intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động khi xuồng vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy rừng tràm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST
Báo xấu
14
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động khi xuồng vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy rừng tràm giới thiệu kết quả khảo sát phương trình vi phân động lực học ổn định hướng chuyển động khi xuồng vừa chạy vừa phun nước chữa cháy rừng, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động của xuồng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động khi xuồng vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy rừng tràm

  1. Công nghiệp rừng KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỔN ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG KHI XUỒNG VỪA CHUYỂN ĐỘNG VỪA PHUN NƯỚC CHỮA CHÁY RỪNG TRÀM Nguyễn Thái Vân1, Dương Văn Tài2, Nguyễn Quang Tuyến3 1,3 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long 2 Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Bài báo giới thiệu kết quả khảo sát phương trình vi phân động lực học ổn định hướng chuyển động khi xuồng vừa chạy vừa phun nước chữa cháy rừng, từ đó xác định các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động của xuồng. Từ quá trình hoạt động thực tế của xuồng, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình động lực học, thiết lập hệ phương trình vi phân ổn định hướng chuyển động. Sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để mô phỏng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động của xuồng. Từ khóa: Mô hình động lực học, ổn định hướng chuyển động, rừng tràm, xuồng chữa cháy rừng. I. ĐẶT VẤN ĐỀ rừng, đồng thời khắc phục tồn tại nêu trên cần Ở Việt Nam hàng năm vẫn xảy ra hàng chục tiến hành khảo sát tìm ra quy luật ảnh hưởng vụ cháy rừng tràm, đã làm mất hàng trăm ha của các yếu tố đến động lực học ổn định hướng rừng tràm, thiệt hại về kinh tế hàng trăm tỷ của xuồng. Từ kết quả khảo sát thu được là cơ đồng, ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái. sở khoa học để đưa ra các giải pháp kỹ thuật để Hiện nay thiết bị chữa cháy rừng tràm còn hạn hoàn thiện xuồng chữa cháy rừng tràm. chế, chủ yếu là dùng máy bơm nước cố định II. ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU nên hiệu quả chữa cháy rừng rất thấp. 2.1. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu Phương pháp chữa cháy rừng hiệu quả Đối tượng nguyên cứu là xuồng chữa cháy nhất hiện nay là sử dụng xuồng chữa cháy rừng tràm do đề tài nghiên cứu khoa học cấp chuyên dùng để nhanh chóng tiếp cận đám nhà nước mã số KC07.13/06-10 thiết kế chế cháy và phun nước dập lửa, từ đó việc cô lập tạo và hiện đang được sử dụng tại Vườn Quốc và khống chế đám cháy được nhanh chóng và gia U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. hiệu quả hơn. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Đề tài trọng điểm cấp nhà nước "Nghiên Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị áp dụng lý thuyết cơ học hệ nhiều vật, lý chuyên dụng chữa cháy rừng", đã thiết kế chế thuyết tàu thủy để thiết lập mô hình động lực tạo ra xuồng chữa cháy rừng tràm, trên xuồng học và hệ phương trình vi phân động lực học có đặt máy bơm nước chuyên dùng chữa cháy. ổn định hướng chuyển động. Sử dụng phần Kết quả thực nghiệm cho thấy năng suất và mềm Matlab Simulink để mô phỏng và khảo hiệu quả chữa cháy cao hơn các thiết bị hiện sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hướng có. Tuy nhiên xuồng chữa cháy rừng tràm còn chuyển động của xuồng, để từ đó rút ra kết một số tồn tại đó là: dễ bị mất ổn định hướng khi luận cần thiết. vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy rừng. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN Để tìm ra thông số kỹ thuật và chế độ sử 3.1. Mô hình động lực học ổn định hướng dụng để xuồng giữ được hướng chuyển động chuyển động của xuồng chữa cháy rừng khi vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy tràm 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017
  2. Công nghiệp rừng a) Mô hình động lực học ổn định hướng hành xây dựng mô hình động lực học ổn định chuyển động của xuồng hướng chuyển động của xuồng trên kênh thẳng Từ cấu tạo và nguyên lý hoạt động thực tế khi vừa chuyển động vừa phun nước chữa cháy của xuồng chữa cháy rừng tràm, chúng tôi tiến rừng như hình 1. Hình 1. Sơ đồ lực tác dụng lên xuồng trong mặt phẳng đứng dọc XOY khi xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy Hình 2. Sơ đồ lực tác dụng lên xuồng trong mặt phẳng nằm ngang XOZ khi xuồng vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy Các ký hiệu trên hình 1 và 2: - lực vòi phun nước chữa cháy rừng ≡ - trọng tâm của xuồng chữa cháy tràm; rừng tràm; , - lực vòi phun nước chữa cháy rừng - tâm của hệ trục chân vịt; tràm theo phương OX và OZ; - điểm đặt lực cản chuyển động tổng hợp , - góc lệch giữa hướng vòi phun nước của xuồng; chữa cháy so với trục dọc ( ) và trục ngang - tâm của chân vịt; ( ) của thân xuồng. - lực cản chuyển động tổng hợp theo 3.2. Hệ phương trình vi phân ổn định phương ; chuyển động của xuồng chữa cháy rừng - lực cản chuyển động tổng hợp theo tràm phương ; Trong trường hợp tổng quát ta giả thiết vòi - lực đẩy (phản lực) của chân vịt theo phun có phương tùy ý trong không gian, lập phương ; với các trục tọa độ của xuồng các góc là βx, βy, - lực đẩy (phản lực) của chân vịt theo βz như hình 1 và hình 2. phương ; Các thành phần của lực theo các trục: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 95
  3. Công nghiệp rừng = sin sin Vì trục chân vịt gắn chặt với thân xuồng nên = cos (1) (2) góc quay quanh các trục OX, OY và OZ của = sin cos nó cũng bằng góc quay của thân xuồng: Theo sơ đồ hình 1 và hình 2 thì xuồng là = ; = ; = . một hệ có hai vật rắn chuyển động trong không Vậy hệ có 6 tọa độ suy rộng (do có hai liên gian, nên số thông số xác định vị trí trong hệ kết) nên ta chọn các tọa độ suy rộng: cố định O0X0Y0Z0 là 2 x 6 = 12, trong đó có ( , , , , , ) các phương trình liên kết: Trong đó: , , - là các tọa độ trọng tâm = − cos( + ). của xuồng; φ1, 1, 1 - lần lượt là góc quay thân xuồng = − sin( + ) (3) quanh trục OZ, OY và OX. = + cos( + ) sin Các ngoại lực tác dụng không có thế khi Trong đó: xuồng chuyển động trên mặt nước trong trường a0 - là khoảng cách O1O2; hợp này là các lực cản XA, YA, XC, YC, XD, YD - là góc hợp bởi trục với đường và M , MC là các mô men của các lực thu thẳng ; gọn về tâm O1 và tâm của trục chân vịt, có giá - là khoảng cách O1D; trị có thể được xác định bằng thực nghiệm. - là góc lệch hướng chuyển động của Trong đó: A(xA, yA), C(xC, yC) và D(xD, yD) xuồng so với phương ban đầu khi xuồng là tọa độ các điểm trong hệ động gắn với khối phun nước chữa cháy. tâm của xuồng (O1X1Y1) như hình 1 và hình 2. Khi xuồng quay đi một góc quanh trục Các lực này thu gọn về khối tâm thân xuồng và thì trục cũng quay đi một góc tâm trục chân vịt sẽ được các lực bằng chúng tương ứng nên dịch chuyển với hệ cố định sẽ là và các mô men: = . cos (hình 1). = . − . + . − . + . − . = đ . = đ / ̇ = = (4) = = = = Trong đó: - Xác định các thành phần của lực suy rộng Mđc – mô men truyền từ động cơ đến trục không có thế: chân vịt; Biểu thức công nguyên tố trong di chuyển i – tỉ số truyền của hộp giảm tốc. khả dĩ của hệ: = . cos ; = . sin ; = . cos ; = . sin (5) = . cos ; = . sin = − + − − + + + (6) - Mô men MO1 được xác định: = sin − cos − sin + cos − sin + cos (7) 96 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017
  4. Công nghiệp rừng Thay các giá trị trên vào (6), được: =( − − ) +( − + ) + +[ (1 − ) + X a (sin − 1) − cos − (1 + cos ) − cos + cos ] + . + − (8) Từ (8), nhận được các lực suy rộng tương ứng: ∗ =( − − ); ∗ (1 − ) + X a (sin =[ − 1) − cos − (1 + cos )− cos + (9) cos ] ∗ =( − + ); ∗ = = / ̇ Theo nguyên lý cộng tác dụng thì khi có lực nước vào đám cháy sẽ có hai phương trình cản (phản lực) tác dụng vào vòi phun trong chuyển động theo các phương ngang OZ và trường hợp xuồng vừa chuyển động vừa phun quay quanh trục thẳng đứng OY: ( + ) ̈ = − = sin cos − (10) ̈ = = . − = sin cos cos − (11) Trong đó: - là mô men cản quay thân xuồng - là lực cản của nước tác dụng vào quanh trục Oy. thân xuồng theo phương ngang; Khi xuồng quay quanh trục Oy, do áp lực I1 - mô men quán tính của xuồng; của nước tác dụng lên mạn xuồng phân bố I2 - mô men quán tính trục chân vịt và cơ không đều, thường có dạng hình tam giác như cấu dẫn động của nó; trên hình 3b, nên gây ra mô men cản quay Mcy. Hình 3. Sơ đồ động học và xác định lực cản khi xuồng quay quanh trục Oy Lực và mô men cản này có giá trị phụ thuộc vận tốc góc quay ̇ . chiều dài đoạn tiếp nước hai bên mạn xuồng và = − = . . . ̇ − . . . ̇ = . ̇ (12) = . + . = . . . ̇ + . . . ̇ = . ̇ (13) Với =( . . − . . )và =( . . + . . ) (14) Trong đó: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 97
  5. Công nghiệp rừng , - hệ số cản quay của nước đối phía bên mạn sau xuồng; với xuồng; - lực cản quay xuồng do nước gây ra Scqt - diện tích phần thành xuồng tiếp xúc phía bên mạn trước xuồng. với nước gây cản ở phía trước; Thế vào phương trình Lagrange II các Scqs - diện tích phần thành xuồng tiếp xúc phương trình trên thu được hệ gồm sáu phương với nước gây cản ở phía sau; trình vi phân biểu diễn chuyển động của xuồng aT - khoảng cách từ tâm tiết diện Scqt đến khi vừa di chuyển vừa phun nước chữa cháy trọng tâm thân xuồng; thể hiện ở hệ phương trình (15). Khi xuồng aS - khoảng cách từ tâm tiết diện Scqs đến vừa di chuyển chậm vừa phun nước chữa cháy trọng tâm thân xuồng; có 6 phương trình. - lực cản quay xuồng do nước gây ra ( + ) ̈ + . ( + ) ̈ + ( + ) ̇ = − − ( + ) ̈ − ( + ) ̈ + ( + ) ̇ = − + −( + ) ( + ) ̈ + sin ( + ) ̈ − cos( + ) ̈ + 2a cos( + ) ̇ ̇ +2 sin( + ) ̇ ̇ = (1 − ) + X a (sin − 1) − cos − (15) (1 + cos )− cos + cos +2 sin( + ) ̈ = đ / ̇ ( + ) ̈ = sin cos − ̈ = . . cos . sin . cos − . + . = . . . ̇ + . . . ̇ Nhận xét: Hệ phương trình vi phân khi (XA, YA, XC, YC, XD, YD , Fvp và Nđc). xuồng vừa chuyển động thẳng vừa phun nước Để đánh giá khả năng ổn định hướng chữa cháy là hệ phương trình vi phân phi tuyến chuyển động của xuồng khi vừa di chuyển vừa không thuần nhất có các hệ số chỉ phụ thuộc phun nước chữa cháy, cần phải tiến hành khảo vào thông số kết cấu của hệ là các khối lượng sát hệ phương trình vi phân trên theo các điều (m1, m2), các kích thước hình học (ai, xi) và mô kiện khác nhau về kết cấu của xuồng và lực tác men quán tính (Ii), góc (góc lệch giữa dụng của vòi phun, góc đặt vòi phun, vận tốc đường tâm trục chân vịt với trọng tâm của của xuồng. xuồng so với phương OX trong mặt phẳng 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến ổn đứng dọc), góc lệch giữa vòi phun nước định hướng chuyển động của xuồng chữa cháy so với phương chuyển động OX 3.3.1. Sơ đồ mô phỏng hệ phương trình vi phân trong mặt phẳng nằm ngang. Từ các hệ phương trình vi phân (1), đã lập Vế phải phụ thuộc vào các lực: các lực cản được, lập sơ đồ mô phỏng hệ phương trình vi của nước gây ra, lực đẩy của chân vịt, lực vòi phân ổn định hướng chuyển động trên hình 4. phun nước chữa cháy và công suất động cơ 98 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017
  6. Công nghiệp rừng Hình 4. Sơ đồ mô phỏng khảo sát ổn định hướng chuyển động của xuồng chữa cháy 3.3.2. Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh chữa cháy đến ổn định hướng chuyển động hưởng đến ổn định hướng chuyển động của Bài toán khảo sát được tiến hành như sau: xuồng thay đổi góc đặt vòi phun nước chữa cháy theo Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để mô phương chuyển động của xuồng βx, góc đặt vòi phỏng và khảo sát ảnh hưởng của lực cản, góc phun theo phương thẳng đứng βy = 45 độ, vận đặt trục chân vịt và góc nâng thân xuồng đến vận tốc xuồng cố định tại v = 5 km/h, khoảng cách tốc chuyển động của xuồng theo sơ đồ mô phỏng đặt vòi phun cách tọa độ trọng tâm xuồng một trên hình 4. Các thông số đầu vào của mô hình khoảng a3 = 1,5 m về phía trục lái, thông số được lấy theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm và đầu ra là góc lệch hướng chuyển động của theo thông số kỹ thuật của xuồng. xuồng. Kết quả khảo sát được thể hiện trên a) Ảnh hưởng của góc đặt vòi phun nước hình 5. 30 25 Goc lech huong (Do) 20 15 10 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 Goc phun nuoc chua chay (Do) Hình 5. Khảo sát ảnh hưởng của góc đặt vòi phun nước chữa cháy đến ổn định hướng chuyển động TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 99
  7. Công nghiệp rừng Nhận xét: Góc đặt vòi phun nước chữa cháy xuồng phun nước chữa cháy β càng lớn thì góc lệch hướng chuyển động Bài toán khảo sát được tiến hành như sau: của xuồng càng lớn. Để đảm bảo hiệu quả chữa thay đổi khoảng cách vị trí đặt vòi phun nước cháy khi xuồng hoạt động trên kênh có bề rộng chữa cháy so với tọa độ trọng tâm xuồng trên từ 3 m đến 5 m và không bị đâm vào bờ ở vận trục dọc về phía bánh lái, vận tốc xuồng cố tốc v < 5 km/h, xuồng cần phải ổn định hướng định tại v = 5 km/h, góc phun nước chữa cháy chuyển động với góc θ < 20 độ thì góc đặt vòi theo phương chuyển động OX là βx = 45 độ, phun βx ≤ 45 độ. thông số đầu ra là góc lệch hướng chuyển động b) Ảnh hưởng của vị trí đặt vòi phun nước theo phương OX của xuồng. Kết quả khảo sát chữa cháy đến ổn định hướng chuyển động khi được thể hiện trên hình 6. 50 45 Goc lech huong (Do) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Vi tri dat voi phun (m) Hình 6. Khảo sát ảnh hưởng của vị trí đặt vòi phun nước chữa cháy đến ổn định hướng chuyển động Nhận xét: Vị trí đặt vòi phun nước chữa xuồng đến ổn định hướng chuyển động khi cháy càng gần trục lái, khi phun nước chữa xuồng phun nước chữa cháy cháy xuồng càng ổn định hướng chuyển động. Bài toán khảo sát được tiến hành như sau: Căn cứ vào điều kiện kết cấu của xuồng, vị trí thay đổi vận tốc của xuồng, góc đặt vòi phun thích hợp đặt vòi phun nước chữa cháy cách cố định βx = 45 độ, khoảng cách a3 = 1,5 m, trọng tâm xuồng 1,5 m về phía trục lái (cách đầu ra là góc lệch hướng chuyển động của trục lái 0,58 m). xuồng. Kết quả khảo sát được thể hiện trên c) Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của hình 7. 30 Goc lech huong (Do) 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Van toc (km/h) Hình 7. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xuồng đến ổn định hướng chuyển động Nhận xét: Vận tốc của xuồng càng lớn thì nhỏ. Căn cứ vào yêu cầu chữa cháy vận tốc của góc lệch hướng chuyển động của xuồng càng xuồng ≤ , với vận tốc này xuồng có thể 100 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017
  8. Công nghiệp rừng ổn định hướng với sự can thiệp của góc lái. cháy rừng tràm. IV. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Từ cấu tạo và điều kiện hoạt động của 1. Nguyễn Thị Hiệp Đoàn, Trương Sĩ Cáp (1997), Lý xuồng chữa cháy rừng tràm, đã xây dựng mô thuyết tàu, Trường Đại học Hàng hải. 2. Nguyễn Văn Khang (2007), Cơ học hệ nhiều vật, hình động lực học ổn định hướng chuyển động Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. của xuồng, từ đó đã thiết lập được hệ phương 3. Lê Thanh Tùng, Lương Ngọc Lợi, Lý thuyết tàu trình vi phân động lực học ổn định hướng thủy, Nxb Bách khoa – Hà Nội. chuyển động của xuồng (phương trình 15). Đã 4. Dương Văn Tài (2010), Báo cáo kết quả đề tài sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo trọng điểm cấp nhà nước, "Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy sát các yếu tố ảnh hưởng đến góc ổn định rừng" mã số KC07.13/06-10, Cục Thông tin Khoa học & hướng chuyển động khi vừa chuyển động vừa Công nghệ Quốc gia, Hà Nội. phun nước chữa cháy rừng. Kết quả khảo sát 5. Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc đã xác định được qui luật ảnh hưởng của các Yến, Nguyễn Thị Lan Hương (1999), Cơ sở Matlab và yếu tố đến hàm mục tiêu khảo sát (từ hình 5 ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 6. Phạm Tiến Tỉnh, Lê Hồng Bang, Hoàng Văn Oanh đến hình 7), những kết quả nghiên cứu này là (2006), Lý thuyết thiết kế tàu thủy, Nhà xuất bản Giao cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện xuồng chữa thông vận tải. SURVEY THE FACTORS THAT AFFECT DIRECTION STABILITY OF SPECIAL BOAT FOR FIRE FIGHTING IN WETLAND FOREST Nguyen Thai Van1, Duong Van Tai2, Nguyen Quang Tuyen3 1,3 Vinhlong University of Technology and Education 2 Vietnam National University of Forestry SUMMARY This paper presents the survey results of the dynamics equations of motion direction stability to determine the factors that affect motion direction stability of the special boat for fire fighting in wetland forest when it moves and sprinkle for fire fighting at the same time. From the actual operation condition of the boat, we establish modelling dynamics and the motion direction stability dynamics equations. We use Matlab - Simulink software to simulate and to survey the factors that affect motion direction stability of this boat. Keywords: Fire fighting boat, modeling dynamics, motion direction stability, wetland forest. Ngày nhận bài : 18/01/2017 Ngày phản biện : 20/01/2017 Ngày quyết định đăng : 25/01/2017 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 101
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2