Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác trên bãi biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN TẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ SKC007713 Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN TẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 8520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN TẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 8520103 Hƣớng dẫn khoa học: PGS TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 [12] Nguyễn Thu Trang, Bùi Thu Hiền, Bước đầu đánh giá trạng ô nhiễm rác thải nhựa số bãi biển Việt Nam link https://www.moit.gov.vn/tin-chi-tiet/-/chitiet/buoc-%C4%91au-%C4%91anh-gia-hien-trang-o-nhiem-rac-thai-nhua-tai-mot-so-baibien-viet-nam-20035-129.html [13] http://www.hbarber.com/Cleaners/SurfRake/Default.html [14] http://www.hbarber.com/Cleaners/SandMan/radius.html [15] https://sotaynongnghiep.com/xe-may-cay-may-cay-mini-gia-bao-nhieu-baogia-may-cay-ruong-o-viet-nam [16] Võ Ngọc Tiên (2019), “Đồ án Nghiên cứu phát triển xe thu gom rác bãi biển” [17] Trần Văn Địch, “Giáo trình Cơng nghệ chế tạo máy”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2015 [18] Báo điện tử https://vnexpress.net/thoi-su/may-sang-cat-lay-rac-tren-bai-bienda-nang-3912547.html [19] KS Bùi Thị Loan, “Đề tài nghiên cứu Phƣơng pháp tính lún nhanh dƣới tác dụng tải trọng”, Viện Khoa Học Công nghệ Xây dựng Giao Thông Trường Đại học Giao Thơng Vận Tải [20] https://dantri.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/nhom-sinh-vien-da-nang-che-taomay-don-rac-tren-bai-bien [21] PGS.TS Ngơ Trí Phúc, PGS.TS Trần Văn Địch, Sổ tay Thép Thế Giới, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 [22] Nguyễn Văn Dự, Hƣớng dẫn tính tốn băng tải, 2014 [23] D Pitchers, Determination of minimum pulley diameters for belt conveyors, Fenner Conveyor Belting (SA) Ltd, Isando [24] Bộ Giáo dục Đào tạo, Vật lí 10 nâng cao, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2014 [25] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động tập 1, Hà Nội: Giáo dục, 2006 [26] Trang Tấn Triển, Giáo trình sức bền vật liệu khí, 2016 [27] TCVN 1766 – 1975, Thép Cacbon kết cấu chất lƣợng tốt, Mác thép yêu cầu kỹ thuật, 2017 [28] Trần Quốc Hùng, Giáo trình dung sai – kỹ thuật đo, Nhà xuất đại học Quốc Gia Tp HCM, 2012 [29] Nguyễn Hữu Lộc, “Thiết kế máy chi tiết máy” nhà xuất đại học quốc gia 2020 [30] https://tailieu.vn/doc/rac-thai-tren-bai-bien-da-n-ng-cac-nguyen-ly-thu-gomva-cac-co-cau-may-thu-gom-rac [31] Trần Văn Lịch, Bùi Đức Lộc, Nguyễn Cao Cƣờng, Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy thu gom rác tự động Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, Tp Hồ Chí Minh, 2015 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỄN RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURE AND TEST GARBAGE COLLECTION EQUIPMENT ON THE BEACH Lê Văn Tấn Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh TĨM TẮT Bài báo trình bày kết “Nghiên cứu thiết kế,chế tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác bãi biển” Thiết bị sử dụng cấu sàng rung tích hợp máy cày tay nhằm giới hóa hoạt động thu gom rác để tiết kiệm chi phí nhân cơng nhƣ tăng hiệu công việc thu gom rác Kết thử nghiệm cho thấy với biên độ cam 15mm, góc nghiêng sàng 10° số vòng quay trục cam nc = 583,3v/ph, tỷ số truyền xích 3,46 số cấp số xới máy cày thiết bị hoạt động hiệu suất đạt đƣợc 97% diện tích dọn 0,4ha/1h Từ khóa: Thiết bị thu gom rác bãi biển ABSTRACT The paper presents the results of " research, design, manufacture and test garbage collection equipment on the beach " The device uses a built-in vibration sieve mechanism on hand plows to memize garbage collection activities to save labor costs as well as increase the efficiency of garbage collection The test results showed that with a commit amplit margin of 15mm, a slum angle of 10° of the number of rotations of the camshalum nc = 583.3v/ph, the ratio of the chain transmittor 3.46, the plough's number is the most efficient equipment to achieve 97% of the cleaning area of 0.4ha/1h Keywords: Garbage collection equipment on the beach GIỚI THIÊU TỔNG QUAN Hiện kinh tế phát triển đời sống ngƣời dân ngày nâng cao nhu cầu du lịch gia tăng có tắm biển du lịch biển phát triển mạnh,… Kèm theo lƣợng khách du lịch tăng rác thải bãi tắm ngày nhiều, mặt khác chất lƣợng sống nâng cao, yêu cầu bãi biển phải sẽ, an toàn thu hút du khách tới tắm, nghỉ dƣỡng để phát triển du lịch, dịch vụ kèm theo chi phí nhƣ tăng hiệu công việc nhằm đáp ứng đƣợc nhu cầu thu gom rác Bài báo tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác bãi biển phƣơng pháp sử dụng sàng rung tách vận chuyển rác vào khoang chứa rác, sàng rung đƣợc tích hợp máy cày tay thông dụng cho khả ứng dụng cao thực tiễn bãi biển CƠ SỞ LÝ THUYẾT Theo số liệu tổ chức bảo tồn thiên nhiên Quốc tế (IUCN) rác thải nhựa Việt Nam xả biển dao động từ 0,28 đến 0,73 triệu / năm, tƣơng đƣơng 6% tổng lƣợng rác thải nhựa thải biển đứng thứ 20 quốc gia đứng đầu lƣợng rác thải nhựa thải đại dƣơng chất thải nhựa chiếm tới 97% bảy loại chất thải đƣợc thu gom (nhựa, kim loại, thủy tinh, cao su, vải, gỗ linh tinh) Các chất thải nhựa phổ biến xốp, dây/lƣới, túi nhựa.số lƣợng khối lƣợng rác bãi biển Việt Nam tƣơng đối cao (trung bình 7.374 mảnh/100 m) 94,58 (kg/100m) [1] 2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc sàng lắc Việc thu gom rác chủ yếu đƣợc thực thủ công hiệu thấp Vì thế, cơng việc thu gom rác Việt Nam địi hỏi phải đƣợc giới hóa để tiết kiệm Khi cam lệch tâm quay truyền truyển dộng tịnh tiến xuống lƣới sàng thông qua truyền 3, lƣới sàng đƣợc treo lắc ( khối lƣợng nhỏ) Khi lƣới sàng lắc qua lắc lại hạt vật Trong đó: +1: Thanh lắc +2: Sàng +3: Tay biên (thanh truyền) +4: Cam lệch tâm 2.2 Nguyên lý làm việc sàng lắc liệu nằm lƣới sàng chịu tác dụng lực quán tính lực ma sát với mặt lƣới sàng Khoảng dịch chuyển lƣới sàng từ 10 đến 100 mm thích ứng với điều kiện cát khơ xốp khác có độ lún khác đảm bảo chiều sâu xúc - Cát rác đƣợc lƣỡi xúc xúc đƣa lên Điều kiện hỗn hợp hạt vật liệu chuyển động thành dịng liên tục sàng tiến phía trƣớc lực quán tính nhỏ lực ma sát cịn sàng lùi phía sau lực qn tính lớn lực ma sát [2] sàng lắc, sàng lắc lắc làm cát lọt xuống Khi sàng tiến: Pi  Pms Khi sàng lùi: Pi  Pms   dƣới trả lại mặtt bãi biển đồng thời rác đƣợc dịch chuyển cuối sàng rơi vào thùng chứa rác G a  fG g G a  fG g  a  fg , Gia tốc lực quán tính a hệ số ma sát f nhân với gia tốc rơi tự g Hình 1: phƣơng án bố trí mũi xúc Do sàng tiến vật liệu tiến theo sàng, sàng lùi vật liệu trượt sàng [2] n 30 , vg / ph r tan  n: số vịng quay trục cam r: Bán kính cam : Góc nghiêng sàng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Phƣơng án kết cấu: - Sử dụng cấu sàng lắc tích hợp máy cày tay, bố trí lƣỡi xúc nông trƣớc sàng, lƣỡi xúc nông nâng hạ đƣợc để Hình 2: phƣơng án bố trí kết cấu 3.2 Thông số thiết kế, chế tạo - Tốc độ làm việc: km/h - Bề rộng làm việc: 680 mm - Diện tích dọn sạch: 0,4 ha/h - Động cơ: Đầu máy kéo K1500 – Sơ đồ hóa thiết kế phần mềm GA120 Working Model Thông số kỹ Giá Trị thuật Công suất 12 HP Tốc độ quay tối đa 2680 vịng/phút Thế tích xi - lanh 662 cc Cấp số tiến cấp Cấp số lùi cấp Cấp số xới (50 - 90 vg/ph) Hình 4: Sơ đồ hóa thiết kế phần (90 - 150 vg/ph) mềm Working Model Tiến hành mô phần mềm (150 - 250 vg/ph) Working Model để chọn thông số biên (250 - 375 vg/ph) độ, tốc độ quay cam, góc nghiêng sàng để chế tạo cho hiệu suất tốt nhất, 3.3 Thiết kế Sơ đồ hóa kết cấu Cơ sở lý thuyết sử dụng phần mềm Working Model tham khảo tài liệu “Mô hệ Working Model Mô hệ phẳng -Trƣơng Tích Thiện Nguyễn Ngọc Trung” [3] Kết mơ phần mềm Working Model Hình 3: Sơ đồ hóa kết cấu Biên độ r (m) 0,01 0,015 0,02 Góc nghiêng sàng Tốc độ trục cam n (vg/ph) 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 10 11 12 13 14 n = 714,4 n = 680,4 n = 650,7 n = 624,4 n = 600,8 n = 583,3 n = 555,6 n = 531,3 n = 509,8 n = 490,6 n = 505,2 n = 481,1 n = 460,1 n = 441,5 n = 421,8 Tỷ lệ rác lên lưới sàng (%) 66,6% 66,6% 82% 66,6% 0% 83,3% 66,6% 50% 50% 33,3% 80% 66,6% 50% 16,6% 66,6%  Cụm nâng xúc Chế tạo cụm treo sàng Hình 5: cụm treo sàng Chế tạo cụm chân Nhận xét: Từ bảng kết nhƣ ta thấy tỷ lệ rác lên lƣới sàng cao 83,3% biên độ cam 15mm, góc nghiêng sàng 100 số vòng quay trục cam 583,3 vòng/phút 3.4 Chế tạo, kiểm bền Các thành phần máy:  Cụm treo sàng  Cụm chân  Cụm truyền động  Tấm xúc  Thùng đựng rác Hình 6: cụm chân Chế tạo cụm truyền động Hình 7: cụm truyền động Chế tạo xúc Hình 10: Cụm nâng xúc Xe chế tạo hồn chỉnh: Hình 8: Tấm xúc Chế tạo thùng đựng rác Hình 11: Thiết bị chế tạo lắp hoàn chỉnh Kiểm tra bền Phƣơng pháp kiểm tra độ bền mô ứng suất môi trƣờng Stress Analysis phần mềm Autodesk Inventor [4] Kiểm tra bền chân sau sàn Gán vật liệu: Steel Hình 9: Thùng đựng rác Chế tạo cụm nâng xúc - Tải trọng tác dụng: m=msàng+mngƣời điều =78.4KG khiển +80KG =158.4KG =1552.3 N Ứng suất lớn chi tiết nhỏ ứng suất cho phép, chuyển vị 0.5925 mm nhỏ không ảnh hƣởng đến điều kiện làm việc chi tiết Từ chi tiết thỏa bền Kiểm tra bền treo sàng Tải trọng tác dụng: m=msàng+mkhối lƣợng rác =78.4KG+15KG=93.4KG = 916.3 N Hình 12: Kết mơ phịng ứng suất Hình 14: Kết mơ phịng ứng suất Hình 13: Kết mơ phịng chuyển vị - Dựa vào kết mơ ta có đƣợc: + Ứng suất lớn nhất: 78.08 Mpa + Chuyển vị lớn nhất: 0.5925 mm - So sánh với ứng suất cho phép thép CT3: Hình 15: Kết mơ phịng chuyển vị + Giới hạn bền kéo: σb = 380 ÷ 490 N/mm - Dựa vào kết mơ ta có đƣợc: + Ứng suất lớn nhất: 0.07099 Mpa + Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 210 N/mm + Chuyển vị lớn nhất: 4,234.10-6 mm + Độ giãn dài tƣơng đối: δ5 ≥ 23% - So sánh với ứng suất cho phép thép CT3: + Giới hạn bền kéo: σb = 380 ÷ 490 N/mm2 - Dựa vào kết mô ta có đƣợc: + Ứng suất lớn nhất: 101,7 Mpa + Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 210 N/mm + Độ giãn dài tƣơng đối: δ5 ≥ 23% Ứng suất lớn chi tiết nhỏ ứng suất cho phép, chuyển vị 4,234.10-6 mm nhỏ không ảnh hƣởng đến điều kiện làm việc chi tiết Từ chi tiết thỏa bền [5] Kiểm tra bền truyền - Vật liệu: Thép CT3 - Tải trọng động va đập - Độ lớn lớn tải trọng tác dụng: 2313.42 N + Chuyển vị lớn nhất: 0.1328 mm - So sánh với ứng suất cho phép thép CT3: + Giới hạn bền kéo: σb = 380 ÷ 490 N/mm2 + Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 210 N/mm2 + Độ giãn dài tƣơng đối: δ5 ≥ 23% Ứng suất lớn chi tiết nhỏ ứng suất cho phép 101,7 Mpa