Luận văn Thạc sĩ Khoa học Kỹ thuật: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống làm băng cách ly đám cháy trên xe chữa cháy rừng đa năng

Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Tr-ờng đại học lâm nghiệp
=====***=====

NGUYN TH SN

NGHIấN CU MT S YU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ
THỐNG LÀM BĂNG CÁCH LY ĐÁM CHY TRấN XE
CHA CHY RNG A NNG

Luận văn thạc sỹ khoa häc Kü thuËt

HÀ NỘI – 2011


Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và pTNT

Tr-ờng đại học lâm nghiệp
=====***=====

NGUYN TH SN

NGHIấN CU MT S YU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ
THỐNG LÀM BĂNG CÁCH LY ĐÁM CHY TRấN XE
CHA CHY RNG A NNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ gới hóa Nông lâm nghiệp

MÃ số: 60.52.14

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học
TS. D-ơng văn tài

H NI – 2011


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 12,6 triệu ha rừng, trong đó có khoảng gần 3 triệu ha rừng
đặc dụng, rừng phòng hộ và khoảng 2 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 cháy rừng gây ra.
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,
làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái.
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 dẫn đến năng suất và hiệu quả dập
lửa thấp, tốn nhiều công sức. Một số đơn vị đã sử dụng một số thiết bị chữa
cháy như máy bơm nước, xe ô tô chữa cháy rừng , 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


2

nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng, trên xe sử dụng nhiều công nghệ và kỹ
thuật chữa cháy rừng, trong đó có cơng nghệ làm băng cách ly khoanh vùng
cơ lập đám cháy rất có hiệu quả.
Cơng nghệ làm băng cách ly khoanh vùng cô lập 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 nguyên lý, tính tốn tối ưu các thơng số của hệ thống.
Để có cơ sở lý thuyết cho việc hồn thiện hệ thống làm băng cách ly đám
cháy trên xe chữa cháy rừng đa năng cần phải nghiên cứu sâu về ngun lý, các
thơng số động lực học...để từ đó xác định các thông số tối ưu của hệ thống. Với
lý do đã trình bày ở trên, tơi đi đến chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống làm băng cách ly đám
cháy trên xe chữa cháy rừng đa năng”
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống làm băng cách ly đám
cháy, 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 làm băng cách ly đám cháy trên xe chữa cháy
rừng đa năng, đây là vấn đề rộng và cần có thời gian dài. Trong phạm vi đề tài
này tôi chỉ tập trung nghiên cứu:
- Nghiên cứu phần nguyên lý hoạt động của hệ thống làm băng cách ly
đám cháy ; không nghiên cứu phần dao động, dung động của hệ thống.
- Thiết bị nghiên cứu của đề tài là hệ thống làm băng cách ly đám cháy
của xe chữa cháy rừng đa năng mà đề tài cấp nhà nước KC07.13/06-10 đã


3

thiết kế chế tạo, không nghiên cứu tất cả các phương án làm băng cách ly đám
cháy 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:
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:
- Xây dựng mơ hình tính tốn hệ thống làm băng cách ly đám cháy để
chữa cháy rừng;
- Thiết lập công thức tính tốn lực cắt của hệ thống làm băng cách ly
đám cháy;
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt cỏ rác của hệ thống làm băng
cách ly đám cháy ;
- Thiết lập cơng thức tính cơng 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, đồng thời xác định các thông số tối ưu của hệ thống làm băng cách ly
đám cháy. Do vậy, nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:
- Xác định năng suất của hệ thống băng cách ly đám cháy;
- Xác định đường kính trống dao;
- Xác định chiều dài dao cắt;
- Xác định khối lượng dao cắt;
- Xác định góc cắt của dao cắt.


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
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 cịn 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:


5

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, vỡ 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, [6].
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 (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 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%, [7].
Cuối năm 2009 đầu năm 2010 với thời tiết nắng nóng bất thường, có
thời kỳ cao điểm trong một ngày có hàng trăm vụ cháy rừng sẩy ra ở cả ba


6

Miền trong cả nước. Để tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam chúng tôi
thống kê như ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 2000 - 2009
Tổng số

Cháy rừng

Cháy rừng

Tổng cháy rừng

vụ cháy

TN (ha)

trồng (ha)

(ha)

2000

1.816

4.248

4.320

10.384

2

2001

2.887

5.568

5.821

3

2002

2.412

7.012

4.721

4

2003

2.334

7.805

7.356

5

2004

2.680

4.125

2.104

6

2005

1.379

6.670

8.316

7

2006

890

1.023

1.437

8

2007

589

845

849

9

2008

1.358

1.359

2.983

10

2009

2.380

3.428

12.457

18.725

42.083

50.364

TT

Năm

1

T ổng

Ghi chú

14.276
14.145
17.495

8.909
16.365
3.350
2.283
5.700
18.265
111.172

Từ bảng số liệu (1.1) ta có thể thấy trung bình mỗi năm ở Việt Nam
xảy ra hàng nghàn vụ cháy rừng, gây thiệt hại khơng nhỏ cho rừng tự nhiên và
trồng.
1.1.2. Tình hình cháy rừng trên thế giới
- 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;
- Ở Mỹ: Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha;
- 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;
- Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại 155.000
ha


7

- Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha;
- Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng 3 triệu ha rừng đã bị cháy.
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 tồn nhân
loại để bảo vệ cuộc sống của chính mình.
Tóm lại: Do biến đổi khí hậu tồn cầu nên thời tiết ngày càng thay đổi

bất thường, dẫn đến cháy rừng ngày càng diễn biến phức tạp, nguy cơ cháy
rừng ngày càng cao, số vụ và diện tích do cháy rừng gây ra khơng được kiềm
chế, do vậy cơng việc phịng và chữa cháy rừng cần phải được quan tâm đặc
biệt của chính phủ, các địa phương, các ngành và các nhà khoa học để hạn
chế thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra.
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới
Cháy rừng là một thảm häa thiên nhiên mà bất cứ quốc gia nào trên thế
giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật
phòng chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm
hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra.
Đặc điểm của cháy rừng là xảy ra trên một diện tích rộng lớn, điều kiện
địa hình phức tạp, xa nguồn nước, tốc độ lan tràn của ngọn lửa lớn, do vậy
việc chữa cháy rừng có đặc điểm riêng khác với chữa cháy dân dụng và công
nghiệp. Việc áp dụng các thiết bị chữa cháy công nghiệp và dân dụng vào
chữa cháy rừng là không có hiệu quả và khơng phù hợp [36], [37].
Có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ chữa cháy rừng trên thế
giới, theo các cơng trình [36], [43], căn cứ vào đặc điểm của vật liệu cháy
trong rừng người ta chia cháy rừng thành 3 loại: Cháy trên mặt đất (cháy thảm
cỏ cây bụi, lá khô), cháy trên tán cây (cháy dây leo, cành lá trên cây), cháy
ngầm (cháy lớp tham bùn). Với mỗi một loại cháy rừng, mỗi một loại địa hình


8

thì có các cơng nghệ và thiết bị chữa cháy cho phù hợp.
Theo tài liệu [6],[27],[28], [240], hiện nay các nước trên thế giới đang
sử dụng công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp và gián tiếp như sau:
 Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp:
- Ngăn không cho ôxy tiếp xúc với vật cháy, kỹ thuật sử dụng phương
pháp này là dùng hố chất (bọt khí CO2), dùng đất cát phủ lên vật cháy,

phương pháp này thích hợp ở giai đoạn đầu của quá trình cháy.
- Hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy, kỹ thuật sử dụng là
dùng nước, khơng khí thu nhiệt của đám cháy để hạ nhiệt độ của đám cháy
xuống dưới điểm cháy thì đám cháy bị dập tắt.
 Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp
Cách ly vật liệu cháy: mục đích của phương pháp này là cách ly triệt để giữa
vật liệu đã cháy với vật liệu chưa cháy để cho đám cháy không cháy lan ra xung
quanh. Kỹ thuật thực hiện phương pháp này là làm các băng trắng hoặc phun
nước, hoá chất làm cho vật liệu cháy khó cháy hoặc khơng cháy được.
Căn cứ vào địa hình, loại rừng, loại thực bì, tác nhân chữa cháy, phương
pháp dập lửa, điều kiện kinh tế của các nước khác nhau mà áp dụng các công
nghệ và thiết bị chữa cháy khác nhau [32, [33], [44]. Hầu hết các nước trên
thế giới việc chữa cháy rừng do lực lượng cứu hoả chuyên nghiệp đảm nhận,
có trang thiết bị chuyên dụng, được đào tạo về công nghệ, kỹ thuật và chiến
thuật chữa cháy rừng.
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 công tác chữa cháy rừng [35], [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


9

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 1.1: Máy bay chữa cháy rừng
Theo tài liệu [42], [43], [44]; 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 chuyên dụng là xe bánh xích…

Hình 1.2: Xe chun dụng chữa cháy rừng ở Trung Quốc
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…


10

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 1.3: 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 1.4: 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
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 công với


11

bộ phận dập lửa bằng thép lá.

Một số cơ sở chữa cháy rừng ở Thái Lan đã sử dụng máy cày với dàn
cày chảo để làm băng cách ly đám cháy, thiết bị này sử dụng có hiệu quả ở
những nơi có địa hình bằng phẳng, rừng trồng và rừng thâm canh, nhược
điểm của thiết bị này là không hoạt động được ở rừng tự nhiên, thực bì có
nhiều gốc cây, cành cây, đá mồi cơi..

Hình 1.5. Máy cày sử dụng làm băng cách ly cản lửa của Thái Lan

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 về làm băng cách ly đám cháy cịn 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 khô 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


12

hàng nghìn vụ cháy rừng gây thiệt hại khoảng 9.000 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, mơi 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 phòng chống và chữa cháy rừng như: Thông 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,
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 [7],


13

về các biện pháp phịng cháy chữa cháy rừng Thơng và rừng Tràm. Kết quả của đề
tài đã đưa ra một số giải pháp phịng chống cháy rừng Thơng và rừng Tràm.
Tác giả Phan Thanh Ngọ trong cơng trình “Nghiên cứu một số biện
pháp phịng cháy, chữa cháy rừng Thơng ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam” [16],

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 phịng chống và chữa cháy rừng tràm U Minh bằng
"Hệ thống phun mưa quay", giá thành của hệ thống này theo đề xuất khoảng 250 400 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 khơng 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 ôtô 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.


14

Hình 1.6: 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 khơng 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” [18].
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 công trình nghiên cứu [25], 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.
Một số hạt kiểm lâm đã sử dụng máy phát thực bì để làm băng cách ly đám
cháy, song năng suất làm băng cách ly đám cháy rất thấp và không làm sạch được
băng cách ly, nên thiết bị này cũng không được sử dụng trong thực tế chữa cháy rừng
hiện nay.


15

Luận văn thạc sỹ của tác giả Giang Quốc Nam [17], đã nghiên cứu máy
chữa cháy rừng bằng sức gió, kết quả của đề tài đã xây dựng được cơ sở lý
thuyết cho q trình tính tốn thiết kế máy chữa cháy rừng bằng sức gió.
Luận văn thạc sỹ của tác giả Vũ Văn Tuân [26], đã xây dựng được cơ
sở lý thuyết cho q trình tính tốn thiết kế hệ thống cắt đất, hút đất trên xe
chữa cháy rừng đa năng, đề tài chưa đề cập đến hệ thống làm băng cách ly
đám cháy.
Luận văn thạc sỹ của tác giả Hoàng Hà [12], đã xây dựng được cơ sở lý
thuyết cho việc tính tốn khả năng di động của xe chữa cháy rừng đa năng,
cơng trình chưa đề cập đến hệ thống làm băng cách ly đám cháy.
Luận văn thác sỹ của Đặng Thị Tố Loan [14], đã thiết lập được phương
trình vi phân dao động của một số hệ thống trên xe chữa cháy rừng đa năng,
đề tài chưa nghiên cứu hệ thống làm băng cách ly đám cháy.
TS. Dương Văn Tài, Trường Đại học Lâm nghiệp trong cơng trình
nghiên cứu: “Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng

sử dụng đất cát, không khí và nước ở dạng sương” [19], 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 [20]:
“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 và khảo nghiệm xe chữa
cháy rừng đa năng. Trên xe chữa cháy rừng đa năng có sử dụng hệ thống làm
băng cách ly đám cháy để chữa cháy rừng. Kết quả khảo nghiệm hệ thống làm
băng cách ly đám cháy cho thấy năng suất và chất lượng làm băng cách ly
đám cháy rất tốt. Song kết quả của đề tài chưa nghiên cứu sâu về ngun lý
tính tốn của hệ thống, chưa nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến hệ


16

thống, đồng thời cũng chưa nghiên cứu các thông số tối ưu của hệ thống làm
băng cách ly đám cháy.
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 và các thông số tối ưu của hệ thống.
Đề tài trọng điểm cấp nhà nước KC07.13/06-10, đã thiết kế chế tạo hệ
thống làm băng cách ly đám cháy 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 thơng số tối ưu của nó.

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 khơ kéo dài 4-5 tháng. Từ đó nguy cơ
cháy rừng là rất cao, hàng năm vẫn sẩy ra hàng trăm vụ cháy rừng gây thiệt
hại hàng nghàn ha rừng .
- 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 làm
băng cách ly đám cháy để chữa cháy rừng là rất hiệu quả và phù hợp với điều
kiện chữa cháy rừng nơi khơng có nguồn nước.
- Các cơng trình nghiên cứu về hệ thống làm băng cách ly đám cháy để


17

khoanh vùng cơ lập đám cháy cịn 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 quá trình hồn thiện hệ thống làm băng
cách ly đám cháy của xe chữa cháy rừng đa năng cũng như làm tài liệu tham
khảo cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng thì việc thực hiện đề
tài:“Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống làm băng cách ly đám
cháy trên xe chữa cháy rừng đa năng”, mà luận văn lựa chọn là cần thiết.


18

Chương 2
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Quá trình cắt cỏ rác, cắt đất để làm băng cách ly đám cháy được thực
hiện bằng nhiều sơ đồ khác nhau, nhiều dạng khác nhau, như được trình bày ở
phần phạm vi nghiên cứu.
Trong luận văn này chỉ nghiên cứu hệ thống làm băng cách ly đám
cháy 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, ngun lý hoạt động và các thơng 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


19

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


20

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 làm băng cách ly đám
cháy
2.1.2.1. Cấu tạo hệ thống

45

9
39

44

9

39
40
21

41
42

43

Hình 2.2. Mơ hình cấu tạo của hệ thống làm băng cách ly đám cháy
9- Xi lanh thủy lực nâng hạ hệ thống;

21- Dao cắt cỏ rác;

39- Khung đỡ hệ thống;

40- Động cơ thủy lực; 41- Puli;

43- Bánh tỳ;

44- Tấm chắn;

42- Dây đai;

45- Khớp quay.

2.1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hạ xi lanh thủy lực (9) xuống để cho bánh tỳ (43) sát đất, lúc này xi
lanh thủy lực (9) ở trạng thái "bơi", ấn nút khởi động động cơ (40). Chuyển
động quay được truyền từ động cơ thủy lực qua hệ thống puli dây đai làm cho
hệ thống cắt cỏ rác quay. Hệ thống cắt cỏ rác làm việc theo nguyên lý cắt đất
ở dạng búa . Dao cắt (21) quay với tốc độ cao, dự trữ một động năng lớn nên


21

khi tiếp xúc với đất hoặc cỏ rác thì động năng biến thành công năng nhờ xung
lực va chạm lớn. Xung lực va 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
khơng 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.
Ưu điểm của hệ thống làm băng cách ly đám cháy 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, cỏ rác sau khi được cắt nhỏ vụn và trộn lẫn
với đất tạo ra băng sạch cỏ rác và vật liệu cháy, từ đó q trình cháy khơng thể
cháy lan qua băng cách ly đám cháy này được. Đây là ưu điểm lớn nhất của
phương pháp làm băng cách ly đám cháy ở dạng búa được áp dụng để tính tốn
thiết kế cho xe chữa cháy rừng đa năng này. Với phương pháp làm băng cách ly
đám cháy ở dạng búa cho phép có thể làm băng được tất cả các loại rừng, các
loại thực bì ở trong các khu rừng.

2.1.3. Thông số kỹ thuật của hệ thống làm sạch cỏ rác
Thông số kỹ thuật của hệ thống làm băng cách ly đám cháy trên xe
chữa cháy rừng đa năng được ghi ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật của hệ thống làm băng cách ly đám cháy
TT

Thông số kĩ thuật

Đ.v tính

Giá trị

1

Đường kính trống dao

mm

400

2

Chiều dài dao cắt

mm

125

3

Số lượng dao cắt

con

40

4

Số lượng trống dao

đĩa

20

5

Số vòng quay của trống dao

vòng/phút

800

6

Bề rộng của dao cắt

mm

50

22

2.1.4. Những vấn đề cần phải nghiên cứu giải quyết của hệ thống làm
băng cách ly đám cháy
Đề tài đã lựa chọn hệ thống làm băng cách ly đám cháy ở dạng búa, cắt
cỏ rác 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). Cỏ rác sau khi được cắt nhỏ ra và trộn lẫn đất, do
vậy hạn chế khả năng cháy của vật liệu, từ đó tạo ra băng cách ly đám cháy
rất tốt. Vấn đề cần giải quyết ở bài toán này là:
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt cỏ rác ở dạng búa.
- Xác định các thông số của hệ thống cắt cỏ rác như đường kính đĩa
thép, chiều dài dao cắt và vận tốc cắt, các thơng số góc của dao cắt cỏ rác để
năng suất cắt là lớn nhất, tiêu hao công suất là nhỏ nhất, chất lượng làm băng
cách ly đám cháy tốt nhất.
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.
2.1.5. Đối tượng hoạt động của hệ thống làm băng cách ly đám cháy
Hệ thống làm băng cách ly đám cháy trên xe chữa cháy rừng đa năng
hoạt động ở những nơi có điều kiện địa hình độ dốc < 15 độ chủ yếu ở khu
vực Tây Nguyên và Đơng Nam Bộ. Thực bì và vật liệu cháy mà hệ thống này
có thể làm băng cách ly đám cháy đó là: các loại cỏ khơ, lá cây, cành cây, cây
bụi, thảm mục và thảm tươi, đất có lẫn đá mồi côi, đất cứng sỏi đá.
Do đặc điểm là ở nhiều khu vực khác nhau thì thực bì cũng khác nhau,
do vậy đề tài khơng có điều kiện nghiên cứu hết các loại thực bì và vật liệu
cháy được mà chỉ nghiên cứu một loại thực bì đặc trưng ở khu vục Tây
Nguyên nơi thường xuyên sẩy ra cháy rừng đó là Cơng Ty lâm nghiệp Đắc Tơ
tỉnh Kon Tum.
Các thơng số của thực bì và vật liệu cháy bao gồm: Cỏ lác, cỏ xước,

cành cây khô, lá cây, cây bụi và thảm mục dày 20cm, đất cứng có lẫn đá.
Thực bì nghiên cứu được thể hiện trên hình 2.3


23

Hình 2.3 Địa hình, thực bì và vật liệu cháy nơi đề tài nghiên cứu
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết được các nội dung và những vấn đề đã nêu trên. Luận
văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau:
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được sử dụng trong luận văn này là
ứng dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết va chạm trong cơ học, lý thuyết .
Nội của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:
Từ q trình làm việc của thiết bị, lập ra sơ đồ động lực học của hệ thống
để tính tốn, vận dụng lý thuyết va chạm để xác định lực cắt cỏ rác ở dạng búa,
trên cơ sở các công thức lập được xác định tiêu hao cơng suất của động cơ, từ
đó khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đại lượng nghiên cứu để rút ra các kết
luận cần thiết. Nội dung của phương pháp này đã được trình bày trong các tài
liệu [3], [10].
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Trong luận văn này chúng tôi đo tiêu hao công suất được thực hiện
thông qua việc đo áp lực dầu trong động cơ thủy lực, đồng thời đo tiêu tiêu hao