Nghiên cứu hệ thống hút phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng

Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Tr-ờng đại học lâm nghiệp
-----------------------------------

V VN TUN

NGHIấN CU H THNG HT, PHUN ĐẤT CÁT
VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG A NNG

Luận văn thạc sỹ khoa học Kỹ thuật

H NI, 2010


Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Tr-ờng đại học lâm nghiệp
---------------------

V VN TUN

NGHIấN CU H THNG HT, PHUN ĐẤT CÁT
VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG A NNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa Nông - Lâm
nghiệp

MÃ số: 60.52.14

Ng-ời h-ớng dẫn khoa häc
TS. DƯƠNG VĂN TÀI

HÀ NỘI, 2010


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Rừng là lá phổi xanh của toàn nhân loại, nơi dự trữ sinh quyển và là
yếu tố quyết định đến sự tồn tại, phát triển của sự sống trên trái đất. Ở Việt
Nam có khoảng 10 triệu ha rừng, trong đó có khoảng gần 3 triệu ha rừng đặc
dụng, rừng phòng hộ và khoảng 1 triệu ha rừng trồng. Hàng năm rừng đã
cung cấp một khối lượng lớn lâm sản cho các ngành kinh tế quốc dân. Một tác
dụng to lớn khác của rừng đó là điều hịa khí hậu, chống lũ qt, sói mịn đất,
giữ nước cho hồ thủy điện, hạn chế sự biến đổi khí hậu tồn cầu.
Nhưng hiện nay diện tích rừng ở nước ta và trên thế giới đang ngày
càng bị suy giảm nghiêm trọng, một trong những nguyên nhân gây mất rừng
đó là do nạn cháy rừng hàng năm.
Theo thống kê của cục kiểm lâm, hàng năm ở Việt Nam có hàng trăm
vụ cháy rừng, thiêu hủy hàng nghìn ha rừng, gây thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng.
Nhận thức được tác hại do cháy rừng gây ra, chính phủ và các cấp các
ngành, các địa phương đã đầu tư nhiều trang thiết bị, các giải pháp nhằm hạn
chế thấp nhất diện tích rừng bị cháy.
Song hiện nay việc chữa cháy rừng chủ yếu bằng biện pháp thủ công
như: dùng cành lá, vỉ dập lửa, cào, ...từ đó năng suất và hiệu quả dập lửa thấp,
tốn nhiều công sức. Một số đơn vị đã sử dụng thiết bị chữa cháy, nhưng hiệu

quả chữa cháy thấp, không phù hợp với địa hình ở Việt Nam.
Năm 2008 Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Trường Đại học
Lâm Nghiệp chủ trì đề tài trọng điểm cấp nhà nước: “Nghiên cứu công nghệ
và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, mã số
KC07.13/06-10. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã thiết kế, chế tạo và khảo
nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng với công nghệ sử dụng đất cát tại chỗ để
phun vào đám cháy, dập tắt đám cháy.


2

Trong đó nguyên lý cắt đất, hút đất, phun đất để dập tắt đám cháy được
sử dụng trên xe chữa cháy rừng đa năng là nguyên lý mới lần đầu tiên được
sử dụng ở Việt Nam. Trong kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước chỉ
tập chung giải quyết khâu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mà chưa tập trung
nghiên cứu sâu về ngun lý, tính tốn tối ưu các thơng số của hệ thống.
Để có cơ sở lý thuyết cho việc hoàn thiện hệ thống cắt đất, hút đất,
phun đất trên xe chữa cháy rừng đa năng cần phải nghiên cứu sâu về nguyên
lý, các thông số động lực học...để từ đó xác định các thơng số tối ưu của hệ
thống. Với lý do đã trình bày ở trên, tôi đi đến chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu hệ thống hút, phun đất cát và khơng khí trên xe chữa cháy
rừng đa năng”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xây dựng cơ sở lý thuyết tính tốn hệ thống hút, phun đất cát và khơng
khí để dập tắt đám cháy rừng, đồng thời xác định thơng số tối ưu của hệ thống
đó trên xe chữa cháy rừng đa năng.
3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất trên xe chữa cháy rừng
đa năng, đây là vấn đề rộng và cần có thời gian dài. Trong phạm vi đề tài này
tơi chỉ tập trung nghiên cứu:

- Nghiên cứu phần nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt, hút, phun đất
cát và khơng khí; khơng nghiên cứu phần dao động, dung động của hệ thống.
- Thiết bị nghiên cứu của đề tài là hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất và
không khí của xe chữa cháy rừng đa năng mà đề tài cấp nhà nước
KC07.13/06-10 đã thiết kế chế tạo, không nghiên cứu tất cả các phương án
cắt, hút, phun đất cát và khơng khí khác nhau.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, để đạt được mục tiêu
của đề tài đặt ra, luận văn giải quyết các vấn đề sau:


3

4.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Xây dựng mô hình tính tốn hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất để
chữa cháy rừng;
- Thiết lập cơng thức tính tốn hệ thống cắt đất;
- Thiết lập cơng thức tính tốn hệ thống hút đất, thùng chứa đất và hệ thống
phân phối đất;
- Thiết lập cơng thức tính tốn hệ thống phun đất;
- Tính tốn bơm khí để hút và phun đất;
- Xác định công suất cần thiết của hệ thống làm cơ sở để lựa chọn
nguồn động lực.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính tốn theo lý
thuyết, xác định lưu lượng, áp lực và vận tốc khơng khí của hệ thống cắt đất, hút
đất, phun đất. Do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:
- Xác định khối lượng đất cát của hệ thống cắt đất;
- Xác định lưu lượng khơng khí của hệ thống hút và phun đất;

- Xác định vận tốc khơng khí trong hệ thống hút và phun đất;
- Xác định áp lực trong hệ thống hút và phun đất;
- Xác định vận tốc cắt đất, vận tốc của bơm khí;
- Xác định thơng số hợp lý của hệ thống hút đất, phun đất.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về tình hình cháy rừng ở Việt Nam và trên thế giới
1.1.1. Tình hình cháy rừng ở Việt Nam
Theo tài liệu của Maurand thì 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 cịn 9,5 triệu ha (chiếm 29% diện tích tự nhiên), năm 1985 cịn 7,8 triệu ha
(23,6%) đến năm 1989 chỉ còn 6, 5 triệu ha (19,7%).
Những năm gần đây diện tích rừng hàng năm có tăng lên, nhưng chất
lượng rừng cịn suy giảm, nghèo kiệt đáng lo ngại, rừng nguyên sinh chỉ còn
khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% . Việt Nam
hiện có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng
tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản…
Trong vài chục năm vừa qua, cùng với sự biến đổi của khí hậu tồn
cầu, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn ha rừng, trong đó
mất do cháy rừng khoảng hơn chục nghìn hécta. Theo số liệu thống kê của
Cục Kiểm lâm về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong vòng 40
năm qua (1963 - 2002), tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ, diện tích thiệt
hại trên 633.000 ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng
trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên. Gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, đó là chưa
kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống của con người và các loài
động thực vật.

Một số số liệu điển hình về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra
ở Việt Nam trong những năm qua như sau:
- Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02 người chết;


5

- Từ năm 1962 – 1983 tại Quảng Ninh, diện tích rừng Thơng bị cháy là
15.800 ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn tấn
nhựa thông và một số kho tàng bị cháy;
- Từ năm 1981 - 1994 ở tỉnh Lâm Đồng xảy ra cháy 43.238 ha rừng
Thông và một số rừng trồng khác;
- Trong 4 năm (1976 - 1980) ở tỉnh Cà Mau và Kiên Giang diện tích
rừng Tràm bị cháy là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3 gỗ... gây thiệt hại hàng
trăm tỷ đồng;
- Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nilo đã xảy ra
cháy trên 15.000 ha rừng, làm chết 13 người. Năm 2002, đã xảy ra 1.198 vụ
cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng (4.125 ha rừng tự nhiên và 11.423 ha rừng
trồng), trong đó thiệt hại do hai vụ cháy rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm
sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng, chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí
chữa cháy và chi phí để phục hồi phục hồi rừng của nhà nước;
- Ngày 8/2/2010 do khí hậu khô hanh đã xảy ra cháy Rừng rất lớn ở xã
Bản Hồ huyện Sa Pa tỉnh Lào Cai (thuộc Vườn Quốc gia Hồng Liên) qua
thống kê, diện tích rừng đã cháy khoảng 1.700 ha (gần 1.000 ha tại Bản Hồ,
Tả Van; 700 ha giáp ranh giữa tỉnh Lào Cai và Lai Châu), gây thiệt hại lớn về
kinh tế và nguồn dự trữ sinh quyển nơi đây.

Hình 1.1: Cháy rừng ở Vườn Quốc gia Hoàng Liên

6

Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 1993 - 2003

TT

Năm

Tổng số

Cháy rừng

Cháy rừng

vụ cháy (ha)

TN (ha)

trồng (ha)

Tổng cháy
rừng kinh tế
(ha)

1

1993

4.248

3.165,2

3.200

6.365

2

1994

2.337

4.226,6

4.120

8.321,6

3

1995

850

6.084

3.600

9.648

4

1996

2.551

6.540

6.196

12.758

5

1997

309

3,7

1.054

1.361

6

1998

1.685

6.893

7.919

14.812

7

1999

185

902

236

1.139

8

2000

244

654

205

850

9

2001

256

391

1.454

1.845

10

2002

1.198

4.125

11.423

15.548

11

2003

330

464

938

1.402

14.193

33.751,8

40.345

74.049,6

Tổng

Hiện nay vấn đề về mơi trường như: biến đổi khí hậu, nước biển dâng,
cháy rừng …là vấn đề chung của toàn nhân loại chứ khơng riêng một quốc gia
nào. Vì vậy bảo vệ mơi trường, chống cháy rừng là nhiệm vụ của toàn nhân
loại để bảo vệ cuộc sống của chính mình.
1.1.2. Tình hình cháy rừng trên thế giới
Vào khoảng cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19(trước cách mạng công
nghiệp), rừng trên thế giới chiếm khoảng 50% diện tích các lục địa, đến năm
1955 diện tích rừng này đã bị giảm đi một nửa. Tới năm 1980 diện tích rừng
của thế giới còn khoảng 2,5 tỷ (ha).


7

Có rất nhiều ngun nhân làm cho diện tích rừng trên thế giới bị thu

hẹp, nhưng một trong những nguyên nhân cơ bản của sự mất rừng chính là do
hiện tượng cháy rừng gây ra. Số liệu thống kê cho thấy, hàng năm trên thế
giới trung bình có khoảng từ 10 - 15 triệu ha rừng bị cháy, các con số này
đang có xu hướng tăng nhanh do sự biến đổi khó lường của khí hậu.
Ở Nga: Tháng 8/2010, hạn hán nặng nề đã khiến hơn 65.000 ha diện
tích rừng và đồng cỏ của Nga thuộc trên dãy Ural đã bị cháy cùng hàng chục
ngơi làng, có 19 người ở vùng này thiệt mạng, gần 1.875 ngôi nhà tại 18 khu
vực dân cư khác nhau trên 17 địa phương đã bị thiêu rụi khiến hơn 2.000
người mất nhà cửa và tồn bộ tài sản. Hầu hết các ngơi nhà bị cháy nằm ở
khu vực Nizhny Novgorod;

Hình 1.2: Cháy rừng ở Nizhny Novgorod (Nga)
Ở Mỹ: Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha và 85
người thiệt mạng. Vụ cháy năm 1947 có 1.200.000 ha và có ít nhất 60 người chết;
Tại Miramichi và Maine (10/1825) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha,
số người thiệt mạng không xác định được;


8

Trong hai năm 1993 - 1994 hàng nghìn vụ cháy rừng đã thiêu huỷ
khoảng 1.590.000 ha. Riêng năm 2000 ở Mỹ đã bị cháy 2,8 triệu ha, đã phải
chi phí tới 15 triệu USD/ngày trong vòng hơn 2 tháng;
Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục tại nước này từ năm 1998 tới
tháng 7 năm 2000 đã gây nên sự quan tâm của thế giới. Riêng tháng 7 và
tháng 8/1998 có tới 9.000 vụ cháy lớn nhỏ, thiêu huỷ khoảng 1.500.000 ha
rừng và hàng trăm ngôi nhà bao quanh bao gồm cả bệnh viện, tiệm ăn, nhà
máy, trường học…. Trong vịng vài tuần của tháng 7/2000 đã có tới 70.000 ha
rừng bị cháy. Tháng 9 đến tháng 10 năm 2007 Hy Lạp đã xảy ra vụ cháy rừng
kéo dài hơn một tháng làm thiệt hại khoảng 120.000 ha rừng làm 60 người

chết, thiệt hại về kinh tế khoảng 60 tỷ đơ la;
Đặc biệt vào tháng 8/2009 ở ngoại ơ phía Bắc và Đông thủ đô Athens
Hy Lạp từ cuối tuần qua đã khiến hàng chục nghìn người dân phải rời nhà đi
sơ tán, ước tính khoảng 15.000ha rừng và đất trồng trọt cùng hàng chục ngôi
nhà đã bị thiêu hủy, làm 77 người chết và hơn 250.000ha rừng và đất canh tác
bị thiêu trụi.

Hình 1.3: Cháy rừng ở thủ đơ Athens (Hy Lạp)
Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại là 155.000 ha;
Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha. Ngày
16/2/1983, một vụ cháy đã thiêu huỷ hơn 335.000 ha rừng và đồng cỏ ở Bang


9

Victoria, làm chết 73 người, hơn 1.000 người bị thương và gây thiệt hại
khoảng 450 triệu USD;
Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng 3 triệu ha rừng đã bị cháy làm
thiệt hại hàng tỷ đô la 150 người thiệt mạng;
Tại Khu vực Đông Nam Á:
Theo số liệu thống kê của FAO, từ năm 1982 đến đầu năm 1998 có trên
15 triệu ha rừng và đất rừng trong khu vực bị cháy. Trong đó, Inđơnêsia là
nước thường xảy ra cháy rừng với thiệt hại lớn nhất. Cháy rừng tại Inđônêsia
năm 1998 làm ơ nhiễm khơng khí cả các nước trong khu vực.
Theo Peter F. Moore (Giám đốc dự án phòng chống cháy khu vực
Đơng Nam Á). Tình hình cháy rừng trên thế giới trong hai năm 1997 - 1998
được thống kê theo bảng sau:
Bảng 1.2: Tình hình cháy rừng trên thế giới trong 2 năm (1997 – 1998)

Đơng Nam Á

D.tích rừng bị
cháy (triệu ha)
8 -10

Lượng CO2 thải ra
(tấn)
11 triệu

Thiệt hại kinh tế
(tỷ USD)
10

Trung Quốc

1,1

x

X

Amazon

3,3

x

X

Nga

2,0

30 triệu

X

Trung Mỹ

1,5

x

X

Bắc Mỹ

5,6

x

0,5

Nam Châu Âu

0,22

x

X

Tổng

23,64

41 triệu

X

Khu vực

1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới
Cháy rừng là một thảm họa mà bất cứ quốc gia nào cũng phải quan
tâm, đầu tư nghiên cứu: trang thiết bị cũng như các giải pháp nhằm hạn chế
thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra.


10

Một số nước có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Canađa, Nhật, Trung
Quốc…Có nhiều cơng trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng và chúng
đã được ứng dụng có hiệu quả trong cơng tác chữa cháy rừng [32], [37].
Thiết bị chữa cháy rừng ở Mỹ chủ yếu là máy bay và xe ơtơ chữa cháy.
Khi phát hiện có đám cháy thì chỉ sau 30 phút, các thiết bị chữa cháy rừng có
thể tiếp cận và tiến hành dập lửa [37], [38]. Các thiết bị chữa cháy ở Mỹ chủ
yếu sử dụng chất chữa cháy là nước hoặc hóa chất.

Hình 1.4: Máy bay chữa cháy rừng
Theo tài liệu [41], [42], [43]; một số nước như Trung Quốc, Mỹ đã
nghiên cứu xe chữa cháy rừng chuyên dụng với chất chữa cháy rừng là nước.

Xe cơ sở để thiết kế xe chữa cháy chun dụng là xe bánh xích…

Hình 1.5: Xe chuyên dụng chữa cháy rừng ở Trung Quốc


11

Một số nước phát triển chủ yếu sử dụng xe cứu hỏa để chữa cháy. Loại
thiết bị này có nhiều hạn chế: khó di chuyển ở điều kiện địa hình dốc, mặt
khác chất chữa cháy là nước nên rất khó thực hiện…
Ở Thái Lan đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng với
nguồn động lực là máy kéo, chất chữa cháy là nước. Loại thiết bị này có thể
di chuyển trong khu vực rừng với điều kiện địa hình cho phép, song chất chữa
cháy rừng là nước nên bị hạn chế rất nhiều.

Hình 1.6: Máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Thái Lan
Theo tài liệu [44], Nga đã sử dụng máy ủi để làm băng trắng cách ly,
khoanh vùng cô lập đám cháy. Kết quả nghiên cứu đã tạo ra được thiết bị có
khả năng khoanh vùng, cơ lập đám cháy.

Hình 1.7: Máy đào rãnh tạo băng cách ly cản lửa của Nga
Các nước đang phát triển như Inđônêxia, Philippin, Malaysia, chủ yếu
tập trung nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng cầm tay. Theo tài liệu [32], ở


12

Inđơnêxia đã có một số cơng trình nghiên cứu là vỉ dập lửa thủ cơng, bình
bơm nước đeo vai, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được vỉ dập lửa thủ cơng với
bộ phận dập lửa bằng thép lá.

Tóm lại: Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng trên
thế giới và đạt được nhiều thành tựu. Kết quả đã nghiên cứu đã tạo ra các thiết bị
chữa cháy rừng. Song các cơng trình nghiên cứu trong lĩnh vực này chủ yếu tập
trung nghiên cứu sử dụng chất chữa cháy là nước và hóa chất. Các cơng trình
nghiên cứu sử dụng đất cát phun vào đám cháy để dập lửa là rất hạn chế.
1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam
Khí hậu Việt Nam là khí hậu Nhiệt đới gió mùa. Lãnh thổ Việt Nam
nằm trọn trong vùng nhiệt đới, đồng thời nằm ở rìa phía đơng nam của phần
châu Á lục địa, giáp với biển Đông, nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí
hậu gió mùa mậu dịch, thường thổi ở các vùng vĩ độ thấp. Khí hậu phân thành
hai mùa rõ rệt, mùa khơ kéo dài 3 - 4 tháng. Hiện nay chúng ta có khoảng 1
triệu người sống du canh du cư đốt nương làm rẫy, nên hàng năm đã xảy ra
hàng nghìn vụ cháy rừng gây thiệt hại khoảng 7.000 ha, đặc biệt là vụ cháy
rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng năm 2002 làm thiệt hại khoảng
5.500 ha rừng, gây ra thiệt hại rất lớn về kinh tế, môi trường; chỉ tính riêng
chi phí cho cơng tác chữa cháy đã lên đến 8 tỷ đồng.
Cháy rừng làm thiệt hại rất lớn về kinh tế, tác động rất xấu đến mơi
trường, tạo ra tâm lí khơng an tâm cho các nhà đầu tư sản xuất kinh doanh
lâm nghiệp trong và ngoài nước. Nhận thức rõ tác hại của cháy rừng gây ra,
Chính phủ, các bộ, ban ngành, các tỉnh thành phố và các địa phương đã có
nhiều văn bản pháp qui về phịng chống và chữa cháy rừng như: Thơng báo số
129-TB/TW ngày 22/4/1998 của Thường vụ Bộ Chính trị, Nghị định 22/CP;
Chỉ thị 19/TTg; 177/TTg của Thủ Tướng Chính Phủ [1].
Quyết định 02/QĐ-TTg Ngày 2 tháng 1 năm 2007 của Thủ Tướng chính
phủ về phê duyệt Đề án " Nâng cao năng lực phòng cháy chữa cháy rừng cho lực
lượng kiểm lâm" giai đoạn 2007 - 2010, tổng vốn đầu tư cho đề án là 502 tỷ đồng,


13

trong đó 50% kinh phí đầu tư cho thiết bị chữa cháy rừng. Một nội dung quan
trọng của đề án là nghiên cứu phương tiện và thiết bị phòng cháy, chữa cháy rừng
tiên tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng.
Trong những năm qua đã có một số cơng trình nghiên cứu về phịng cháy
và chữa cháy rừng. Hầu hết các cơng trình chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các
giải pháp phòng chống cháy, dự báo cháy rừng, cịn nghiên cứu về cơng nghệ
chữa cháy rừng, các thiết bị chữa cháy chun dụng cịn hạn chế.
Chính phủ đã thành lập Ban phòng chống và chữa cháy rừng từ Trung
ương đến địa phương, hàng năm có tập huấn, diễn tập, nhưng số vụ cháy và diện
tích rừng bị cháy khơng giảm được nhiều. Ngun nhân có nhiều nhưng một
nguyên nhân quan trọng đó là thiếu các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng.
Đối với những vụ cháy rừng khi mới phát hiện nếu có thiết bị chuyên dụng chữa
cháy thì hồn tồn có thể dập tắt được dẫn đến giảm được diện tích rừng bị cháy.
Năm 1985, Cục kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước số 04.01.01.07 [8],
về các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng Thông và rừng Tràm. Kết quả của đề
tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng Thông và rừng Tràm.
Tác giả Phan Thanh Ngọ trong cơng trình “Nghiên cứu một số biện
pháp phịng cháy, chữa cháy rừng Thông ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam” [15],
đã nghiên cứu tạo ra được bình bơm nước đeo vai để chữa cháy rừng, thiết bị
này đã được Cục sở hữu công nghiệp cấp giấy chứng nhận kiểu dáng công
nghiệp, hiện nay đang được một số đơn vị sử dụng.
Một số cơ sở sản xuất kinh doanh rừng, một số trung tâm bảo vệ rừng, một
số vườn quốc gia đã tự nghiên cứu, tự thiết kế chế tạo và nhập về một số máy và
thiết bị chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này sử dụng khơng có hiệu quả, năng
suất và khả năng dập lửa thấp, không phù hợp với địa hình và thực bì rừng bị cháy.
Năm 2002 sau vụ cháy rừng U Minh một nhóm tác giả ở thành phố Hồ
Chí Minh đã đề xuất giải pháp phòng chống và chữa cháy rừng tràm U Minh bằng
"Hệ thống phun mưa quay", giá thành của hệ thống này theo đề xuất khoảng 250 -

14

400 tỷ đồng cho 10.000 ha, song nhóm tác giả chưa chứng minh được tính ưu việt
về kinh tế - xã hội và sinh thái nên giải pháp này không được chấp nhận.
Ở thành phố Hồ Chí Minh ơng Nguyễn Văn Thanh đã tìm ra bột chữa
cháy rừng, giá thành khoảng 5.000 đồng/kg, song chưa tiến hành khảo nghiệm
để chữa cháy rừng ngoài thực tế nên chưa đánh giá được hiệu quả của nó.
Cơng ty cơ khí ơtơ xe máy Thanh Xuân cải tiến từ xe UAZ, xe tải IZUZU ,
thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên thùng xe. Khi có đám
cháy xảy ra xe sẽ dùng hệ thống bơm nước từ téc nước để chữa cháy. Nhược điểm
của thiết bị này là không tiếp cận được với những đám cháy ở vùng sâu vùng xa, nơi
khơng có đường giao thơng.

Hình 1.8: Xe chữa cháy được cải tiến từ xe Uốt
Khu Cơng nghiệp Biên Hịa, Đồng Nai cơng ty cơ khí Vinapro đã thiết kế, chế
tạo thiết bị chữa cháy gồm hệ thống bơm, téc nước, ống dẫn nước, nguồn động lực là
xe công nông, thiết bị này chế tạo ra không sử dụng được vì khả năng di chuyển và ổn
định của xe thấp nên không hoạt động được ở điều kiện địa hình rừng khơng có đường.
PGS.TS Vương Văn Quỳnh, Trường Đại học Lâm Nghiệp từ năm 2003 đến năm
2005 đã chủ trì đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu, xây dựng các giải pháp
phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên” [16].


15

Kết quả của đề tài đã xây dựng được các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả do
cháy rừng, cơng trình cũng chưa nghiên cứu sâu về các thiết bị chữa cháy rừng.
Trong cơng trình nghiên cứu [24], tác giả Lê Đình Thơm, đã nghiên cứu hiệu
quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở tỉnh Quảng
Trị, kết quả nghiên cứu đã xác định được năng suất và hiệu quả dập lửa bằng cành

cây, vỉ dập lửa, bàn dập lửa.
TS. Dương Văn Tài, Trường Đại học Lâm nghiệp trong công trình
nghiên cứu: “Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng
sử dụng đất cát, khơng khí và nước ở dạng sương” [17], kết quả của đề tài đã
thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy phun đất cát và khơng khí để chữa cháy
rừng. Thiết bị này nhỏ gọn cầm tay có lưu lượng và khối lượng phun đất nhỏ,
di chuyển được trên địa hình dốc. Song đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phần
thiết kế, chưa có nghiên cứu nguyên lý của hệ thống hút phun đất.
Đề tài trọng điểm cấp nhà nước của tác giả Dương Văn Tài [26]:
“Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa
cháy rừng”, kết quả của đề tài đã thiết kế, chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng.
Trên xe chữa cháy rừng đa năng có sử dụng hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất
cát và khơng khí chữa cháy rừng. Kết quả khảo nghiệm hệ thống phun đất cát
chữa cháy rừng cho thấy khả năng dập lửa tốt.
Song kết quả của đề tài chưa đề cập đến việc nghiên cứu sâu về ngun
lý tính tốn của hệ thống, chưa nghiên cứu về vấn đề động lực học của hệ
thống hút, phun đất cát và khơng khí chữa cháy rừng.
Tóm lại: Cháy rừng vẫn đang được xem như một thảm họa và là nguyên nhân
chính làm giảm diện tích rừng ở Việt Nam. Chính phủ, các cấp, các ngành và tồn xã
hội ln quan tâm. Có một số cơng trình nghiên cứu về cháy rừng nhưng chủ
yếu tập trung vào các giải pháp phịng cháy. Cịn các cơng trình nghiên cứu về
thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng còn hạn chế; chủ yếu giải quyết khâu thiết
kế, chế tạo,...chưa nghiên cứu về động học, động lực học của hệ thống.


16

Đề tài trọng điểm cấp nhà nước KC07.13/06-10, đã thiết kế chế tạo hệ
thống cắt đất, hút đất, phun đất được sử dụng trên xe chữa cháy rừng đa năng.
Kết quả của đề tài chưa nghiên cứu sâu về nguyên lý, động học của hệ thống

cũng như nghiên cứu các thông số tối ưu.
1.4. Kết luận chương 1
Từ những nhận định được trình bày ở trên có thể đi đến một số kết luận sau:
- Việt Nam có một nguồn tài nguyên rừng phong phú, diện tích lớn. Khí hậu
chia thành hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài 4-5 tháng. Từ đó nguy cơ cháy rừng là
rất cao và diễn biến ngày càng phức tạp do sự biến đổi của khí hậu tồn cầu.
- Hiện nay việc chữa cháy rừng chủ yếu là bằng thủ công nên năng suất và
hiệu quả dập lửa thấp. Đối với những nơi có địa hình phức tạp, xa nguồn nước
thì việc sử dụng các thiết bị chữa cháy dùng chất chữa cháy là nước thì khơng
phù hợp: do cháy rừng ở xa và vào mùa khô nên nguồn nước rất hạn chế...
- Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo và đưa vào sử dụng hệ thống cắt, hút,
phun đất cát và khơng khí là rất phù hợp với điều kiện chữa cháy rừng nơi
khơng có nguồn nước.
- Các cơng trình nghiên cứu về hệ thống cắt, hút, phun đất cát và khơng
khí để dập lửa còn hạn chế, mới chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế, chế tạo,
chưa có nghiên cứu đầy đủ và tồn diện về hệ thống này.
- Để có cơ sở lý thuyết cho q trình hồn thiện hệ thống này của xe
chữa cháy rừng đa năng cũng như làm tài liệu tham khảo cho việc tính tốn hệ
thống hút phun đất cát nói chung thì việc thực hiện đề tài:“Nghiên cứu hệ
thống hút, phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng”, mà
luận văn lựa chọn là cần thiết.


17

Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Quá trình cắt đất, hút, phun đất cát và khơng khí được thực hiện bằng
nhiều sơ đồ khác nhau, nhiều dạng khác nhau, như được trình bày ở phần

phạm vi nghiên cứu.
Trong khuôn khổ luận văn chỉ nghiên cứu hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất
cát và không khí đã được thiết kế chế tạo trên xe chữa cháy rừng đa năng. Do
vậy đối tượng nghiên cứu của đề tài có cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các
thông số kĩ thuật như sau:
2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng
2.1.1.1. Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng

Hình 2.1. Mơ hình xe chữa cháy rừng đa năng


18

1- Hệ thống cắt cây; 2- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt cây; 3- Đĩa cưa cắt cây;
4-Khung để nâng hạ hệ thống cắt cây; 5- Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây;
6- Xe ô tô cơ sở; 7- Sàn xe; 8- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt đất; 9- Xi lanh
nâng hạ hệ thống cắt cỏ rác; 10- Khung nâng hạ hệ thống cắt đất; 11- Buồng
hút đất; 12- Hệ thống làm sạch cỏ rác; 13- Ống hút đất; 14- Ống nối để lắp
ống phun đất; 15- Vòi phun nước; 16- Thùng chứa đất; 17- Hệ thống hút đất;
18- Thùng chứa nước; 19- Súng phun nước; 20- Thanh bảo hiểm cabin; 22- Nắp
thùng nước; 23- Ống hút đất; 24- Hệ thống phun đất; 25- Bơm nước
2.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng
Hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi được lắp ở phía trước xe bằng khớp
quay, nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh thủy lực (2); đĩa cưa (3) quay được nhờ
động cơ thủy lực, chuyển động tịnh tiến ra phía trước nhờ xi lanh thủy lực và
hệ thống ổ trượt, khi cắt cây xi lanh đẩy đĩa cưa ăn vào gỗ.
Hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp ở phía sau xe bằng khớp quay,
chuyển động nâng lên hoặc hạ xuống của hệ thống được thực hiện nhờ xi lanh
thủy lực (9); chuyển động quay của hệ thống cắt cỏ được thực hiện nhờ động
cơ thủy lực. Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc cắt dạng búa.

Hệ thống cắt đất được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh (8) và được lắp ở
gầm xe; dao cắt đất của hệ thống hoạt động theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa;
buồng hút đất (11) nối với thùng chứa đất (16). Đất được dao cắt đất cắt tung
lên buồng hút và được bơm hút lên theo đường ống đi vào thùng chứa (16) và
rơi xuống ống thổi. Bơm thổi (24) thổi đất đi ra ống (14), ống (14) lại được
nối với ống phun nên đất được phun ra ống phun vào đám cháy.
Bơm nước và thùng chứa nước được lắp trên sàn xe; bơm nước hút
nước ở dưới ao hồ, sông suối vào trong thùng chứa nước. Khi chữa cháy thì
bơm nước hút nước ở trong thùng chứa đẩy ra ống bơm nước và được phun ra
từ súng phun.
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, cơ lập và khoanh vùng đám cháy, hoặc sử


19

dụng hệ thống cắt đất - hút đất và phun đất vào đám cháy để dập tắt đám cháy.
Ngoài ra, cịn có thể sử dụng hệ thống phun nước trên xe để dập lửa.
Khi sử dụng hệ thống cắt cây, hệ thống làm sạch cỏ rác hoặc hệ thống
cắt đất, hút đất và phun đất thì người điều khiển hạ hệ thống đó xuống, khi
khơng sử dụng thì điều khiển xi lanh thủy lực nâng hệ thống đó lên.
2.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt đất
2.1.2.1. Cấu tạo hệ thống cắt đất
63
62
50
61

51

59
60
58
57

52
53
54
55
56

Hình 2.2. Mơ hình cấu tạo của hệ thống cắt đất
50- Khớp nối vào xe ô tô; 51- Khung đỡ hệ thống; 52- Khớp quay; 53- Tấm bắt
khớp quay; 54- Thanh nối; 55- Động cơ thủy lực; 56- Buồng hút đất; 57Miệng nối với ống hút; 58- Giá bắt xi lanh; 59- Xi lanh thủy lực; 60- Thanh
trượt; 61- Tấm chịu lực lắp thanh trượt; 62- Xi lanh thủy lực nâng hạ hệ thống;
63- Khớp nối vào xe ô tô.
Để tạo ra một khối lượng đất nhất định cho q trình chữa cháy, chúng
tơi thiết kế hệ thống cắt đất này có thể ăn sâu xuống đất nhờ xi lanh thủy lực
(62), đồng thời có thể dịch chuyển sang trái hoặc phải nhờ có xi lanh thủy lực
(59). Toàn bộ hệ thống cắt đất trượt trên thanh trượt (60).


20

2.1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Khởi động cho động cơ thủy lực (55) hoạt động. Chuyển động quay
được truyền từ động cơ cho hệ thống, dao cắt đất chuyển động quay, quá trình
cắt đất được thực hiện theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa. Do vậy, dao cắt dự
trữ một động năng lớn, hệ thống cắt đất được hạ xuống nhờ xi lanh (62) và

khi dao cắt tiếp xúc với đất sinh ra xung lực va chạm. Mặt khác, thời gian va
chạm giữa dao cắt và đất là ngắn, cho nên xung lực va chạm 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 (57), do đó, đất đượt hút
lên ống hút và đi vào thùng chứa đất.
Ưu điểm của hệ thống cắt đất ở dạng búa là: Khi gặp phải đá, gốc cây,
rễ cây thì dao cắt tự trượt quanh trục lắp dao cắt, nên động cơ không xảy ra hiện
tượng quá tải. Mặt khác, đất sau khi được cắt nhỏ vụn và tung lên tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình hút đất. Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp cắt đất
ở dạng búa được áp dụng để tính tốn thiết kế xe chữa cháy rừng đa năng này.
Với phương pháp cắt đất ở dạng búa cho phép có thể cắt được tất cả các loại đất
ở trong các khu rừng.
2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống hút - phun đất
2.1.3.1. Cấu tạo hệ thống hút - phun đất
73
23
73

16
78

74
77
75
14

72

71

Hình 2.3. Mơ hình cấu trúc của hệ thống hút - phun đất


21

14- Mặt bích nối với ống phun đất; 16- Thùng chứa đất; 23- Ống nối bơm hút;
71-Ống hút mềm nối buồng hút đất; 72- Bơm đẩy khí áp lực cao; 73- Động cơ
thủy lực chạy bơm khí; 74- Bộ truyền đai; 75- Giá đỡ động cơ; 77- Van phân
phối đất; 78- Động cơ thủy lực làm quay van phân phối.
2.1.3.2. Nguyên lý hoạt động
Sử dụng bơm khí lốc xoắn kép để tạo ra áp lực hút, đẩy lớn. Bơm hút
được nối với thùng chứa đất; thùng chứa đất nối với buồng hút đất bằng ống
hút mềm (71). Bơm hút khí nhận mô men quay từ động cơ thủy lực (73) và
khi hoạt động bơm hút tạo ra một độ chân không nhất định ở trong thùng chứa
đất (16) và ống hút (71). Do đó, đất cát sau khi được cắt và tung lên, dướt áp
lực hút lớn ở trong ống hút làm cho đất cát đi theo ống hút vào trong thùng
chứa đất (16). Ở trong thùng chứa đất, đất được lắng xuống dưới và đi vào
van phân phối, còn khơng khí đi ra ngồi theo đường ống (23). Van phân phối
(77) có nhiệm vụ cấp đất xuống ống thổi với một lượng nhất định. Bơm thổi
khí lốc xoắn kép áp lực cao được nối với ống thổi đất, khi đất rơi xuống ống
thổi được dịng khơng khí có vận tốc và áp lực cao thổi ra ngoài qua ống (14)
và đi vào ống phun đất và phun vào đám cháy.
Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là dùng bơm khí lốc xoắn kép để
tạo ra dịng khơng khí có áp lực hút và đẩy cao để hút đất và thổi đất. Như
vậy, hệ thống có nhiệm vụ phun đất cát và khơng khí với tốc độ cao vào đám
cháy nhằm mục đích dập tắt đám cháy. Van phân phối (77) có nhiệm vụ cấp
đất đều đặn và liên tục xuống cho ống thổi, đồng thời chặn không cho khơng
khí đi lên thùng chứa đất.
2.1.4. Thơng số kỹ thuật của hệ thống cắt đất, hút đất và phun đất
Thông số kỹ thuật của hệ thống cắt đất, hút đất và phun đất trên xe

chữa cháy rừng đa năng được ghi ở bảng 2.1.


22

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật của hệ thống cắt đất, hút đất và phun đất
TT

Thông số kĩ thuật

I

Thông số kĩ thuật của hệ thống cắt đất

Đ.v tính

Giá trị

1

Đường kính đĩa thép

mm

400

2

Chiều dài dao cắt

mm

125

3

Số lượng dao cắt

con

4

4

Số lượng đĩa thép

đĩa

2

5

Số vòng quay của đĩa thép

vòng/phút

1500

6

Bề rộng của dao cắt đất

mm

50

7

Khối lượng đất cắt

kg/phút

45

II

Thông số kĩ thuật của hệ thống hút và phun đất cát

1

Vận tốc khơng khí ở miệng ống thổi

m/s

65

2

Vận tốc khơng khí ở trong ống hút

m/s

30

3

Áp suất trong ống hút

kg/cm2

0,5

4

Áp suất trong ống thổi

kg/cm2

0,5

5

Chiều dài ống thổi

m

50

6

Chiều dài ống hút

m

5

7

Lưu lượng khơng khí trong ống hút

m3/phút

85

8

Lưu lượng khơng khí trong ống thổi

m3/phút

100

9

Khối lượng đất hút

kg/phút

45

10 Khối lượng đất thổi

kg/phút

45

m

4

11 Khoảng cách đất phun xa cánh miệng ống thổi


23

2.1.5. Những vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết của hệ thống cắt đất,
hút đất và phun đất
2.1.5.1. Đối với hệ thống cắt đất
Đề tài đã lựa chọn hệ thống cắt đất ở dạng búa, cắt đất ở dạng này cho
tiêu hao công hao công suất nhỏ. Khi gặp đá, rễ cây thì động cơ vẫn khơng bị
q tải, dao cắt không bị cong hoặc hỏng (do dao cắt tự trượt quanh trục lắp
dao). Đất sau khi được cắt thì vỡ ra và bị tung lên, do vậy rất thuận lợi cho
việc hút đất vào buồng hút. Vấn đề cần giải quyết ở bài toán này là:
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt đất ở dạng búa.
- Xác định các thông số của hệ thống cắt đất như đường kính đĩa thép,
chiều dài dao cắt và vận tốc cắt để năng suất cắt là lớn nhất, tiêu hao công
suất là nhỏ nhất.
2.1.5.2. Đối với hệ thống hút và phun đất
Như đã trình bày ở phần nguyên lý hoạt động của hệ thống đó là sử
dụng khơng khí có vận tốc cao và áp lực lớn để hút đất từ buồng hút đi vào

ống hút, qua thùng chứa rồi vào van phân phối và đi ra ống thổi, cuối cùng
được quạt thổi với áp lực cao qua đường ống rồi phun vào đám cháy để dập
tắt ngọn lửa. Vấn đề cần phải giải quyết ở bài tốn này là:
- Xây dựng mơ hình tính tốn hệ thống hút và phun đất;
- Xây dựng cơ sở lý thuyết tính tốn lưu lượng, vận tốc, tổn hao đường
ống của hỗn hợp đất cát và khơng khí trong đường ống hút cũng như
trong đường ống đẩy;
- Xây dựng cơ sở lý thuyết tính tốn thùng chứa đất và van phân phối đất;
- Xác định thông số hỗn hợp của hệ thống hút và phun đất;
- Xây dựng cơ sở lý thuyết, tính tốn bơm khí để tạo ra áp lực hút và
đẩy lớn, sử dụng hệ thống hút - đẩy.
Tóm lại: Tất cả các vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết đã nêu ở
trên được tôi nghiên cứu giải quyết ở các chương tiếp theo của luận văn.