Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.

Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.Nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LƯƠNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY CHO CÁC KHU PHỐ CỔ TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2022 Luận án hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Người Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Văn Tài TS Hoàng Sơn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Lâm Nghiệp Vào hồi ……giờ ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Thư viện trường Đại học Lâm nghiệp MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Để đáp ứng yêu cầu thiết bị chữa cháy cho khu vực phố cổ, nơi có đường giao thơng nhỏ hẹp, ngõ ngách nhỏ khu dân cư đơng đúc, Trường Đại học Phịng cháy chữa cháy nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công xe máy chữa cháy sử dụng cho khu vực phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp, xe máy chữa cháy sau nghiên cứu chế tạo sử dụng số địa phương Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh bước đầu cho hiệu chữa cháy tốt Trong trình sử dụng xe máy chữa cháy cịn có nhiều tồn bánh trước xe bị tách bánh khởi hành qua mấp mơ đường, xe bị lật quay vòng chuyển hướng ngõ ngách nhỏ hẹp, rung lắc tay lái xe chuyển động gây khó khăn cho người lái Từ tồn xe máy chữa cháy nêu trên, cho thấy cần thiết phải nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy cho khu phố cổ để làm sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo loại xe máy chữa cháy cho khu vực phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp Xuất phát từ lý luận án tiến hành nghiên cứu với tên đề tài: "Nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy cho khu phố cổ địa bàn thành phố Hà Nội” Mục đích nghiên cứu luận án Xây dựng sở khoa học để phục vụ cho việc tính tốn thiết kế chế tạo xe máy chữa cháy cho khu phố cổ để đáp ứng yêu cầu cân ổn định lật xe chuyển động ngõ ngách nhỏ hẹp, nhằm nâng cao tính động xe máy chữa cháy Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài luận án lựa chọn xe máy chữa cháy cho khu phố cổ đề tài cấp Bộ Công an thiết kế chế tạo sử dụng số địa phương Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng mơ hình, nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để tìm số thông số cho việc gá lắp thiết bị chuyên dùng cứu nạn chữa cháy vào xe Đảm bảo cho việc di chuyển xe ổn định, bám đường, không rung lắc dễ lái - Xây dựng mơ hình động học để tính tốn khả di chuyển xe qua ngõ ngách có khúc cua nhỏ hẹp, làm sở lên phương án di chuyển cứu nạn chữa cháy địa bàn Những đóng góp luận án Luận án xây dựng mơ hình, thiết lập hệ phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy khởi hành di chuyển qua mấp mơ mặt đường, kết khảo sát phương trình động lực học xe máy chữa cháy xác định số thông số hợp lý là: độ cao tọa độ trọng tâm cụm thiết bị theo chiều cao Zm= 75cm tọa độ trọng tâm cụm thiết bị theo trục X Xm= 15cm, bánh trước xe bám đường với vận tốc ≤ 70km/h tải trọng cụm thiết bị chữa cháy lắp xe tới 130kG Đã xây dựng mơ hình tính tốn động học xe máy chữa cháy quay vòng chuyển hướng, di chuyển qua ngõ ngách nhỏ hẹp, thiết lập công thức tính tốn thơng số động học xe: vận tốc, góc nghiêng… , khảo sát phương trình động học xe di chuyển qua khúc cua nhỏ hẹp, từ kết khảo sát đưa bảng vận tốc an toàn ứng với hệ số ma sát trượt bán kính vịng quay (bảng 3.2) bảng kích thước chiều dài xe ứng với chiều rộng xe 1m (bảng 3.3) Luận án xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định số thông số động lực học xe máy chữa cháy bao gồm: tọa độ trọng tâm xe, độ cứng giảm sóc, mơ men quán tính, biến dạng lốp xe phía trước, độ dịch chuyển thân người điều khiển xe, kết thực nghiệm để kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết tính tốn hồn thiện xe máy chữa cháy Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 6.1 Ý nghĩa khoa học luận án Kết nghiên cứu luận án xây dựng sở khoa học để tính tốn thiết kế chế tạo xe máy chữa cháy phố cổ, đồng thời luận án xây dựng phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm xác định số thông số động lực học xe máy chữa cháy Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm làm tài liệu khoa học cho tính tốn xác định giá trị hợp lý số thông số xe máy chữa cháy 6.2 Ý nghĩa thực tiễn luận án Kết nghiên cứu luận án sử dụng cho việc thiết kế chế tạo hoàn thiện xe máy chữa cháy cho khu phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp, còn sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo xe máy chuyên dụng khác Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan cơng trình nghiên cứu động lực học xe máy 1.1.1 Các cơng trình nghiên cứu động lực học xe máy giới Tác giả Sharp, R.S công bố báo “Độ ổn định, phản ứng điều khiển lái xe máy” [31], tác giả thiết lập phương trình ổn định xe xe máy chuyển động thẳng với phản ứng người điều khiển xe, nghiên cứu áp dụng cho xe máy khơng có chở hàng hóa Tác giả Koenen, C công bố Luận án Tiến sĩ, Đại học Delft: “Động thái xe máy chạy thẳng phía trước vào cua” [32], tác giả xây dựng mơ hình, thiết lập phương trình cho xe máy xe di chuyển thẳng xe vào đường vòng với thay đổi vận tốc xe, cơng trình nghiên cứu cho xe khơng có chở hàng hóa Breuer, T Pruckner, A., cơng bố cơng trình [34], cơng trình phân tích động lực học nâng cao mô người lái xe máy, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến động lực học xe máy mô người lái xe máy phần mềm Matlab-Simulink, cơng trình chưa phân tích động lực học xe máy chữa cháy Sharp, R.S, Limebeer, D.J.N., cơng bố cơng trình [35], cơng trình giới thiệu mơ hình mẫu xe máy để phân tích ổn định kiểm sốt thơng số điều khiển, mơ hình nghiên cứu ổn định xe cho trường hợp xe di chuyển đường thẳng với tốc độ khơng đổi Tóm lại: Trên giới có số cơng trình nghiên cứu động lực học xe máy công bố, xong cơng trình nghiên cứu trình bày chủ yếu tập trung nghiên cứu xe máy khơng có chở hàng hóa, khơng có cơng trình nghiên cứu xe máy chữa cháy, xe máy chuyên dụng 1.2 Các cơng trình nghiên cứu xe máy chữa cháy Việt Nam Tiến sỹ Lê Quang Bốn Trường Đại học phòng cháy chữa cháy thực thành công đề tài cấp Bộ Công An: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo xe máy chữa cháy cứu nạn cứu hộ đa năng” [3], kết đề tài thiết kế chế tạo thành công xe máy chữa cháy cứu nạn cứu hộ đa năng, xe máy chữa cháy đưa vào sử dụng phố cổ Hà Nội, Hội An thành phố Hồ Chí Minh Kết nghiên cứu đề tài tập trung vào thiết kế chế tạo, chưa có nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy PGS.TS Dương Văn Tài nghiên cứu thành công xe máy chữa cháy rừng, kết nghiên cứu thiết kế chế tạo thượng mại hóa xe máy chữa cháy cho số địa phương Kiểm lâm tỉnh Bình Phước, Kiểm lâm tỉnh Thừa Thiên Huế, Ban quản lý rừng phòng hộ, rừng đặc dụng Hà Nội [24] Tóm lại: Ở Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu xe máy chữa cháy nhiên cơng trình tập trung vào thiết kế chế tạo mà chưa có nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy 1.3 Mục tiêu nghiên cứu luận án Từ kết nghiên cứu thu phần tổng quan, luận án đặt mục tiêu nghiên cứu sau: Xây dựng mơ hình, thiết lập hệ phương trình vi phân động lực học chuyển động xe máy chữa cháy chuyển động đường thẳng ngõ ngách, khảo sát hệ phương trình vi phân động lực học, để làm sở khoa học cho q trình tính tốn thiết kế xe máy chữa cháy phố cổ nhằm nâng cao tính động xe Chương CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY 2.1.2 Bố trí chung xe máy chữa cháy Mơ hình thiết kế chung cho xe chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ đa thể hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí chung xe máy chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ đa 1- Còi hú ưu tiên; 2- Đèn nháy ưu tiên; 3- Xe sở (Kawasaki W175); 4Thùng đựng dụng cụ chữa cháy; 5- Chân chống điện giữ xe cân hoạt động chữa cháy; 6- Máy phát điện; 7- Thùng chứa vòi đẩy chữa cháy; 8- Máy bơm chữa cháy động Honda GX160 T2; 9- Đèn cột ưu tiên; 10– Bình bột chữa cháy; 11- Bể chứa nước trung gian di động; 12- Rulo cuộn ống hút nước; 13- Khung giá đỡ; 14- Hộp chứa dụng cụ phá dỡ đa năng, máy khoan, đèn chiếu sáng, mặt nạ phòng độc Từ mô hình kết cấu chung xe máy chữa cháy hình 2.1, luận án tiến hành xây dựng mơ hình động lực học xe máy chueyenr động đường thẳng ngõ ngách nhỏ hẹp 2.2 Xây dựng mơ hình, thiết lập phương trình động lực học xe máy di chuyển đường thẳng 2.2.1 Mơ hình chuyển động phẳng xe máy chữa cháy Mơ hình chuyển động phẳng xe máy mơ phần cứng: Khối treo (gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ, trượt phuộc trước), phuộc trước, sau, bánh trước, bánh sau Các phận liên kết với qua khớp quay, khớp tịnh tiến Hệ số đàn hồi hệ số giảm chấn: Cbr , kbr cho bánh sau Cbf , kbf cho bánh trước Các giảm xóc phía sau, trước có hệ số đàn hồi hệ số giảm chấn tương ứng : Cr , kr C f , k f (hình 2.2) Chọn hệ tọa độ tổng thể O1xyz, có gốc O1 nằm vị trí tiếp xúc lốp sau mặt đường, trục x hướng theo chiều tiến xe, trục z hướng lên Với hệ tọa độ chọn trên, ta có bảng - ký hiệu điểm trọng tâm cụm tọa độ chúng thời điểm ban đầu (t=0) thời điểm xét t Hình 2.2: Mơ hình chuyển động phẳng xe chữa cháy Bảng 2.1 Ký hiệu điểm trọng tâm, khối lượng, tọa độ ban đầu tọa độ thời điểm t khối Mô men quán tính trục song song với Oy qua trọng tâm khối quay: Khối treo I G , sau I Gr , cụm phuộc trước I Gf Gọi bán kính ngồi bánh sau, trước Rr Rf Nếu mặt phẳng tọa độ O1xz, mặt đường có phương trình z = f(x) trục bánh sau R, trục bánh trước F có tọa độ ( xR ,z R ) ( xF ,zF ) ký hiệu: dr =zR – f(xR) - Rr df =zF – f(xF) – Rf (Hình 2.2) Phương trình mặt đường Z = f(x) sử dụng tính tốn, trường hợp mặt đường có độ dốc α phương trình mặt đường là: Z=X.tanα Ý nghĩa vật lý đại lượng dr , df : + Là độ biến dạng lốp sau, trước (theo hướng bán kính bánh xe) chúng có giá trị âm; + Là khoảng cách từ mặt đường đến mặt lốp sau, trước chúng mang giá trị không âm Như vậy, bánh trước tiếp xúc với mặt đường đại lượng d f có giá trị âm 2.2.4 Phương trình chuyển động xe máy chữa cháy đường thẳng Hàm Lagrang: L = T - П , với q    zG zF  tọa độ lagrang tổng T quát, dẫn đến hệ phương trình chuyển động: d  T  T  Wd      Qi  dt  qi  qi qi qi (2.37) Thay biểu thức (2.18)-(2.36) vào (2.37) dẫn hệ phương trình chuyển động có dạng: M  q, q  q  P  q, q  (2.38) Bằng ký hiệu phần trên, ma trận M P có dạng:  A11 A M   21  A31   A41 A12 A22 A32 A42 A13 A23 A33 A43 A14  A24  ; A34   A44   T      P1   T  P    2  P    P3   T     z P  4  G  T  z   F  Wd    Q  V1      Wd   Q  V2       Wd   QzG  V3  zG zG   Wd    QzF  V4  z F z F  ;      q   z   G  zF  (2.39) Hệ phương trình vi phân (2.38) giải gần theo phương pháp Runge-Kutta thực Matlab Từ giá trị nhận zF , xF tính d f  zF  f  xF   zF0 Lốp bánh trước bám mặt đường df < , trường hợp xe bốc đầu d f  2.3 Cân xe di chuyển thẳng cua vịng, phương trình động học xe máy di chuyển qua góc cua vng nhỏ hẹp 2.3.1 Cân xe máy di chuyển thẳng Việc giữ thăng xe máy di chuyển thẳng kết hợp hai yếu tố: lái bánh trước dịch chuyển trọng tâm người lái với mục đích để đưa trọng tâm xe (bao gồm người lái) điểm tiếp xúc lốp với mặt đường nằm mặt phẳng đứng Có thể mơ tả nội dung hình 2.3 Hình 2.3: Mơ hình cân xe di chuyển thẳng A1, A2 – trọng tâm người lái; G1, G2 – trọng tâm xe; B1, B2 điểm tiếp xúc lốp mặt đường ; MN – đường thẳng đứng Ở hình 2.3, mơ hình (a) (b) biểu diễn trọng tâm người lái cao độ xe góc nghiêng  Để đưa điểm Ai, Bi, Gi (i = 1,2) đường thẳng MN đoạn đường A1M nhỏ đoạn đường A2M, tức mơ hình (a) trọng tâm người lái dịch chuyển mơ hình (b); đồng thời thấy dịch chuyển lốp bánh lái mơ hình (a) phải nhiều mơ hình (b) Như vậy, xe có trọng tâm đặt cao làm cho cảm giác dễ lái xe có trọng tâm thấp (do phải di chuyển trọng tâm người lái sang bên hơn) Xét mơ hình người lái xe mơ tả hình 2.3 Bỏ qua lực cản lăn (FW = 0) lực nâng (FL = 0) Có lực sau tác dụng lên xe máy: trọng lượng mg lực cản khơng khí FD tác dụng trọng tâm G xe; lực đẩy FR mặt đường tác dụng lên xe máy điểm tiếp xúc với bánh sau; phản lực theo phương thẳng đứng Nf Nr mặt phẳng đường với lốp trước, sau Gọi độ cao trọng tâm xe h, chiều dài sở xe p, khoảng cách theo phương ngang từ trọng tâm xe đến điểm tiếp xúc đất bánh sau b Từ điều kiện cân lực mô men ta có: + Cân lực ngang: FR – FD = (2.40) + Cân lực thẳng đứng: mg – Nr – Nf = (2.41) + Cân mômen trọng tâm: FR.h – Nr.b + Nf (p − b) = (2.42) 11 phải thực góc nghiêng lớn so với góc nghiêng lái xe máy mang lốp có tiết diện nhỏ Hơn nữa, với mặt cắt ngang lốp xe, để dịch chuyển vòng cua với vận tốc, xe máy có trọng tâm thấp cần nghiêng nhiều xe máy có trọng tâm cao 2.3.3 Phương trình động học xe máy di chuyển qua góc cua vng nhỏ hẹp Để nghiên cứu nội dung này, ta có số dạng góc cua vng hình 2.6 Hình 2.7: Một số dạng góc cua vng Giả thiết mặt chiếu xe (bao gồm cụm thiết bị gá lắp) có dạng chữ nhật với chiều rộng R chiều dài L Nhận thấy rằng, với dạng góc cua hình 2.7, xe di chuyển qua góc cua dạng (c) di chuyển qua góc dạng cịn lại Do vậy, ta thiết lập phương trình động học mặt chiếu xe di chuyển qua góc cua dạng hình 2.7 (c) mơ tả hình 2.8 Hình 2.8: Mơ hình động học xe di chuyển qua góc cua vng (a)- Góc cua vng ; (b) Hình chiếu xe; (c) Hình chiếu xe qua góc cua Từ hình 2.8(c), nhận thấy xe di chuyển qua góc cua cạnh AB di chuyển qua góc Cạnh AB dài tiếp xúc với đường trịn tâm O1 bán kính R Do vậy, để xe di chuyển qua góc cua chiều dài AB phải đoạn ngắn tiếp tuyến bị chắn hai cạnh góc cua 12 Từ mơ hình động học trên, dẫn đến tốn sau: Cho 1/4 đường trịn tâm O1(a,b) bán kính R thỏa mãn điều kiện: R  a R  b (hình 2.9) Đoạn thẳng AB đoạn tiếp tuyến với cung tròn bị chắn trục tọa độ Ox Oy Hãy tìm giá trị nhỏ AB tiếp điểm M di chuyển cung trịn Hình 2.9: Mơ hình tốn học tốn xe máy di chuyển qua góc cua vng Độ dài đoạn AB là:  R  b( y1  b )  a(x1  a ) LAB  xb2  ya2  R  ( y1  b )( x1  a ) (2.57) Tìm trị nhỏ LAB theo x1, y1 với ràng buộc: a  R  x1  a  b  R  y1  b  2 ( x1  a )  ( y1  b )  R (2.58) Việc tính tốn để tìm trị nhỏ LAB = LABmin với ràng buộc (2.58) trình bầy chương Như vậy, xe máy có mặt chiếu với chiều ngang R chiều dài LABmin di chuyển qua góc cua hai ngõ có chiều rộng a b 2.4 Mơ hình tính tốn độ lệch ngang tối đa cụm thiết bị Để mô tả chuyển động người lái chuyển động thẳng trường hợp trọng tâm cụm thiết bị có lệch ngang, hai bậc tự xem xét theo sơ đồ hình 2.10 Bậc tự chuyển vị ngang phần thân người lái so với xe máy mơ dịch chuyển ngang điểm B (là điểm xương chậu người lái) so với điểm cố định A xe Bậc tự thứ hai độ nghiêng thân mơ góc θr 13 Hình 2.10: Mô tả trạng thái người lái xe di chuyển thẳng trường hợp trọng tâm cụm thiết bị có lệch ngang Các ký hiệu hình 2.10:  r - Góc nghiêng phần người; Gm – Trọng tâm cụm thiết bị; Gt - Trọng tâm phần thân người; ym yn – Khoảng cách lệch ngang Gm Gn; Pm Pn – Trọng lượng cụm thiết bị trọng lượng phần thân người; yr - Chuyển vị ngang phần thân người lái so với xe máy Gọi Ln = BGt khoảng cách B Gt Do người lái phải nghiêng người theo phía đối trọng tâm Gm nên ta có: yn  Ln sin r  yr (2.59) Từ điều kiện cân mô men dẫn đến: yn Pn  ym Pm (2.60) Từ có được: y  Pn  Ln sin r  yr  m (2.61) Pm Như vậy, khoảng cách lệch ngang tối đa Gm để phù hợp với thoải mái người lái biết vùng thay đổi cặp thông số (  r , yr) (do Pn, Pm Ln biết) Việc xác định vùng biến thiên cặp thông số (  r , yr) qua thực nghiệm trình bày chương Chương KHẢO SÁT PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY Trên sở kết thu chương 2, luận án tiến hành khảo sát hệ phương trình động lực học thiết lập (2.38), kết khảo sát làm sở khoa học để xác định giá trị hợp lý số thông số cho xe máy chữa cháy 3.1 Khảo sát phương trình động lực học chuyển động phẳng xe máy chữa cháy 14 3.1.1 Xác định thông số đầu vào cho toán khảo sát động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy Trong hệ phương trình (2.38) lập có nhiều thơng số hình học, động học, động lực học, để khảo sát phương trình động lực học lập cần xác định giá trị thông số Kết xác định thông số đầu vào cho toán khảo sát lý thuyết ghi bảng 3.1 Bảng 3.1 Thông số đầu vào để khảo sát phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy - xe Kawasaki W175 SE 3.1.3 Kết khảo sát phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy Khảo sát xe chạy đường phẳng đường có gờ cản Chiều cao mấp mơ mặt đường biểu diễn hàm z = f(x) 1   2 ( x  L0 )    H  cos    L0  x  L0  L f ( x)    L    x  L , L0  L  x  (3.7) Ở đây, H=0.3 (m) độ cao gờ cản, L = 0.5 (m), L0 = 20 (m), (hình 3.2) Đánh giá tượng bốc đầu xe (bánh trước không tiếp xúc mặt đường) thông qua đại lượng d f  zF  f  xF   RF ,  xF , zF  tọa độ trục bánh trước RF bán kính ngồi lốp trước Lốp bánh trước bám mặt đường df < không tiếp xúc mặt đường d f  Chú ý rằng, ln có d f   hb với hb độ biến dạng lớn vỏ lốp trước, tính tốn lấy hb = 0.02 (m) 15 Hình 3.1: Mô tả mấp mô mặt đường theo chiều dài Bài toán khảo sát với hai cách thức thay đổi vận tốc bánh sau xe mô tả hình 3.2 như: Quy luật thay đổi vận tốc tuyến tính bánh xe là: v  25 t , ( m / s ) (3.8) R 18 Quy luật thay đổi vận tốc phi tuyến (tức gia tốc thay đổi theo thời gian), biểu thị vận tốc có dạng: vR  505  t  1 15  1 ,( m / s )   18   (3.9) Hình 3.2: Mơ tả hai cách thức thay đổi vận tốc xe theo thời gian Đường 1: Qui luật thay đổi vận tốc tuyến tính phương trình (3.8) Đường 2: Qui luật thay đổi vận tốc phi tuyến phương trình (3.9) a) Khảo sát với qui luật thay đổi vận tốc xe qua mấp mô mặt đường Khảo sát với khối lượng cụm thiết bị mM =90kg hai loại đường phẳng không gờ cản có gờ cản với hai cách thức thay đổi vận tốc (1), (2) hình 3.3, cho giá trị xM thay đổi cho kết trị df sau: Hình 3.3: Đồ thị df ứng với vận tốc theo qui luật (3.8) không gờ cản: f(x) = 16 Hình 3.4: Đồ thị df ứng với vận tốc theo qui luật (3.9) không gờ cản: f(x) = Hình 3.5: Đồ thị df ứng với vận tốc theo qui luật (3.8) có gờ cản : f(x) > Hình 3.6: Đồ thị df ứng với vận tốc theo qui luật (3.9) có gờ cản : f(x) > Từ kết khảo sát thu hình 3.3 đến hình 3.6, dẫn đến số nhận xét sau: Trên mặt đường khơng có gờ cản đồ thị hình 3.3 hình 3.4 + Khả bám mặt đường xe giảm trị xM nhỏ (tức cụm phương tiện lắp lùi phía sau) + Với cách thức thay đổi vận tốc theo qui luật (3.8) (đường (1) hình 3.2 cho khả xe bám đường tốt cách thức thay đổi vận tốc theo qui luật (3.9) (đường (2) hình 3.2 Với quy luật thay đổi vận tốc (3.8), xe bám mặt đường vận tốc xM  (hình 3.3), với quy luật thay đổi vận tốc (3.9) với xM  , bánh trước không bám mặt đường xe vận tốc v  50 km / h (hình 3.4) 17 Trên mặt đường có mấp mơ cao 30cm, rộng 0,5m (hình 3.1) xe vượt qua với vận tốc lớn 25 km/h (hình 3.5 - hình 3.6) b) Khảo sát với thay đổi khối lượng cụm thiết bị chữa cháy lắp xe Khảo sát mô hình với khối lượng cụm thiết bị khác nhau: Thay đổi vận tốc theo cách quy luật đường (1) hình 3.2, xe chạy đường phẳng khơng có gờ cản, khối lượng cụm thiết bị mM= 90, 110, 130 (kg); xM  ( m ) xM  0,15 ( m ) Hình 3.7: Đồ thị df ứng với khối lượng qui luật (3.8), xM  ( m ) khơng có gờ cản : f(x) =0 Hình 3.8: Đồ thị df ứng với khối lượng qui luật (3.8), mM khác nhau, với vận tốc theo mM khác nhau, với vận tốc theo xM  0,15 ( m ) khơng có gờ cản: f(x) =0 Nhận xét: Khi xM  0,15 ( m ) bánh trước xe bám đường vận tốc  70 km/h mà khối lượng cụm thiết bị mang tới 130kG, xM  ( m ) bánh trước xe bám đường với khối lượng 90kG 3.2 Tính tốn vận tốc xe máy chữa cháy quay vòng chuyển hướng 18 Giả sử hệ số ma sát trượt lốp xe mặt đường µ, theo (2.48), xe di chuyển vòng theo đường cua bán kính Rc vận tốc xe phải thỏa v   gR c mãn : , g = 9,81 (m/s2) (3.10) Nếu vòng cua đường có độ rộng a bán kính cua vịng Rc< a Bảng 3.2 cho số vận tốc tối đa xe quay vịng qua khúc cua có bán kính Rc ứng với trị hệ số ma sát trượt µ Bảng 3.2 Vận tốc xe tối đa vmax (km/h) qua khúc cua có bán kính Rc (m) ứng với hệ số ma sát trượt µ Chương THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY, KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN LÝ THUYẾT 4.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm - Xác định giá trị số số đại lượng, số hệ số hệ phương trình động lực học chuyển động thẳng chuyển hướng xe máy chữa cháy, để phục vụ cho việc khảo sát mô hình lý thuyết thiết lập chương - Khảo nghiệm số kết tính lý thuyết từ đánh giá mức độ tin cậy mơ hình động lực học thiết lập 4.2 Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm Để đạt mục tiêu trên, nghiên cứu thực nghiệm phải thực nhiệm vụ sau: - Xác định tọa độ trọng tâm xe máy chữa cháy; 19 - Xác định chiều dài xe, trọng lượng xe sở; - Xác định hệ số độ cứng hệ số giảm chấn giảm xóc trước, sau; - Xác định hệ số độ cứng giảm chấn bánh lốp trước, sau; - Xác định trọng tâm xe: - Xác định mô men quán tính trục ngang qua trọng tâm khối: - Kiểm nghiệm thực tế mơ hình tính tốn độ biến dạng df bánh lốp trước theo vận tốc khác 4.3 Kết thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết 4.3.1 Tổ chức tiến hành thực nghiệm * Đo độ biến dạng lốp xe chuyển động thẳng - Địa điểm thí nghiệm Cơng ty cổ phần thiết bị chun dùng Việt Nam có địa Xuân Mai -Chương Mỹ -Hà Nội - Hiện trường thí nghiệm: Thí nghiệm thực đường thẳng, khơng có độ dốc, thông số xe tương tự bảng 3.1 bảng 3.2 * Bố trí thực nghiệm Các thiết bị đo độ lún lốp xe trước bao gồm: (a) Encoder E6B2-CWZ6C với tín hiệu 2000 xung vng/vịng quay (b) Bộ xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển STM32 với bo mạch kid lập trình ngôn ngữ C Thiết bị đo gồm 02 thu- phát khơng dây khuếch đại tín hiệu, 01 Encoder E6B2-CWZ6C, 01 Spider8 (có kênh nhận tín hiệu), 01 máy tính cài phần mềm Catman chuyên dùng cho Spider Bố trí thiết bị thí nghiệm thể hình 4.23 20 1)- Bộ phát tín hiệu khơng dây thứ (có đầu vào nối với tenzo đo áp lựcđược dán mặt lốp bánh xe trước) gắn vào nan hoa, quay với bánh xe;(2)- Các tenzo đo áp lực ghép nối tiếp thành dây dán mặt lốp xe; (3)- Ăng ten nhận tín hiệu từ phát; (4)- Bộ khuếch đại tín hiệu nhận về; (5)- Cổng nối tín hiệu từ khuếch đại tới Spider8 theo nguyên tắc truyền tín hiệu song song; (6)-Cổng nối tín hiệu từ Spider8 tới PC theo nguyên tắc chuyền tín hiệu nối tiếp (RS-485); (7) - Spider8; (8) – Máy tính * Tổ chức thực nghiệm Đặt Encoder cố định xe đồng trục với bánh trước (qua dây cơng-tơ mét) Tín hiệu encorder nối với phát không dây thứ đặt xe Phía nhận xử lý tín hiệu: Tín hiệu phát từ hai phát khơng dây (với hai tần số khác nhau) thu qua hai anten tới hai khếch đại tín hiệu (là phần thiết bị ngoại vi máy Spider 8) Tín hiệu từ khuếch đại đưa tới máy Spider thông qua cổng truyền thông song song (8 bít) Tiếp theo Spider truyền thơng với PC thơng qua cổng truyền thơng song song (RS-485) hình 4.23 (b) mô tả Phần mềm Catman chuyên dùng cho Spider thiết kế để lưu giữ liệu, xuất liệu qua file excel matlab để tính tốn vẽ đồ thị Từ phần mềm Catman chuyên dụng Spider đặt thời gian để đếm xung Cơng thức vận tốc tính sau: đếm v n t.2000 t  1 s  (vịng/s) , n tổng số xung 21 Hình 4.24: Thực nghiệm đo biến dạng lốp bánh xe phía trước Số liệu khảo nghiệm ghi phụ lục 04, đại lượng: t, VRTN, df –TN thời gian, vận tốc df tính qua đo khảo nghiệm Các số liệu rời rạc vận tốc VR-TN đo qua khảo nghiệm (được mô tả điểm dấu “+” hình 4.24) muốn sử dụng để kiểm tra mơ hình tính tốn lý thuyết cần mơ tả chúng dạng hàm số phụ thuộc t (được mô tả đường cong liên tục hình 4.24) Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất, vận tốc xe biểu diễn dạng hàm bậc hai VR_ QH phụ thuộc theo t Áp dụng quy luật tăng tốc VR_ QH vào mơ hình lý thuyết, sau tính tốn nhận giá trị df_LT tương ứng Đồ thị giá trị df _TN df_LT phụ thuộc vận tốc trình bầy hình 4.25 So sánh hệ số tương quan hai dãy giá trị df _TN df_LT để đưa kết luận mơ hình lý thuyết có phù hợp với thực tế hay khơng Q trình thực nghiệm thể hình 4.24 4.3.2 Phương pháp xác định biến dạng lốp df Biến dạng lốp trước (độ lún df) xác định theo công thức sau: df  Nf (4.17) Cbf Trong đó: Nf – Áp lực mặt đường lên lốp xe(đo thông qua tenzo) Cbf - Hệ số độ cứng bánh lốp xe phía trước 4.3.3 Kiểm chứng mơ hình tính toán lý thuyết Kết thực nghiệm thực với cụm thiết bị có khối lượng 90 kg, vận tốc VR -TN thay đổi theo quy luật hình 4.25a với xM = 0,15 m, hình 4.25b với xM = 22 Ứng với giá trị VR-TN đo trình khảo nghiệm, phương pháp bình phương nhỏ nhất, có cơng thức VR-QH mơ tả quy luật VR-TN theo thời gian: Với hình 4.25a : VR-QH = 0,010273.t2 + 4,91019.t + 0,102312 (4.18) Với hình 4.25b : VR-QH = -0,20847.t2 + 7,579875.t + 7,576897 (4.19) Hình 4.26:Giá trị df –TN đo từ khảo nghiệm giá trị df-LT tính theo mơ hình Chú ý rằng, khảo nghiệm ghi trị df < nên hình 4.25b đồ thị df -TN có đến VR = 50 km/h sau bánh trước xe khơng bám mặt đường Từ số liệu thu được, nhận thấy dãy giá trị df -TN df – LT (được ghi phần I phụ lục) có hệ số tương quan đạt mức 0,99 cho hai trường hợp xM = 0,15 m xM = Điều chứng tỏ mơ hình chuyển động phẳng xe máy đưa phù hợp thực tế Qua khảo sát mơ hình khảo nghiệm thực tế với xe sở mô tô Kawasaki W175 SE, thấy : để bánh trước bám mặt đường xe chạy vượt qua gờ cản có độ cao H = 0,3 m với vận tốc v  70 km/h khối lượng cụm thiết bị mang theo mM ≤130kG cần thỏa mãn điều kiện xM ≥ 0,15m Do thiết kế xe sở cố định, nên thay đổi giá trị 23 zM0 xM0 lớn 0,15m Vì vậy, vị trí tốt để lắp cụm thiết bị xM = 0,15m zM = z M KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thu kết nghiên cứu, luận án rút số kết luận sau: Từ cấu tạo hoạt động xe máy chữa cháy, luận án xây dựng mơ hình động lực học chuyển động phẳng, thiết lập hệ phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy, kết sở để tính tốn thơng số hợp lý lắp gá cụm thiết bị chữa cháy xe, đảm bảo ổn định lái xe đường thẳng với vận tốc ≤70km/h qua mấp mô mặt đường Luận án xây dựng mơ hình tính toán động học xe máy chữa cháy quay vịng chuyển hướng, thiết lập cơng thức tính tốn thơng số động học xe: vận tốc, góc nghiêng… , làm sở tính tốn vận tốc an tồn xe qua góc cua Từ phương trình động học xe quay vòng chuyển hướng, đưa bảng vận tốc an toàn ứng với hệ số ma sát trượt bán kính vịng quay (bảng 3.2) Đã xây dựng mơ hình động học xe máy chữa cháy qua khúc cua nhỏ hẹp, khảo sát phương trình động học xe di chuyển qua khúc cua nhỏ hẹp, đưa bảng kích thước chiều dài xe ứng với chiều rộng 1(m) Qua kết cho thấy: Với chiều rộng xe m, chiều dài xe L≤2,2m qua góc cua vng ngõ ngách có chiều rộng 1.5(m) Bảng tính tốn 3.3 làm sở cho việc lập phương án cứu hộ chữa cháy địa bàn khu phố cổ, khu vực ngõ ngách nhỏ hẹp Xây dựng mơ hình tính độ lệch ngang tối đa trọng tâm cụm thiết bị; xác định thông số cần thực nghiệm để biết vùng biến thiên giá trị chúng Với trị số này, tính độ lệch ngang tối đa trọng tâm cụm thiết bị phù hợp với thoải mái người lái tác nghiệp Đã khảo sát phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy, kết khảo sát sở khoa học để tính tốn xác định giá trị hợp lý thơng số hình học kết cấu hệ thống công tác lắp xe máy 24 chữa cháy Kết khảo sát động lực học chuyển động thẳng xe, cho thấy sử dụng xe sở mô tô Kawasaki W175 SE đặt độ cao tọa độ trọng tâm cụm thiết bị Zm= 75cm (cao ngang trọng tâm khối treo có người lái) tọa độ trọng tâm cụm thiết bị theo trục X Xm=15cm hợp lý nhất, bánh trước xe ln bám đường với vận tốc ≤70km/h tải trọng cụm thiết bị đạt tới 130kG Bằng nghiên cứu thực nghiệm, luận án xác định số thông số động lực học xe máy chữa cháy phục vụ cho tốn khảo sát hệ phương trình động lực học xe máy chữa cháy Đã tiến hành thực nghiệm xác định biến dạng lốp bánh xe phía trước khởi động di chuyển qua nấp mô mặt đường, kết thực nghiệm kiểm chứng mơ hình lý thuyết tính tốn động lực học chuyển động thẳng xe, kết so sánh sai số lý thuyết thực nghiệm nằm giới hạn cho phép, từ kết thực nghiệm cho thấy mơ hình tính tốn lý thuyết tin cậy Kết nghiên cứu luận án ứng dụng vào thực tiễn để thiết kế chế tạo mẫu xe máy chữa cháy Xe máy chữa cháy sau chế tạo theo thơng số tính tốn tối ưu khắc phục số tồn hạn chế là: xe ổn định quay vịng chuyển hướng, rẽ trái, rẽ phải, xe không bị tách bánh trước khởi hành, qua mấp mô bề mặt đường Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu có hạn, để đề tài hoàn thiện cần tiếp tục nghiên cứu số vấn đề sau: Trong trình xe chuyển động mặt đường xấu, có nhiều mấp mô, hệ thống lái bị rung lắc, cần tiếp tục nghiên cứu rung lắc xe trình xe hoạt số loại đường Các thông số đặc trưng lốp xe, hành vi người lái xe ảnh hưởng đến ổn định xe máy chữa cháy, cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng đặc trưng lốp, ảnh hưởng hành vi người lái đến ổn định xe DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ [1] Lương Anh Tuấn (2020), Phương tiện xe máy chữa cháy cho khu phố cổ địa bàn thành phố Hà Nội Tạp Chí Cơ khí Việt Nam ISSN 26159910, số 12 năm 2020, trang 108-112 [2] Lương Anh Tuấn (2021), Nghiên cứu động lực học xe mô tô hai bánh chuyên dụng chữa cháy cứu nạn cứu hộ khu phố cổ thành phố Hà Nội Tạp Chí Cơ khí Việt Nam ISSN 2615-9910, số 11 năm 2021, trang 78-85 [3] Lương Anh Tuấn (2021), Studying the dynamics of the use of twowheeled motorcycles in firefighting and rescue, Proceedings of Thirtieth International Scientific – Technical Conference “SAFETY SYSTEMS 2021” November 25, 2021 Moscow, Paper 224 – 231 [4] Lương Anh Tuấn (2022), Research of road grip of two-wheeled motorcycles designed for firefighting and rescue in a straight line, Опубликовано на конференции Сборник трудов секции № 8, ХХXII Международной научно-практической конференции, «ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ СПАСЕНИЕ ПОМОЩЬ», марта 2022 года, Бумага – 16 [5] Lương Anh Tuấn (2022), Multipurpose motorcycles in densely populated areas, Опубликовано ПОЖАРОТУШЕНИЕ проблемы, технологии, инновации Материалы VIII Международной научно-практической конференции, 17-18 марта 2022 года, Бумага 19-25 [6] Vũ Khắc Bẩy, Dương Văn Tài, Hoàng Sơn, Lương Anh Tuấn, Hoàng Nhân (2022), Studying the road grip of firefighting and rescue motorcycles when moving straight, Published in Growing Science (Engineering Solid Mechanics), Volume 10, Paper 227 - 240 ... xe máy chữa cháy nêu trên, cho thấy cần thiết phải nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy cho khu phố cổ để làm sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo loại xe máy chữa cháy cho khu vực phố cổ, ... án tiến hành nghiên cứu với tên đề tài: "Nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy cho khu phố cổ địa bàn thành phố Hà Nội? ?? Mục đích nghiên cứu luận án Xây dựng sở khoa học để phục vụ cho việc... để làm sở khoa học cho q trình tính tốn thiết kế xe máy chữa cháy phố cổ nhằm nâng cao tính động xe Chương CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY 2.1.2 Bố trí chung xe máy chữa cháy Mơ hình thiết