Nghiên cứu thiết kế bộ tời cứu hộ cá nhân

Bài viết trên cơ sở các nghiên cứu trước đó, bài báo đề xuất cấu tạo và nguyên lý làm việc của một bộ tời cứu hộ cá nhân, tính toán thiết kế và khảo sát các thông số động học chính trong quá trình làm việc. So với các thiết bị cứu hộ cá nhân khác về nguyên lý và cấu tạo, bộ tời đảm bảo kết cấu gọn và nhẹ, có cả hai chức năng nâng và hạ.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (1V): 123–133 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ TỜI CỨU HỘ CÁ NHÂN Dương Trường Gianga , Nguyễn Văn Tịnha,∗, Nguyễn Thiệu Trần Đănga a Khoa Cơ khí xây dựng, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 20/10/2020, Sửa xong 08/12/2020, Chấp nhận đăng 25/01/2021 Tóm tắt Khi xảy cố tòa nhà cao tầng, cháy nổ bên tồ nhà, cháy chia cắt tầng, dẫn đến thang máy, thang hiểm bên khơng sử dụng Ở thành phố lớn, đặc biệt Việt Nam số khu vực điều kiện kỹ thuật không đảm bảo cho lực lượng chữa cháy với phương tiện kỹ thuật chuyên nghiệp xe thang tiếp cận Việc phát triển thiết bị cứu hộ cá nhân để hộ gia đình sinh sống tịa nhà cao tầng tự trang bị tự hiểm cần thiết Trên sở nghiên cứu trước đó, báo đề xuất cấu tạo nguyên lý làm việc tời cứu hộ cá nhân, tính tốn thiết kế khảo sát thơng số động học q trình làm việc So với thiết bị cứu hộ cá nhân khác nguyên lý cấu tạo, tời đảm bảo kết cấu gọn nhẹ, có hai chức nâng hạ Mặt khác so sánh công dụng tời sử dụng thiết bị cứu hộ cá nhân người khỏe mạnh bình thường phận tời đồng kết hợp với giỏ thang thang tháo lắp nhanh Những kết khảo sát động lực học trình hạ báo đánh giá độ an toàn phù hợp thông số động học người cứu hộ sử dụng tời thiết kế Từ khoá: cứu hộ; tời; giỏ nâng; phanh an toàn; động lực học RESEARCH ON DESIGNING THE INDIVIDUAL RESCUE WINCH Abstract When an incident occurs in a high-rise building, such as a fire or explosion inside it, a fire can separate floors The elevator and emergency staircase are unusable In big cities, especially in Vietnam, the infrastructure of some areas does not ensure technical conditions for professional firefighting forces, and cannot be accessed by ladder trucks The development of individual rescue equipment to each family living in it can equip and escape themselves is necessary Based on the previous research, the article proposes the structure and working principle of the individual rescue winch Design calculations and the consideration of kinematic parameters in its working process are presented Compared with other individual rescue equipment in principle and structure, the winch ensures compact and light structure, has both lifting and lowering functions On the other hand, in terms of utility, the winch can be used as one individual rescue equipment for a normal healthy person, and it is also part of the synchronous winch when combined with the basket and quick installation ladder The dynamics investigation results of the lowering process in the paper show the safety and the suitability of dynamic parameters for the rescued humans when using the winch Keywords: rescue; winch; basket; safety brake; dynamics https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(1V)-11 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Xu hướng phát triển Việt Nam giới có nhiều nhà cao tầng đầu tư xây dựng, dẫn tới nguy an toàn cháy nổ ngày gia tăng, gây thiệt hại nghiêm trọng ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: tinhnv@nuce.edu.vn (Tịnh, N V.) 123 Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng khơng có biện pháp ứng phó kịp thời Khi xảy cố tòa nhà cao tầng, cháy nổ bên tồ nhà, cháy chia cắt tầng, dẫn đến thang máy, thang hiểm bên khơng sử dụng Một phương án cứu hộ hiệu sử dụng xe thang chuyên dụng lực lượng chữa cháy cứu hộ cứu nạn Để công tác cứu hộ hiệu quả, nhiều nghiên cứu nhằm khống chế rung động giỏ thang cứu hộ, điều khiển xác vị trí nâng cao khả làm việc xe thang thực [1–4] Tuy nhiên, thành phố lớn, sở hạ tầng số khu vực không đảm bảo điều kiện kỹ thuật cho phương tiện cứu hộ chuyên nghiệp tiếp cận Chính nghiên cứu thiết bị cứu hộ chỗ phục vụ cứu hộ cá nhân gia đình sinh sống tịa nhà nhiều nhà khoa học doanh nghiệp quan tâm [5–13] Ở Việt Nam [5, 6] chế tạo ống tuột đệm hơi, tời cứu hộ cá nhân cho công tác cứu hộ tòa nhà cao tầng xảy cháy nổ Ống tuột có ưu điểm sử dụng cho người già, phụ nữ có thai, cho phép cứu hộ lượng người lớn tốn diện tích mặt [5] Tời cứu hộ cá nhân [6] giải pháp sử dụng tang puly ma sát, người tụt xuống dạng người nhện (sử dụng hạn chế tốc độ) Bộ tời [6] có phận cấu tạo theo nguyên lý thiết kế nêu [14, 15] không phụ thuộc nguồn lượng dẫn động Tuy nhiên thiết bị [5, 6] tồn nhược điểm làm việc chiều, ống tụt đệm [5] dành cho lực lượng chuyên nghiệp Thiết bị cứu hộ [6] đòi hỏi kỹ sử dụng giống thang dây cá nhân không phù hợp người già hay trẻ em không trang bị giỏ nâng Trên giới tời cứu hộ lắp đặt cố định cơng trình [6–8] cố định giỏ cứu hộ túi cứu hộ cá nhân [9–13] Hệ thống có tời nâng hạ [7, 8] lắp đặt tòa nhà hay bên loại di động, đưa đến tòa nhà lực lượng chuyên nghiệp cần Các sáng chế [7, 8] dùng tời cáp thông thường với tang cáp sử dụng nguồn điện dẫn động tay Ưu điểm phương án kể cho phép cứu hộ lượng người lớn (đặc biệt nghiên cứu [8]) cho phép người già trẻ em, di chuyển hai chiều Tuy nhiên tời cứu hộ thiết bị dành cho lực lượng chuyên nghiệp, đắt tiền, cần nguồn lượng riêng cung cấp Sáng chế [9] sử dụng truyền động bánh tời cáp Tời cáp [9] đặt giỏ nâng, hạ xuống trọng lượng thân người, hệ bánh ăn khớp với liên động với cấu phanh hãm an toàn Sáng chế [10] sử dụng động đốt dẫn động qua hệ truyền động bánh ăn khớp Cả hai giải pháp có ưu điểm chuyển động hai chiều, phù hợp nhiều đối tượng có giỏ nâng, nhiên cần nguồn lượng yêu cầu có đường ray di chuyển tương đối phức tạp phải lắp đặt trước vào cơng trình Sáng chế [11] thiết bị tời cứu hộ cá nhân, có đai an tồn qng vào phía trước người tụt xuống Thiết bị [11] sử dụng puly ma sát, hai puly ma sát gắn với hạn chế tốc độ Nguyên lý làm việc tời [11] tương tự [6] điều khiển tụt xuống thuận tiện thiết kế trang bị cá nhân, trình tụt xuống trọng lượng thân người Các sáng chế [12] kế thừa kết hợp giải pháp trước [11], thiết bị cứu hộ kết cấu dạng túi cứu hộ cá nhân bố trí sau lưng Sáng chế kết cấu [12] cho hai dạng nguyên lý làm việc tời cứu hộ cá nhân sử dụng puly ma sát tang cáp, kết hợp với phanh tự động Việc sử dụng puly ma sát cho chiều cao nâng lớn, nhiên kết cấu có nhiều chi tiết phức tạp [12], phải đảm bảo khả kéo puly ma sát Sáng chế [13] sử dụng đường ray cố định lắp tường tòa nhà, ray cố định có gắn răng, chuyển động trượt theo đường ray, bánh thiết bị ăn khớp với ray liên động với phanh hãm So với [11, 12] thiết bị [13] gọn nhỏ không sử dụng cáp với tang hay puly ma sát Song, yêu cầu cần đường ray cố định vào công trình phức tạp Đặc điểm chung thiết bị cứu hộ cá nhân [11–13] có ưu điểm gọn nhỏ, khơng cần nguồn lượng ngồi cung cấp, nhiên chuyển động 124 Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng chiều không phù hợp với người già, trẻ em Như việc nghiên cứu phát triển thiết bị cứu hộ cá nhân để tự trang bị tự hiểm tịa nhà cao tầng cần thiết, quan tâm chung nhiều nhà khoa học Trên sở nghiên cứu trước đó, nghiên cứu chúng tơi đề xuất tời cứu hộ cá nhân khắc phục nhược điểm nêu Bài báo trình bày cấu tạo, ngun lý làm việc, tính tốn thiết kế thơng số tời khảo sát thơng số động học q trình làm việc để đánh giá độ an toàn mức độ phù hợp người cứu hộ Gia tốc hạ thỏa mãn tiêu chí theo [16, 17] khả chịu người chịu dao động sốc học Đề xuất giải pháp cấu tạo tời cứu hộ cá nhân 2.1 Yêu cầu chung Sau phân tích đặc điểm làm việc thiết bị cứu hộ Việt Nam giới Mục Chúng nhận thấy, để tời cứu hộ sử dụng thiết bị cứu hộ cá nhân người khỏe mạnh bình thường (Hình 1(a) Hình 1(b)) phận cứu hộ đồng kết hợp với giỏ nâng trượt thang dẫn hướng (thang có khả tháo lắp nhanh) sử dụng cứu hộ người già trẻ em (Hình 1(c)), cần đáp ứng yêu cầu sau: - Kết cấu tời nhỏ gọn, không chiếm không gian, thuận tiện lắp đặt vào giỏ nâng trang bị cá nhân - Bộ tời có trang bị phanh hãm, vận tốc nâng hay hạ theo điều khiển người để phù hợp cho nhiều đối tượng cần cứu hộ người già trẻ em - Nguồn dẫn động cho tời phải trì đảm bảo điều kiện đặc biệt, không cần phải cấp lượng từ bên vào phù hợp với sức người dẫn động tay - Bộ tời cho phép chuyển động hai chiều hạ cứu hộ nâng lên để thực chu kỳ cứu hộ - Ray di chuyển tháo lắp nhanh… phận độc lập với nguyên lý phanh hãm trình … … làm việc a) (a) Treo người cáp nâng (tời treo cao) b) a) a) b) c) b) (b) Người đeo tời nâng (cáp cố định cao) c) c) (c) Kết hợp tời với giỏ nâng thang (a) Treo Người đeoKết hợp (c) Kết (a) Treo người (a) Treo (b) Người đeongười Kết(b) hợp (c) người (b)(c) Người đeo hợp cáp nâng tời nâng cốnhân tời với giỏ cáp nângHình (tời (cáp cốsử tờibộ với giỏ cáp nâng (tờián tời(tời nâng (cáp cố tời với giỏ tời Cácnâng phương dụng tời cứu(cáp hộ cá treo cao) định cao) nâng treo cao) treođịnh nâng thang nâng thangvà thang trêntrên cao)cao) định trênvàcao) 125 Hình Cáctời phương dụng bộhộ tờicá cứu hộ cá nhân Hìnhán sử Các phương án sử dụng tời cứu nhân Hình Các phương dụng cứu hộán cásử nhân 2.tạo Đềbộ xuất cấu tạo hộ tờicá cứu hộ cá nhân Đề cấu xuất giải pháp cấupháp tạocábộ tời cứu nhân Đề xuất giải pháp tờigiải cứu hộ nhân 2.1 Yêu cầu chung kỳ cứu hộ - Ray di chuyển tháo lắp nhanh là phận độc lập với nguyên lý phanh hãm trình làm việc Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Trên sở tham khảo nghiên cứu trước [6-14], bài báo đề xuất giải pháp Trêncấu tạo sở tham cáccónghiên trước bàiđộng báo bánh đề xuất giảiphanh pháptựcấu tạo tời tời khảo cứu hộ kết cấucứu sử dụng tang[6–14], và truyền răng, động cứu hộ có cấu sử(vơdụng truyền động bánh phanh động tayyêu quay lăng) kết tay quay lăng)tang nhưvà Hình 2, giải pháp cấurăng, tạo đảm bảotựđáp ứngvàcác cầu(vơ Mục Hình 2, 2.1 giải pháp cấu tạo đảm bảo đáp ứng yêu cầu Mục 2.1 AA 12 5a 5b 4a A 11 2b 1a 2a 1 t 10a 10b A 1- Bánh cóc; 1a- Con cóc; 2a, 2b- Mặt ma sát; 3, 4, 5, 6- Các bánh truyền động; 4a- Trục trung gian; Hình Bộ 7tờiTang củacuốn thiếtcáp; bị cứu hộđiều chỉnh; 9- Trục ren vít; 5a- Trục tay quay; 5b- Tay quay (Vô lăng); 8- Cữ 10a, 10b- Vỏ tời; 11- Dẫn hướng; 12- Cáp nâng (1 - Bánh cóc; 1a - Con cóc; 2a, 2b - Mặt ma sát; 3, 4, 5, - Các bánh truyền động; 4a - Trục trung gian; 5a -Hình Trục2.tay quay; 5btời - Tay Cấu tạo cứu quay hộ (Vô lăng); - Tang cáp; - Cữ điều chỉnh; - Trục ren vít; 10a, 10b - Vỏ tời; 11 - Dẫn hướng; 12 - Cáp Phanh tự động tời cấu tạo chi tiết 1, 1a, 2a, 2b, 7, Các mặt ma sát 2a nâng) 2b gắn tương ứng vào mặt gờ tang bánh Bánh cóc ăn khớp với cóc 1a Phanh tự động tời cấu tạo chi tiết 1, 1a, 2a, 2b, 7, và cóc 1a gắn với vỏ cố định 10 Bánh cóc quay nâng cho quay nâng tải, Các mặt ma sát 2a và 2b gắn tương ứng vào mặt ngoài gờ tang bánh hạ bị giữ cóc 1a Hệ bánh truyền động 3, 4, 5, có tỉ số truyền i, truyền chuyển Bánh cóc ăn khớp với cóc 1a và cóc 1a gắn với vỏ cố định 10 Bánh cóc động từ tay quay 5b tới tang Nhờ có hệ bánh mà quay tay quay nhẹ nhàng phù hợp với quay nâng và cho quay nâng tải, hạ bị giữ cóc 1a Hệ bánh sức người Tay quay 5b dùng để quay nâng hạ Khi khơng tác dụng lực vào tay quay tải nâng truyền 4, 5,7và có tỉ sốvới truyền chuyển động từren tay vít quay 5b tớicuốn cáp i , truyền giữrăng trạng tháiđộng treo.3,Tang có6moay-ơ ren ăn khớp với ren trục 9, tang Nhờ nhiều có hệ lớp bánhTrục 9mà quay nhẹtheo nhàng phùngàm hợp với người loạitang tang7.cuốn lắpquay bạc tay trượt vớiđược vỏ 10a dạng côngsức xôn Các lỗ Tay quay 5b dùng để quay nâng và hạ Khi không tác dụng lực vào tay quay tời tải thiết vỏ dùng để lắp nhanh vào giỏ nâng cố định vào đai cứu hộ trường hợp bị cứu hộ cá nhân Để làm giảm trọng lượng tời tang 7, vỏ tời 10a, 10b phần thân bánh truyền động làm hợp kim nhôm Tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta cố định tời vào giỏ nâng hay sử dụng cứu hộ cá nhân đầu cáp nâng cố định vào cơng trình Giữ tải trạng thái treo, tác dụng trọng lượng thân giỏ nâng người tạo mô men tang theo chiều hạ (trục không quay) Do tang ăn khớp với ren vít trục nên có xu hướng dịch sang phải ép chặn vào bánh cóc Bánh cóc khơng quay cóc 1a giữ cố định nên tang khơng quay tải giữ lại trạng thái treo Theo nguyên lý phanh tự động, mô men phanh giữ mặt ma sát 2a 2b phụ thuộc vào tải trọng treo [14] Hạ tải cách quay nhẹ vô lăng 5b, qua hệ bánh 3, 4, 5, làm quay trục Khi trục quay làm tang dịch chuyển sang trái, tách mặt ma sát 2a 2b Khi tang quay để hạ tải trọng 126 Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng trọng lượng thân giỏ nâng người Tốc độ quay tang nhanh dần, đến lớn tốc độ quay trục (do vô lăng 5b dẫn động) dẫn đến tang tiến sang phải mặt ma sát 2a 2b bị ép, tốc độ bị hãm lại dừng (nếu không quay 5b tiếp) Tay quay 5b tiếp tục quay, trình hạ lại tiếp tục lặp lại chu kỳ chuyển động Nâng tải cách quay vô lăng 5b theo chiều nâng, qua truyền bánh làm trục tang quay, tang dịch chuyển sang phải ép vào bánh cóc với mặt ma sát 2a 2b Lúc tang 7, bánh cóc 1, bánh tạo thành khối Do cóc 1a cho phép bánh cóc quay theo chiều nâng, nên tang cáp quay nâng tải Trường hợp dừng không quay tồn tải trọng giữ trạng thái treo Như theo nguyên lý làm việc tời, tốc độ nâng hạ phụ thuộc vào tốc độ tay quay người điều khiển Khoảng dịch chuyển lớn tang so với bánh cóc giới hạn khe hở ∆ độ rộng khe hở điều chỉnh chi tiết Tính tốn thiết kế thơng số Việc triển khai tính tốn số thơng số làm sở để thiết kế, khảo sát, đánh giá độ an toàn phù hợp thông số động học người cứu hộ Các thơng số thiết kế đề cập nghiên cứu thơng số hình học tang cáp 7, lực quay tay quay 5b thông số phanh tự động Cơ sở để tính tốn thiết kế chi tiết cụm chi tiết tời đề xuất nêu [14, 15] Tính tốn kích thước tang cáp 7, gồm chiều dài tang Lt , đường kính vịng trung bình tới tâm cáp D, chiều dầy tang δ z= D = Dt + n · dc (m) (1) Dt ≥ (e − 1) · dc (m) (2) Lt = z · dc · ϕ (m) (3) aH + 1,5 · πDt (vòng) π(n · Dt + dc n2 ) δ ≥ 0,01 · Dt + 0,003 (m) (4) (5) dc đường kính cáp, (m); e hệ số tra theo tiêu chuẩn tuỳ thuộc loại máy chế độ làm việc; D đường kính vịng trung bình tang đến tâm cáp, (m); ϕ hệ số xếp cáp không ϕ = 1,1; a bội suất pa lăng cáp; H chiều cao nâng hạ tời, (m); z số vòng cáp lớp cáp; n số lớp cáp; δ chiều dày tang, (mm) Với vật liệu hợp kim nhôm, nghiên cứu chiều dày tang xác định sơ tương tự chiều dày tang chế tạo thép, sau kiểm tra bền lại - Q trình nâng tải: Mơ men dẫn động cho tay quay tính theo cơng thức: M1 = M2n (Nm) i·η i= M2n = z4 z6 z3 z5 S max D (Q + G + Fms ) D = (Nm) 2aηc 127 (6) (7) (8) Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng M1 mơ men quay tay quay 5b người, (Nm); M2n mô men xoắn cần thiết tang cáp để nâng tải, (Nm); η hiệu suất truyền; i tỉ số truyền truyền bánh răng; z3 , z4 , z5 , z6 số bánh răng; (Q + G) trọng lượng người giỏ nâng, (N); ηc hiệu suất tang cáp pa lăng cáp (nếu có); Fms tổng lực cản di chuyển giỏ nâng, (N); S max lực căng cáp lớn nhất, (N) Lực tay quay người dẫn động: Fqn = M1 (N) lq (9) lq chiều dài tay quay, (m); Fqn lực quay người, giá trị thường nhỏ 200 N cánh tay địn nhỏ 400 mm Thơng qua công thức từ (6) đến (9), lực quay tay tải trọng nâng xác định biết thơng số cịn lại Điều kiện để bánh quay tang nâng tải: P · R2 · f + P · r · tg(α + ρ) > (Q + G + Fms ) D 2aηc (10) P lực dọc trục vít, (N); R2 bán kính làm việc trung bình đĩa ma sát 2a, (m); f hệ số ma sát bề mặt ma sát; r bán kính trung bình ren vít, (m); α góc nâng ren vít, (độ); ρ góc ma sát, (độ) Từ (10) thấy rằng, để tang, bánh cóc bánh tạo thành khối quay nâng tải, lực dọc trục vít thỏa mãn P> (Q + G + Fms ) D 2a[R2 · f + r · tg(α + ρ)]ηc (11) - Giữ vật trạng thái treo: Mô men để tạo lực ép mặt ma sát tang vào bánh cóc phanh dừng: M2tr = (Q + G − Fms ) Dηc 2a (Nm) (12) Mô men cân với mô men lực ma sát sinh mặt ma sát ren vít đĩa ma sát 2b M2tr = P · f · R1 + P · r · tg(α + ρ) (Nm) (13) R1 bán kính làm việc trung bình bề mặt ma sát 2b, (m) Từ công thức (12) (13) suy bán kính R1 : R1 = (Q + G − Fms ) Dηc r · tg(α + ρ) − (m) 2a · P · f f (14) Ngồi ra, để giữ vật trạng thái treo mà tác dụng lực vào vơ lăng, tức trục vít khơng quay bán kính làm việc trung bình đĩa ma sát 2a phải thỏa mãn R2 > r · tg(α + ρ) (m) f - Quá trình hạ tải: 128 (15) Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Lực quay vô lăng tạo mơ men trục vít: M2h = Fq · lq · i · η (16) Tại thời điểm bắt đầu tác dụng lực, mô men phải đủ để đĩa ma sát 2a trục vít quay, ta có: M2h = P · R2 · f + P · r · tg(α − ρ) (17) Từ công thức (16) (17), lực quay vô lăng hạ tải xác định: Fq = P · R2 · f + P · r · tg(α − ρ) (N) lq · i · η (18) Theo nguyên lý phanh tự động, tang bị giới hạn chặn hành trình di chuyển chi tiết 8, hành trình giới hạn ∆ (m) Khi không xét biến dạng kết cấu phanh tự động (tang, mặt ma sát, bánh cóc ) số vịng quay tang di chuyển theo dọc trục tang tiếp xúc với n1 = ∆ (vịng) s (19) s bước ren vít, (m) Khi bỏ qua biến dạng kết cấu, quãng đường hạ lớn sh giỏ nâng người tang chưa tiếp xúc với bánh cóc: ∆ sh = πD (vịng) (20) s Bảng Các số liệu cho trước H (m) Q + G (N) a dc (m) e η ηc lq (m) r (m) 28 1680 60 0,008 18 0,92 0,96 0,15 0,014 α (độ) ρ (độ) β n z3 z4 z5 z6 ∆ (m) s (m) 13 11,3 1,75 20 77 18 46 0,002 0,01 Fms (N) Bảng số liệu cho trước ví dụ tính tốn thiết kế, kết tính tốn số thơng số Bảng sở cho tốn khác Trong có tốn khảo sát q trình hạ tải tời có xét ảnh hưởng độ cứng số chi tiết phanh tự động Mục Với sở tính toán [15] hỗ trợ phần mềm INVENTOR ứng suất chi tiết tính theo phương pháp phần tử hữu hạn, bước đầu thiết kế tời cứu hộ cá nhân Hình 4, có khối lượng 12,66 kg Mặc dù khối lượng tời đảm bảo việc trang bị cá nhân, nhiên qua tính tốn thiết kế nhận thấy cần phải tiếp tục nghiên cứu để gọn nhỏ nữa, đặc biệt tối ưu trọng lượng truyền bánh Để giải vấn đề này, phải xây dựng mơ hình tốn học phương pháp tính tốn tốn tối ưu kết cấu [18] Do đó, vấn đề trình bày cơng trình nghiên cứu khác chúng tơi Bảng Kết tính tốn thơng số S max (N) Dt (m) D (m) δ (mm) lt (m) 1687 0,15 0,198 i 0,068 9,84 129 Fq (N) R1 (m) R2 (m) sh (m) M ph (Nm) 123 0,092 0,03 0,124 114,768 Smax Smax (N) (N) Bảng2.2.Kết Kếtquả quảtính tínhtốn tốncác cácthơng thơngsố sốcơ bản Bảng ii t l tl t FFqq DD RR22 RR11 DD t (mm) (m) (m) (mm) (m) (m) (m) (m) (m) (N) (m) (m) (N) (m) sshh (m) (m) 1687 0,15 0,198 cs 0,068 123 0,092nghệ 0,03 0,124 Giang, D T., / Tạp 9,84 chí Khoa học Cơng Xây dựng 1687 0,15 0,198 0,068 9,84 123 0,092 0,03 0,124 M ph M ph (Nm) (Nm) 114,768 114,768 Hình Mơ hình 3D tời Hình 3 Mơ Mơ hình hình 3D 3D bộ tời Hình tời Hình Mơ hình tính tốn10một số chi tiết tời 10 Khảo sát động lực học trình hạ Quá trình nâng tải tời tương tự tời thông thường dẫn động tay Nếu bỏ qua độ cứng cáp nâng, tốc độ độ rung giật giỏ nâng phụ thuộc vào tốc độ quay vơ lăng Đây tốn nghiên cứu kết cho thấy độ rung giật hoàn toàn nằm giới hạn cho phép người sử dụng Trong trình hạ, với việc trang bị phanh ma sát có bề mặt tách rời, tốc độ độ rung giật phụ thuộc vào điều kiện ban đầu, lực ma sát độ cứng hệ trục vít - tang - bánh cóc theo phương dọc trục vít Để đánh giá thơng số động học có phù hợp với việc chở người trình cứu hộ cần khảo sát động lực học trình hạ - Quá trình hạ 1: Do trọng lượng tải, tang quay ép chặt vào bánh cóc Phương trình chuyển động vật nâng  (Q + G) ηc 2P ( f R1 + r · tg(α + ρ)) (Q + G) = xă, Nu P < Pmax  (21) a D ga     x˙ = 0, Nếu P = Pmax P lực kéo thân vít xác định theo cơng thức (22), Pmax lực kéo thân vít lớn 130 Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Pmax xác định tương tự P thay x xmax công thức (22) P=c s·x (N) π·D (22) t thời gian, (s); x dịch cáp thép bề mặt tang, (m); c độ cứng hệ trục vít tang - bánh cóc theo phương dọc trục vít, (N/m) Như vậy, q trình hạ ban đầu (chưa quay vơ lăng), phương trình chuyển động vật  (Q + G) ηc (Q + G) 2csx    ( f · R1 + r · tg(α + ρ)) xă + = 0, Nu x < xmax (23) ga a π · D     x˙ = 0, Nếu x = xmax Kết thúc q trình này, trục vít bị kéo giãn dài lớn ∆0 = s · xmax (m) π·D (24) Trên sở số liệu Mục phần mềm Matlab, phương trình (23) giải với điều kiện đầu x = x˙ = Thời gian dịch chuyển cáp đến vật nâng dừng lại 29 ms, gia tốc cực đại thời điểm bắt đầu hạ 9,4 m/s2 , vận tốc lớn 87 mm/s khoảng dịch chuyển cáp 1,6 mm Để giảm gia tốc cực đại, trước hạ, cáp phải kéo căng trước gia tốc tiến đến khơng lực căng tiến đến trọng lượng vật nâng - Giai đoạn 2: Quay vô lăng để hạ vật Khi quay vơ lăng theo chiều hạ, tang có xu hướng tách khỏi bánh cóc, lực ma sát giảm giá trị cân với tải kéo vật nâng gây ra, vật hạ xuống Chính trình hạ, tang lại quay ngược chiều với chiều quay vít có xu hướng ép chặt lại với bánh cóc cản lại chuyển động Lực ép chặt tang vào bánh cóc giai đoạn P = c ∆0 − nv · s · t + x·s (N) π·D (25) nv tốc độ quay vít dẫn động từ vơ lăng, (v/s) Bỏ qua biến dạng đàn hồi cáp thép trọng lượng tang, phương trình chuyển động vật viết sau:  x˙ = 0,      2P ( f R1 + r à tg( + )) c (Q + G) xă + − (Q + G) = 0,    ga D a xă = g , c Nếu P ≥ P0 Nếu ≤ P < P0 (26) Nếu P < P0 giá trị lực ép gây mô men ma sát cản cân với mô men trọng lượng vật nâng quán tính gây Khảo sát giai đoạn hạ với tốc độ quay vô lăng 60 v/ph thời điểm t = s lúc vật bắt đầu chuyển động Các thông số động học thể Hình Theo đó, vận tốc vật thay đổi liên tục trình hạ giá trị vận tốc lớn nhỏ (0,13 m/s) Quy luật chuyển vị cáp theo phương thẳng đứng dạng bậc thang Tần số dao động 17 Hz Giá trị gia tốc trình hạ cực đại nhỏ gia tốc trọng trường giá trị gia tốc trung bình bình phương xấp xỉ 4,8 m/s2 nhỏ giá trị giới hạn (6 m/s2 ) [16] So với tiêu chí [16, 17], thông số động học đảm bảo khả chịu người chịu dao động sốc học 131 Lực ép chặt tang vào bánh cóc giai đoạn này là P=c − nv s t + x s , (N) D (25) nv là tốc độ quay vít dẫn động từ vô lăng, (v/s) Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 0.07 Dịch chuyển (m) 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 … 0.01 … Vận tốc (m/s) Vận tốc (m/s) 0.14 0.12 0.14 0.1 0.12 0.08 0.1 0.06 0.08 0.04 0.06 0.02 0.04 0.02 -0.02 0 -0.02 0.2 0.4 0.6 0.8 t (s) 0.2 0.2 0.4 0.4 t (s) 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.8 Gia(m/s tốc2)(m/s2) Gia tốc t (s) 8 -2 -4 -2 -6 -4 -8 -6 -8 12 0.2 0.2 0.4 0.4 t (s) t (s) Hình Hình Giá5.trịGiá quãng đườngđường dịch chuyển, vận tốc vận gia thépcáp thép trị quãng dịch chuyển, tốctốc và gia cáp tốc Hình Giá trị quãng đường dịch chuyển, vận tốc và gia tốc cáp thép Bỏ qua biến dạng đàn hồi cáp thép và trọng lượng tang, phương trình chuyểnBỏ động vật dạng đàn viết hồi sau:cáp thép và trọng lượng tang, phương trình quacủa biến Bộ tời cứu hộ cá nhân xuất có viết kíchnhư thước phù P hợp Pcho chuyển động củađềvật sau:nhỏ gọn tính năngNếu , hộ gia đình x = 0, Kết luận sinh sống tòa nhà cao tầng Ngoài việc sử dụng tời cứu hộ cá nhân Nếu P P0 , +0,G ) P ( fR1 + r tg ( + ) ) (xQ=bình Pđể trở P0 , thành Nếu người khỏe mạnh thường, cịn kết hợp thang x+ − ( Qvới + Ggiỏ = 0, ) c thang (26) ga D a Q + G P fR + r tg ( + ) ( ) ( ) c cứu hộ phục vụ cứu hộ cứu nạn trẻ) em x + đối với1 phụ nữ, người −già +G = 0, Nếu 0P P0 , P0 , ( Qvà (26) ga a hoạtNếu x =bị g thoát Khác với thiết hiểm thôngDthường, tời cho phép động theo chiều nâng c, , hiệu = g nguồn hạ, khơng phụ thuộcx vào lượng bên ngồi để dẫn động nênNếu Pđặc0biệt c, P0 là giá trị lực ép gây mô men ma sát cản cân với mô men trọng công tác cứu hộ cứu nạn tòa nhà cao tầng, nơi mà phương tiện cứu hộ chuyên nghiệp khơng P0 làvậy, đóNhư giáqn trị lực gây mơ men sát cản vớinhằm mô men trọng vật nâng và tínhép gây ra.ra đóng thể tiếp cậnlượng nghiên cứu gópma thêm mộtcân giảibằng pháp đảmdobảo an tồn lượng vật nâng và quán tính gây cho cư dân sống hạ caoquay tầngvôvới mậtlà độ đúc ởt = sthành Khảo sát sinh giai đoạn này với khu tốc độ lăng 60 dân v/phcư vàđông thời điểm phố lớn 0s Khảo đoạnđộng hạ nàyCác vớithơng tốc độsốquay lăng là 60 thời Hình điểm 5.t =Theo là lúc vật bắt sát đầugiai chuyển độngvôhọc thểv/ph hiệnvàtrong Phương pháp tính tốn thiết kế trình bày sở khoa học cho việc tính tốn thiết kế là lúc chuyển động số động họcgiá thể Theo đó, vậnvật tốcbắt vậtđầu thay đổi liên tục Các trongthơng q trình hạ và trị vận tốc lớn nhấtHình nhỏ (0,13 tời cứu hộ cá nhân tời có tính tương tự Giá trị thơng số động học đó, vận tốcluật vật chuyển thay đổivịliên trình thẳng hạ và giá trịởvận tốcbậc lớn thang nhất làTần nhỏsố (0,13 m/s) Quy củatục cáptrong theoquá phương đứng dạng dao trình làm việc tời nằm ngưỡng cho phép theo tiêu chuẩn đảm bảo sức khỏe m/s) là Quy luật chuyển vị cáp theo phương thẳng đứng dạng bậctốc thang Tần số dao động 17 Hz Giá trị gia tốc trình hạ cực đại nhỏ gia trọng trường người Với cấu tạo không phức tạp, không yêu cầu công nghệ chế tạo đặc biệt, tời và nhỏ gia tốc trọng trường và động 17tốc Hz.trung Giá trị giabình tốc quáxấp trìnhxỉhạ đại giá trịlàgia bình phương 4,8cực m/s nhỏ giá trị giới hạn (6 2trị gia tốc trung bình bình phương 132 giá xấp xỉ 4,8 m/s nhỏ giábảo trị giớikhả hạn (6 m/s ) [16] So với tiêu chí [16, 17], thông số động học đảm m/s ) [16] So với tiêu chí [16, 17], thông số động học đảm bảo khả 13 13 Giang, D T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng chế tạo với giá thành hạ để hộ gia đình tự trang bị trở thành sản phẩm thương mại Để nâng cao tính kỹ thuật xem xét cách toàn diện, hướng nghiên cứu triển khai tiếp tục tối ưu để giảm khối lượng tời nghiên cứu động lực học kết hợp với giỏ nâng chuyển động thang Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Bộ Giáo dục Đào tạo đề tài mã số B2019-XDA-02 Tài liệu tham khảo [1] Lambeck, S., Sawodny, O., Arnold, E (2006) Trajectory tracking control for a new generation of fire rescue turntable ladders 2006 IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, IEEE, 1–6 [2] Kharitonov, A., Zimmert, N., Sawodny, O (2007) Active oscillation damping of the fire-rescue turntable ladder 2007 IEEE International Conference on Control Applications, IEEE, 391–396 [3] Pertsch, A., Sawodny, O (2016) Modelling and control of coupled bending and torsional vibrations of an articulated aerial ladder Mechatronics, 33:34–48 [4] Nguyen, V T., Schmidt, T., Leonhardt, T (2019) Effect of pre-tensioned loads to vibration at the ladder tip in raising and lowering processes on a turntable ladder Journal of Mechanical Science and Technology, 33(5):2003–2010 [5] Phung, C S., Hoang, K H., Nguyen, T N (2018) Nghiên cứu chế tạo ống tuột, đệm để cứu hộ, cứu nạn nạn nhân cố hỏa hoạn nhà cao tầng thị Việt Nam Tạp chí Mơi trường, (IV) [6] Công ty cổ phần thiết bị Cứu hộ An tồn Việt Nam (RSV) Thiết bị tự hiểm cho nhà cao tầng Truy cập ngày 3/9/2020 [7] Reed, W B (1983) Emergency rescue system United States Patent [8] Shimshoni, J (2005) Tall building emergency evacuation: time to think differently Escapace Rescuce Systems Ltd-CTBUH New York 2005 Conference [9] Ginter, F.-J (1984) Rescue system on high-rise buildings United States Patent [10] Tremblay, J (2013) Tower rescue emergency module United States US 2013 0303765A1 [11] Huntley, J B (1975) Emergency fire escape machanissm United States Patent: 3880255 [12] Renton, J E., Nott, P T M (2009) Personal height rescue apparatus Patent Application Publication, Pub No : US 2009/ 0319049 A1 [13] Milne, W G., Saruwatari, M (1985) Emergency escape system United States Patent: 4499966 [14] Chinh, V L., Dung, P Q., Thanh, T Q (2002) Cơ sở thiết kế máy xây dựng Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [15] Budynas, R G., Nisbett, J K (2011) Mechanical engineering design 9th edition, MC Graw Hill [16] ISO 2631-1:1997 Mechanical vibration and shock – Evaluation of human exposure to whole-body vibration, Part 1: General requirements [17] Kumar, K V., Norfleer, W T (1992) Issues on human acceleration tolerance after long – duration space flights National Aeronautics and Space Administration Houston, Texas [18] Giang, D T., Dũng, P Q., Dũng, T N (2010) Xác định tiết diện hợp lỳ cho kết cấu thép cần trục tháp Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 4(2) 133 ... 125 Hình Cáctời phương dụng b? ?hộ tờicá cứu hộ cá nhân Hìnhán sử Các phương án sử dụng tời cứu nhân Hình Các phương dụng cứu hộ? ?n cásử nhân 2.tạo Đ? ?bộ xuất cấu tạo hộ tờicá cứu hộ cá nhân Đề... đeo hợp cáp nâng tời nâng c? ?nhân tời với giỏ cáp nângHình (tời (cáp cốsử tờibộ với giỏ cáp nâng (tời? ?n tời( tời nâng (cáp cố tời với giỏ tời Cácnâng phương dụng tời cứu( cáp hộ cá treo cao) định... nghiên cứu phát triển thiết bị cứu hộ cá nhân để tự trang bị tự hiểm tịa nhà cao tầng cần thiết, quan tâm chung nhiều nhà khoa học Trên sở nghiên cứu trước đó, nghiên cứu đề xuất tời cứu hộ cá