Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu khả năng di động của xe chữa cháy rừng đa năng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

Hoàng Hà

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DI ĐỘNG
CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị cơ giới hố Nơng Lâm nghiệp
Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Dương Văn Tài

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

HOÀNG HÀ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG DI ĐỘNG

CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Hà Nội, 2010



1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Rừng là nguồn tài nguyên quí giá của con người, rừng góp phần điều
hịa khí hậu, chống sói mịn đất, giữ nước cho hồ thủy điện, là nơi bảo tồn các
nguồn gen q hiếm. Đặc biệt Rừng cịn là nguồn cung cấp gỗ và lâm đặc sản
cho nền kinh tế quốc dân. Nhưng diện tích rừng ngày càng suy giảm, một
trong những nguyên nhân chính là do cháy rừng gây ra.
Trên thế giới hàng năm xảy ra hàng nghìn vụ cháy rừng làm mất hàng
triệu ha rừng, điển hình là vụ cháy rừng ở Liên bang Nga tháng 8/2010, đã
làm cháy khoảng 700.000 ha, làm ơ nhiễm khơng khí cả một vùng rộng lớn,
trong đó có thủ đơ Mátxcơva, cháy rừng gây thiệt hại rất lớn về kinh tế và môi
trường sinh thái.
Ở Việt Nam cháy rừng xảy ra thường xuyên, trung bình hàng năm có
khoảng 1000 vụ cháy gây thiệt hại khoảng 10.000 ha, làm thiệt hại hàng ngàn
tỷ đồng, gây ra tác hại lớn đến môi trường sinh thái.
Nhận thức được tầm quan trọng của cơng tác phịng cháy chữa cháy
rừng, Đảng và Nhà nước đã quan tâm đầu tư trang thiết bị, đưa ra nhiều giải
pháp nhằm hạn chế thấp nhất diện tích rừng bị cháy. Hiện nay việc chữa cháy
rừng ở Việt Nam chủ yếu bằng thủ công (dùng cành cây dập lửa) nên năng
suất và hiệu quả thấp. Một số đơn vị đã sử dụng các thiết bị nhập từ nước

ngoài về nhưng hiệu quả chữa cháy khơng cao, khơng phù hợp với địa hình
rừng 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", sau 2 năm
thực hiện, đề tài đã thiết kế chế tạo được xe chữa cháy rừng đa năng, kết quả
khảo nghiệm bước đầu cho hiệu quả chữa cháy cao, khả năng áp dụng vào


2

thực tế rất tốt. Song kết quả của đề tài cịn một số tồn tại, đó là chưa đề cập
đến phần nghiên cứu động lực học của xe, chưa đề cập đến khả năng kéo bám
của xe khi di động trên khu rừng có độ dốc.
Để có cơ sở lý thuyết cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng,
cần thiết phải nghiên cứu khả năng di động của xe trong quá trình xe hoạt
động chữa cháy rừng.
Với những lý do đã được trình bày ở trên, được sự hướng dẫn của Thầy
giáo TS. Dương Văn Tài, tôi chọn và thực hiện đề tài "Nghiên cứu khả năng
di động của xe chữa cháy rừng đa năng".
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu
nghiên cứu như sau:
Xác định được khả năng di động của xe trong q trình chữa cháy rừng
ở khu rừng có độ dốc dọc và dốc ngang, đồng thời xác định được điều kiện an
tồn của xe trong q trình hoạt động chữa cháy rừng.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu khả năng di động của xe chữa cháy rừng đa năng là một
vấn đề rộng và cần phải có thời gian dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội
dung nghiên cứu sau đây:

- Thiết bị nghiên cứu: Luận văn khơng nghiên cứu tất cả các q trình
động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng, mà chỉ tập trung nghiên cứu
phục vụ cho việc sử dụng xe đó là : Nghiên cứu khả năng di động của xe trên
khu rừng đó độ dốc dọc và dốc ngang, nghiên cứu ổn định của xe khi hoạt
động chữa cháy rừng, nghiên cứu chế độ sử dụng của xe chữa cháy rừng.
- Đối tượng hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng: Luận văn không
nghiên cứu tất cả các loại địa hình rừng mà xe chữa cháy đa năng có thể hoạt
động, mà chỉ tập trung nghiên cứu một số địa hình đặc trưng có diện tích rừng
lớn, nguy cơ cháy rừng cao, đó là một số địa hình ở khu vực Tây Nguyên.


3

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 tập trung giải quyết những nội dung sau:
a. Nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Xây dựng mơ hình tính tốn toạ độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng
đa năng.
- Thiết lập cơng thức tính tốn toạ độ trọng tâm của xe chữa cháy rừng
đa năng.
- Xây dựng mơ hình tính toán khả năng di động của xe ở trong khu
rừng có độ dốc dọc.
- Thiết lập cơng thức tính tốn khả năng kéo bám của xe khi di chuyển
trên độ dốc dọc.
- Xây dựng mơ hình tính tốn khả năng di động của xe trong khu rừng
có độ dốc ngang.
- Thiết lập cơng thức tính tốn khả năng di động của xe trên đường có
độ dốc ngang.

- Khảo sát khả năng chuyển động của xe khi hoạt động chữa cháy rừng.
- Xác định điều kiện hoạt động an toàn của xe khi hoạt động chữa
cháy rừng.
b. Nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý
thuyết và xác định toạ độ trọng tâm của xe, xác định được độ dốc dọc, dốc
ngang mà xe có khả năng di động được. Từ kết quả đó làm cơ sở cho việc xác
định điều kiện hoạt động an toàn của xe cũng như chế độ sử dụng hợp lý của
xe chữa cháy đa năng. Do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các
vấn đề sau:


4

- Xác định thơng số hình học của xe chữa cháy rừng đa năng để phục
vụ cho việc xác định toạ độ trọng tâm của xe.
- Xác định trọng lượng của toàn bộ xe, trọng lượng đặt lên cầu trước và
cầu sau của xe để phục vụ cho việc xác định toạ độ trọng tâm của xe cũng như
xác định khả năng kéo bám của xe.
- Xác định toạ độ trọng tâm của xe bằng thực nghiệm để phục vụ cho
tính ổn định của xe.
- Xác định khả năng ổn định tĩnh (ổn định ngang) của xe, để kiểm
nghiệm kết quả tính theo lý thuyết.
- Xác định khả năng di động của xe trên khu rừng có độ dốc dọc để
kiểm nghiệm kết quả tính theo lý thuyết, đồng thời từ đó xác định được chế
độ sử dụng an tồn của xe.
- Xác định khả năng di động của xe trong khu rừng có độ dốc ngang
khi tham gia chữa cháy rừng, để làm cơ sở xác định chế độ sử dụng an
toàn cho xe.

5

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình cháy rừng ở Việt Nam
Việt Nam hiện có trên 12,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng là
38,8%), với 10,8 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng. Trong
những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy
giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo
kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng dễ
xảy ra cháy, hiện nay Việt Nam 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…, cùng với diện tích rừng dễ xảy ra
cháy rừng hàng năm, thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và
càng khó lường ở Việt Nam đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng và cháy
lớn ngày càng nghiêm trọng.
Trong vài thập kỷ qua, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục
ngàn ha rừng, trong đó mất do cháy rừng khoảng 16.000 ha. Theo số liệu
thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong
vòng 40 năm qua (1963 - 2002) của Cục Kiểm lâm thì 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. Thiệt hại ước
tính mất hàng ngàn tỷ đồng, đó là chưa kể đến những ảnh hưởng xấu về môi
trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt ở vùng hạ lưu mà chúng
ta chưa xác định được và làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan,
tác động xấu đến an ninh quốc phịng…. Ngồi ra cịn gây thiệt hại đến tính
mạng và tài sản của con người.
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:

6

Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02
người chết; tại Quảng Ninh từ năm 1962 - 1983, diện tích rừng Thơng bị
cháy là 15.800 ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, gây thất thu hàng ngàn tấn
nhựa thông và một số kho tàng bị cháy; ở tỉnh Lâm Đồng từ năm 1981 1994 cháy 43.238 ha rừng Thông và một số rừng trồng khác; ở tỉnh Cà
Mau và Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy trong 4 năm (1976 1980) là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3 gỗ, củi và nhiều loại cơn trùng,
động vật cư trú tại đó, đồng thời cháy cả lớp than bùn từ 0,8 đến 1,2 m
gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, đặc biệt năm 1998 Kiên Giang bị cháy
4.262 ha rừng, tổn thất trên 20 tỷ đồng; ở tỉnh Thừa Thiên Huế, mùa khô
năm 1991, do dùng lửa thiếu ý thức đã làm cháy hơn 300 ha rừng Thông,
trong thời gian rất ngắn đã thiêu huỷ cả khu rừng gây trồng hơn 10 năm
tuổi; các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Lâm Đồng là những tỉnh bị
cháy rừng khá lớn, chỉ tính riêng từ năm 1992 - 2000, bốn tỉnh đó xảy ra
1.825 vụ cháy rừng, gây thiệt hại trên 13.290 ha rừng kinh tế.
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 chaý rừng U Minh là 5.415 ha,
giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng (theo giá thị trường tại
U Minh khoảng 500.000đ/m3), chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa
cháy và chi phí để phục hồi rừng của nhà nước. Ngày 27/3/2006, tại Mù
Cang Chải (Yên Bái), cháy 21,5 ha rừng trồng, thiệt hại 100%. Ngày
17/3/2006 tại ban quản lý rừng đặc dụng Thanh Thuỷ (Hà Giang) cháy
25,1 ha rừng tự nhiên, thiệt hại 100%. Đặc biệt từ tháng 1 đến tháng 4 năm
2002, vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng (Kiên Giang)
làm thiệt hại 2.715 ha và U Minh Hạ (Cà Mau) làm thiệt hại 2.703 ha, chưa

7

kể đến những tổn thất về tài nguyên, môi trường, chỉ tính riêng cho cơng
tác chữa cháy đó lên tới 7 - 8 tỷ đồng.
Hiện nay, nạn cháy rừng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng đối với mọi
quốc gia trên thế giới, đặc biệt những nước có diện tích rừng lớn. Vì vậy, hạn
chế nạn cháy rừng và bảo vệ môi trường sống của cả nhân loại là nhiệm vụ cấp
bách không phải chỉ của một quốc gia nào mà của tồn thế giới.
1.2. Tình hình nghiên cứu xe chữa cháy rừng trên thế giới
Cháy rừng là thảm họa thiên nhiên, do vậy hầu hết các quốc gia trên thế
giới đều quan tâm đến công tác nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy
rừng. Đối với một số nước phát triển như Mỹ, Canađa, Đức, hướng nghiên cứu
chính là những thiết bị hiện đại như máy bay chữa cháy. Theo tài liệu [55], [56],
[57], ở các nước phát triển có điều kiện về kinh tế thì thiết bị chữa cháy rừng chủ
yếu là sử dụng máy bay phun hố chất để dập tắt đám cháy (hình 1.1).

Hình 1.1. Máy bay chữa cháy rừng
Ngoài sử dụng máy bay chữa cháy rừng, một số nước như Nga, Mỹ còn
nghiên cứu sử dụng xe chữa cháy rừng. Theo tại liệu [36], [37],, [42], [44] , ở
Mỹ đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng chuyên dùng
"Pzoteus", thiết bị này có thể di chuyển được ở trên địa hình có độ dốc ≤ 150,
hệ thống di chuyển bằng xích nên tính ổn định cao, kết quả nghiên cứu đã xác


8

định được khả năng di động của thiết bị trên đường dốc, song tài liệu chưa đề
cập đến khả năng di động của thiết bị bánh lốp. Xe xích chuyên dụng chữa
cháy rừng của Mỹ được thể hiện trên hình 1.2.

Hình 1.2. Xe xích chữa cháy rừng
Theo các tài liệu [45], [46], [52]. Trung Quốc, Thái Lan đã nghiên cứu
và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng với nguồn động lực là máy kéo bánh
bơm, kết quả nghiên cứu đã xác định được khả năng kéo bám của xe, khả
năng di động của xe trên độ dốc dọc là ≤ 170. Máy kéo chuyên dụng chữa
cháy rừng của Trung Quốc được thể hiện ở hình 1.3.

Hình 1.3. Máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Trung Quốc


9

Theo tài liệu [ 37], [57], [58], Ailen đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng
xe ô tô chữa cháy rừng với hệ thống ủi cây ở phía trước, kết quả nghiên cứu
cho thấy xe có thể di động được trên đường với độ dốc dọc ≤ 130, độ dốc
ngang 30.
Một số nước như: Mỹ, Nga, Thái Lan, Trung Quốc đã có nhiều cơng
trình nghiên cứu về các thiết bị làm băng cách ly đám cháy, nguồn động lực
chủ yếu là máy kéo bánh xích, máy ủi, máy cày, [48], [49], [54], [58], kết quả
nghiên cứu cho thấy đã xây dựng được cơ sở lý thuyết tính tốn q trình tạo
băng cách ly đám cháy.
Tác giả David Cebon là người có nhiều cơng trình nghiên cứu đánh giá
động lực học của ôtô trên đường cũng như ảnh hưởng của động lực học đến
sự phá huỷ đường.
Tóm lại: Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về động lực
học của xe ôtô chữa cháy. Động lực học về các máy kéo chun dụng chữa
cháy rừng. Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu trên thế giới chỉ chú trọng
vào những nội dung chính bao gồm:
- Các mơ hình dao động của ơ tơ chạy trên đường.

- Các nguồn kích thích dao động.
- Các yếu tố ảnh hưởng của động lực học hạn chế hư hỏng trên đường.
- Rất ít cơng trình nghiên cứu về động lực học của xe ơ tơ khi hoạt
động trong rừng.
1.3. Tình hình nghiên cứu động lực học của xe ôtô ở Việt Nam
Nghiên cứu động lực học của xe ôtô đã được nhiều tác giả trong nước
quan tâm nghiên cứu và đã đạt được những thành tựu nhất định góp phần vào
việc hồn thiện thiết kế và chế độ sử dụng cho ngành Công nghiệp chế tạo xe
ôtô ở nước ta.
Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [7], "Nghiên cứu ảnh
hưởng của dao động lên khung xương ô tô khi chuyển động trên đường", công


10

trình đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của đường, xác định hàm ngoại lực
tác động lên xe cho bài tốn tính bền khung xe.
Luận án tiến sỹ của tác giả Trần Minh Sơn [25], "Nghiên cứu khả năng
chịu tải của khung xương xe ca tự đóng dưới tác dụng của tải trọng mặt
đường ngẫu nhiên ở Việt Nam", tác giả đã tập trung giải quyết được độ bền
của khung vỏ xe khi chuyển động trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên bằng
phần tử hữu hạn.
Tác giả Lưu Văn Tuấn [35] “Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình, trên
cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động”, đã nghiên
cứu tính đàn hồi giữa khung xe và vỏ xe ca, đã đưa ra giải pháp chống rung
cho khung và vỏ xe khi hoạt động trên đường.
Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Văn Trà [33] "Nghiên cứu ứng
dụng hệ thống treo bán tích cực ở sơ đồ 1/4 để nâng cao độ êm dịu chuyển
động của ô tô", tác giả đã sử dụng lý thuyết điều khiển để thay đổi thông số
của hệ thống treo, để nâng cao độ êm dịu của xe khi chuyển động trên đường.

Luận án tiến sỹ "Thiết lập mơ hình khảo sát dao động ơtơ vận tải nhiều
cầu" của tác giả Võ Văn Hường [8], tác giả đã nghiên cứu về dao động, lựa
chọn tham số áp lực đường để đánh giá lực động của xe xuống mặt đường.
Luận án tiến sỹ của tác giả Đặng Tiến Hoà [11] "Nghiên cứu một số
vấn đề động lực học của liên hợp máy kéo cỡ nhỏ hai bánh”. Tác giả đã khảo
sát các chế độ động lực học của liên hợp máy kéo nhỏ trong tính tốn mơ hình
tải trọng bậc, tải trọng điều hoà, xác định vùng cộng hưởng có thể của hệ
truyền lực, khảo sát q trình khởi hành và sang số, khảo sát ảnh hưởng của
tải trọng kéo và lực cản cày.
Cơng trình nghiên cứu của tác giả Phạm Văn Lang và Nguyễn Huy Mỹ
[17] đã sử dụng phương pháp động lực học để xác định các thông số đầu ra
đối với liên hợp máy trong quá trình sử dụng, xác định đặc trưng động lực học
của máy nông nghiệp để chọn chế độ sử dụng hợp lý.


11

Tóm lại: Nghiên cứu dao động, động lực học của xe ô tô và máy kéo ở
Việt Nam đã được nhiều tác giả quan tâm và đã có kết quả nhất định, song
việc nghiên cứu dao động và động lực học của xe ô tô chủ yếu là nghiên cứu
động lực của xe khi di chuyển trên đường giao thông, chưa có cơng trình
nghiên cứu động lực học của xe ô tô khi di chuyển ở trong khu rừng.
1.4. Tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam
Nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng nói chung và nghiên cứu xe chữa
cháy rừng nói riêng ở Việt Nam còn rất hạn chế. Hầu hết các nghiên cứu về
cháy rừng chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các giải pháp phịng chống cháy,
một số cơng trình nghiên cứu về thiết bị chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế chế
tạo và khảo nghiệm, chưa tập trung nghiên cứu sâu về động lực học.
Năm 1985, Cục Kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước mã số
04.01.01.07 [14] về các giải pháp phòng và chữa cháy rừng Thông và rừng

Tràm, kết quả của đề tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng,
chưa đề cập đến thiết bị chữa cháy rừng.
Luận án tiến sỹ của tác giả Phan Thanh Ngọ [24], " Nghiên cứu một số
biện pháp phịng cháy, chữa cháy rừng Thơng ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam",
tác giả đã đề xuất được thiết bị chữa cháy rừng đó là bình bơm nước đeo vai.
Luận văn thạc sỹ của tác giả Lê Đình Thơm [31], "Nghiên cứu hiệu quả
dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy rừng trồng ở tỉnh Quảng
Trị", tác giả đã xác định được hiệu quả chữa cháy rừng của một số loại dụng
cụ chữa cháy rừng thủ công như: Vỉ dập lửa, bàn dập, cành cây dập lửa.
Đề tài cấp nhà nước của tác giả Vương Văn Quỳnh [25], "Nghiên cứu
xây dựng các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho
vùng U Minh và Tây Nguyên", tác giả đã đưa ra được một số giải pháp nhằm
khắc phục cháy rừng tràm năm 2002, chưa đề cập đến thiết bị chữa cháy rừng.
Đề tài cấp Bộ của tác giả Dương Văn Tài [29], "Nghiên cứu khảo
nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, khơng khí và


12

nước ở dạng sương", kết quả của đề tài là đã cải tiến được một số thiết bị
chữa cháy rừng cầm tay đó là máy thổi gió và máy phun đất cát và khơng khí
để dập tắt đám cháy.
Tác giả Nguyễn Nhật Chiêu trong chuyên đề nghiên cứu cấp Nhà nước
[3], "Tính tốn dao động và thiết kế hệ thống ổn định của xe chữa cháy rừng
đa năng”, kết quả của chun đề đã xây dựng được mơ hình tính tốn dao
động của xe chữa cháy rừng đa năng, tính toán ổn định tĩnh của xe ở một số
trường hợp, song việc tính tốn chưa đầy đủ và tồn diện.
Đề tài cấp Nhà nước [30], " Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo
các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng" của tác giả Dương Văn Tài, đã
nghiên cứu, thiết kế chế tạo và khảo nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng. Đề

tài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu mơ hình, kết cấu của xe, thiết kế các hệ
thống trên xe chữa cháy rừng đa năng, đề tài chưa đề cập đến động lực học
của xe, chưa nghiên cứu toàn diện và đầy đủ động lực học của xe khi tham gia
chữa cháy rừng.
Tóm lại: Việc nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam
còn hạn chế, đặc biệt các cơng trình nghiên cứu về xe chữa cháy rừng có
rất ít. Đề tài 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, đã thiết kế
chế tạo được xe chữa cháy rừng đa năng, song đề tài chưa đề cập nghiên
cứu động lực học của xe.
1.5. Kết luận chương 1
Từ những trình bày ở trên có thể đi đến một số kết luận sau:
1. Việt Nam có nguồn tài nguyên rừng rất phong phú, diện tích khoảng
10 triệu ha, khí hậu nhiệt đới 2 mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài, cùng với biến đổi
khí hậu ngày càng khắc nghiệt nên nguy cơ xảy ra cháy rừng rất cao. Do vậy
cần phải đầu tư nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chủ động trong việc chữa
cháy rừng.


13

2. Việc chữa cháy rừng hiện nay chủ yếu là vẫn bằng thủ công, một số
nơi đã sử dụng một số thiết bị cơ giới nhưng hiệu quả chữa cháy thấp, khơng
phù hợp với địa hình.
3. Trên thế giới có nhiều cơng trình nghiên cứu về các thiết bị chữa
cháy và đã đạt được nhiều thành tựu, góp phần tạo ra các thiết bị chuyên dụng
chữa cháy rừng như thiết bị Proteus của Mỹ, xe ôtô chuyên dụng chữa cháy
rừng của Ailen, máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Trung Quốc và
Thái Lan.
4. Ở Việt Nam đã có một số cơng trình nghiên cứu về động lực học và

dao động của ơtơ, các cơng trình này chủ yếu nghiên cứu động lực học của xe
ô tô trên đường, chưa có cơng trình nào nghiên cứu động lực học của xe ô tô
di động ở trong khu rừng.
5. Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng nói chung và
xe chữa cháy rừng nói riêng cịn hạn chế. Đã có cơng trình nghiên cứu thiết kế
chế tạo ra xe chữa cháy rừng đa năng, nhưng chưa đề cập đến động lực học
của xe.
Để có cơ sở lý thuyết cho q trình tính tốn hồn thiện xe chữa cháy
rừng đa năng, đồng thời là cơ sở khoa học cho việc xác định chế độ sử dụng
hợp lý, hiệu quả và an toàn khi sử dụng xe chữa cháy rừng đa năng trong thực
tế chữa cháy rừng thì việc thực hiện đề tài " Nghiên cứu khả năng di động
của xe chữa cháy rừng đa năng" mà luận văn lựa chọn là cần thiết.


14

Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Như đã trình bày ở Chương 1 xe chữa cháy rừng đa năng mà luận văn
nghiên cứu đã được đề tài cấp Nhà nước mã số KC07.13/06-10 thiết kế chế
tạo và đã được thử nghiệm trong thực tiễn. Đối tượng chữa cháy của xe là một
số khu rừng ở khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ, những khu rừng này có
địa hình độ dốc  200, khơng có đường. Do vậy đối tượng nghiên cứu của
luận văn bao gồm có thiết bị nghiên cứu là xe chữa cháy rừng đa năng đã
được đề tài KC07.13/06-10 thiết kế chế tạo và đối tượng mà xe chữa cháy
hoạt động có là một số khu rừng đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên.
2.1.1. Đối tượng của xe chữa cháy hoạt động
Xe chữa cháy rừng đa năng được nghiên cứu thiết kế để chữa những
đám cháy ở những nơi có điều kiện địa hình thuận lợi, độ dốc  200 , những

nơi khơng có nguồn nước và những nơi khơng có đường giao thông.
Khi hoạt động chữa cháy rừng xe chữa cháy phải di động ở khu vực
rừng khơng có đường, có nhiều vật cản như thực bì, cỏ rác, thảm mục, cây
cối, các hố nhỏ, rãnh, khe, sau đây chúng ta xem xét đặc điểm địa hình, rừng
nơi xe chữa cháy hoạt động.
2.1.1.1. Đặc điểm về độ dốc địa hình rừng nơi xe chữa cháy rừng đa năng
hoạt động
Căn cứ vào kết quả điều tra khảo sát ở khu vực Tây Ngun chúng tơi
đưa ra địa hình đặc trưng để nghiên cứu như sau:
- Địa hình tương đối bằng, độ dốc  100. Đây là địa hình thuận lợi cho
xe chữa cháy rừng hoạt động, với địa hình này xe chữa cháy rừng đa năng do
đề tài cấp Nhà nước thiết kế chế tạo hồn tồn có thể di chuyển được, mặt
khác loại địa hình này diện tích rừng có nguy cơ cháy khơng nhiều, nên loại
địa hình này khơng phải là địa hình đặc trưng để nghiên cứu.


15

- Địa hình có độ dốc từ 10 - 200: Đây là loại địa hình đặc trưng nhất ở khu
vực Tây Nguyên. Các khu rừng có nguy cơ cháy cao chủ yếu ở độ dốc 10 - 200,
theo kết quả điều tra khảo sát diện tích rừng ở độ dốc từ 10 - 200 chiếm 80%
diện tích rừng có nguy cơ bị cháy và thường xuyên cháy, do vậy chúng tôi chọn
độ dốc khu rừng đặc trưng để nghiên cứu là từ 10 - 200.
2.1.1.2. Đặc điểm về trạng thái bề mặt đất rừng
Đất ở khu vực Tây Nguyên chủ yếu là đất đỏ bazan, về mùa khô độ
cứng loại trung bình, khi gặp mưa thì độ cứng của đất rất thấp. Đối với chữa
cháy rừng chủ yếu vào mùa khô nên mặt đất cứng đảm bảo cho xe hoạt động
khơng bị trơn trượt.
Trên bề mặt mặt đất cịn có cỏ rác đã khơ (cịn gọi là thực bì), thực bì ở
khu vực Tây Nguyên chủ yếu là cỏ mỹ, cỏ tranh, cành khơ, lá khơ, lớp thảm

mục ít, những loại thực bì này là vật liệu cháy khi cháy rừng xảy ra, đồng thời
là vật cản khi xe hoạt động trong rừng. Khi nghiên cứu tính tốn hệ số bám
của bánh xe với mặt đất rừng chúng ta phải tính đến vật liệu này.
Trên bề mặt đất rừng ngồi vật liệu cháy đã nêu ở trên cịn có cây gỗ đổ
ngang, gốc cây, mô đá, đống mối, đây là những vật cản làm ảnh hưởng đến
khả năng di động của xe trên đường ở trong khu rừng.
Một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng di động của xe trong khu
rừng đó là trạng thái lồi lõm của bề mặt đất rừng. Kết quả điều tra khảo sát
trạng thái bề mặt đất rừng ở một số khu vực rừng Tây Nguyên cho thấy đối
với rừng trồng thì trạng thái lồi lõm bề mặt đất nhỏ hơn đối với rừng tự nhiên.
Trạng thái lồi lõm này được đặc trưng bởi sự mấp mô mặt đất rừng, biên độ
mấp mô từ 0,2 đến 0,4m.
Một yếu tố có ảnh hưởng đến khả năng di động của xe đó là các rãnh,
các khe do nước chảy tạo ra, các rãnh các khe thường nằm ở ngồi lơ, kết quả
khảo sát các rãnh có chỗ sâu trung bình 0,4m, và chiều rộng 1 - 2m.


16

Tóm lại: Đặc điểm về trạng thái bề mặt đất rừng rất phức tạp khó xác
định chính xác, trong q trình tính tốn chúng tơi chỉ lấy ở một giá trị trung
bình đặc trưng, khơng có điều kiện nghiên cứu tất cả các trạng thái, các điều
kiện có trong thực tế.

Hình 2.1. Thực bì rừng ở khu vực Tây Nguyên
2.1.1.3. Đặc điểm về loại cây rừng nơi xe chữa cháy hoạt động
Xe chữa cháy rừng đa năng có nhiệm vụ chặt hạ cây để tạo ra đường
băng trắng cách ly khoanh vùng, cô lập đám cháy, do vậy loại cây, mật độ
cây, đường kính cây cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng di động của xe
trong khu rừng. Trong quá trình chữa cháy rừng, để tạo băng cách ly thì xe

vừa di chuyển, vừa cắt cây, đẩy cây và vừa phải phay cỏ rác ở phía sau, nên
đường kính cây, mật độ cây trong khu rừng làm ảnh hưởng đến tốc độ di động
của xe khi làm băng trắng cách ly khoanh vùng, cô lập đám cháy.


17

Đối với mỗi khu rừng khác nhau có mật độ cây khác nhau, lồi cây
khác nhau, trong q trình tính tốn chúng tơi lấy ở một giá trị lớn nhất để
tính, nếu thoả mãn được giá trị lớn thì giá trị nhỏ cũng thoả mãn.
Đối với khu vực Tây Nguyên và Đơng Nam bộ thì loại rừng thường
xảy ra cháy nhất là rừng trồng từ 1 - 4 tuổi, loài cây chủ yếu là keo, đường
kính cây lớn nhất để tính tốn là 20cm, mật độ cây là 1500cây/ha, khu rừng
nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.2.

Hình 2.2. Khu rừng nghiên cứu
Tóm lại: Đối tượng rừng để cho xe chữa cháy rừng đa năng hoạt động
là rất phức tạp, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng di động của xe trong
khu rừng, những yếu tố này luôn thay đổi khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí của
khu rừng, loại rừng, loại thực bì rừng. Do thời gian có hạn nên đề tài không
nghiên cứu tất cả các giá trị làm ảnh hưởng đến khả năng di động của xe, mà
chỉ nghiên cứu các giá trị trung bình đặc trưng nhất. Trong q trình tính tốn
chúng tơi lấy ở một giá trị đặc trưng nhất.


18

2.1.2. Thiết bị nghiên cứu
2.1.2.1. Cấu tạo của thiết bị nghiên cứu
Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng do đề tài KC07.13/06-10 được

thể hiện trên hình 2.3.

Hình 2.3. Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng
1- Hệ thống cắt cây; 2- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt cây; 3- Đĩa cưa cắt cây;
4-Khung để nâng hạ hệ thống cắt cây; 5- Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây; 6Xe 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; 22Nắp thùng nước; 23- Ống hút đất; 24- Hệ thống phun đất; 25- Bơm nước.


19

2.1.2.2. 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, 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. Ngồi 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.


20

2.1.2.3. Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng
Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng được thể hiện ở bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của xe chữa cháy rừng đa năng
Thông số

TT

Đơn vị tính

Giá trị

1

Loại xe URAL 4320

2

Cơng suất động cơ

KW

132

3

Mơmen xoắn cực đại

N.m

667

4

Vận tốc động cơ

Vòng/phút

2100

5

Số cầu chủ động

Cầu

3

6

Hộp số chính

Cấp

5

7

Hộp số phụ

Cấp

2

- Tỷ số truyền cấp nhanh

Tỷ số truyền

1,3

- Tỷ số truyền cấp chậm

Tỷ số truyền

2,15

8

Chiều dài xe

m

8

9

Chiều rộng xe

m

2,5

10 Chiều cao xe

m

2,5

11 Trọng lượng xe không tải

Kg

12.100

12 Trọng lượng xe có nước

Kg

17.200

13 Góc vát phía trước

Độ

280

14 Góc vát phía sau

Độ

250

km/h

40

16 Khối lượng nước chứa trên xe

m3

5,1

17 Khoảng cách từ trục trước đến cầu cân bằng

m

4,25

15 Vận tốc chạy trên đường lâm nghiệp

Tóm lại: Thiết bị nghiên cứu của luận văn là xe chữa cháy rừng đa
năng mới được chế tạo lần đầu tiên ở Việt Nam, xe ôtô cơ sở để chế tạo là
loại xe Ural 4320, đây là loại xe dùng trong quân sự, loại xe này có sức vượt


21

lớn, 3 cầu chủ động, tính ổn định cao, sau khi đã được lắp ráp các hệ thống
chữa cháy rừng trên đó làm cho trọng tâm xe thay đổi, tải trọng xe thay đổi và
các lực tác dụng lên xe thay đổi so với thiết kế ban đầu của xe, từ đó khả năng
vượt dốc, khả năng ổn định của xe thay đổi, do vậy cần phải nghiên cứu khả
năng di động và ổn định của xe khi hoạt động chữa cháy trong rừng, từ đó
làm cơ sở cho việc sử dụng xe hiệu quả và an toàn.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong luận văn là áp dụng
phương pháp nghiên cứu của lý thuyết ôtô máy kéo, động lực học máy. Nội
dung của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:
Từ q trình làm việc của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động
chữa cháy rừng, thiết lập sơ đồ tính tốn toạ độ trọng tâm của xe, sơ đồ tính
tốn các lực tác dụng lên xe khi chuyển động trong khu rừng có độ dốc, vận
dụng lý thuyết toán học, cơ học thiết lập phương trình chuyển động của xe
trong quá trình hoạt động ở trong khu rừng, khảo sát sự phụ thuộc của các đại
lượng nghiên cứu vào các thông số ảnh hưởng đến khả năng di động và ổn
định của xe, từ đó rút ra các kết luận cần thiết. Nội dung của phương pháp này
được trình bày trong các tài liệu [1], [4], [6] [9], [16], [19], [26] .

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong luận văn được thực hiện
theo phương pháp đo độ dốc của địa hình, trong đo đạc cơng trình đường giao
thơng bằng máy kinh vĩ thuỷ bình và địa bàn 3 chân. Phương pháp xác định
toạ độ trọng tâm bằng việc xác định tải trọng tác dụng lên cầu trước khi xe ở
độ dốc dọc nhất định. Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý kết quả
thí nghiệm được trình bày trong các tài liệu [2], [3], [10],[12].
Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định khả năng di động của
xe trên dộ dốc cũng như khả năng ổn định ngang của xe khi đi vào đường


22

vịng được tiến hành theo phương pháp thống kê tốn học và phương pháp
khảo nghiệm ôtô máy kéo, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng
như xử lý số liệu thí nghiệm đựơc trình bày trong các tài liệu [5], [12],
[16], [17]. Do vậy ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận đó
vào các bài toán cụ thể.
Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày
cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung của
luận văn.