MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Rừng là lá phổi xanh của trái đất, nơi dự trữ sinh quyển và là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Tính đến ngày 31/12/2018, Việt Nam có 14.295 triệu ha rừng, trong đó rừng tự nhiên là 10.525 triệu ha và 4.770 triệu ha rừng trồng [1]. Hàng năm rừng đã cung cấp một khối lượng lớn lâm sản cho các ngành kinh tế quốc dân.
Ngoài ra rừng còn có tác dụng điều hòa khí hậu, chống lũ quét, sói mòn đất, giữ nước cho hồ thủy điện, hạn chế sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Hiện nay diện tích rừng ở Việt Nam và trên thế giới đang ngày càng bị suy giảm nghiêm trọng, một trong những nguyên nhân gây mất rừng đó là do nạn cháy rừng gây ra. Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê của Tổng cục Lâm nghiệp, trong năm 2016 cả nước có hơn 3.000 ha rừng bị thiệt hại do cháy; trong năm 2017 tổng diện tích rừng bị cháy là 300 ha, giảm 10 lần so với năm 2016 [4]. Theo số liệu của 6 tháng đầu năm 2019, cả nước xảy ra 156 vụ cháy rừng với khoảng 930 ha diện tích rừng bị cháy, tăng 61 vụ và tăng 705 ha rừng bị cháy so với cùng kỳ năm 2018 [5].
Trên thế giới, hàng năm cũng xảy ra nhiều vụ cháy rừng gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Tuy nhiên, các nước trên thế giới phần lớn được trang bị các thiết bị chữa cháy vừa phong phú và hiện đại. Trong khi đó tại Việt Nam, các thiết bị chữa cháy rừng còn thô sơ và chưa đáp ứng được yêu cầu chữa cháy. Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào phòng chống và thiết kế các thiết bị chữa cháy rừng nhằm hạn chế do cháy rừng gây ra là cần thiết.
Theo Quyết định số 1938/QĐ-TTg ngày 28/10/2014 của Thủ tướng Chính phủ về Phê duyệt Đề án nâng cao năng lực phòng cháy, chữa cháy rừng giai đoạn 2014- 2020 nêu rõ “Nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ và chuyển giao; các biện pháp kỹ thuật lâm sinh, phương tiện, thiết bị và công cụ phòng cháy, chữa cháy rừng tiên tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng”. Mục tiêu nhằm nâng cao năng lực cho lực lượng phòng cháy, chữa cháy rừng từ trung ương đến địa phương, đặc biệt là lực lượng chuyên ngành để có đủ khả năng kiểm soát cháy rừng, giảm nguy cơ cháy rừng, chữa cháy rừng kịp thời, có hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do cháy rừng gây ra. luan an 2 Năm 2013, Trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước: "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, xe đã đáp ứng được nhu cầu chữa cháy rừng trong phạm vi thử nghiệm mẫu.
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, và tác động của các hệ thống công tác chữa cháy trên xe làm khung sát xi của xe bị biến dạng lớn, ảnh hưởng đến độ bền của khung xe dẫn đến ảnh hưởng đến ổn định làm việc của xe và thiết bị trên xe. + Xe chữa cháy rừng (CCR) đa năng được thiết kế chế tạo trên cơ sở xe Ural 4320 của Nga, loại xe này là xe quân sự có sức vượt cao, gầm cao. Tuy nhiên loại xe này tải trọng thấp (theo thông số kỹ thuật tải trọng xe là 8 tấn), trong khi đó yêu cầu thực tế tải trọng của xe chữa cháy rừng đa năng là trên 10 tấn. Xe hoạt động trong điều kiện phức tạp làm cho sát xi xe bị biến dạng không đều, bị vặn, vênh.
Để có cở sở khoa học cho việc hoàn thiện xe chữa cháy rừng đa năng cần thiết phải tiến hành nghiên cứu đảm bảo độ bền khung sát xi (khung xe) trong đó có nghiên cứu các chế độ tải trọng tác dụng lên khung xe, nghiên cứu ứng suất và biến dạng, từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật hoàn thiện thiết kế xe. Với lý do đã trình bày ở trên, tôi chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng”. Mục tiêu của luận án Nghiên cứu đánh giá độ bền khung sát xi làm cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện kết cấu khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trong luận án là khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng được sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam trên cơ sở xe Ural 4320.
Phạm vi nghiên cứu Đánh giá độ bền tĩnh và bền mỏi khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng được sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam trên cơ sở xe Ural 4320 dưới tác dụng của tải trọng luan an 3 thẳng đứng khi xe chuyển động trên đường khi đi qua các mấp mô đơn định dạng và chuyển động trên đường với các mấp mô ngẫu nhiên. Nội dung và bố cục của luận án Để đạt được mục đích nêu trên, nội dung nghiên cứu của luận án gồm các phần chính như sau: Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương 2: Xây dựng mô hình nghiên cứu độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng Chương 3: Khảo sát đánh giá độ bền khung sát xi Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận. Những kết quả mới của luận án - Luận án đã xây dựng được mô hình tính toán tải trọng tĩnh và tải trọng động tác động lên khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng trong quá trình hoạt động chữa cháy. - Luận án đã thiết lập hệ phương trình vi phân, khảo sát xác định tải trọng động tác động lên khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng.
- Luận án đã đánh giá độ bền tĩnh và độ bền mỏi khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng khi xe chịu tải trọng cực đại, khi chuyển động đi qua mấp mô định dạng và xe chuyển động trên đường ngẫu nhiên. - Đã thí nghiệm để xác định tải trọng trọng động lên khung sát xi khi xe chuyển động trên đường thực. Xác định chuyển vị của khung sát xi tại vị trí khảo sát. Kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng có giá trị sai số chấp nhận được.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án - Luận án đã đánh giá độ bền khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng. Kết quả nghiên cứu của luận án làm cơ sở khoa học cho việc hoàn thiện kết cấu khung sát xi xe chữa cháy rừng đa năng. Ý nghĩa khoa học của luận án - Luận án đã xây dựng được phương pháp xác định tải trọng động tác động lên khung sát xi bằng mô hình, xây dựng được phương pháp đánh giá độ bền khung sát xi, làm cơ sở khoa học để xây dựng các mô hình đánh giá độ bền của các sản phẩm luan an 4 thiết kế, chế tạo trong nước, góp phần hoàn thiện qui trình thiết kế các chi tiết, cụm chi tiết trên ô tô. - Luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất ô tô tải tại Việt Nam trong quá trình nghiên cứu phát triển thiết kế mới cũng như đánh giá độ bền của các chi tiết của ô tô tải cùng loại.
luan an 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về xe chữa cháy rừng đa năng 1. Cấu tạo xe chữa cháy rừng đa năng Xe chữa cháy rừng đa năng do Việt Nam chế tạo là một loại thiết bị tích hợp nhiều công năng chữa cháy rừng gồm: Cắt cây, làm sạch cỏ rác, mở đường tạo hành lang cách ly đám cháy; phun nước chữa cháy có vùng phun rộng; tạo sức gió có áp suất cao phun vào đám cháy; sử dụng đất cát tại chỗ dập tắt đám cháy. Xe được thiết kế trên cơ sở xe URAL4320 của Liên Xô cũ với động cơ Điêzen có công suất 180 mã lực, là loại xe có ba cầu chủ động được sử dụng chủ yếu trong quân đội nhằm tăng tính cơ động trên mặt đường quân sự.
Hình dáng xe cơ sở và xe chữa cháy rừng đa năng nêu trên hình 1. a) Xe cơ sở URAL 4320 b) Xe chữa cháy rừng đã được chế tạo Hình 1.1: Xe chữa cháy rừng đa năng Các cụm thiết bị chữa cháy được thiết kế, chế tạo và lắp trên xe sát xi cơ sở. Các cụm thiết bị chính được trình bày trên hình 1. [17, 18] luan an 6 1) Hệ thống cắt cây; 2) Thanh gạt cây; 3) Thân xe ô tô; 4) Súng phun nước: 5) Ghế ngồi; 6) Cabin mở rộng; 7) Thùng chứa nước; 8) Vỏ che hệ thống sau; 9) Hệ thống đường ống; 10) Bảng điều khiển; 11) Lô cuốn vòi phun nhỏ; 12) Sàn xe; 13) Hệ thống xới đất; 14) Hệ thống cắt cỏ; 15) hộp giảm tốc trích công suất; 16) Hệ thống quạt thổi đất; 17) Thùng dầu; 18) Bơm thủy lực; 19) Bơm nước cao áp Hình 1.2: Tổng thể xe chữa cháy rừng đa năng 1.
Nguyên lý làm việc của xe chữa cháy rừng đa năng Hệ thống cắt cây được lắp ở phía trước xe gồm 04 đĩa cưa với dao cắt có đường kính 500 mm, tốc độ dao cắt 80 m/s, tốc độ đẩy dao cắt tịnh tiến tối đa 0,2 m/s. Bánh đai trục bên; 2. Cụm trục cắt bên; 3. Bánh đai trục giữa; 4.
Cụm trục cắt giữa; 5. Giá đỡ và di chuyển; 6. Pittong xylanh nâng hạ hệ thống; 7. Bánh răng côn m3-Z35-Re75; 9.
Lưỡi cắt đĩa – D600 Hình 1.3: Bản vẽ thiết kế hệ thống cắt cây phía trước luan an 7 Hệ thống được dẫn động nhờ động cơ thủy lực có công suất 8kW, số vòng quay 3200 vg/ph; hệ thống được nâng lên hoặc hạ xuống và tiến ra phía trước để thuận lợi trong việc cắt cây và di chuyển trên đường, được điều khiển bởi người lái xe từ buồng lái, chuyển động tịnh tiến ra phía trước nhờ xi lanh thủy lực và hệ thống ổ trượt, khi cắt cây xi lanh đẩy đĩa cưa ăn vào gỗ. Hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp phía sau xe, tạo băng trắng cản lửa với chiều rộng 2 m để đám cháy không phát triển qua được. Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc cắt dạng búa gồm 40 dao; đường kính đĩa lắp dao cắt 400 mm, chiều dài dao 125 mm; vận tốc dao cắt 25 m/s.