4.5. Xác định một số thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng đất cát
4.5.1. Chọn phương pháp nghiên cứu
4.5.1.1. Chọn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Quá trình xác định các thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng đất cát là rất phức tạp, chịu nhiều yếu tố tác động. Việc khảo sát ảnh hưởng của từng yếu tố đến các hàm mục tiêu được nghiên cứu ở lý thuyết tính tốn
hệ thống cắt đất ở dạng búa và cơ sở tính tốn quạt gió cao áp, song việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời nhiều yếu tố đến hàm mục tiêu chưa được phân tích nghiên cứu. Để xác định ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến chỉ tiêu nghiên cứu, luận án chọn phương pháp quy hoạch thực nghiệm.
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm là cơ sở lý luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại có nhiều ưu điểm, trong đó cơng cụ tốn học giữ vai trị tích cực. Cơ sở toán học của lý thuyết quy hoạch thực nghiệm là toán học thống kê với 2 lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồi quy. Nội dung của phương pháp quy hoạch thực nghiệm được trình bày trong các tài liệu [6]; [13]. Dưới đây chỉ ứng dụng phương pháp này vào bài toán cụ thể.
4.5.1.2. Chọn hàm mục tiêu nghiên cứu
Để đánh giá chất lượng và hiệu quả dập lửa của máy chữa cháy rừng bằng đất cát có nhiều chỉ tiêu nghiên cứu bao gồm các chỉ tiêu sau:
- Khối lượng đất cát phun vào đám cháy càng lớn thì hiệu quả dập lửa càng cao, khối lượng đất phun vào đám cháy là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả dập lửa;
- Áp lực đất phun vào đám cháy càng cao hiệu quả dập lửa càng lớn, áp lực phun của đất cao bắn phá nguồn nhiệt cắt nguồn nhiệt ra khỏi vật cháy, từ đó hiệu quả dập lửa cao;
- Vận tốc khơng khí và đất cát phun vào đán cháy cũng ảnh hưởng đến hiệu quả và năng suất dập lửa, vận tốc khơng khí và đất cát lớn thì áp lực phun lớn, vận tốc khơng khí và đất cát tỷ lệ thuận với áp lực của đất cát và khơng khí phun vào đám cháy;
- Rung động của của máy cũng là chỉ tiêu ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành, rung động lớn ảnh hưởng đến độ bền các chi tiết của máy;
- Trọng lượng của máy cũng ảnh hưởng đến khả năng cơ động của máy trên địa hình phức tạp.
Tóm lại: Có nhiều chỉ tiêu đánh giá chất lượng và hiệu quả dập lửa của máy, trong luận án chọn hai hàm mục tiêu quan trọng đó là hàm khối lượng
đất phun vào đám cháy ký hiệu Q đơn vị tính (kg/phút) và hàm mục tiêu áp lực đất phun vào đám cháy, ký hiệu P đơn vị tính (N).
4.5.1.3. Chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu
Từ kết quả nghiên cứu ở chương 3 ta nhận thấy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, chúng phân ra các nhóm chính sau:
- Nhóm yếu tố thuộc về đất: Đó là những đại lượng ngẫu nhiên, loại
đất, độ ẩm của đất là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt đất, hút đất, kết quả nghiên cứu thăm dò cho thấy ảnh hưởng của loại đất cứng hay đất mềm, đất khơ hay đất ướt vào q trình cắt đất đều tuân theo một quy luật. Do vậy, chỉ cần thí nghiệm ở một loại đất, một loại độ ẩm nhất định cũng có thể suy ra ở các loại đất, các loại độ ẩm khác. Trong nghiên cứu này chúng tơi chọn một loại đất là đất sỏi có độ ẩm 30% để làm thí nghiệm.
- Nhóm yếu tố thuộc về thơng số của hệ thống cắt đất
+ Đường kính động học của đĩa thép lắp dao cắt: Theo kết quả thí nghiệm thăm dị cho thấy đường kính đĩa thép có ảnh hưởng lớn đến chi phí năng lượng riêng. Nếu đường kính đĩa thép lớn thì vận tốc cắt tăng, năng suất cắt tăng, khi đường kính đĩa tăng quá lớn trọng lượng máy nặng, lực cản cắt tăng lên từ đó cơng suất cắt tăng, ảnh hưởng đến năng suất cắt. Do vậy đường kính đĩa thép là tham số cần phải nghiên cứu.
+ Chiều dài dao cắt ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt đất. Chiều dài càng lớn thì lực cắt nhỏ, dẫn đến năng suất cắt đất giảm đi, chiều dài dao cắt thay đổi rẽ ràng, nên tham số này cần phải nghiên cứu.
+ Trọng lượng của dao cắt đất cũng ảnh hưởng đến lực cắt đất, trọng lượng dao cắt lớn thì lực cắt lớn, nhưng rung động của hệ thống cắt lớn, do vậy trọng lượng của dao cắt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt đất.
+ Các thơng số về góc cắt của dao cắt bao gồm: Góc sau α; góc mài β; góc cắt δ ; bề rộng br. Trong các thơng số trên thì góc mài càng nhỏ càng tốt nhưng độ cứng vững thấp, thơng thường góc mài β lấy bằng 204
cắt lớn thì năng suất cao, như chi phí năng lượng lớn, bề rộng lấy ở một giá trị nhất định. Góc cắt δ ảnh hưởng đến quá trình cắt đất, trong q trình cắt góc cắt ln thay đổi do vậy góc cắt δ lấy ở giá trị nhất định.
- Nhóm yếu tố thuộc về thơng số của quạt gió cao áp
+ Theo kết quả phân tích ở chương 3, góc lắp đầu ra của cánh quạt β2
ảnh hưởng lớn đến áp lực hút và phun đất, tham số này có thể thay đổi được, do vậy luận án chọn tham số này là tham số để nghiên cứu.
+ Số lượng cánh quạt gió cũng là tham số ảnh hưởng đến áp lực hút, áp lực phun và khối lượng đất phun, khi số lượng cánh nhiều thì va đập của đất vào cánh làm giảm năng suất hút và phun, tăng áp lực hút, áp lực phun. Ngược lại, khi số lượng cánh ít thì khối lượng đất hút nhiều nhưng áp lực hút thấp. Từ kết quả nghiên cứu thăm dò trên cho thấy số lượng cánh quạt là tham số cần nghiên cứu.
+ Đường kính trong D1 đường kính ngồi D2 của cánh quạt, bề rộng của cánh quạt, số vòng quay của cánh quạt là tham số ảnh hưởng đến khối lượng đất hút và phun, theo lý thuyết thì ảnh hưởng của các tham số trên là tuyết tính, nên trong tính tốn thiết kế lấy ở giá trị hợp lý.
Tóm lại: Qua phân tích ở trên, theo phương pháp quy hoạch thực
nghiệm luận án chọn 4 yếu tố chính có ảnh hưởng lớn nhất đến khối lượng và áp lực đất phun vào đám cháy để nghiên cứu là: Đường kính đĩa thép ký hiệu là D, đơn vị tính (cm); chiều dài dao cắt ký hiệu L đơn vị tính (cm); góc lắp đầu ra của cánh quạt gió cao áp ký hiệu β2 đơn bị tính (độ); số lượng cánh của quạt gió ký hiệu là Z. Miền biến thiên của các thông số này được xác định từ điều kiện kỹ thuật, từ kết quả nghiên cứu ở chương 2 và kết quả khảo sát trong chương 3.