Nghiên cứu động lực học xe chữa cháy rừng đa năng tại Đại học Lâm nghiệp

1 ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP Nguyễn Xã Hội Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62520103 2013 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Rừng là nguồn tài nguyên quý giá của con người và của xã hội, là nguồn sinh thủy cho sông suối, các hồ thủy điện, điều hòa không khí…Hiện nay nạn cháy rừng đang là một thảm họa gây ra nhiều thiệt hại rất lớn về môi trường sinh thái như tiêu diệt hệ thực vật, hệ động vật, gây ra xói mòn đất. Cháy rừng còn làm ảnh hưởng đến đời sống xã hội của con người. Trong những năm qua, hàng loạt vụ cháy rừng lớn đã xảy ra trên phạm vi cả nước như vụ cháy rừng ở U Minh Hạ ngày 4/4/2007, vụ cháy rừng tại vườn quốc gia Hoàng Liên (Lào Cai) làm thiệt hại khoảng 1.700 ha rừng…Theo thống kê của Cục kiểm lâm năm 2010 cả nước có 49 khu vực trên tổng số 73 khu vực rừng đã xẩy ra 880 vụ cháy, tăng 552 vụ, gần gấp 3 lần so với năm 2009, làm thiệt hại hơn 5668 ha rừng.

Số vụ cháy rừng xẩy ra chủ yếu là ở các tỉnh miền núi phía bắc và Đông Nam bộ. Riêng Hà Nội, trong năm 2010 xẩy ra 21 vụ cháy rừng làm thiệt hại trên 25 ha rừng. Năm 2012 cả nước xẩy ra 155 vụ cháy rừng làm thiệt hại hàng trăm ha rừng. Đầu năm 2013 cũng đã xẩy ra nhiều vụ cháy rừng nghiêm trọng, như các vụ cháy rừng ở Gia Lai: Ngày 19/2/2013 đã xẩy ra cháy và làm thiêu rụi 270 ha rừng, ngày 12/3/2013 lại xẩy ra 3 vụ cháy.

Như vậy chưa đầy 1 tháng xẩy ra 4 vụ cháy rừng làm thiệt hại trên 400 ha rừng. Chỉ trong tháng 5/2013 cả nước đã xẩy ra 21 vụ cháy rừng làm thiệt hại 88 ha rừng và tính đến hết tháng 6/2013 cả nước đã có 845 ha rừng bị cháy. Trên thế giới hàng năm cũng xẩy ra hàng nghìn vụ cháy rừng gây ra nhiều thiệt hại về tài sản và con người. Vì vậy để chữa cháy rừng đạt được hiệu quả thì cần phải trang bị các thiết bị chữa cháy rừng cần thiết.

Một số nước trên thế giới đều được trang bị các trang thiết bị chữa cháy rừng vừa phong phú về chủng loại, vừa hiện đại, còn ở Việt Nam các thiết bị chữa cháy rừng còn rất thô sơ và chưa đáp ứng được yêu cầu chữa cháy rừng. Chính vì vậy mà việc quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng chống và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra là một việc làm hết sức cấp thiết. 3 Xuất phát từ những lý do, trên Bộ khoa học và Công nghệ đã giao cho trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì thực hiện đề tài: " Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng", mã số KC07. Kết quả của đề tài đã thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng, bước đầu qua khảo nghiệm đã có thể chữa cháy rừng được trong những điều kiện cụ thể.

Tuy nhiên thiết bị vẫn còn một số tồn tại cần phải nghiên cứu giải quyết đó là: Khi xe hoạt động chữa cháy trong khu rừng không có đường, dưới tác động của các mấp mô mặt đất rừng, các vật cản trên đường đi, tác động của các hệ thống công tác chữa cháy trên xe làm cho xe dao động rất lớn, dao động này ảnh hưởng đến ổn định, độ bền của các chi tiết trên xe và chất lượng của các hệ thống chữa cháy của xe. Xe chữa cháy rừng đa năng là thiết bị mới được nghiên cứu cải tiến, chế tạo dựa trên nền xe có sẵn, các công trình nghiên cứu về động lực học của loại xe này còn hạn chế. Để có cở sở lý thuyết cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu động lực học trong quá trình làm việc của xe. Vì vậy việc nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng là cấp thiết để tìm được chế độ làm việc hợp lý, hoàn thiện kết cấu và từ đó tăng hiệu quả sử dụng cho xe khi hoạt động chữa cháy trong rừng.

Xuất phát từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn và thực hiện đề tài: "Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng" 2. Mục đích nghiên cứu Xác định quy luật ảnh hưởng của một số yếu tố đến các chỉ tiêu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động trong rừng, đồng thời xác định được chế độ làm việc hợp lý để sử dụng xe an toàn và hiệu quả. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng, sản phẩm của đề tài trọng điểm cấp Nhà nước “ Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC 07.13/06 – 10, khi xe chuyển động trong rừng không có đường. Phạm vi nghiên cứu của luận án Nghiên cứu động lực học của xe chữa cháy rừng đa năng có nội dung rất lớn cần có thời gian dài, trong nội dung luận án chỉ giới hạn phạm vi nghiên cứu như sau: - Về nội dung nghiên cứu: Luận án chỉ tập trung nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi hoạt động chữa cháy trong rừng ở các chế độ chuyển động bình ổn.

- Về thiết bị nghiên cứu: Luận án không nghiên cứu phần tính toán thiết kế xe chữa cháy rừng đa năng, phần động cơ xe, mà chỉ tập trung nghiên cứu phần tồn tại của xe, đó là ảnh hưởng dao động của xe đến ổn định, độ bền của một số chi tiết trên xe và an toàn của xe khi hoạt động trong rừng chịu tác động mấp mô mặt đất rừng và lực tác động do hệ thống cắt cỏ rác trên xe gây ra. - Về đối tượng hoạt động của xe: là các khu rừng với độ mấp mô của mặt đất rừng dưới dạng hàm ngẫu nhiên, hàm tuần hoàn. - Về địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: Luận án không có điều kiện thực nghiệm trong các khu rừng ở nhiều địa phương khác nhau, mà chỉ chọn một số địa điểm có địa hình với độ mấp mô mặt đất rừng đặc trưng nhất để nghiên cứu thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5.

Ý nghĩa khoa học - Luận án đã xây dựng được mô hình dao động trong không gian cho xe chữa cháy rừng đa năng chịu lực kích động động học do độ mấp mô mặt đất rừng và lực kích động động lực học do hệ thống cắt cỏ rác gây ra, từ đó đã thiết lập được hệ phương trình vi phân dao động của xe. Kết quả nghiên cứu là những đóng góp mới cho quá trình nghiên cứu dao động của các loại xe chữa cháy rừng khi hoạt động trong rừng không có đường. - Luận án đã thiết lập được chương trình để mô phỏng dao động của xe với lực kích động động học do độ mấp mô mặt đất rừng là hàm ngẫu nhiên và lực kích động động lực học do hệ thống cắt cỏ rác gây ra là hàm xung tuần hoàn, đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động. Kết quả khảo sát là đóng góp mới cho việc 5 xác định chế độ sử dụng hợp lý và là cơ sở khoa học để hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng.

- Luận án đã áp dụng các phương pháp thí nghiệm để đo và xác định: tọa độ trọng tâm, mômen quán tính, độ cứng của lốp, của nhíp, độ mấp mô bề mặt đất rừng, gia tốc dao động, góc lắc dọc và góc lắc ngang thân xe. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm là đóng góp mới cho việc nghiên cứu thực nghiệm các loại xe chữa cháy rừng khi hoạt động trong rừng không có đường. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ được sử dụng cho việc xác định chế độ làm việc hợp lý và hoàn thiện thiết kế chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng trong dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước " Hoàn thiện công nghệ và thiết kế chế tạo một số thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng" mã số DAĐL- 2011/06. Bố cục của luận án Bố cục của luận án gồm các phần và các chương sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên Chương 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu dao động xe chữa cháy rừng đa năng Chương 3: Khảo sát dao động xe chữa cháy rừng đa năng Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và kiến nghị.

Chương 1 6 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về xe chữa cháy rừng đa năng Cháy rừng là một thảm họa thiên nhiên mà rất nhiều các quốc gia trên thế giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng cháy chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra. Hiện nay ở Việt Nam các thiết bị chữa cháy rừng còn chưa được đầu tư nhiều. Ngoài các phương pháp thủ công như dùng cành cây, vỉ dập lửa, phát quang cây để tạo đường băng cản lửa, chúng ta chỉ có một số ít thiết bị chữa cháy rừng thô sơ, số lượng cũng không phải nhiều và hiện tại ở nước ta chưa có xe chữa cháy rừng như các nước trên thế giới.

Xe chữa cháy rừng đa năng là một sản phẩm của đề tài khoa học cấp Nhà nước: “ Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, đề tài có sự tham gia của nhiều nhà khoa học ở các Viện nghiên cứu và trường đại học khác nhau. Xe chữa cháy rừng đa năng đã góp phần bổ sung vào các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả chữa cháy rừng trong phạm vi cả nước. Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng Xe chữa cháy rừng đa năng [30] được thiết kế trên nền xe Ural 4320 với động cơ Điêzen có công suất 180 mã lực.1: Xe chữa cháy rừng đa năng Sơ đồ cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng được thể hiện trên hình 1.