1.6. Đối tượng nghiên cứu
1.6.2. Nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy phố cổ
- Toàn bộ các trang thiết bị đều được lắp đặt trên xe với việc bố trí như trên hình 1.10, trong đó máy bơm chữa cháy được thiết kế tháo lắp nhanh, máy có thể hoạt động trên xe hoặc tháo di chuyển đến vị trí gần nguồn nước, máy bơm được tính tốn lựa chọn là loại máy bơm áp lực cao, trọng lượng 22KG, động cơ 4 kỳ nhiên liệu xăng, tự hút chân không trong đường ống hút. Ống bơm nước được thiết kế cuộn tròn trên rulo tròn chiều dài 15m, khi sử dụng kéo ống hút ra, khi khơng sử dụng thì cuộn lại trong rulo. Vịi đẩy chữa cháy được gấp và chứa trong hộp chứa một đầu của vòi nối với đầu ra của máy bơm, một đầu của vòi đẩy lắp lăng phun đa năng.
- Hoạt động chữa cháy như sau: Khi có sự cố cháy nổ xảy ra, người lái xe nhanh chóng điều khiển xe đến vị trí xảy ra cháy, dừng xe, ấn nút điều khiển hạ chân chống xe, lấy bể chứa nước trung gian trên xe di chuyển đến vịi nước của các hộ gia đình cạnh nơi xảy ra cháy, lắp ráp bể chứa nước trung gian và xả nước vào trong bể. Tiếp sau đó kéo ống hút nước ra một đầu đưa vào bể chứa trung gian, tiếp theo là kéo vịi đẩy chữa cháy đến vị trí dán cháy, khởi động động cơ máy bơm chữa cháy, điều chỉnh lăng phun để phun nước chữa cháy.
- Trong trường hợp nguồn nước xa vị trí đỗ xe, hoạt động chữa cháy như sau: Tháo máy bơm nước ra, di chuyển máy bơm nước và ống hút nước đến gần vị trí của bể chứa nước trung gian hoặc bể chứa nước ngầm hoặc nguồn nước có sẵn, sau đó lắp ống hút nước vào máy bơm, đầu còn lại của ống hút đưa vào bể chứa nước, lấy vòi đẩy chữa cháy từ trong hộp đựng lắp vào đầu ra của máy bơm và kéo vịi đẩy chữa cháy đến vị trí đám cháy, khởi động máy bơm để phun nước chữa cháy.
- Hoạt động cứu nạn, cứu hộ như sau: Sau khi dừng xe, hạ chân chống để xe vị trí cân bằng, khởi động máy phát điện, cắm phích cắm của cuộn dây điện vào máy phát, sau đó kéo dây điện đến nơi cần sử dụng nguồn điện, mở nắp hộp chứa dụng cụ lấy máy cắt, dụng cụ phá dỡ đa năng để tiến hành cơng việc như cắt khóa, phá cửa để cứu nạn, cứu hộ người bị nạn trong đám cháy, ngồi ra có thể sử dụng nguồn điện để phục vụ cho chiếu sáng và sử dụng trong các máy hút khói, thổi gió….
Như vậy xe mơ tơ chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ đa năng hồn tồn có thể di chuyển được trên địa bàn ngõ hẹp, ngách nhỏ, đường hẹp, làng nghề tiểu thủ công nghiệp. Khi vận hành chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ tối thiểu chỉ một người cũng vận hành và thực hiện công nghệ chữa cháy được, một người vừa lái xe, sau đó đỗ xe, hạ chân chống xe, xuống xe, di chuyển và lắp ráp bể chứa nước
trung gian, kéo và lắp ống hút nước, di chuyển vòi đẩy chữa cháy, khởi động máy bơm nước sau đó cầm lăng phun để thực hiện cơng nghệ chữa cháy. Một người cũng có thể thực hiện các cơng việc cứu nạn, cứu hộ như sau: khởi động máy phát điện, kéo dây điện và lấy máy cắt, dụng cụ phá dỡ đa năng để cắt khóa, phá cửa cứu nạn. Tuy nhiên, để hoạt động chữa cháy cứu nạn và cứu hộ có hiệu quả, rút ngắn thời gian thì cần 2 người, giai đoạn ban đầu hai người cùng phối hợp triển khai các công việc như lắp bể trung gian, lắp ống hút nước lắp vịi đẩy và khởi động máy bơm nước, sau đó có thể vừa chữa cháy vừa cắt khóa phá cửa để cứu nạn, cứu hộ người bị nạn.
1.6.3. Quá trình khởi hành và tăng tốc của xe máy chữa cháy phố cổ
Xe máy chữa cháy phố cổ được thiết kế chế tạo trên nền xe cơ sở là xe cơn tay, khi khởi hành người lái xe bóp cơn, vào số 1, sau đó nhả cơn đồng thời tăng ga để cho xe di chuyển nhanh dần, sau đó người lái cho xe tăng tốc để nhanh chóng tiếp cận đám cháy. Do yêu cầu của xe chữa cháy là tiếp cận đám cháy càng sớm càng tốt, do vậy thời gam khởi hành càng ngắn càng tốt, sau khởi hành là tăng tốc xe để đạt vận tốc lớn nhất của xe theo thiết kế.
Quá trình khởi hành và tăng tốc của xe máy chữa cháy chia làm 2 trường hợp: Trường hợp 1: Khởi hành và tăng tốc tức thì, người điều khiển xe tăng ga lớn sau đó nhả cơn nhanh, do lực đẩy của bánh xe phía sau tăng tức thì dẫn đến bánh trước của xe có thể bị nâng lên khởi mặt đất và gây ra hiện tượng mất lái
Trường hợp 2: Khởi hành và tăng tốc từ từ, người lái xe tăng ga từ từ sau đó nhả cơn từ từ, trường hợp này xe ổn định nhưng thời gian khởi hành và tăng tốc dài.
1.6.4. Thông số kỹ của xe máy chữa cháy phố cổ
Thông số kỹ của xe máy chữa cháy hiện đang được sử dụng trong thực tế được ghi ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của xe máy chữa cháy TT
Thông số kỹ thuật của xe Đơn vị
Giá trị
I
Thông số chung của xe
1 Chiều dài mm 1910 2 Chiều rộng mm 880 3 Chiều cao mm 1320 4
Trọng lượng khi trang bị các thiết bị, dụng cụ lắp trên xe KG 130 5 Xe được tính tốn cân bằng và ổn định khi chuyển động 6 Bán kính quay vịng nhỏ nhất m 2 7
Vận tốc lớn nhất của xe khi có tải Km/h
70
TT
Thơng số kỹ thuật của xe Đơn vị
Giá trị
6
Lăng phun nước đa năng cái
1 7
Chiều dài ống hút nước m
8
IV
Máy phát điện
1
Loại máy: Elemax SHX1000
2 Công suất kW 1 3 Điện áp v 220 4
Chiều dài cuộn dây diện m
30
V
1.6.5. Một số tồn tại của xe máy chữa cháy
Xe máy chữa cháy phố cổ đã được thiết kế chế tạo và được sử dụng ở phố cổ thành phố Hà Nội, phố cổ Hội An, thành phố Hồ Chí Minh, loại xe máy chữa cháy này cho hiệu quả chữa cháy cao, phù hợp với điều kiện đường giao thông nhỏ hẹp, ngõ ngách ở các đô thị lớn và được các đơn vị sử dụng đánh giá cao. Song xe máy chữa cháy đang sử dụng hiện còn một số những tồn tại như sau:
- Xe mất ổn định khi xe khởi hành (hiện tượng nâng bánh trước khỏi mặt đường khi nhả côn nhanh);
- Hiện tượng nâng bánh trước khỏi mặt đường khi xe di chuyển trên dốc lớn; - Mất ổn định (xe có thể bị đổ nghiêng) khi xe quay vịng chuyển hướng với bán kính quay vịng nhỏ;
- Xe bị rung lắc trong quá trình chuyển động.
Với những tồn tại nêu trên cần thiết phải có những nghiên cứu động lực học của xe máy chữa cháy để xe không bị mất lái khi khởi hành, đồng thời ổn định khi quay vịng với bán kính nhỏ, nghiên cứu hợp lý các thông số động lực học của xe để xe không bị rung lắc, ổn định khi chuyển động trên đường có độ dốc cao trong ngõ ngách nhỏ hẹp.
1.7. Đặc điểm của đường giao thông trong khu vực phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹpở Hà Nội ở Hà Nội
TT
Thông số kỹ thuật của xe Đơn vị
Giá trị
1
Thời gian hạ chân chống Giây
15 2
Kết quả điều tra khảo sát về cơ sở hạ tầng giao thông ở một số địa bàn khu dân cư sinh sống, sản xuất kinh doanh trong các khu phố cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp, trên địa bàn thành phố Hà Nội kết quả khảo sát cho thấy bề rộng mặt đường trong các khu ngõ ngách nhỏ hẹp (2÷3)m, bán kính đường vịng (4÷5)m, chiều cao chướng ngại vật khoảng khơng ở trên mặt đường (dây điện, biển quảng cáo, mái che nắng, che mưa) khoảng (2,5÷3)m, chiều sâu các ngõ ngách từ
(50÷400)m.
Hình 1.11: Ngõ nhỏ trong các khu phố cổ Hà Nội
Đặc điểm về mặt đường khu vực phố cổ Hà Nội: Mặt đường trục chính được rải thảm bê tơng nhựa Asphalt, mặt đường trong các gõ lớn cũng được rải thảm bê tông nhựa asphalt, mặt đường trong các ngõ nhỏ, trong các ngách được rải thảm bằng bê tông xi măng. Độ dốc dọc của đường trong khu vực phố cổ chủ yếu là đường bằng, độ dốc dộc thấp 3-5%, có một số đoạn đường cắt ngang qua đường đê La Thành, đường đê Yên Phụ có độ dốc dọc lớn từ 7-10%. Mặt đường trong khu vực phố cổ Hà Nội nhẵn, hệ số cản lăn nhỏ. Mặt đường chủ yếu là bê tông asphalt và bê tông xi măng nên hệ số bám của bánh xe với mặt đường tốt, hệ số trượt nhỏ. Mặt đường trong ngõ, ngách khu vực phố cổ có nhiều gờ hạn chế tốc độ, có nhiều mấp mơ lớn, những mấp mô này ảnh hưởng đến cân bằng của xe khi di chuyển qua các mấp mô này.
Với điều kiện về cơ sở hạ tầng thu được cho thấy, khi có sự cố cháy nổ xảy ra, các loại xe ô tô chữa cháy lớn không thể di chuyển trong các ngõ ngách được, để chữa cháy được thì xe phải đỗ bên ngồi, kéo vịi đẩy chữa cháy vào để dập lửa, từ đó thời gian triển khai dài, tổn hao đường ống lớn, do vậy ảnh hưởng đến công tác chữa cháy cứu nạn cứu hộ, phương tiện chữa cháy phù hợp là xe máy chữa cháy, loại xe chữa cháy hai bánh này hoàn tồn có thể di chuyển trong điều kiện đường nhỏ hẹp, ngõ ngách, hẻm nhỏ, đường có mật độ giao thơng đơng đúc tiếp cận đám cháy nhanh, kịp thời để chữa cháy và cứu hộ, cứu nạn.
Kết quả điều tra khảo sát hệ thống cung cấp nước phục vụ cho chữa cháy cho thấy hầu hết các khu vực ngõ ngách nhỏ hẹp, các khu dân cư đơng đúc chưa có trụ nước phục vụ cho công tác phịng cháy, chữa cháy. Các hộ gia đình đều có vịi nước sinh hoạt, có bể chứa nước dự trữ cho sinh hoạt trong gia đình (có bể chứa nước ngầm, hoặc có téc chứa nước đặt trên cao).
Hình 1.12: Các xe chữa cháy bị kẹt cứng, không thể di chuyển1.8. Phương pháp nghiên cứu 1.8. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong đề tài là áp dụng phương pháp nghiên cứu của cơ học lý thuyết, lý thuyết động lực học ô tô xe máy. Nội dung của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:
Từ quá trình chuyển động của xe máy chữa cháy, luận án lập ra mơ hình tính tốn động lực học của xe máy chữa cháy khi chuyển động trên đoạn
đường thẳng và trong q trình quay vịng chuyển hướng, vận dụng phương pháp tốn cơ để lập ra hệ phương trình vi phân chuyển động của xe máy chữa cháy, từ đó khảo sát sự phụ thuộc của các đại lượng nghiên cứu vào các thông số ảnh hưởng để rút ra kết luận cần thiết. Nội dung của phương pháp này được trình bày trong các tài liệu [1]; [4]; [7], [8].
1.8.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận án được thực hiện theo phương pháp đo lường các đại lượng không điện bằng điện. Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý các kết quả được trình bày trong các tài liệu [12], [18].
Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định vận tốc, gia tốc, phản lực pháp tuyến của bánh xe lên mặt đường, góc lắc, góc nghiêng của xe được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng như xử lý các số liệu thí nghiệm được trình bày rõ trong các tài liệu [5], [6], [13], [13], [17], [21], [26]. Do vậy, ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận đó vào các bài tốn cụ thể. Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung.
Kết luận chương 1
Sau khi nghiên cứu các nội dung đã trình bày ở phần trên luận án rút ra một số kết luận sau:
- Xe máy chữa cháy phổ cổ, ngõ ngách nhỏ hẹp và xe máy chữa cháy đã được sử dụng ở Việt Nam, bước đầu cho hiệu quả chữa cháy cao, tuy nhiên các
xe chữa cháy này cịn nhiều tồn tại cần nghiên cứu hồn thiện.
- Trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về động lực học của xe máy, các cơng trình này có thể ứng dụng trong nghiên cứu động lực học xe máy chữa cháy.
- Ở Việt Nam đã có một số cơng trình nghiên cứu về xe máy chữa cháy, song các cơng trình này chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế chế tạo, chưa có nghiên cứu về động lực học của xe máy chữa cháy.
- Trên thế giới cũng như ở Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu về động lực học của xe máy chữa cháy được công bố.
Như vậy việc luận án thực hiện đề tài: "Nghiên cứu động lực học của xe
máy chữa cháy cho các khu phố cổ trên địa bàn thành phố Hà Nội " là cần thiết
và mang tính thời sự nhằm tạo ra cơ sở khoa học để thiết kế chế tạo và hoàn thiện xe máy chữa cháy đang được sử dụng ở một số địa phương nhằm nâng cao tính cơ động, ổn định và hiệu quả chữa cháy, góp phần hạn chế thiệt hại do sự cố cháy nổ gây ra.
Chương 2
CƠ SỞ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MÁY CHỮA CHÁY
Nhiệm vụ của xe máy chữa cháy là chở người và các thiết bị chữa cháy, cứu hộ tiếp cận nhanh đến đám cháy. Do vậy, xe máy phải di chuyển trên các đoạn đường với tốc độ khác nhau: di chuyển thẳng với tốc độ cao (≤ 70km/h) trên đường có (hoặc khơng có) mấp mơ, trên vịng cua với bán kính từ (2 ÷ 6m), trên góc cua vng rộng từ (1 ÷ 2m). Để đáp ứng được các yêu cầu này, chương 2 sẽ thực hiện các nội dung nghiên cứu:
+ Xây dựng mơ hình động lực học của xe máy chữa cháy khi chuyển động trên đường thẳng và trên đường vòng, thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động của xe máy, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến q trình chuyển động và ổn định lật của xe. Các hệ phương trình vi phân chuyển động của xe máy sẽ làm cơ sở để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng chuyển động và ổn định của xe trong chương 3;
+ Xây dựng phương trình động học của xe khi di chuyển qua góc cua vng nhỏ hẹp. Kết quả nghiên cứu của nội dung này làm cơ sở cho các phương án tiếp cận đám cháy theo địa bàn cụ thể;
+ Tính khoảng cách lệch ngang tối đa của trọng tâm cụm thiết bị (được gá lắp) so với mặt phẳng thẳng đứng đối xứng ở giữa dọc thân xe, để phù hợp với độ nghiêng người cho phép khi vận hành xe chạy trên đường thẳng.
2.1. Bố trí chung và trang thiết bị, dụng cụ trên xe máy chữa cháy
2.1.1. Tính năng tác dụng của xe máy chữa cháy
a) Chức năng chữa cháy
- Đối với cơng nghệ chữa cháy hiện nay có thể sử dụng chữa cháy bằng nước, chữa cháy bằng bọt, chữa cháy bằng bột, trong đó chữa cháy bằng nước là thông dụng nhất, dễ sử dụng. Do vậy đề tài lựa chọn công nghệ chữa cháy bằng nước để thiết kế trên xe máy chữa cháy;
- Để thực hiện được cơng nghệ chữa cháy bằng nước thì phải có nguồn nước, máy bơm chữa cháy, ống hút nước, vòi đẩy chữa cháy và lăng phun. Như vậy trên xe máy chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ đa năng này phải được trang bị máy bơm chữa cháy, ống hút nước, vòi đẩy chữa cháy và lăng phun nước đa năng;
- Để thực hiện được cơng nghệ chữa cháy thì cịn thiếu nguồn nước. Nguồn nước phục vụ cho cơng nghệ chữa cháy có thể được thiết kế trên xe, có