(LUẬN án TIẾN sĩ) 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Dương Văn Tài TS Hoàng Sơn Hà Nội, 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài TS Hoàng Sơn Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Văn Tài TS Hoàng Sơn Tác giả luận án Lương Anh Tuấn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, quan nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành luận án khoa học Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Dương Văn Tài TS Hồng Sơn với ý kiến đóng góp quan trọng dẫn khoa học quý giá q trình thực cơng trình nghiên cứu Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn Khoa Cơ điện Cơng trình, Bộ môn Công nghệ máy chuyên dùng Trường Đại học Lâm nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy khoa Phòng cháy giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Trân trọng cảm ơn nhà khoa học Trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Học viện Kỹ thuật quân đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Lương Anh Tuấn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Thực trạng đặc điểm cháy nổ khu đông dân cư, khu đô thị mật độ dân số lớn 1.1.1 Thực trạng cháy nổ khu đông dân cư, khu đô thị mật độ dân số lớn 1.1.2 Đặc điểm đám cháy khu phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp 1.2 Tổng quan xe máy chữa cháy giới Việt Nam 1.2.1 Tổng quan xe máy chữa cháy giới 1.2.2 Tổng quan xe máy chữa cháy Việt Nam 12 1.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu động lực học xe máy 15 1.3.1 Các cơng trình nghiên cứu động lực học xe máy giới 15 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu xe máy chữa cháy Việt Nam 18 1.4 Mục tiêu nghiên cứu luận án 19 1.5 Nội dung nghiên cứu luận án 20 1.5.1 Nghiên cứu lý thuyết 20 1.5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 20 1.6 Đối tượng nghiên cứu 20 1.6.1 Cấu tạo xe máy chữa cháy phố cổ 20 1.6.2 Nguyên lý hoạt động xe chữa cháy phố cổ 21 1.6.3 Thông số kỹ xe máy chữa cháy phố cổ 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv 1.6.4 Một số tồn xe máy chữa cháy 26 1.7 Đặc điểm đường giao thông khu vực phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp Hà Nội 26 1.8 Phương pháp nghiên cứu 28 1.8.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 28 1.8.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 29 Kết luận chương 29 Chương CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY 31 2.1 Bố trí chung trang thiết bị, dụng cụ xe máy chữa cháy 31 2.1.1 Tính tác dụng xe máy chữa cháy 31 1.2.2 Bố trí chung xe máy chữa cháy 33 2.2 Xây dựng mơ hình, thiết lập phương trình động lực học xe máy di chuyển đường thẳng 35 2.2.1 Mô hình chuyển động phẳng xe máy chữa cháy 37 2.2.2 Chuyển vị, động năng, hàm hao tán 40 2.2.3 Ngoại lực tác dụng lên xe 42 2.2.4 Phương trình chuyển động xe máy chữa cháy đường thẳng 47 2.3 Cân xe di chuyển thẳng cua vịng, phương trình động học xe máy di chuyển qua góc cua vng nhỏ hẹp 48 2.3.1 Cân xe máy di chuyển thẳng 48 2.3.2 Vận tốc xe máy cua vòng 51 2.3.3 Phương trình động học xe máy di chuyển qua góc cua vuông nhỏ hẹp 54 2.4 Mơ hình tính toán độ lệch ngang tối đa cụm thiết bị 57 Chương KHẢO SÁT PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY 60 3.1 Khảo sát phương trình động lực học chuyển động phẳng xe máy chữa cháy 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v 3.1.1 Xác định thơng số đầu vào cho tốn khảo sát động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy 60 3.1.2 Thuật toán khảo sát động lực học chuyển động thẳng của xe máy chữa cháy 62 3.1.3 Kết khảo sát phương trình động lực học chuyển động thẳng xe máy chữa cháy 63 3.2 Tính tốn vận tốc xe máy chữa cháy quay vịng chuyển hướng 69 3.3 Khảo sát phương trình động học xe chuyển động ngõ ngách nhỏ hẹp 70 3.4 Tính độ lệch ngang tối đa trọng tâm cụm thiết bị để phù hợp độ thoải mái người lái tác nghiệp 73 3.5 Xác định số thông số hợp lý xe máy chữa cháy phố cổ 74 3.5.1 Các thông số kết cấu xe máy chữa cháy 74 3.5.2 Vận tốc hợp lý xe máy chữa cháy sử dụng 75 3.5.3 Kích cỡ hình học xe máy chữa cháy phù hợp độ rộng ngõ ngách, góc cua để di chuyển 75 3.5.4 Khoảng lệch ngang tối đa trọng tâm cụm thiết bị 75 Kết luận chương 76 Chương THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY, KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN LÝ THUYẾT 78 4.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm 78 4.2 Nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm 78 4.3 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm .76 4.4 Phương pháp thực nghiệm xác định trọng tâm xe trọng tâm cụm chi tiết xe máy chữa cháy 80 4.4.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe máy chữa cháy 80 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi 4.4.2 Xác định tọa độ trọng tâm cụm xe máy sở cụm thiết bị chữa cháy 84 4.5 Thiết bị đo cảm biến đo sử dụng nghiên cứu thực nghiệm 87 4.5.1 Thiết bị đo sử dụng nghiên cứu thực nghiệm 87 4.5.2.Cảm biến đo sử dụng nghiên cứu thực nghiệm 89 4.5.3 Xác định hệ số độ cứng hệ số giảm chấn phần tử đàn hồi 91 4.6 Xác định mơmen qn tính khối quay 98 4.7 Kết thực nghiệm kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết 101 4.7.1 Chuẩn bị thực nghiệm 101 4.7.2 Tổ chức tiến hành thực nghiệm 101 4.7.3 Kiểm chứng mơ hình tính tốn lý thuyết 105 4.8 Thực nghiệm xác định thông số biểu thị di chuyển thân người lái 109 Kết luận chương 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN Ký hiệu Đơn vị Gn M G Ý nghĩa Trọng tâm khối bao gồm: khung xe, động cơ, người lái, trượt phuộc trước Trọng tâm cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ Trọng tâm khối treo (bao gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ, trượt phuộc trước) Gf Trọng tâm cụm phuộc trước Gr Trọng tâm sau R F Trọng tâm bánh sau Trọng tâm bánh trước Khối lượng khối bao gồm: khung xe, động cơ, người lái, trượt phuộc trước mGn kg kg Khối lượng cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ kg Khối lượng khối treo (bao gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ, trượt phuộc trước) mG f kg Khối lượng cụm phuộc trước mGr kg Khối lượng sau mR kg Khối lượng bánh sau mF kg Khối lượng bánh trước mM mG kg.m2 IG IGr IGf Cf Cr Cbf Cbr kg.m2 kg.m2 N/m N/m N/m N/m Mơ men qn tính trục ngang qua trọng tâm khối treo (bao gồm khung xe, động cơ, người lái , cụm phương tiện chữa cháy cứu hộ, trượt phuộc trước) Mơ men qn tính trục ngang qua trọng tâm cụm phuộc trước Mơ men qn tính trục ngang qua trọng tâm sau Hệ số cứng giảm xóc trước Hệ số cứng giảm xóc sau Hệ số cứng lốp bánh trước Hệ số cứng lốp bánh sau LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii kf kr kbf kbr Ns/m Ns/m Ns/m Ns/m Hệ số giảm chấn giảm xóc trước Hệ số giảm chấn giảm xóc sau Hệ số giảm chấn lốp bánh trước Hệ số giảm chấn lốp bánh sau CL Hệ số lực nâng khơng khí Cd Fw FL FD FR N N N N Nf Nr N h p b N N N M m m Fms Fsf N N Fsr N Fs N Rc v vR m km/h m/s Hệ số lực cản khơng khí Lực cản lăn Lực nâng Lực cản khơng khí Lực đẩy mặt đường tác dụng lên xe máy điểm tiếp xúc với bánh sau Phản lực mặt đường lốp bánh trước Phản lực mặt đường lốp bánh sau Tổng phản lực mặt đương lên lốp bánh xe Độ cao trọng tâm xe Chiều dài sở xe Khoảng cách từ trọng tâm xe đến đường thẳng đứng qua điểm tiếp xúc lốp bánh sau với mặt đường Tổng hợp lực ma sát trượt ngang lốp mặt đường Lực bên tác dụng theo phương ngang điểm tiếp xúc với mặt đường lốp trước Lực bên tác dụng theo phương ngang điểm tiếp xúc với mặt đường lốp sau Tổng lực bên tác dụng theo phương ngang điểm tiếp xúc với mặt đường lốp trước, lốp sau Bán kính đường cua Vận tốc xe Vận tốc trục bánh sau df mm µ PCCC CNCH + Độ biến dạng lốp bánh trước theo phương bán kính df < 0, + Khoảng cách mặt lốp bánh trước với mặt đường df ≥ Hệ số ma sát trượt ngang lốp bánh xe mặt đường Phòng cháy chữa cháy Cứu nạn cứu hộ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC 07 COD CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ĐỘ BIẾN DẠNG LỐP BÁNH TRƯỚC function MoTo_chay_thang_Ver_6_Co_can clc; m_PTien = 90; % khoi luong cum phuong tien , kg m_Treo = 172 ; % khoi luong cum treo + nguoi, kg ro = 1.3 ; % khoi luong rieng khong khi; kg/m3 c_D = 0.3 ; % he so luc can c_L = 0.3 ; % he so luc nang S_mat = 0.5; % dien tich mat truoc ; m2 Ten_ghi = [ 'SoLieu_Tuan_08_Co_Can.xlsx']; h0=0.15 ; % Do cao cua go = 2*h0 , m L= 0.5 ; % Do dai go duong , m L0 = 23; % Diem bat dau co go duong, m g = 9.81; % m/s^2 Fx = ; % sheet % Cac thong so cua MoTo hb=0.02; hf=0.08; hr= 0.07; % nhun cua lop xe va cac lo xo giam xoc mG = m_PTien + m_Treo ; mGr=8; mR=12 ; mF=10 ; mGf=4 ; % kg I_G= 40 ; I_Gr=0.3 ; I_Gf=0.1; % kg.m^2 c_r0 = 85000 ; c_f0 = 13000 ; c_br0 =180664 ; c_bf0= 130916; % N/m k_r0 =4000 ; k_f0 = 1000 ; k_br0 = 200 ; k_bf0 =150 ; % N.s/m c_r = c_r0 ; c_f = c_f0; % N/m k_r =k_r0 ; k_f = k_f0 ; % N.s/m c_br =c_br0 ;c_bf= c_bf0; % N/m k_br = k_br0 ; k_bf =k_bf0 ; % N.s/m U_gn=[0.539 0.759]; % Toa tam khoi treo khong Message % U_gn=[0.539 0.5]; Tinh =3; if Tinh ==2 V0_kmh =5 ; % van toc Max , km/h ; sheet_ghi = 'sheet2'; 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com end if Tinh ==3 V0_kmh =101 ; % van toc Max , km/h ; sheet_ghi = 'sheet3'; end X_Mess = 0; % Toa tam khoi phuwong tien Z_Mess = 0.9; %================ Thuc nghiem & if (Tinh==4)| (Tinh==5)| (Tinh==6) if (Tinh==4) X_Mess = 0.15; V0_kmh = 0.010273 ; sheet_ghi = 'sheet4'; end if (Tinh==5)| (Tinh==6) if (Tinh==5) X_Mess = 0.15; sheet_ghi = 'sheet5'; end if (Tinh==6) X_Mess = 0; sheet_ghi = 'sheet6'; end V0_kmh = - 0.20847; end Z_Mess = U_gn(2); end %================ v0 = V0_kmh/3.6 ; % van toc Max : m/s Duong_ve = 'red -'; % +++++++++ voi H = 2*h0 = 0.3 m ; x_g0 = (m_PTien*X_Mess + m_Treo*U_gn(1))/ mG; z_g0 = (m_PTien*Z_Mess + m_Treo*U_gn(2))/ mG; U_A0=[0.421 ; 0.391] ; U_Gr0=[0.25 ; 0.356]; U_R0=[0; 0.306] ; % m U_T0 =[1.029 ; 0.825] ; U_Gf0=[ 1.175 ; 0.512] ; U_F0=[1.275 ; 0.296]; % m U_S0 =[ 0.120 ; 0.656]; % m U_G0=[x_g0; z_g0] 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com z_g1 = ( m_Treo*U_gn(2)+ mGr*U_Gr0(2)+mGf*U_Gf0(2)+mR*U_R0(2)+mF*U_F0(2))/ ( m_Treo + mGr + mGf +mR + mF ) z_g = (m_PTien*Z_Mess + m_Treo*U_gn(2)+ mGr*U_Gr0(2)+mGf*U_Gf0(2)+mR*U_R0(2)+mF*U_F0(2))/ (mG + mGr + mGf +mR + mF ) Ty_so_hp= z_g/U_F0(1) La = sqrt((U_R0 -U_A0)'*(U_R0 -U_A0)); % m Ls = sqrt((U_S0 -U_A0)'*(U_S0 -U_A0)); % m Lr0 = sqrt((U_R0 -U_S0)'*(U_R0 -U_S0)); % m Lf0 = sqrt((U_T0 -U_F0)'*(U_T0 -U_F0)); % m gama = acos((La^2+Ls^2 -Lr0^2)/(2*La*Ls)); % Te ; Te1 ; phi; phi1 ; xG ;xG1 ; zG ; zG1; zF ; zF1; Z0 = [ 0 0 U_G0(2) U_F0(2) ] ; Si= atan((U_F0(1)-U_T0(1))/(U_T0(2)-U_F0(2))); % rad phi_0=atan((U_A0(2)-U_R0(2))/(U_A0(1)-U_R0(1))) ; % rad D_AG = U_A0 - U_G0 ; D_GrA =U_Gr0 - U_A0 ; D_RA = U_R0 - U_A0; D_SG = U_S0 -U_G0 ; D_GfF = U_Gf0 - U_F0 ; D_TG = U_T0 - U_G0; D_SR = U_S0 -U_R0 ; D_TF = U_T0 - U_F0 ; Rf = U_F0(2) + 0.01; Rr = U_R0(2)+0.01; a0 = D_TG(1) ; b0=D_TG(2); E=[0 -1; 0] ; E1 = [0 -1] ; E2 = [1 0]; t_start = ; t_end = 15; %final time in seconds time_span =t_start:0.0001:t_end; [t,z]=ode45(@rhs,time_span,Z0); Dat = size(t,1); MatranB = zeros(); MatranB(1:Dat,1) = t(1:Dat,1); 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MatranB(1:Dat,2)= z(1:Dat,1); % Te MatranB(1:Dat,3)= z(1:Dat,3); % phi MatranB(1:Dat,4)= z(1:Dat,5); % zG MatranB(1:Dat,5)= z(1:Dat,7); % zF for j=1:Dat x2_phi = MatranB(j,3); x1_Te= MatranB(j,2); x7_zG =MatranB(j,4); x9_zF =MatranB(j,5); voi v_max = 60 ; 70 if Tinh==1 % x12_vR = (2*v0/pi)*atan(MatranB(j,1)); % x11_xR = (2*v0/pi)*(atan(MatranB(j,1))- 0.5*log(1+MatranB(j,1)^2)); end v = v0.t ; v_Max = if Tinh==2 x12_vR = v0*MatranB(j,1); x11_xR=0.5* v0*MatranB(j,1)^2; end v_Max = 101 if Tinh==3 x12_vR = v0* ((MatranB(j,1)+1)^(1/5)-1); x11_xR=v0*((5/6)*(MatranB(j,1)+1)^(6/5)- MatranB(j,1) - (5/6)); end if Tinh==4 x12_vR = v0* (MatranB(j,1)^2 + (4.91019/V0_kmh)*MatranB(j,1)+0.102312/V0_kmh); x11_xR=v0* ((1/3)*MatranB(j,1)^3 + 0.5*(4.91019/V0_kmh)*MatranB(j,1)^2 + (0.102312/V0_kmh)*MatranB(j,1) ); end if (Tinh==5) | (Tinh==6) x12_vR = v0* (MatranB(j,1)^2 + (7.579875/V0_kmh)*MatranB(j,1)+7.576897/V0_kmh); x11_xR=v0* ((1/3)*MatranB(j,1)^3 + 0.5*(7.579875/V0_kmh)*MatranB(j,1)^2 + (7.576897/V0_kmh)*MatranB(j,1) ); end 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com x10_xF = x11_xR + M_AB1(x1_Te)*(D_TG - D_AG) - M_AB1(x2_phi)*D_RA + (x7_zG +M_AB2(x1_Te)*D_TG -x9_zF)*tan(x1_Te+Si); x13_zR = x7_zG + M_AB2(x1_Te)*D_AG + M_AB2(x2_phi)*D_RA; MatranB(j,6)= x10_xF; MatranB(j,7)= f(x10_xF); tgB = x9_zF - MatranB(j,7) - Rf; if tgB