Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng

i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hồn thành đề tài tơi ln nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình thầy cô khoa sau đại học khoa điện & cơng trình trường đại học Lâm nghiệp Việt Nam Được đồng ý Khoa Sau đại học, hướng dẫn TS Nguyễn Văn Bỉ thực luận văn: “nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa đứng chỗ cắt đất phun đất vào đám cháy rừng” Nhân dịp tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến: TS Nguyễn Văn Bỉ trường đại học Lâm Nghiệp, người ln tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thày khoa Cơ điện Cơng trình, khoa Sau đại học tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu Trong trình thực đề tài tơi cịn nhận giúp đỡ nhiệt tình PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu, trung tâm thực hành khoa điện cơng trình Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người bên động viên suốt q trình hồn thành khố học Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết luận văn tính tốn xác, trung thực chưa có tác giả cơng bố; nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Để đề tài hồn thiện tơi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp, bổ xung để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2012 Tác giả Tống Thanh Hà ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục từ viết tắt iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii Mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình cháy rừng Việt Nam 1.2 Tổng quan công nghệ thiết bị chữa cháy rừng giới 1.2.1 Công nghệ chữa cháy rừng giới 1.2.2 Thiết bị chữa cháy rừng giới .7 1.3 Công nghệ thiết bị chữa cháy rừng Việt Nam .9 1.4 Tổng quan nghiên cứu dao động ô tô máy kéo 13 1.4.1 Tổng quan nghiên cứu ô tô máy kéo giới .13 1.4.2 Tổng quan nghiên cứu ô tô máy kéo Việt Nam .14 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 16 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 16 2.1.1 Mục tiêu chung 16 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 16 2.2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 16 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động xe chữa cháy rừng đa 17 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống cắt đất 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 20 2.4 Phương pháp nghiên cứu 21 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 21 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu dao động 25 Chương NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG 26 3.1 Tổng quan dao động xe chữa cháy rừng đa 26 iii 3.2 Xây dựng mơ hình tính toán dao động xe chữa cháy rừng đa 28 3.2.1 Một số giả thiết 28 3.2.3 Biểu thức động hệ 33 3.2.4 Biểu thức hệ 33 3.2.5 Biểu thức hàm hao tán hệ 34 3.2.6 Biểu thức lực suy rộng 34 3.3 Phương trình vi phân dao động xe .35 3.3.1 Lập phương trình vi phân dao động hệ 35 3.3.2 Khảo sát hệ số động lực học hệ .39 3.4 Khảo sát dao động xe CCR đa 40 3.4.1 Xác định tham số đầu vào hệ phương trình vi phân (3.15) .40 3.4.2 Giải hệ phương trình vi phân dao động hệ 42 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 51 4.1 Mục đích nghiên cứu 51 4.2 Đối tượng nghiên cứu 51 4.3 Điều kiện thực nghiệm 51 4.4 Dụng cụ thiết bị đo 51 4.4.1 Thiết bị đo DMC plus 51 4.4.2 Cảm biến đo gia tốc 52 4.5 Tổ chức tiến hành thực nghiệm 53 4.5.1 Chuẩn bị thí nghiệm dụng cụ đo .53 4.5.2 Tổ chức thí nghiệm đo dao động xe cắt đất 54 4.6 Kết nghiên cứu thực nghiệm 57 4.6.1 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 1200 vòng/phút 57 4.6.2 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2000 vòng/phút .57 4.6.3 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 2500 vòng/phút .58 4.6.4 Thực nghiệm với tốc độ cắt đất n = 3000 vòng/phút .58 4.7 So sánh kết nghiên cứu thực nghiệm với mơ hình tính theo lý thuyết .59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 Kết luận .61 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT TT Ký Tên gọi hiệu Đơn vị CCR Chữa cháy rừng Kđ Hệ số động lực học PTVP Phương trình vi phân T Biểu thức động hệ Π Biểu thức hệ Ф Hàm hao tán hệ Qn Động lượng nước Qxe Động lượng xe vòi phun làm việc Q0 Động lượng ban đầu hệ 10 Mxe Khối lượng xe Kg 11 vxe Vận tốc xe m/s 12 m0 Khối lượng khung xe thiết bị xe Kg 13 m1 Khối lượng trục trước Kg 14 m2 Khối lượng trục bánh sau Kg 15 m4 Khối lượng hệ thống cắt đất Kg 16 l1,l2 17 l3 18 b 19 L Khoảng cách theo phương dọc từ trọng tâm O đến điểm A,B Khoảng cách BD Khoảng cách theo phương ngang tâm bánh xe đến cầu Chiều dai tay quay từ tâm bánh xe cầu sau đến chốt xoay m m m m v 20 21 α0,αn c1 , c2 , c3 cn1, 22 cn2, cn3 23 34 25 c4, k4 k1, k2, k3 kn1 Chuyển vị góc thân xe nhíp cầu sau mặt phẳng thẳng đứng dọc Oxz Hệ số độ cứng cặp bánh xe 1, 2, Hệ số độ cứng nhíp cầu trục trước trục sau: 1, Hệ số độ cứng giảm chấn cấu treo hệ thống cắt đất Hệ số giảm chấn bánh lốp trước bánh sau Hệ số giảm chấn nhíp trước độ KN KN KN Ns/m Ns/m m0, 26 m1, m2, khối lượng thu gọn thân xe, cặp bánh 1, 2, kg khối lượng thu gọn hệ thống cắt đất kg m3 27 28 29 m4 Jix , Jiy Mơ men qn tính thân xe trục bánh xe δ1 , δ2 , δ3 δn1, 30 δn2, δn3, δ4 Biến dạng bánh lốp 1, 2, Biến dạng nhíp cầu trước, cầu sau cấu treo hệ thống cắt đất kg.m2 mm mm vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Thống kê số vụ diện tích rừng bị cháy 3.3 Các thông số đầu vào mơ hình dao động 40 4.1 Tính hệ số Kđ theo lý thuyết thực nghiệm 60 vii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng 1.2 Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker Mỹ 1.3 Chữa cháy rừng tháp nước 1.4 Xe chữa cháy Trung Quốc 1.5 Dùng cành để dập lửa 10 1.6 Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng 10 1.7 Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m 11 1.8 Xe thang chữa cháy 12 1.9 Xe chữa cháy phun bọt khí nén 12 2.1 Xe chữa cháy rừng đa 16 2.2 Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa 17 2.3 Xe Ural - 4320 18 2.4 Cấu tạo hệ thống cắt đất 20 3.1 Xe chữa cháy rừng đa 26 3.2 Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng 27 3.3 Hệ thống chữa cháy rừng phun nước xe 28 3.4a Mô hình dao động xe CCR đa khơng gian 29 3.4b 3.4c Mơ hình dao động tương đương xe CCR đa mặt phẳng đối xứng dọc oxz Mơ hình dao động xe CCR đa mặt phẳng đứng ngang dọc oyz 30 30 3.5 Xung lực 34 3.6 Miềm tần số cộng hưởng 40 Mơ phương trình thứ Matlab - simulink 42 3.7.1 viii 3.7.2 Mơ phương trình thứ Matlab - simulink 42 3.7.3 Mô phương trình thứ Matlab - simulink 43 3.7.4 Mơ phương trình thứ Matlab – simulink 43 3.7.5 Mơ phương trình thứ Matlab – simulink 44 3.7.6 Mơ phương trình thứ Matlab – simulink 44 3.7.7 Mơ phương trình thứ Matlab – simulink 45 3.7.8 Mô phương trình thứ Matlab - simulink 45 3.7.9 Mơ phương trình thứ Matlab – simulink 46 3.7.10 Mơ phương trình thứ 10 Matlab - simulink 46 3.8 Mfile khai báo thông số đầu vào mơ hình 47 3.9 Sơ đồ mơ tổng quát hệ phương trình matlab 47 3.10a Đồ thị gia tốc thân xe n = 1200v/ph 47 3.10b Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 1200v/ph 47 3.10c Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 1200v/ph 48 3.11a Đồ thị gia tốc thân xe n = 2000v/ph 48 3.11b Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 2000v/ph 48 3.11c Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 2000v/ph 48 3.12a Đồ thị gia tốc thân xe n = 2500v/ph 49 3.12b Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 2500v/ph 49 3.12c Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 2500v/ph 49 3.13a Đồ thị gia tốc thân xe n = 3000v/ph 49 3.13b Đồ thị gia tốc lắc dọc thân xe n = 3000v/ph 49 3.13c Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe n = 3000v/ph 50 4.1a Sơ đồ nguyên lý DMC plus 51 4.1b Thiết bị đo lường DMC plus 51 4.2 Đầu đo gia tốc theo nguyên lý điện cảm 52 ix 4.3 Kết nối chạy thử 54 4.4 Gắn đầu đo vào trọng tâm xe 54 4.5 Quá trình đo dao động 55 4.6 Người điều khiển hệ thống cắt đất 55 4.7 Quá trình thực cắt đất với tốc độ cắt khác 56 4.8 Thực thí nghiệm vị trí khác 56 4.9 Đồ thị gia tốc xe với n = 1200 vòng/phút 57 4.10 Đồ thị gia tốc xe với n = 2000 vòng/phút 57 4.11 Đồ thị dao động xe với n = 2500vòng/phút 58 4.12 Đồ thị gia tốc xe với n = 3000 vòng/phút 58 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Rừng nguồn cung cấp lâm sản, đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng xã hội gỗ lâm sản gỗ, cung cấp động vật, thực vật đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng tầng lớp dân cư, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng bản, cung cấp dược liệu quỹ phục vụ nhu cầu chữa bệnh Rừng dùng để phòng hộ đầu nguồn, giữ đất, giữ nước, điều hồ dịng chảy, chống xói mịn rửa trơi thối hố đất, chống bồi đắp sơng ngịi, chắn gió, chắn sóng, chống bay cát… Nếu tất thực vật Trái Đất tạo 53 tỷ sinh khối (ở trạng thái khô tuyệt đối 64%) rừng chiếm 37 tỷ (70%) rừng thải 52,5 tỷ (hay 44%) dưỡng khí để phục vụ cho hơ hấp người, động vật sâu bọ trái đất khoảng hai năm Với chức to lớn rừng vậy, tài nguyên rừng giới ngày suy giảm nhiều nguyên nhân khác Trong có nguyên nhân làm tỷ lệ rừng giảm nhanh cháy rừng gây nên Theo số liệu thống kê tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc hàng năm giới có hàng vạn vụ cháy rừng làm cháy hàng triệu hécta rừng Cháy rừng làm thiệt hại hàng tỷ đô kinh tế, làm chết bị thương nhiều người đặc biệt ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái đa dạng sinh học Ở Việt Nam theo số liệu thống kê Cục kiểm lâm từ năm 2005 đến năm 2010 số vụ diện tích rừng bị cháy sau: Bảng 1: Bảng thống kê số vụ diện tích rừng bị cháy Năm Số vụ cháy rừng Diện tích rừng (ha) 2005 1165 7350.08 2006 533 2028,16 2007 792 4746,72 2008 282 1549,74 2009 342 1560,5 2010 897 5668,61 TT Thời gian (s) Gia tốc (m/s2) TT Thời gian (s) Gia tốc (m/s2) 219 4.38 0.265 247 4.94 0.212 220 4.4 0.165 248 4.96 0.227 221 4.42 0.073 249 4.98 0.132 222 4.44 0.319 250 0.242 223 4.46 0.112 251 5.02 0.191 224 4.48 0.227 252 5.04 0.181 225 4.5 0.252 253 5.06 0.185 226 4.52 0.164 254 5.08 0.265 227 4.54 0.074 255 5.1 0.108 228 4.56 0.32 256 5.12 0.274 229 4.58 0.202 257 5.14 0.15 230 4.6 0.127 258 5.16 0.117 231 4.62 0.264 259 5.18 0.199 232 4.64 0.18 260 5.2 0.283 233 4.66 0.182 261 5.22 0.148 234 4.68 0.163 262 5.24 0.21 235 4.7 0.204 263 5.26 0.191 236 4.72 0.22 264 5.28 0.222 237 4.74 0.154 265 5.3 0.145 238 4.76 0.198 266 5.32 0.198 239 4.78 0.249 267 5.34 0.262 240 4.8 0.073 268 5.36 0.112 241 4.82 0.243 269 5.38 0.19 242 4.84 0.238 270 5.4 0.259 243 4.86 0.16 271 5.42 0.158 244 4.88 0.171 272 5.44 0.119 245 4.9 0.268 273 5.46 0.331 246 4.92 0.135 274 5.48 0.089 TT Thời gian (s) Gia tốc (m/s2) TT Thời gian (s) Gia tốc (m/s2) 275 5.5 0.154 303 6.06 0.099 276 5.52 0.293 304 6.08 0.297 277 5.54 0.19 305 6.1 0.217 278 5.56 0.086 306 6.12 0.174 279 5.58 0.268 307 6.14 0.239 280 5.6 0.186 308 6.16 0.139 281 5.62 0.234 309 6.18 0.121 282 5.64 0.207 310 6.2 0.288 283 5.66 0.154 311 6.22 0.204 284 5.68 0.14 312 6.24 0.188 285 5.7 0.242 313 6.26 0.17 286 5.72 0.19 314 6.28 0.26 287 5.74 0.234 315 6.3 0.232 288 5.76 0.226 316 6.32 0.057 289 5.78 0.124 317 6.34 0.251 290 5.8 0.187 318 6.36 0.209 291 5.82 0.127 319 6.38 0.179 292 5.84 0.28 320 6.4 0.202 293 5.86 0.2 321 6.42 0.252 294 5.88 0.19 322 6.44 0.085 295 5.9 0.242 323 6.46 0.272 296 5.92 0.161 324 6.48 0.196 297 5.94 0.09 325 6.5 0.148 298 5.96 0.346 326 6.52 0.269 299 5.98 0.134 327 6.54 0.18 300 0.142 328 6.56 0.145 301 6.02 0.319 329 6.58 0.252 Phụ lục 02: KẾT QUẢ ĐO GIA TỐC BẰNG THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THỐNG CẮT ĐẤT VỚI TỐC ĐỘ N = 2000 vòng/phút TT Thời gian (s) 0.02 Gia tốc (m/s2) TT Thời gian (s) Gia tốc (m/s2) ... đo 26 Chương NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG 3.1 Tổng quan dao động xe chữa cháy rừng đa Xe chữa cháy rừng đa (xe CCR) có ba... nghiệm để nghiên cứu dao động 25 Chương NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA XE CHỮA CHÁY RỪNG KHI ĐỨNG TẠI CHỖ CẮT ĐẤT VÀ PHUN ĐẤT VÀO ĐÁM CHÁY RỪNG 26 3.1 Tổng quan dao động xe chữa cháy rừng đa 26... dung nghiên cứu sau đây: - Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu dao động tất hệ thống công tác xe CCR đa năng, mà tập trung nghiên cứu dao động của xe CCR đa đứng chỗ cắt đất phun đất vào