ sở;3.
4

5

xi lanh thủy lực ,2- 4. Khung

3

(càng) nâng hạ; 5. Tấm chắn; 6.
Động cơ thủy lực; 7. Giá đỡ;

2

8,10. Bánh đai; 9. Dây đai; 11.

6
11

7
8

9

Dao cắt; 12. Bánh xe

10
12

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm sạch cỏ rác
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khi tiếp xúc với đất hoặc cỏ rác thì
động năng biến thành cơng năng nhờ xung lực va chạm lớn. Xung lực va


22

chạm này tạo ra lực cắt, phá vỡ kết cấu của đất và cắt đứt cỏ. Đồng thời với
quá trình cắt, cỏ rác được hất tung lên nhờ luồng không khí và lực văng tạo ra
từ dao cắt. Do vậy, cỏ rác sau khi cắt được hất tung lên và hòa trộn với đất
cát. Sau khi cắt tạo thành băng trắng sạch cỏ rác cách ly đám cháy.
2.4. Nội dung nghiên cứu
- Xác định các đặc trưng mấp mô của mặt đất rừng
- Xác định các đặc trưng động lực học của cơ cấu làm sạch cỏ, cây bụi.
- Lập phương trình vi phân dao động của xe chữa cháy rừng đa năng.
- Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của xe và mấp mô mặt
đất rừng đến dao động của xe chữa cháy rừng đa năng và đề xuất các giải
pháp giảm dao động.
2.5. Phương pháp nghiên cứu.
2.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
Sử dụng lý thuyết dao động để thiết lập các phương trình dao động của hệ
thống, lập phương trình vi phân theo phương trình Lagranger loại II trong cơ học
giải tích, sử dụng các phần mềm toán học để giải và khảo sát dao động do các
yếu tố ảnh hưởng nêu trên.
Xây dựng được mơ hình dao động của hệ thống do sung lực kích động
gây ra, từ đó khảo sát sự phụ thuộc của các đại lượng nghiên cứu vào các thông
số ảnh hưởng để rút ra kết luận cần thiết.
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Để minh họa cho kết quả nghiên cứu lý thuyết đề tài tiến hành thực
nghiệm xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe chữa cháy rừng đa năng
khi làm việc trên mặt đất rừng. Chúng tôi tiến hành thực nghiệm bằng phương
pháp đo các đại lượng không điện bằng điện với việc dùng thiết bị DMC Plus
và phần mềm CATMAN để xác định gia tốc dao động thẳng đứng của xe


23

chữa cháy rừng đa năng khi làm việc trên mặt đất rừng và phương pháp đo
mấp mô mặt đất rừng.
Phân tích, xử lý kết quả thực nghiệm để so sánh với kết quả nghiên cứu
lý thuyết, làm cơ sở để đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ êm dịu
chuyển động của xe chữa cháy rừng đa năng.