BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ THỊ MINH VƯỢNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THU[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP LÊ THỊ MINH VƯỢNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - LÊ THỊ MINH VƯỢNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hóa Nơng - lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU Hà Nội, 2010 ĐẶT VẤN ĐỀ Cháy rừng thảm họa gây nhiều hậu nghiêm trọng cho tài nguyên, môi trường người Chính mà nhà khoa học giới nói chung, Việt Nam nói riêng nghiên cứu công nghệ thiết bị phòng chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại cháy rừng gây Đã có số cơng trình nghiên cứu cơng nghệ thiết bị chữa cháy rừng đưa vào sử dụng Ở Việt Nam, Đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 Tiến sĩ Dương Văn Tài chủ trì thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa Đây mẫu xe chữa cháy mới, chưa đưa vào sử dụng rộng rãi; khác với xe chữa cháy thông thường, xe chữa cháy rừng đa thường phải chuyển động đường lâm nghiệp chí mặt đất rừng, mấp mô mặt đường nguồn gây dao động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chuyển động êm dịu xe Do đó, việc nghiên cứu dao động xe chuyển động đường lâm nghiệp cần thiết Trong thực tế, có nhiều đề tài nghiên cứu dao động ô tô máy kéo, xe quân sự; xe chữa cháy rừng đa mẫu xe mới, hồn thiện nên chưa có cơng trình nghiên cứu dao động loại xe này; vậy, tơi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu dao động chữa cháy rừng đa chuyển động đường lâm nghiệp” Ý nghĩa đề tài là: Xây dựng mơ hình dao động xe chữa cháy rừng đa đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo ra; lập, giải mơ hệ phương trình vi phân dao động xe chữa cháy rừng đa chuyển động đường lâm nghiệp Kết nghiên cứu đề tài phục vụ cho việc hoàn thiện mẫu xe chữa cháy rừng đa đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10 thiết kế chế tạo theo hướng nâng cao khả chuyển động êm dịu chọn chế độ sử dụng hợp lý mẫu máy 2 Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan công nghệ thiết bị chữa cháy rừng 1.1.1 Công nghệ thiết bị chữa cháy rừng giới a) Công nghệ chữa cháy rừng giới: Cháy rừng thảm họa, gây thiệt hại đến nhiều mặt, nhiều lĩnh vực khác Cháy rừng không thiệt hại rừng hay hệ sinh thái rừng, mà cịn nơi trú ngụ nhiều lồi động vật, làm ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái làm kho tàng vi sinh vật q giá đất Vì vậy, chữa cháy rừng việc làm thiết thực, nghĩa vụ người, nhằm góp phần hạn chế tối đa thiệt hại cháy rừng gây ra, để bảo vệ màu xanh cho núi rừng Nhưng chữa cháy rừng không giống chữa cháy nhà, điều kiện hỗ trợ thực biện pháp chữa cháy rừng hạn chế, khó khăn địa hình phức tạp… Đòi hỏi người cần hiểu số kỹ thuật chữa cháy rừng, để tổ chức chữa cháy đạt hiệu an toàn Hiện nước giới sử dụng công nghệ chữa cháy rừng sau: Kỹ thuật chữa cháy rừng phương pháp trực tiếp: phương pháp bố trí đội hình chữa cháy trực tiếp đối đầu, bao vây lửa dùng dụng cụ đập lửa liên tục Chỉ sử dụng đám cháy có lửa thấp, cường độ cháy nhỏ Chữa cháy rừng phương pháp song song: phương pháp bố trí đội hình chữa cháy đứng phía trước (đầu hướng gió) để thực biện pháp phát dọn băng trắng ngăn cản lửa Sử dụng điều kiện đám cháy có lửa cháy với cường độ vừa phải Chữa cháy rừng phương pháp gián tiếp (hay phương pháp đốt chặn): phương pháp dùng lửa đốt từ phía trước đầu hướng gió đám cháy để hai lửa tiến giáp lại với tự tắt (do cháy hết vật liệu cháy) Sử dụng phương pháp đám cháy có cường độ dội, sức nóng lan tỏa phạm vi rộng, người khó tiếp cận với đám cháy [37] b) Thiết bị chữa cháy giới: Một số nước Đông Nam Á, Trung Quốc, Nga, Mỹ, Inđônêxia… sử dụng rộng rãi công cụ dập lửa thủ cơng (thiết bị chữa cháy cầm tay), bình chữa cháy đeo vai/xách tay, máy thổi gió đeo vai/ xách tay Các cơng cụ có nhiều hạn chế suất hiệu chữa cháy thấp, tốn nhiều sức lực nhân công, không dập tắt đám cháy lớn (chiều cao lửa 2m) Ở nơi gần nguồn nước (sông suối, ao hồ), nhiều nước giới sử dụng máy bơm nước để chữa cháy rừng Thiết bị có ưu điểm hiệu dập lửa lớn, chữa loại cháy tán Nhược điểm loại thiết bị tính di động khơng cao, phụ thuộc vào nguồn nước; khu rừng cách xa nguồn nước khoảng 3km thiết bị khơng sử dụng Loại máy phù hợp với chữa cháy rừng ngập nước Một số nước phát triển Mỹ, Nga, Australia, Island, Thái Lan nghiên cứu đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng chuyên dùng (hình 1.1, 1.2, 1.3), thiết bị di chuyển địa hình có độ dốc 150 Trên xe có Hình 1.1 - Ơ tơ chun dụng chữa cháy rừng Mỹ thiết kế téc chứa nước, hệ thống bơm ống dẫn Thiết bị len lỏi vào khu rừng để chữa cháy, tác nhân chữa cháy rừng nước Thiết bị nhược điểm phụ thuộc vào nguồn nước chứa xe Đối với nơi xa nguồn nước, địa hình có độ dốc > 20 thiết bị sử dụng khơng hiệu 4 Hình 1.2 - Xe cứu hỏa Mỹ Hình 1.3 - Xe chữa cháy rừng Australia Một số nước phát triển Mỹ, Nga, Pháp, Nhật, Thái Lan sử dụng máy bay để chữa cháy Loại thiết bị phun nước phun hoá chất để dập lửa Thiết bị chữa cháy sử dụng loại địa hình, hiệu chữa cháy cao, suất dập lửa lớn Sử dụng máy bay chữa cháy cần vốn đầu tư lớn, chi phí đắt, nên khơng phù hợp với nước phát triển có Việt Nam 1.1.2 Cơng nghệ thiết bị chữa cháy rừng Việt Nam Việt Nam cảnh báo tình trạng mức nguy hiểm cháy rừng Với vụ cháy rừng lớn, gần đường giao thơng, có lực lượng cứu hỏa thiết bị chuyên dùng; cháy rừng nơi hiểm trở chủ yếu sử dụng phương pháp cổ truyền (dùng cành đập vào lửa, vận chuyển nước cách chuyền tay ) Có thể khẳng định rằng: Ở Việt Nam chưa có thiết bị chữa cháy rừng chuyên dùng Hiện nay, Việt Nam sử dụng số công nghệ thiết bị chữa cháy rừng sau: - Công nghệ chữa cháy rừng sử dụng phương tiện chữa cháy thô sơ: Các phương tiện chữa cháy thô sơ bao gồm phương tiện chữa cháy rừng thủ công: dùng cành cây, vỉ dập lửa, cào cuốc… xe đạp thồ chở nước Hình 1.4 - Xe thồ chữa cháy rừng chữa cháy rừng (hình 1.4) Đây công nghệ đơn giản, thiết bị rẻ tiền, dễ di chuyển nơi có địa hình phức tạp Đối với đám cháy nhỏ, bắt đầu cháy dụng cụ có khả dập tắt được; tốn nhiều công lao động, suất khả dập lửa thấp, không chữa đám cháy lớn - Một số sở chữa cháy rừng sử dụng bình bơm nước đeo vai, máy thổi gió cơng suất lớn, máy bơm nước khiêng tay để chữa cháy Hiệu chữa cháy thiết bị cao phương tiện chữa cháy thủ công, không hiệu đám cháy rừng lớn Các thiết bị chủ yếu nhập ngoại - Thiết bị tạo băng cách ly: Trong chữa cháy rừng, phương pháp tạo băng trắng để khoanh vùng, cô lập đám cháy thường xuyên áp dụng đám cháy rừng lớn, cháy tán cây, cháy ngầm mặt đất Các thiết bị tạo băng trắng Việt Nam chủ yếu dùng cưa xăng, máy phát quang, cào cuốc, - Gần đây, Việt Nam phát minh đưa vào sử dụng hỗn hợp chữa cháy đa ĐT-HP: Hỗn hợp chữa cháy đa ĐT-HP sản xuất dạng dung dịch 5% hỗn hợp hai muối Natriclorua Natri Laurylsulfat Khi sử dụng việc pha thêm nước để thành dung dịch nồng độ 0,5% phun thấm ướt phun tạo bọt bề mặt vật cháy, đám cháy bị dập tắt Hỗn hợp thích hợp để chữa cháy rừng giải tình trạng thiếu nước chữa cháy dập tắt nhanh đám cháy mà không bị bùng cháy trở lại - Sử dụng cơng trình phục vụ phịng chống cháy rừng: kênh nước, kênh cạn, băng trắng, băng xanh, hồ chứa nước giữ ẩm đất rừng… - Xe chuyên dụng chữa cháy: Mặc dù có nhiều loại xe chữa cháy thị trường đưa vào thử nghiệm hay sử dụng như: xe thang chữa cháy Mỹ sản xuất, xe chữa cháy cơng nghệ phun bọt khí nén (CAFS) hãng Morita (Nhật Bản) sản xuất, xe chữa cháy Dol với nhiều hệ khác xuất Việt Nam Các loại xe chữa cháy chủ yếu xe nhập giá thành cao Nhìn chung, chưa sản xuất loại xe hay phương tiện phục vụ công tác chữa cháy Gần nhất, kĩ sư Trần Thành Đạt cử nhân Huỳnh Hữu Phước chế tạo xe chữa cháy tí hon SAMCO Tina-m để chữa cháy hẻm ngõ ngách nhỏ khu dân cư [35] Thực tế cho thấy, Việt Nam chưa có xe chuyên dụng chữa cháy rừng Các loại xe chữa cháy kể sử dụng chữa cháy nhà, không thuận lợi cho công việc chữa cháy rừng Chúng ta cải tiến xe chữa cháy từ xe U oát hay xe Isuzu…thiết bị bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt thùng xe Những xe cải tiến với số lượng ít, khơng đáp ứng nhu cầu thiết bị chữa cháy rừng nước ta Vì cần dụng cụ, thiết bị chữa cháy rừng đại, gọn nhẹ để tiện di chuyển, hiệu suất cao, sản xuất nước để giảm chi phí sản xuất Trong đề tài cấp nhà nước KC 07.13/06-10, TS.Dương Văn Tài thiết kế chế tạo thành công xe chữa cháy rừng đa năng, sử dụng nhiều tác nhân chữa cháy Xe chữa cháy rừng đa thiết kế chế tạo nên chưa có điều kiện nghiên cứu khả kéo, bám, ổn định, dao động xe 1.2 Tổng quan dao động ô tô máy kéo Khi ô tô, máy kéo chuyển động đường không phẳng thường chịu tải trọng dao động bề mặt đường mấp mô sinh Những dao động ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, tuổi thọ xe người ngồi xe Theo thống kê cho thấy, ô tô tải chạy đường xấu ghồ ghề, so với ô tơ loại chạy đường tốt phẳng vận tốc trung bình giảm 40 - 50% Các kết nghiên cứu ảnh hưởng dao động ô tô tới thể người tới kết luận người phải chịu đựng lâu môi trường dao động ô tô mắc bệnh thần kinh não Vì tính êm dịu chuyển động tiêu quan trọng xe [1] Những vấn đề nêu cho thấy, nghiên cứu dao động tơ khơng có ý nghĩa mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tiễn cao Một số cơng trình nghên cứu dao động ô tô, máy kéo giới kể sau: 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu dao động tơ máy kéo giới Việc nghiên cứu dao động ô tô - máy kéo bắt đầu sớm, chúng đơn giản Một tác giả với nhiều đóng góp kể đến Mitschke, Schiehlen Năm 1970 Mitschke tập trung vào tác phẩm tiếng "Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cơng trình nghiên cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn Nội dung dao động xe con, mơ hình mơ hình 1/4 xem xét yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động tối ưu hệ treo Sau đó, tác giả đề cập tiêu đánh giá dao động ôtô Những năm sau này, 1980, Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật Ông sử dụng trợ giúp máy tính để nghiên cứu sâu hệ thống treo, bánh xe; nhiên nghiên cứu tập trung chủ yếu vào xe Năm 1973 Barski I.B [1] nghiên cứu Động lực học máy kéo Tác giả nghiên cứu đầy đủ động lực học máy kéo bánh hơi, máy kéo bánh xích độ êm dịu chuyển động máy kéo Năm 1982, PTS Đỗ Tiến Vũ [24] đưa mơ hình dao động ô tô tải ba cầu trường hợp có rơ mooc sau: Hình 1.5: Mơ hình dao động ô tô tải ba cầu với rơ mooc Đỗ Tiến Vũ Trong cơng trình, tác giả sử dụng phương trình Lagranger loại II để lập phương trình vi phân dao động hệ, với 12 bậc tự Năm 1983 Dobrưnhin Iu.A [33] nghiên cứu động lực học thẳng đứng máy kéo bánh vận xuất gỗ chặt chăm sóc Năm 1987 Zucov A.V [32] nghiên cứu vấn đề dao động máy kéo lâm nghiệp 8 Năm 1992 Kozmin S.F [31] nghiên cứu trình dao động thẳng đứng máy kéo bánh lâm nghiệp cỡ kN Trong cơng trình [26], Muller đưa mơ hình khơng gian mơ tả tất loại dao động máy kéo bánh hơi, tác giả bỏ qua tác động tải trọng kéo yếu tố ảnh hưởng khác Theo tác giả, máy kéo có bậc tự do: dao động thẳng đứng, dao động xoay quanh trục ngang, dao động dọc, dao động xoay quanh trục dọc dao động liên kết xoay quanh trục cân Tác giả Volgel [28] nghiên cứu tính chất động lực học liên hợp máy cày, lực kéo tải trọng thẳng đứng dao động có kể đến tính đàn hồi, hệ truyền lực bánh xe Cơng trình cho phép đánh giá cách khái quát tác động yếu tố ảnh hưởng tới dao động máy cày đất, nhiên chưa có thực nghiệm để chứng minh giả thiết đưa Trong công trình Wendebon [29] lý thuyết thực nghiệm, tác giả xây dựng mơ hình nghiên cứu tính chất động lực học dao động thẳng đứng máy kéo, tác giả không quan tâm đến chuyển động quay chuyển động khác Do cơng trình chưa đánh giá thể đầy đủ tính chất động lực học máy yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động máy kéo nói riêng liên hợp máy nói chung Bên cạnh cịn có số cơng trình nghiên cứu dao động thẳng đứng máy kéo có kể đến yếu tố ảnh hưởng điều kiện làm việc: Tải trọng, vận tốc, độ mấp mô mặt đường Ngày giới nghiên cứu dao động ô tô đạt nhiều thành tựu đáng kể Dao động ô tô nghiên cứu tổng thể hệ thống “Đường-Xe-Người” Để nghiên cứu riêng biệt tổng thể mối quan hệ vừa nêu, hãng sản xuất ô tô quan chuyên môn hàng đầu giới thiết lập phịng thí nghiệm, xây dựng bãi thử để nghiên cứu dao động tơ, có kể đến biên dạng thực tế mặt đường khả người chịu tác động dao động 9 Hướng chung nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường-Xe-Người” chia thành hướng: - Nghiên cứu biên dạng mặt đường (nguồn gây dao động) - Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo ôtô chuyển động đường phức tạp ) - Nghiên cứu cảm giác người an tồn hàng hố chun chở chống cháy điều kiện phức tạp 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu dao động ô tô máy kéo Việt Nam Ở nước ta có số cơng trình nghiên cứu dao động ô tô máy kéo như: Năm 1990, cơng trình nghiên cứu Bùi Hải Triều [27], tác giả đưa mơ hình phản ánh đầy đủ tính chất hoạt động cấu trúc máy kéo bánh (hình 1.6) Hình 1.6: Mơ hình phần tử máy kéo theo Bùi Hải Triều Mô hình mơ tả tác động qua lại q trình làm việc động với máy điều chỉnh, tính đến tính chất đàn hồi giảm chấn phần tử hệ thống, tính chất bám trượt ly hợp bánh xe với mặt đường, tính chất biến đổi mơ men quay, tốc độ quay mơ men qn tính hệ thống truyền lực Cơng trình xem xét tác động yếu tố tới hệ thống truyền lực, chưa quan tâm cách đầy đủ yếu tố ảnh hưởng tới chuyển động liên hợp máy nói chung 10 Năm 2002 TS Lê Minh Lư [16] nghiên cứu dao động máy kéo bánh có tính đến đặc trưng phi tuyến phần tử đàn hồi Tác giả xây dựng mơ hình, hệ phương trình vi phân điều kiện biên mô tả dao động thẳng đứng máy kéo, cầu trước, cầu sau ghế ngồi có tính đến đặc điểm riêng hệ liên kết chiều bánh xe mặt đường, đặc trưng phi tuyến phần tử đàn hồi Công trình nghiên cứu cách đầy đủ dạng dao động máy kéo có tính đến đặc trưng phi tuyến phần tử đàn hồi trường hợp kích động mặt đường hàm ngẫu nhiên xác định Tuy nhiên cơng trình nghiên cứu trường hợp máy kéo di chuyển độc lập mà chưa tính đến dao động máy kéo trường hợp kéo tải TS Nguyễn Tiến Đạt [4] nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến khả vận xuất gỗ rừng trồng phương pháp kéo nửa lết máy kéo bốn bánh cỡ nhỏ (18 - 24 mã lực) Cơng trình xây dựng mơ hình nghiên cứu dao động máy kéo cơng suất nhỏ vận xuất mặt đường có dạng hàm xác định Năm 2002, Th.S Nguyễn Văn Vệ [23] nghiên cứu dao động thẳng đứng ghế ngồi máy kéo DFH - 180 vận xuất gỗ giải pháp giảm xóc cho người lái GS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn [2] nghiên cứu tính êm dịu chuyển động ô tô máy kéo, giải vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện êm dịu cho người lái Cơng trình nghiên cứu cho thấy: tính êm dịu chuyển động tô máy kéo đánh giá qua tiêu: tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian tác động dao động Trong chuyển động, ô tô máy kéo dao động theo phương: Thẳng đứng (OZ), phương ngang (OX), phương dọc máy (OY), dao động theo phương thẳng đứng ảnh hưởng đến người; theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng khơng đáng kể, bỏ qua Đối với máy kéo bánh bơm làm việc mặt đường gồ ghề thân máy dao động với tần số 160 - 240 dao động/phút, vượt mức độ chịu đựng người, máy kéo phải ý giải vấn đề treo cho ghế ngồi để đảm bảo điều kiện cho người lái Tác giả đưa sơ đồ tính tốn hệ thống treo cho ghế 11 ngồi với dạng kích động động lực cho tính tốn thiết kế hệ thống treo cho ghế nên chọn tỷ số tần số kích động tần số dao động riêng ghế khoảng 0,5 - 0,6 Năm 1993, TS.Lưu Văn Tuấn [22] xây dựng mơ hình dao động khảo sát dao động xe ca Việt Nam đóng Từ đề mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe khách Ba Đình; luận văn tác giả ý mơ tả thuộc tính đàn hồi khung vỏ kết cấu đặc trưng xe ca: xe ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực Tuy nhiên cơng trình dừng lại việc nghiên cứu lý thuyết Th.S Nguyễn Đức Sĩ [25] nghiên cứu ổn định động lực học dọc liên hợp máy kéo cỡ nhỏ vận xuất gỗ khởi hành theo hướng lên dốc Th.S Nguyễn Hồng Quang [17] nghiên cứu dao động máy kéo Shibaura với thiết bị tời cáp vận xuất gỗ theo phương pháp kéo nửa lết Th.S Nguyễn Quang Huy [12] nghiên cứu dao động xe nhiều cầu Th.S Trịnh Minh Hoàng [11] nghiên cứu, khảo sát dao động xe tải hai cầu tác động ngẫu nhiên mặt đường Tác giả trình bày mơ hình dao động xe tải hai cầu (khơng gian) mơ MatLab Simulink 5.3 Phần mơ hình tính tốn hồn chỉnh, trình bày phần dao động kích động ngẫu nhiên mặt đường Luận án TS tác giả Nguyễn Phúc Hiểu "Nghiên cứu ảnh hưởng dao động lên khung xương ôtô chuyển động đường" trọng nghiên cứu ảnh hưởng đường xác định hàm ngoại lực cho tốn tính khung xương Th.S Huỳnh Hội Quốc [20] nghiên cứu trình lắc ngang, lắc dọc ô tô vận tốc cao Th.S Hoàng Gia Thắng [19] nghiên cứu dao động mặt phẳng thẳng đứng toa xe khách bốn trục hai hệ lò xo qua mối nối ray TS.Võ Văn Hường [13] nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu Tác giả nghiên cứu sâu lập mơ hình dao động khơng 12 gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ tổng hợp TS Đào Mạnh Hùng [9] xác định lực động bánh xe mặt đường ô tô tải điều kiện sử dụng Việt Nam Gần nhất, năm 2010 TS.Trần Việt Hà [8] nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ êm dịu chuyển động tơ khách đóng Việt Nam Nhìn chung cơng trình nghiên cứu dao động ô tô, máy kéo bánh Việt Nam chưa nhiều, kết nghiên cứu có ý nghĩa lớn cho việc hồn thiện thêm kết cấu chọn chế độ sử dụng hợp lý cho ô tô, máy kéo Dao động ô tô máy kéo bánh nói chung nghiên cứu nhiều lý thuyết thực nghiệm, song dao động xe chữa cháy nói chung, đặc biệt xe chữa cháy rừng nghiên cứu Xe chữa cháy rừng đa mẫu xe thiết kế chế tạo, chưa có cơng trình nghiên cứu dao động mẫu xe Dao động xe gây nên tải trọng động đáng kể lên cụm chi tiết, ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động, khả ổn định chống lật, khả điều khiển, khả bám… Lực động tác động lên cấu máy biến đổi theo chu kỳ, gây tượng mỏi, giảm tuổi thọ chi tiết đặc biệt gây nên tượng cộng hưởng phá hỏng chi tiết máy Do vậy, nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa cần thiết 1.3 Tổng quan xe chữa cháy rừng đa Xe chữa cháy rừng đa (hình 1.8) thiết kế chế tạo sở xe Ural - 4320 nhà máy ô tô Mê Kông (Đông Anh, Hà Nội) Xe chữa cháy rừng đa sản phẩm đề tài cấp Nhà nước mã số KC 07.13/06-10 trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì Xe sở URAL-4320 (hình 1.7) kiểu xe tải việt dã đa 6x6 sản xuất Nhà máy ô tô Ural thành phố Minsk (Nga) cho quân đội Nga Loại xe thiết kế năm 1973, bắt đầu sản xuất từ năm 1976 đến tiếp tục URAL-4320 loại xe tải phát triển từ loại URAL-375D Trên sở xe 13 tải URAL-4320 có nhiều biến thể xe bồn chở nhiên liệu hay nước sạch, xe đầu kéo xe mang dàn phóng rốc két 40 nịng BM-21 "Grad" chí cịn lắp pháo phịng khơng 23mm với đầu xe bọc thép Ngoài quân đội Nga, xe tải URAL4320 nước khác Trung Quốc, Việt Nam… sử dụng Nhờ khoảng sáng gầm xe cao, Ural-4320 có kh nng Hình 1.7: Ô tô Ural - 4320 vt địa hình, đặc biệt thích hợp với đường đèo núi, cồn cát, Nó đánh giá loại xe hoạt động ổn định, sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng Một số đặc tính kỹ thuật Ural 4320 trang bị động V8 YamZ-238M2 YamZ-236M2 V6 180 mã lực sau [38]: Trọng lượng xe: 15300kg/14975kg Trọng tải: 6000kg/5000kg 27 ghế ngồi Trọng tải rơ mooc: 11500kg Tốc độ tối đa: 82 km/h/75 km/h Lốp xe: 14.00-20 HC (PR) 14, có hệ thống tự động điều chỉnh áp suất Hộp số tay số, hộp phân phối cấp khố vi sai Giảm xóc trước kiểu nhíp treo, giảm xóc sau kiểu nhíp địn gánh Trong đề tài cấp Nhà nước mã số KC 07.13/06-10 trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam chủ trì, để phục vụ cho việc chữa cháy rừng, xe Ural 4320 trang bị thêm thiết bị chuyên dùng sau: Sau ca bin téc nước; hai bên téc nước có khoang đựng dụng cụ phụ trợ; phía trước xe lắp thiết bị cắt kiểu cưa đĩa dẫn động từ động thuỷ lực; phía sau téc nước có khoang chứa bơm nước, thiết bị hút đất quạt thổi; phía khoang có thiết bị đào, làm tơi đất thiết bị làm cỏ rác Các thiết bị dẫn động thuỷ lực 14 Xe chữa cháy rừng sử dụng chất chữa cháy đất cát, khơng khí sẵn có chỗ, ngồi ra, cịn sử dụng nước hóa chất dập tắt đám cháy Với hệ thống chặt hạ cây, cắt bụi, băm cỏ rác để tạo băng trắng cản lửa cách ly đám cháy, từ dập tắt đám cháy Ngồi việc sử dụng chữa cháy rừng, xe sử dụng để phòng cháy rừng (chủ động làm cỏ rác khu rừng trước mùa khơ) Hình 1.8: Xe chữa cháy rừng đa thiết kế phần mềm Solidwork Xe chữa cháy rừng đa thiết kế có nhiều tính trình sử dụng để chữa cháy rừng; cần đến người để vận hành xe 1.4 Các phương pháp nghiên cứu dao động Một cách tổng qt, nghiên cứu dao động tơ nói chung gồm nội dung chủ yếu sau: Lập mơ hình dao động tơ; Xây dựng phương trình vi phân mô tả dao động hệ; Giải mơ phương trình vi phân dao động hệ Để nghiên cứu dao động ô tô người ta thường sử dụng phương pháp sau: 1.4.1 Các phương pháp học Ta hiểu phương pháp nghiên cứu dao động tơ phương pháp lập xử lý mơ hình tốn mơ tả dao động khối lượng hệ 15 Thơng thường người ta lập mơ hình tốn mơ tả dịch chuyển hệ dạng phương trình vi phân Có nhiều phương pháp lập phương trình vi phân cho hệ như: phương pháp lực, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp Dalambe, phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II… a) Phương pháp lực: [15] Phương pháp lực hay sử dụng để thiết lập phương trình dao động có khối lượng tập trung Phương pháp thực theo bước sau: - Bước 1: Viết định luật Hook suy rộng: q = D.f* Trong đó: D - Ma trận hệ số ảnh hưởng hay ma trận độ mềm; f* - Ma trận lực quán tính ngoại lực tác dụng vào hệ; q - Dịch chuyển hệ - Bước 2: Sử dụng quan hệ lực gia tốc: f * Mq f Trong đó: M - Ma trận khối lượng - Bước 3: Xây dựng phương trình vi phân từ mối quan hệ trên: DMq q Df Chú ý: Ma trận độ cứng C ma trận độ mềm D hệ có quan hệ: C-1=D b) Phương pháp phần tử hữu hạn: [34] Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) phương pháp gần để giải số lớp toán biên Theo phương pháp phần tử hữu hạn, học, vật thể chia thành phần tử nhỏ có kích thước hữu hạn, liên kết với số hữu hạn điểm biên (gọi điểm nút) Các đại lượng cần tìm nút ẩn số toán (gọi ẩn số nút) Tải trọng phần tử đưa nút Trong phần tử, đại lượng cần tìm xấp xỉ biểu thức đơn giản biểu diễn hồn tồn qua ẩn số nút Dựa ngun lí lượng, thiết lập phương trình đại số diễn tả quan hệ ẩn số nút tải trọng nút phần tử Tập hợp phần tử theo điều kiện liên tục nhận hệ phương trình đại số ẩn số nút tồn vật thể 16 Để giải tốn biên miền W, phép tam giác phân, ta chia thành số hữu hạn miền Wj (j = 1, , n) cho hai miền khơng giao chung đỉnh cạnh Mỗi miền Wj gọi phần tử hữu hạn Người ta tìm nghiệm xấp xỉ toán biên ban đầu không gian hữu hạn chiều hàm số thoả mãn điều kiện khả vi định toàn miền W hạn chế chúng phần tử hữu hạn Wj đa thức Có thể chọn sở không gian gồm hàm số ψ1(x), , ψn(x) có giá trị số hữu hạn phần tử hữu hạn Wj gần Nghiệm xấp xỉ tốn ban đầu tìm dạng c1ψ1(x) + + cnψn(x) ck số cần tìm Thơng thường người ta đưa việc tìm c k việc giải phương trình đại số với ma trận thưa (chỉ có phần tử đường chéo số đường song song sát với đường chéo khác khơng) nên dễ giải Có thể lấy cạnh phần tử hữu hạn đường thẳng đường cong để xấp xỉ miền có dạng hình học phức tạp Phương pháp phần tử hữu hạn dùng để giải gần tốn biên tuyến tính, phi tuyến bất phương trình Với hỗ trợ máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi có hiệu nhiều lĩnh vực lí thuyết đàn hồi dẻo, học chất lỏng, học vật rắn, học thiên thể, khí tượng thuỷ văn, v.v c) Phương pháp sử dụng nguyên lý Dalambe: Theo nguyên lý Dalambe, toán động lực học hệ dao động đưa toán tĩnh học sở đưa lực qn tính vào hệ, phương trình chuyển động thiết lập sở lấy tổng đại số ngoại lực, phản lực lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát Khi đó, phần tử hệ dao động tách độc lập đặt ngoại lực cân trạng thái tĩnh Từ xây dựng phương trình cho phần tử để giải hệ phương trình đơn giản 17 Phương pháp thông dụng để giải toán động lực học trực quan hóa mối quan hệ ảnh hưởng lên phần tử riêng biệt hệ dao động Phương pháp dùng hệ dao động đơn giản d) Phương pháp sử dụng phương trình Lagranger loại II: Phương trình Lagranger hạng II có dạng tổng quát sau: d T T Qi dt q i qi q i qi (1-1) Trong đó: T - hàm động hệ; Π - hàm hệ; Ф - hàm hao tán hệ; Qi - lực suy rộng hệ; qi - tọa độ suy rộng hệ Sau tìm hàm động năng, năng, lượng hao tán lực suy rộng theo toạ độ suy rộng, thay vào phương trình Lagranger hạng II ta nhận hệ phương trình vi phân Số lượng phương trình vi phân hệ tỷ lệ thuận với số lượng khối lượng qui đổi mơ hình Bằng phương pháp giải tích, hệ phương trình vi phân ln ln biến đổi phương trình vi phân bậc cao với số bậc phụ thuộc vào số phương trình vi phân hệ Việc lựa chọn phương pháp hay phương pháp khác phụ thuộc vào mơ hình học hệ Trong đó, hệ hơlơnơm, giữ dừng (là hệ có điều kiện ràng buộc mơ tả phương trình liên kết phương trình liên kết khơng chứa yếu tố vận tốc thời gian [13] người ta thường sử dụng phương pháp áp dụng phương trình Lagranger loại II) 1.4.2 Các phần mềm ứng dụng để nghiên cứu dao động Nội dung việc xử lý mơ hình tốn việc giải mơ phương trình vi phân lập Trong trường hợp phương trình vi phân không 18 phức tạp, người ta thường ưu tiên sử dụng phương pháp giải tích để giải phương trình vi phân Tuy nhiên, lập mơ hình học hệ dạng nhiều khối lượng qui đổi, đồng nghĩa với việc nhận phương trình vi phân có số bậc cao; dẫn đến, việc giải mơ phương trình vi phân trở lên khó khăn nhiều Ngày này, với trợ giúp máy tính điện tử khắc phục vấn đề khó khăn nêu Các hệ chương trình trợ giúp đắc lực cho việc giải mơ phương trình vi phân có nhiều Có thể kể bốn chương trình tính toán đa sử dụng phổ biến là: Mathematica, Maple, Mathcad Matlab & Simulink a) Phần mềm Mathematica Mathematica lần hãng Wolfram Research phát hành vào năm 1988, hệ thống nhằm thực tính tốn tốn học máy tính điện tử Nó tổ hợp tính tốn ký hiệu, tính tốn số, vẽ đồ thị ngơn ngữ lập trình tinh vi Lần version Mathematica phát hành, mục đích phần mềm đưa vào sử dụng cho ngành khoa học vật lý, công nghệ toán học, với thời gian Mathematica trở thành phần mềm quan trọng nhiều lĩnh vực khoa học khác Ngày Mathematica sử dụng ngành khoa học tự nhiên vật lý, sinh học, tốn học, hóa học, cơng nghệ mà trở thành phần mềm quan trọng ngành khoa học xã hội kinh tế Trong công nghệ ngày người ta sử dụng Mathematica công tác thiết kế Trong kinh tế Mathematica lại cơng cụ mạnh để tiến hành mơ hình hóa toán kinh tế phức tạp Mathematica công cụ quan trọng khoa học máy tính lĩnh vực phát triển phần mềm [36] b) Phần mềm Maple: Khái niệm Maple xuất phát từ họp vào tháng 11 năm 1980 Đại học Waterloo Ngày Maple phát triển hồn thiện Người dùng nhập biểu thức toán học theo ký hiệu toán học truyền thống ... BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - LÊ THỊ MINH VƯỢNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG LÂM NGHIỆP Chuyên ngành: Kỹ thuật máy... chuyển động đường lâm nghiệp chí mặt đất rừng, mấp mô mặt đường nguồn gây dao động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chuyển động êm dịu xe Do đó, việc nghiên cứu dao động xe chuyển động đường lâm nghiệp. .. máy kéo Dao động ô tô máy kéo bánh nói chung nghiên cứu nhiều lý thuyết thực nghiệm, song dao động xe chữa cháy nói chung, đặc biệt xe chữa cháy rừng nghiên cứu Xe chữa cháy rừng đa mẫu xe thiết