Hcmute nghiên cứu chế tạo thùng rác tự nén sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THÙNG RÁC TỰ NÉN SỬ DỤNG NANG LUỢNG MẶT TRỜI MÃ SỐ: SV2012-41 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THÙNG RÁC TỰ NÉN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÃ SỐ: SV2012-41 THUỘC NHÓM NGÀNH: KỸ THUẬT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS.ĐỖ THÀNH TRUNG NGƯỜI CHỦ TRÌ: TRỊNH NGỌC TIẾN NGƯỜI THAM GIA: THIỆU NHẬT QUANG ĐƠN VỊ: KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢGN CAO TP HỒ CHÍ MINH – 11/2012 Luan van MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ………………………………………… …….……………………3 I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI……………………… …………….…………….3 PHẦN II:GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ……………………………… ……………………… I.MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ………………………………………………………………… II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU……………………………………………………….5 III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………….………………………… IV.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU……………………………………………………… 1.Cơ sở lý thuyết……………………………………………………………… 1.1 Sơ lược cơng nghệ hàn…………….……………………………5 1.2 Sơ lược điều khiển khí nén…………….……………………… 2.Quy trình chế tạo mơ hình………………………… ……… ………………8 2.1 Chế tạo khung thùng vỏ bọc bên ngoài…… ……… …………8 2.2 Lắp ráp mạch điều khiển……………………… …………………13 V.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU…………………………………… …………………19 PHẦN III: KẾT LUẬN………………………………………………… ……………… …21 Luan van PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Phát triển kinh tế-xã hội trình nâng cao điều kiện sống vật chất tinh thần người qua việc sản xuất cải vật chất, cải tiến quan hệ xã hội, nâng cao chất lượng văn hoá Phát triển xu chung cá nhân lồi người q trình sống Giữa mơi trường phát triển có mối quan hệ chặt chẽ: môi trường địa bàn đối tượng phát triển, phát triển nguyên nhân tạo nên biến đổi môi trường Mặt trái q trình phát triển kinh tế nạn ô nhiễm môi trường, khai thác mức loại tài nguyên, khoáng sản phục vụ cho kinh tế Bên cạnh ngày có lượng lớn rác thải thải vào bãi rác trung tâm thành phố, hay chí thải trực tiếp vào mơi trường sống, làm cho môi trường sống ngày ô nhiễm trầm trọng Theo thông báo Bộ Tài nguyên môi trường đưa buổi báo cáo môi trường quốc gia vào ngày 7-8-2011 Số liệu từ báo cáo cho hay, phạm vi toàn quốc, từ năm 2003 đến năm 2008, lượng chất thải phát sinh trung bình tăng từ 150-200%, chất thải rắn sinh hoạt đô thị tăng 200%, chất thải rắn công nghiệp tăng 181% Hiện tại, khối lượng chất rắn phát sinh năm ước đạt 28 triệu tấn/năm, đó, nhiều chất thải rắn từ sinh hoạt với mức 19 triệu tấn/năm Thống kê năm gần cho thấy, khoảng 42-46% chất thải rắn phát sinh từ đô thị, khoảng 17% chất thải rắn từ hoạt động sản xuất cơng nghiệp, số cịn lại chất thải rắn nông nghiệp, làng nghề y tế chiếm phần nhỏ Chất thải rắn phát sinh hàng năm tăng lên mức 44 triệu tấn/năm vào năm 2015 Theo dự báo đến năm 2020, tổng khối lượng rác thải phát sinh khoảng 109.000 tấn/ngày đó: Khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh từ đô thị khoảng 52.800 tấn/ngày; rác thải sinh hoạt nông thơn khoảng 31.300 tấn/ngày; cịn lại rác thải cơng nghiệp y tếTỷ trọng chất thải rắn đô thị chất thải rắn công nghiệp tiếp tục tăng, tương ứng với số 51% 22% Ngoài ra, lượng chất thải nguy hại chiếm từ 18-25% lượng chất thải rắn phát sinh lĩnh vực Theo dự báo đến năm 2020, tổng khối lượng rác thải phát sinh khoảng 109.000 tấn/ngày đó: Khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh từ đô thị khoảng 52.800 tấn/ngày; rác thải sinh hoạt nông thôn khoảng 31.300 tấn/ngày; cịn lại rác thải cơng nghiệp y tế Trong tỷ lệ thu gom chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp dịch vụ khu đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất đạt số khoảng 80-82% Một Luan van nguyên nhân lượng rác thải nhiều, số lượng thùng rác đáp ứng hết lượng rác thải Hiện nay, khoảng 80% số 2,6 triệu chất thải công nghiệp phát sinh năm từ trung tâm công nghiệp lớn miền Bắc miền Nam, đó, 50% lượng chất thải công nghiệp Việt Nam phát sinh thành phố Hồ Chí Minh tỉnh lân cận, 30% cịn lại phát sinh vùng đồng sơng Hồng Bắc Trung Bộ Thêm vào đó, gần 1.500 làng nghề (tập trung chủ yếu vùng nông thôn miền Bắc) thải 774.000 chất thải công nghiệp năm Với lượng rác thải ngày tăng vậy, địi hỏi phải có lượng lớn thùng rác để chứa tồn lượng rác Tuy nhiên, hầu hết thùng rác sử dụng khơng tận dụng hết tồn thể tích bỏ rác vào tạo khoảng khơng Do đó, để tận dụng tối đa thể tích thùng rác, từ làm tăng lượng rác chứa thùng tiến hành thực đề tài "Nghiên cứu, chế tạo thùng rác tự nén, phân loại dùng lượng Mặt trời" Luan van Phần II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong phạm vi đề tài, nhóm nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu chế tạo mơ hình thùng rác tự nén sử dụng lượng Mặt trời nhằm mục đích: - Mơ hình dáng, kích thước thùng - Mơ q trình hoạt động thùng - Tính tốn lực ép cần thiết CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Một số phương pháp gia công kim loại Hệ thống điều khiển khí nén CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tham khảo tài liệu: Chủ yếu tìm hiểu tài liệu đề cập đến hệ thống điều khiển khí nén, công nghệ kim loại…và số tài liệu khác mạng internet CHƯƠNG IV: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Cơ sở lý thuyết: 1.1 Sơ lược công nghệ hàn: + Khái niệm: Hàn phương pháp công nghệ nối hai nhiều phần tử thành liên kết vững bền không tháo rời, thực nguồn nhiệt Q (hoặc nguồn nhiệt kếp hợp với áp lực) nung mối nối đến trạng thái hàn-là trạng thái kim loại chảy lỏng trở nên dẻo-sau kim loại tự kết tinh dùng áp lực ép để phần tử liên kết với cho ta mối hàn So với phương pháp ghép nối khác bu lơng, rivet, mối nối keo mối nối hàn nóng chảy có đặc tính bền vĩnh cửu, liền lạc mặt vật liệu Do đó, khả chịu tải kim loại mối hàn tốt đặc biệt tải trọng động, kín khít tốt dầu, nước khí Luan van + Đặc điểm: Cơng nghệ hàn ngày phát triển mạnh sử dụng rộng rãi có đặc điểm sau: - Tiết kiệm vật liệu: Với loại kết cấu kim loại, hàn tiết kiệm 10-20% khối lượng kim loại so với mối ghép khác, từ 30-50% khối lượng kim loại so với đúc Đồng thời hàn hàn kim loại khác để tiết kiệm kim loại quý tạo kết cấu đặc biệt - Mối hàn có độ bền cao đảm bảo độ kín Thơng thường kim loại mối hàn hợp kim hoá tốt kim loại vật hàn, nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt - Có thể hàn kết cấu phức tạp yêu cầu có độ bền cao khung dầm chịu lực, vỏ tàu thuỷ… - Hàn có suất cao, giảm số lượng nguyên công, giảm cường độ lao động, dễ tự động hố khí hố q trình sản xuất Nhược điểm hàn nguồn nhiệt nung nóng cục bộ, dễ tạo ứng suất dư lớn gây biến dạng kết cấu hàn, tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi, làm giảm khả chịu tải trọng động mối hàn, mặt khác mối hàn dễ gây khuyết tật rỗ, nứt… + Phân loại: ngày có 120 phương pháp hàn khác Theo trạng thái hàn chia làm nhóm, hàn nóng chảy hàn áp lực - Hàn nóng chảy: Khi hàn nóng chảy, khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hưởng quan trọng tới trình luyện kim hình thành mối hàn Do đó, để điều chỉnh q trình hản theo chiều hướng mong muốn phải dùng biện pháp cơng nghệ định: dùng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn chân không… - Hàn áp lực: Ở số phương pháp khác, kim loại đạt đến trạng thái dẻo, kim loại hồn tồn khơng chảy, mà liên kết hàn xảy kim loại khuếch tán trạng thái rắn có tác dụng nhiệt áp lực Trong đề tài này, chúng tơi chọn phương pháp hàn nóng chảy, mà cụ thể phương pháp hàn điện làm phương pháp gia cơng.Vì phương pháp đơn giản, dễ Luan van thực phù hợp với điều kiện thực tế 1.2 Sơ lược điều khiển khí nén + Khái niệm: “điều khiển” (theo tiêu chuẩn DIN 19 226 - Cộng hoà Liên bang Đức) q trình hệ thống, tác động hay nhiều đại lượng vào, đại lượng thay đổi theo quy luật định hệ thống + Một hệ thống điều khiển bao gồm: thiết bị điều khiển đối tượng điều khiển Hình 1.2-Sơ đồ hệ thống điều khiển - Đối tượng điều khiển loại thiết bị, máy móc kỹ thuật - Thiết bị điều khiển bao gồm: phần tử đưa tín hiệu, phần tử xử lí tín hiệu, cấu chấp hành - Tín hiệu điều khiển đại lượng xa thiết bị điều khiển đại lượng vào xe đối tượng điều khiển - Tín hiệu nhiễu z đại lượng tác động từ bên vào hệ thống gây ảnh hưởng xấu lên hệ thống Phần tử đưa tín hiệu Phần tử xử lí điều khiển Cơ cấu chấp hành Hình 1.3 – Các phần tử mạch điều khiển Thơng tin (tín hiệu vào tín hiệu ra) mạch điều khiển khí nén theo số quy luật định sẵn thực tín hiệu áp suất Đại lượng đặc trưng tín hiệu, giá trị áp Luan van suất gọi thơng số tín hiệu Khi tín hiệu áp suất thay đổi liên tục; tương ứng với giá trị áp suất, nhận thông tin tương ứng khác nhau, gọi tín hiệu tương tự - Khi tín hiệu mà biên độ thay đổi gián đốn, gọi tín hiệu rời rạc - Khi giá trị tín hiệu thay đổi định nghĩa dạng mã nhị phân, gọi tín hiệu số Điều khiển khí nén phần lớn sử dụng tín hiệu nhị phân + Đặc điểm: - Có khả truyền tải lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn - Đường dẫn khí nén khơng cần thiết - Chi phí thấp để thiết lập hệ thống truyền động khí nén - Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn đảm bảo Nhược điểm điều khiển khí nén: dịng khí nén đường dẫn gây tiếng ồn Quy trình chế tạo mơ hình: Trong q trình chế tạo, nhóm chia nội cần tiến hành: khí mạch điều khiển 2.1 Chế tạo khung thùng vỏ bọc bên 2.1.1 Quy trình chế tạo + Vật liệu chế tạo: Có nhiều loại vật liệu dùng để chế tạo khung thùng như: gỗ, hợp kim nhôm, thép Tuy nhiên việc chế tạo khung thùng thép sử dụng rộng rãi so với loại vật liệu khác tính cơng nghệ cao, dễ chế tạo, rẻ tiền Luan van Trong đề tài này, khung thùng chế tạo thép C45,có tiết diện 30x30, dày 1.9mm, loại thép có độ bền cao, tính cơng nghệ tốt trạng thái gia công, giá thấp Thép sử dụng để chế tạo khung sườn tạo độ cứng vững thân thùng Bên cạnh đó, chúng tơi cịn sử dụng ván ép thiếc để chế tạo vỏ bao bên Loại vật liệu Thép C45 Kích thước 30x30, dày 1,9mm, dài 6m Số lượng Công dụng Chế tạo sườn Ván ép 2,4 x 1,2 m Tạo vỏ cho thùng Thiếc 5x1,2m Tạo vỏ cho thùng Sơn 400ml hộp Sơn sườn Đai ốc Φ 4mm, bước ren 0.5 30 Liên kết mối ghép Bu lông Φ 4mm, bước ren 0.5 30 Liên kết mối ghép Liên kết mối ghép Bản lề Bảng 1: Vật liệu sử dụng để chế tạo khung vỏ thùng rác +Chế tạo khung thùng: - Kích thước khung thùng: (bản vẽ đính kèm) - Phương pháp chế tạo:Mơ hình chế tạo theo phương pháp tổng thể Trước tiên chế tạo lắp ghép chi tiết để hình thành thùng rác dạng khung xương Sau chế tạo vỏ bao lắp vào khung xương vừa hình thành Cuối lắp rắp mạch điều khiển + Quy trình chế tạo: Bước 1: Chế tạo chi tiết, kết cấu thiết bị Cắt thành thép dài 1,2m, cắt 10 thép dài 0,55m Chế tạo cửa trước thùng: (theo vẽ đính kèm) Luan van Hình 1-Chế tạo chi tiết Bước 2:Lắp ráp chế tạo thân thùng Đầu tiên ta chế tạo khung mặt trước, khung mặt sau thùng Sau nối phần lại với Dùng phương pháp hàn điện để tạo liên kết thép Cần ý tới biến dạng, độ vênh thép trình chế tạo chúng ảnh hưởng tới kích thước khung sau chế tạo Cân chỉnh đo lại kích thước khung thùng để đạt hình dáng tàu theo vẽ thiết kế Sau cân chỉnh, ta dùng giấy nhám làm bề mặt thép Sau đó, quét lên lớp sơn để tránh tượng oxi hoá bề mặt thép Hình 2-Khung thùng sau hồn chỉnh 10 Luan van Bước 3: Lắp ráp vỏ phía sau thùng Khoan lỗ ϕ4 mặt sau khung thùng, ta khoan lỗ, lỗ cách Dùng mối nối bu-lông, đai ốc để liên kết thiếc với khung thùng Hình 3-Lắp ghép vỏ bao phía sau thùng 11 Luan van Bước 4: Lắp nắp thùng Dùng mối nối bu lông, đai ốc để liên kết nắp với khung thùng Hình 4-Lắp rắp che phía thùng Bước 5: Lắp ráp cửa phía trước thùng Khoan lỗ ϕ4 mặt trước khung thùng, ta khoan lỗ để lắp lề Dùng mối nối bu lông, đai ốc để liên kết cửa trước với lề gắn vào khung thùng Hình 5-Lắp vỏ phía trước thùng 12 Luan van Đến ta hoàn thành xong, phần khí, vỏ bên ngồi thùng 2.2 Lắp rắp mạch điều khiển 2.2.1 Nguồn điện: + Pin mặt trời : Với đặc điểm nêu với điều kiện hoạt động thùng rác Chúng sử dụng lượng mặt trời làm nguồn cung cấp điện cho thùng, tích trữ bình acquy khơ Ở sử dụng pin mặt trời Thông số tấm: Công suất: 12 W Điện áp: 18,65 V Dịng điện: 0,67 A Hình – Pin lượng mặt trời +Bình acquy khơ: Dùng để tích trữ lượng thu từ ánh sáng Mặt trời Dung lượng: 20Ah Điện áp: 12V 13 Luan van Hình 7- Bình acquy khơ, 12V- 20Ah +Bộ điều khiển sạc: Để kiểm sốt q trình sạc cho acquy từ pin mặt trời, sử dụng “Solar Charge Controller” với thông số sau: Điện áp ngõ vào: 12VDC Dòng điện sạc cực đại: 20ADC Dòng điện tải cực đại: 20ADC Ngoài ra, mặt thiết bị cịn có đèn led báo tình trạng hoạt động dung lượng acquy Hình 8- Bộ điều khiển sạc 14 Luan van 2.2.2 Phần tử mạch điện-khí nén: + Nguồn khí: Ta dùng máy khí nén để tạo nguồn khí Thơng số máy: Điện áp 12VDC Dòng điện cực đại: 15A Áp suất tối đa: 10 bar Lưu lượng tối đa: 35 lít/ph Hình 9-Máy nén khí +Van đảo chiều: Sử dụng van đảo chiều 5/2 điều khiển trực tiếp nam châm điện lị xo Kí hiệu: + Rờ le -Rơ le điều khiển: Khi dòng điện vào dây cảm ứng, xuất lực từ trường hút lõi sắt, có lắp tiếp điểm Các tiếp điểm tiếp điểm để đóng mở 15 Luan van mạch tiếp điểm phụ để đóng mở mạch điều khiển, rơ le điều khiển dùng cho mạch có cơng suất nhỏ thời gian đóng mở tiếp điểm nhỏ (1ms tới 10ms) Ở ta dùng rơ le OMRON-MY4N: Điện áp 12VDC Dòng cực đại: 5A -Rơ le thời gian tác động muộn: dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, sau thời gian t1 cuộn dây hút lõi sắt, qua đóng mở tiếp điểm Ở ta dùng rơ le OMRON H3Y-4-TIMER: Điện áp 12VDC Dòng cực đại: 5A -Rơ le áp suất: có nhiệm vụ đóng mở cơng tắc điện, áp suất hệ thống vượt mức yêu cầu Hình 10 – Các phần tử điện-khí nén + Cơ cấu chấp hành -Xilanh tác dụng chiều khơng có giảm chấn Thơng số xilanh1 : đường kính thân xilanh 30mm 16 Luan van hành trình 140mm Thơng số xilanh 2,3: đường kính thân xilanh 20 mm hành trình 100 mm Hình 11-Xi lanh tác dụng chiều +Quy trình lắp mạch Bước 1: Lắp mạch theo sơ đồ ngun lí Hình 12-Lắp mạch điều khiển 17 Luan van Bước 2: Lắp cấu chấp hành Dùng đầu nối ϕ6 gắn vào cửa xilanh Gắn ống nhựa mềm có đường kính ϕ6 vào đầu nối Trong q trình lắp ráp cần ý mối nối phải đảm bảo kín để tránh tượng bị rị khí Hình 13- Lắp ráp cấu chấp hành 18 Luan van Bước 3: Lắp pin mặt trời Hình 14-Lắp pin mặt trời Đến ta hồn thành mơ hình thùng rác V Kết nghiên cứu: Sau trình chạy thử nghiệm, có số nhận xét sau: - Mơ hình hoạt động ổn định, nhiên ồn q trình hoạt động - Theo tính tốn, hiệu suất chứa thùng rác tăng lên lần - Thùng chưa có hệ thống báo hiệu thùng đầy - Kích thước thùng cịn lớn Dựa vào kết đạt được, đề tài hồn tồn sử áp dụng vào thực tế thuận lợi sau: - Tăng sức chứa thùng - Sử dụng lượng - Chi phí vận hành, bảo trì thấp 19 Luan van Tính hiệu mặt kinh tế-xã hội: - Vì thùng rác có khả chứa nhiều rác hơn, nên giảm số lần thu gom rác công nhân - Tạo cho người có thói quen phân loại rác - Nâng cao ý thức bảo vệ môi trường - Nâng cao ý thức việc sử dụng nguồn lượng sạch, có khả tái tạo 20 Luan van PHẦN III: KẾT LUẬN I.KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm, ta có kết luận sau: - Thùng rác hoạt động ổn định, ồn hoạt động máy nén khí - Xi lanh hoạt động chưa êm - Khả chứa thùng cải thiện lần II.KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cấu ép thùng rác - Cần tối ưu kích thước khối lượng thùng, để áp dụng vào thực tế - Tiếp tục nghiên cứu khả tự động phân loại loại rác đơn giản 21 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, Nhà xuất Giáo dục Đào tạo Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình cơng nghệ kim loại, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Tư liệu internet 22 Luan van Luan van ... khơng Do đó, để tận dụng tối đa thể tích thùng rác, từ làm tăng lượng rác chứa thùng tiến hành thực đề tài "Nghiên cứu, chế tạo thùng rác tự nén, phân loại dùng lượng Mặt trời" Luan van Phần... vi đề tài, nhóm nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu chế tạo mơ hình thùng rác tự nén sử dụng lượng Mặt trời nhằm mục đích: - Mơ hình dáng, kích thước thùng - Mơ q trình hoạt động thùng - Tính tốn... liệu sử dụng để chế tạo khung vỏ thùng rác +Chế tạo khung thùng: - Kích thước khung thùng: (bản vẽ đính kèm) - Phương pháp chế tạo: Mơ hình chế tạo theo phương pháp tổng thể Trước tiên chế tạo