Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng

Chia sẻ: Tri Lộ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm các mục tiêu: Xác định tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám cháy rừng bằng cách đứng tại chỗ cắt đất và phun đất, để xác chế độ sử dụng hợp lý và đề xuất hướng hoàn thiện cho xe CCR; xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số động lực học của xe CCR khi cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng; đề xuất giải pháp hạn chế hệ số Kđ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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 quá trình học tập và hoàn thành đề tài này tôi luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa sau đại học và khoa cơ điện & công trình trường đại học Lâm nghiệp Việt Nam. Được sự đồng ý của Khoa Sau đại học, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Bỉ tôi đã thực hiện luận văn: “nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng”. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: TS. Nguyễn Văn Bỉ trường đại học Lâm Nghiệp, người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thày cô trong khoa Cơ điện và Công trình, khoa Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Trong quá trình thực hiện đề tài này tôi còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu, trung tâm thực hành khoa cơ điện và công trình. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khoá học. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, những kết quả trong luận văn này được tính toán chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố; những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Để đề tài được hoàn thiện hơn nữa tôi xin chân thành cảm ơn các ý kiến đóng góp, bổ xung để luận văn được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2012 Tác giả Tống Thanh Hà
ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn .................................................................................................................. i Mục lục ....................................................................................................................... ii Danh mục các từ viết tắt............................................................................................ iii Danh mục các bảng ................................................................................................... vi Danh mục các hình ................................................................................................... vii Mở đầu ........................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................6 1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng tại Việt Nam ..........................................6 1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới ..............7 1.2.1. Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới .................................................7 1.2.2. Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới.......................................................7 1.3. Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam .....................................9 1.4 Tổng quan về nghiên cứu dao động của ô tô máy kéo................................13 1.4.1 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo trên thế giới .............................13 1.4.2 Tổng quan về nghiên cứu ô tô máy kéo ở Việt Nam ...............................14 Chương 2 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 và phạm vi nghiên cứu ............................................16 2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng ........17 2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 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 3 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 về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng ...........................26
iii 3.2. Xây dựng mô hình tính toán dao động của xe chữa cháy rừng đa năng .28 3.2.1 Một số giả thiết .........................................................................................28 3.2.3. Biểu thức động năng của hệ ...................................................................33 3.2.4. Biểu thức thế năng của hệ ......................................................................33 3.2.5. Biểu thức hàm hao tán của hệ ................................................................34 3.2.6. Biểu thức lực suy rộng ............................................................................34 3.3. Phương trình vi phân dao động của xe . .....................................................35 3.3.1. Lập phương trình vi phân dao động của hệ ..........................................35 3.3.2. Khảo sát hệ số động lực học của hệ .......................................................39 3.4. Khảo sát dao động của xe CCR đa năng ....................................................40 3.4.1. Xác định các tham số đầu vào của hệ phương trình vi phân (3.15) .....40 3.4.2. Giải hệ phương trình vi phân dao động của cơ hệ ................................42 Chương 4 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 và 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 và dụng cụ đo .......................................................53 4.5.2. Tổ chức thí nghiệm đo dao động của xe khi cắt đất ..............................54 4.6. Kết quả 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 quả nghiên cứu thực nghiệm với mô hình tính theo lý thuyết ...............................................................................................................................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................61 1. Kết luận .............................................................................................................61 2. Kiến nghị ...........................................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký TT Tên gọi Đơn vị hiệu 1 CCR Chữa cháy rừng 2 Kđ Hệ số động lực học 3 PTVP Phương trình vi phân 4 T Biểu thức động năng của cơ hệ 5 Π Biểu thức thế năng của cơ hệ 6 Ф Hàm hao tán của hệ 7 Qn Động lượng của nước 8 Qxe Động lượng của xe khi vòi phun làm việc 9 Q0 Động lượng ban đầu của hệ 10 Mxe Khối lượng xe Kg 11 vxe Vận tốc của xe m/s 12 m0 Khối lượng của khung xe và các thiết bị trên xe Kg 13 m1 Khối lượng của trục trước Kg 14 m2 Khối lượng của trục bánh sau Kg 15 m4 Khối lượng của hệ thống cắt đất Kg Khoảng cách theo phương dọc từ trọng tâm O đến 16 l1,l2 m các điểm A,B 17 l3 Khoảng cách BD m Khoảng cách theo phương ngang giữa tâm của bánh 18 b m xe đến mỗi cầu Chiều dai tay quay từ tâm các bánh xe cầu sau đến 19 L m chốt xoay
v Chuyển vị góc của thân xe và của nhíp cầu sau trong 20 α0,αn độ mặt phẳng thẳng đứng dọc Oxz c1 , c2 , 21 Hệ số độ cứng của các cặp bánh xe 1, 2, 3 KN c3 cn1, Hệ số độ cứng của các nhíp cầu trục trước và trục sau: 22 cn2, KN 1, 2 cn3 Hệ số độ cứng và giảm chấn của cơ cấu treo hệ thống 23 c4, k4 KN cắt đất k1, k2, 34 Hệ số giảm chấn của bánh lốp trước và các bánh sau Ns/m k3 25 kn1 Hệ số giảm chấn của nhíp trước Ns/m m0, m1, 26 khối lượng thu gọn của thân xe, các cặp bánh 1, 2, 3 kg m2, m3 27 m4 khối lượng thu gọn của hệ thống cắt đất kg 28 Jix , Jiy Mô men quán tính của thân xe và các trục bánh xe kg.m2 δ1 , δ2 , 29 Biến dạng của các bánh lốp 1, 2, 3 mm δ3 δn1, Biến dạng của các nhíp cầu trước, cầu sau và của cơ cấu 30 δn2, mm treo hệ thống cắt đất δn3, δ4
vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 1 Thống kê số vụ và diện tích rừng bị cháy 1 3.3 Các thông số đầu vào của mô hình dao động 40 4.1 Tính hệ số Kđ theo lý thuyết và thực nghiệm 60
vii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng 8 1.2 Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ 8 1.3 Chữa cháy rừng bằng tháp nước 9 1.4 Xe chữa cháy tại Trung Quốc 9 1.5 Dùng cành cây 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 và khí nén 12 2.1 Xe chữa cháy rừng đa năng 16 2.2 Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa năng 17 2.3 Xe Ural - 4320 18 2.4 Cấu tạo của hệ thống cắt đất 20 3.1 Xe chữa cháy rừng đa năng 26 3.2 Hệ thống phun đất vào đám cháy rừng 27 3.3 Hệ thống chữa cháy rừng bằng phun nước trên xe 28 3.4a Mô hình dao động của xe CCR đa năng trong không gian 29 Mô hình dao động tương đương của xe CCR đa năng trong 3.4b 30 mặt phẳng đối xứng dọc oxz Mô hình dao động của xe CCR đa năng trong mặt phẳng 3.4c 30 đứng ngang dọc oyz 3.5 Xung lực 34 3.6 Miềm tần số cộng hưởng 40 3.7.1 Mô phỏng phương trình thứ nhất bằng Matlab - simulink 42
viii 3.7.2 Mô phỏng phương trình thứ 2 bằng Matlab - simulink 42 3.7.3 Mô phỏng phương trình thứ 3 bằng Matlab - simulink 43 3.7.4 Mô phỏng phương trình thứ 4 bằng Matlab – simulink 43 3.7.5 Mô phỏng phương trình thứ 5 bằng Matlab – simulink 44 3.7.6 Mô phỏng phương trình thứ 6 bằng Matlab – simulink 44 3.7.7 Mô phỏng phương trình thứ 7 bằng Matlab – simulink 45 3.7.8 Mô phỏng phương trình thứ 8 bằng Matlab - simulink 45 3.7.9 Mô phỏng phương trình thứ 9 bằng Matlab – simulink 46 3.7.10 Mô phỏng phương trình thứ 10 bằng Matlab - simulink 46 3.8 Mfile khai báo thông số đầu vào của mô hình 47 3.9 Sơ đồ mô phỏng tổng quát hệ phương trình trên 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 của 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 hiện cắt đất với tốc độ cắt khác nhau 56 4.8 Thực hiện thí nghiệm ở các vị trí khác nhau 56 4.9 Đồ thị gia tốc của xe với n = 1200 vòng/phút 57 4.10 Đồ thị gia tốc của xe với n = 2000 vòng/phút 57 4.11 Đồ thị dao động của xe với n = 2500vòng/phút 58 4.12 Đồ thị gia tốc của xe với n = 3000 vòng/phút 58
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Rừng là nguồn cung cấp lâm sản, đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng xã hội như gỗ và lâm sản ngoài gỗ, cung cấp động vật, thực vật là đặc sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng của các tầng lớp dân cư, cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng cơ bản, cung cấp dược liệu quỹ phục vụ nhu cầu chữa bệnh. Rừng còn dùng để phòng hộ đầu nguồn, giữ đất, giữ nước, điều hoà dòng chảy, chống xói mòn rửa trôi thoái hoá đất, chống bồi đắp sông ngòi, chắn gió, chắn sóng, chống bay cát… Nếu như tất cả thực vật trên Trái Đất đã tạo ra 53 tỷ sinh khối (ở trạng thái khô tuyệt đối là 64%) thì rừng chiếm 37 tỷ tấn (70%) và các cây rừng đã thải ra 52,5 tỷ tấn (hay 44%) dưỡng khí để phục vụ cho hô hấp của con người, động vật và sâu bọ trên trái đất trong khoảng hai năm. Với chức năng to lớn của rừng như vậy, nhưng tài nguyên rừng trên thế giới ngày càng suy giảm do nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong đó có một nguyên nhân làm tỷ lệ rừng giảm nhanh đó là do cháy rừng gây nên. Theo số liệu thống kê của tổ chức nông lương Liên Hợp Quốc hàng năm trên thế giới có hàng vạn vụ cháy rừng làm cháy mất hàng triệu hécta rừng. Cháy rừng làm thiệt hại hàng tỷ đô là về kinh tế, làm chết và bị thương rất nhiều người và đặc biệt ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái và đa dạng sinh học. Ở Việt Nam theo số liệu thống kê của Cục kiểm lâm từ năm 2005 đến năm 2010 số vụ và diện tích rừng bị cháy như sau: Bảng 1: Bảng thống kê số vụ và 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
2 Nhìn vào bảng số liệu trên chúng ta có thể thấy hàng năm ở nước ta có hàng trăm vụ cháy rừng xảy ra thiêu trụi hàng nghìn hécta rừng, gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái. Nhận thức được vấn đó Đảng và Chính phủ đã rất quan tâm đến công tác quản lý, bảo vệ rừng, phòng cháy, chữa cháy rừng từ việc ban hành hệ thống văn bản quy phạm pháp luật đến việc tăng cường thực hiện các biện pháp cấp bách về công tác phòng cháy chữa, cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra. Nhưng do khí thải công nghiệp gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu làm cho Trái Đất càng ngày càng nóng lên, thời tiết khắc nhiệt dẫn đến nguy cơ cháy rừng rất cao, tình hình cháy rừng diễn biến phức tạp. Hiện nay tại các cơ sở chữa cháy rừng đã được trang bị một số thiết bị chữa cháy rừng như máy bơm nước, máy thổi gió, máy cắt thực bì, máy cắt cành cao, máy cưa xăng, bồn nước di động, vòi chữa cháy, bình chữa cháy đeo vai, bàn dập lửa… Nhưng hiệu quả chữa cháy không cao, không phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam. Do đó việc chữa cháy rừng ở các địa phương chủ yếu là thủ công như dùng cành cây dập lửa, bàn dập lửa nên năng suất thấp, tốn nhiều nhân lực hiệu quả chữa cháy không cao. Do đặc điểm của cháy rừng thường xảy ra trên diện tích rộng lớn, tại nơi có địa hình phức tạp, có độ dốc lớn và thường không có nguồn nước. Do đó việc chữa cháy rừng có những đặc điểm riêng mà khi sử dụng các thiết bị chữa cháy dân dụng và công nghiệp đem lại hiệu quả không cao. Để tăng hiệu quả chữa cháy rừng thì cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng với hiệu quả dập lửa lớn, dễ sử dụng phù hợp với điều kiện địa hình sử dụng chất chữa cháy tại chỗ đồng thời phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam để trang bị rộng rãi cho các cơ sở sản xuất lâm nghiệp góp phần hạn chế diện tích cháy rừng gây ra. Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng” mã số KC07.13/06-10 được Bộ Khoa học và Công nghệ giao nhiệm vụ cho trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì thực hiện trong năm 2008. Sau hai năm triển khai đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công
3 một mẫu xe chữa cháy rừng đa năng đáp ứng được mục đích, yêu cầu của đề tài. Để xác định một số thông số kỹ thuật và đánh giá khả năng chữa cháy rừng của thiết bị, đề tài đã tiến hành khảo nghiệm thiết bị trong thực tế, qua khảo nghiệm đã rút ra một số kết luận: - Xe chữa cháy rừng đa năng có thể di chuyển trong khu vực rừng không có đường, tốc độ di chuyển 15km/h, khả năng di chuyển trên địa hình có độ dốc dọc là ≤ 200, di chuyển trên địa hình có độ dốc ngang ≤ 40 loại xe này rất phù hợp với địa hình khu vực Tây Nguyên, tây Nam Bộ. - Tốc độ làm băng cách ly, khoanh vùng cô lập đám cháy rất nhanh ≥ 15km/h, chiều rộng và độ sạch băng đạt yêu cầu không cháy lan. - Tốc độ dập lửa bằng hệ thống phun đất cát 15m/phút, hiệu quả dập lửa cao, chiều cao ngọn lửa dập được 3m, chất chữa cháy đất cát tại chỗ không phải vận chuyển mang vác rất tiện lợi. Tuy nhiên trong kết quả thực nghiệm đề tài KC07.13/06-10 chưa đề cập sâu đến vấn đề dao động của xe khi thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng. Sau khi hoàn thiện thiết kế, chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng đã có một số đề tài thạc sỹ và tiến sỹ nghiên cứu về dao động của xe chữa cháy rừng đa năng. Nhưng chưa có đề tài nào nghiên cứu về dao động của khi khi cắt đất và phun đất vào đám cháy và tìm chế độ làm việc hợp lý khi làm việc ở chế độ đó. Xuất phát từ lý do trên tôi đã chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu dao động của xe chữa cháy rừng đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng”. 2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài Xuất phát từ những lý do thực hiện đề tài ở trên tôi đặt ra mục tiêu như sau: Xác định tải trọng động và các yếu tố ảnh hưởng khi xe dập lửa các đám cháy rừng bằng cách đứng tại chỗ cắt đất và phun đất, để xác chế độ sử dụng hợp lý và đề xuất hướng hoàn thiện cho xe CCR. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số động lực học của xe CCR khi cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. Đề xuất giải pháp hạn chế hệ số Kđ.
4 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu dao động là một vấn đề rất rộng và cần phải có thời gian dài, trong luận văn này chỉ giới hạn các nội dung nghiên cứu sau đây: - Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu dao động của tất cả các hệ thống công tác trên xe CCR đa năng, mà chỉ tập trung nghiên cứu dao động của của xe CCR đa năng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. - Đối tượng gây ra dao động của xe: luận văn không nghiên cứu tất cả các loại đất mà hệ thống cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cho một loại đất đặc trưng loại đất của khu rừng có nguy cơ cháy cao, xe chữa cháy rừng hoạt động ở trên đó. - Địa điểm nghiên cứu thực nghiệm: đề tài không có điều kiện làm thí nghiệm ở thực địa nơi thường xuyên xảy ra cháy rừng là ở khu vực Tây Nguyên, mà đề tài chọn một địa điểm ở khu rừng thực nghiệm của trường Đại học Lâm nghiệp, có địa hình, loại đất giống như địa hình đặc trưng ở khu vực Tây Nguyên để làm thí nghiệm đo dao động của xe chữa cháy rừng khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. 4. Nội dung nghiên cứu của đề tài Với phạm vi nghiên cứu như ở trên, để đạt được mục tiên nghiên cứu của đề tài đã đề ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau: 4.1. Nghiên cứu lý thuyết - Lập phương trình vi phân dao động của xe CCR khi nó đứng tại chỗ cắt đất và phun đất vào đám cháy rừng. - Xác định lực kích động của hệ thống cắt đất và phun đất. - Giải hệ phương trình vi phân và xác định tải trọng động của xe CCR. - Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như vận tốc và kết cấu hệ thống cắt đất đến hệ số tải trọng động Kđ. - Đề xuất giải pháp hạn chế dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất. - Xác định chế độ làm việc hợp lý của xe CCR khi cắt đất và phun đất.
5 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính toán theo lý thuyết và xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi cắt đất và phun đất tại chỗ. Từ đó xác định được biên độ và tần số dao động theo thời gian, từ đó nội dung nghiên cứu thực nghiệm gồm những nội dung sau: - Xác định biểu đồ dao động của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất theo thời gian để kiểm nghiệm kết quả tính toán lý thuyết. - Xác định thông số làm việc hợp lý của xe CCR khi đứng tại chỗ cắt đất và phun đất.
6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình cháy rừng tại Việt Nam Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê của Viện điều tra & Quy hoạch rừng Việt Nam, trước năm 1945 Việt Nam có 14 triệu ha rừng chiếm hơn 42% diện tích tự nhiên của cả nước. Năm 1975 diện tích rừng chỉ còn 9,5 triệu hécta chiếm 29% diện tích tự nhiên. Năm 1985 còn 7,8 triệu chiếm 23,6% diện tích tự nhiên, năm 1989 còn 6,5 triệu ha chiếm 19,7%. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự suy giảm diện tích rừng đáng kể trong những năm trên một trong những nguyên nhân đó là cháy rừng. Do nhận thức được vai trò to lớn của rừng với đời sống con người và với tự nhiên Đảng và Nhà nước ta đã thực hiện chính sách trồng rừng bù đắp phần nào sự suy giảm của rừng. Từ năm 1995 đến 2009 diện tích rừng tại Việt Nam tăng lên liên tục nhờ trồng rừng và phục hồi rừng tự nhiên, bình quân mỗi năm tăng khoảng 282.600 ha. Tính đến ngày 31/12/2009, tổng diện tích rừng tại Việt Nam là 13.258.843 ha rừng. Tỷ lệ che phủ rừng của Việt Nam từ 27,2% đầu thập kỷ 90 đã tăng lên 39,5% vào năm 2010, độ che phủ rừng bình quân tăng 0,4%/năm. Mặc dù diện tích rừng đã tăng lên đáng kể trong những năm trên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% diện tích rừng của cả nước đây là loại rừng dễ xảy ra cháy. Cùng với diện tích rừng dễ xảy ra cháy rừng hàng năm thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và khó lường đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng ngày càng nghiêm trọng. Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng trong những năm qua của cục Kiểm Lâm. Tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ thiệt hại trên 633.000 ha rừng, trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên. Thiệt hại từ cháy rừng ước tính hàng nghàn tỷ đồng, ngoài ra còn làm ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng lũ lụt và làm giảm tính đa dạng sinh học, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người, gia tăng bệnh xã hội…
7 1.2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới 1.2.1. Công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới Hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng như sau: Kỹ thuật chữa cháy rừng bằng phương pháp trực tiếp: là phương pháp bố trí đội hình chữa cháy trực tiếp đối đầu, bao vây ngọn lửa và dùng dụng cụ đập lửa liên tục. Chỉ được sử dụng khi đám cháy có ngọn lửa thấp, cường độ cháy nhỏ. Chữa cháy rừng bằng phương pháp song song: là phương pháp bố trí đội hình chữa cháy đứng về phía trước (đầu hướng gió) để thực hiện biện pháp phát dọn băng trắng ngăn cản lửa. Sử dụng trong điều kiện khi đám cháy có ngọn lửa cháy với cường độ vừa phải. Chữa cháy rừng bằng phương pháp gián tiếp (hay phương pháp đốt chặn): là phương pháp dùng lửa đốt ngay từ phía trước đầu hướng gió của đám cháy để hai ngọn lửa tiến giáp lại với nhau tự tắt (do cháy hết vật liệu cháy). Sử dụng phương pháp này khi đám cháy có cường độ dữ dội, sức nóng lan tỏa trên phạm vi rộng, con người khó tiếp cận với đám cháy. [53] 1.2.2. Thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới Cháy rừng là một vấn đề rất lớn đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới bởi vì ra cháy rừng, nó ảnh hưởng đến trực tiếp đời sống của con người và môi trường xung quanh. Do đó rất nhiều nước trên thế giới quan tâm, chú trọng đầu tư phát triển, nghiên cứu thiết kế ra các loại máy, phương tiện chữa cháy rừng, ứng dụng, cải tiến các kỹ thuật công nghệ phòng cháy chữa cháy rừng và chế tạo các thiết bị chuyên dùng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại do cháy rừng gây ra. Ở một số nước phát triển như Mỹ, Canada, Đức, Trung Quốc, Nhật Bản… sử dụng thiết bị chữa cháy chủ yếu là máy bay phun nước và hoá chất để dập lửa. Ngoài ra còn sử dụng cả xe ô tô dùng nước và hoá chất để chữa cháy. Do đó các công trình nghiên cứu về thiết bị này tương đối hoàn thiện và thiết bị đã được ứng dụng rộng dãi trong thực tế chữa cháy rừng ở các nước phát triển.
8 Hình 1.1: Máy bay phun hoá chất chữa cháy rừng Trong những năm qua hình ảnh về chiếc máy bay cứu hoả lớn nhất thế giới Evergreen Supertanker của Mỹ đã thực hiện nhiệm vụ chữa cháy rừng ở một số nước. Evergreen Supertanker chính là máy bay chở khách boeing 747 – 200 được cải tiến thành máy bay chữa cháy. Dung tích bình chứa nước của nó lên tới 95.000 lít. Evergreen Supertanker được chế tạo sau vụ cháy rừng khủng khiếp ở Mỹ năm 2002, khi hai chiếc máy bay tham gia chữa cháy rừng bị nổ tung. Hình 1.2: Máy bay chữa cháy Evergreen Supertanker của Mỹ Ở những nơi gần nguồn nước (sông, suối, ao, hồ) đã sử dụng máy bơm nước để chữa cháy rừng, thiết bị chuyên dùng hình 1.2 sử tháp nước để chữa rừng. Thiết bị này có ưu điểm là hiệu quả dập lửa lớn, chữa được loại cháy trên tán cây. Nhược điểm của loại thiết bị này là tính di động không cao, phụ thuộc vào nguồn nước, đối
9 với khu rừng cách xa nguồn nước khoảng 3km thì thiết bị này không sử dụng được. Loại máy này phù hợp với chữa cháy ở rừng ngập nước. Hình 1.3: Chữa cháy rừng bằng tháp nước Tại Trung Quốc vừa chế tạo thành công xe chữa cháy có khả năng phun bốn tấn nước mỗi phút, phạm vi tối đa dập tắt ngọn lửa là 120m gần 400feet. Hình 1.4: Xe chữa cháy tại Trung Quốc 1.3. Công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam Hiện nay ở Việt Nam sử dụng thiết bị chữa cháy rừng đã lỗi thời, không có lực lượng chuyên trách chống chữa cháy rừng. Do đó lực lượng kiểm lâm vừa làm công việc bảo vệ rừng vừa làm công việc chữa cháy rừng. Ở Việt Nam còn sử dụng phương pháp chữa cháy rừng thô sơ, thủ công như dùng cành cây, vỉ dập lửa, cào quốc… để dập lửa. Đây là những công cụ dập lửa
10 đơn giản dẻ tiền, phù hợp với điều kiện địa hình phức tạp mà các phương tiện khác không tiếp cận được. Phương pháp này chỉ phù hợp với những đám cháy nhỏ, mới bắt đầu cháy. Nhưng tốn nhiều công lao động, năng xuất thấp, không chữa cháy được đám cháy lớn. Hình 1.5: Dùng cành cây để dập lửa Một số đơn vị quản lý rừng đang sử dụng bình bơm nước đeo vai, máy thổi gió công suất lớn, máy bơm nước khiêng tay để chữa cháy. Hiệu quả sử khi sử dụng phương tiện này cao hơn phương tiện chữa cháy bằng thủ công nhưng không hiệu quả với các đám cháy lớn. Giá thành các phương tiện này còn cao do phải nhập khẩu. Hình 1.6: Sử dụng bơm nước để chữa cháy rừng
11 Thiết bị tạo băng cách ly: Trong chữa cháy rừng, phương pháp tạo băng trắng để khoanh vùng, cô lập đám cháy cũng thường xuyên được áp dụng đối với những đám cháy rừng lớn, cháy trên tán cây, cháy ngầm dưới mặt đất. Các thiết bị tạo băng trắng hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là dùng cưa xăng, máy phát quang, cào cuốc,... Sử dụng công trình phục vụ phòng chống cháy rừng: kênh nước, kênh cạn, băng trắng, băng xanh, hồ chứa nước giữ ẩm đất rừng… Xe chuyên dụng chữa cháy: Mặc dù đã có khá nhiều loại xe chữa cháy trên thị trường đã được đưa vào thử nghiệm hay sử dụng như: xe thang chữa cháy do Mỹ sản xuất, xe chữa cháy công nghệ phun bọt khí nén (CAFS) do hãng Morita (Nhật Bản) sản xuất, xe chữa cháy Dol với nhiều thế hệ khác nhau đã xuất hiện tại Việt Nam. Các loại xe chữa cháy này chủ yếu là xe nhập khẩu giá thành rất cao. Nhìn chung, chúng ta chưa sản xuất ra được các loại xe hay các phương tiện phục vụ công tác chữa cháy. Gần đây nhất, kĩ sư Trần Thành Đạt và cử nhân Huỳnh Hữu Phước đã chế tạo xe chữa cháy tí hon SAMCO Tina-m để chữa cháy trong các hẻm và các ngõ ngách nhỏ ở khu dân cư. Hình 1.7: Xe chữa cháy tí hon SAMCO tina-m