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

Tính cấp thiết của đề tài

Công việc thu gom rác tại các bãi biển cần được cơ giới hóa để tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả làm việc, nhằm hỗ trợ các công ty môi trường duy trì sự sạch sẽ và vệ sinh cho môi trường du lịch biển Để thực hiện điều này, tôi đã nghiên cứu các nguyên lý thu gom rác biển của các thiết bị hiện có trên thị trường và tiến hành chế tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác biển Mục tiêu là đề xuất một thiết bị thu gom rác hoạt động hiệu quả, với thiết kế đơn giản, phù hợp với nhu cầu sử dụng tại các bãi biển Việt Nam, đặc biệt là bãi biển Bà Rịa Vũng Tàu.

Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Thiết bị giúp tăng năng suất, tăng hiệu suất, giảm thiểu nguồn lực lao động

- Thiết bị có kết cấu không phức tạp, dễ dàng thay thế, sửa chữa và vệ sinh, giá thành thấp

- Hỗ trợ cho công việc nghiên cứu, chế tạo thành xe gom rác chuyên dụng có thể sử dụng trên quy mô lớn.

Ý nghĩa khoa học

Đề xuất nguyên lý thu gom rác và phương pháp tích hợp thiết bị lên xe máy cày nhằm thu gom hiệu quả các loại rác bãi biển phổ biến cùng với rác kích thước nhỏ lẫn trong cát.

- Xác định đƣợc chế độ làm việc tối ƣu phù hợp cho sàng rung thu gom rác khi tích hợp trên máy cày tay

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Mục tiêu chung

Nghiên cứu phát triển thiết bị thu gom rác bán tự động nhằm tối ưu hóa quy trình thu gom rác trên bãi biển và trong lớp cát bề mặt Thiết bị này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả thu gom mà còn đảm bảo hoạt động hợp lý, góp phần bảo vệ môi trường biển.

Mục tiêu cụ thể

Các thiết bị thu gom rác hiện có tại các bãi biển Việt Nam đang gặp phải nhiều hạn chế và tồn tại, ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch Đầu tiên, nhiều thiết bị không đủ sức chứa, dẫn đến việc rác thải dễ dàng tràn ra ngoài trong những ngày đông đúc Thứ hai, một số thiết bị không được thiết kế phù hợp với địa hình bãi biển, gây khó khăn trong việc di chuyển và thu gom Thêm vào đó, việc bảo trì và sửa chữa các thiết bị này thường xuyên bị lơ là, làm giảm hiệu suất hoạt động Cuối cùng, sự thiếu hụt nhân lực có kỹ năng sử dụng và vận hành thiết bị cũng là một yếu tố cản trở quá trình làm sạch hiệu quả tại các bãi biển.

- Nghiên cứu đề xuất nguyên lý, phương án kết cấu cho thiết bị gom rác phù hợp

- Thiết kế, chế tạo thiết bị thu gom rác gắn lên máy cày

- Thử nghiệm, đánh giá hoạt động của thiết bị thu gom rác.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tƣợng nghiên cứu

Các thiết bị thu gom rác trên bãi biển.

Phạm vi nghiên cứu

Thiết bị thu gom rác trên bãi biển hiệu quả, chuyên dụng cho việc xử lý các loại rác nhỏ như vỏ sò, vỏ ốc, mảnh chai thủy tinh, sỏi, đá và nắp chai.

Xe máy cày và các thiết bị của xe máy cày không nằm trong phạm vi nghiên cứu

Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mục lục và các mục theo quy định thì nội dung của luận văn gồm các chương như sau:

Giới thiệu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết; ý nghĩa khoa học và thực tiễn; mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Rác thải trên bãi biển là một vấn đề nghiêm trọng hiện nay, ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người Các loại rác phổ biến bao gồm nhựa, túi nilon, và các vật liệu không phân hủy khác Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã chỉ ra rằng ô nhiễm bãi biển không chỉ gây tổn hại đến hệ sinh thái biển mà còn ảnh hưởng đến ngành du lịch và kinh tế địa phương Cần có các biện pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề này, bao gồm nâng cao nhận thức cộng đồng, cải thiện quản lý rác thải và tăng cường các hoạt động dọn dẹp bãi biển.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày những nội dung nghiên cứu của đề tài cùng với các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Quá trình sàng lọc rác biển được xây dựng trên các cơ sở lý thuyết vững chắc, nhằm tối ưu hóa việc loại bỏ chất thải khỏi môi trường biển Nguyên lý làm việc của quá trình này dựa vào các phương pháp vật lý và hóa học, giúp tách biệt rác thải với nước biển Công thức tính toán được áp dụng để xác định hiệu quả sàng lọc, đồng thời kiểm nghiệm kết quả thu được để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của phương pháp.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế, quá trình thực nghiệm, nhận xét và đánh giá đã được thực hiện của đề tài

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ THIẾT BỊ THU

Nguồn gốc rác thải trên biển và các phương pháp thu gom rác ở Việt

Rác trên bãi biển có nguồn gốc và đặc điểm đa dạng, với mật độ khác nhau Mỗi loại rác cần có phương án thu gom riêng phù hợp với từng loại địa hình bãi biển.

1.1.1 Rác do sóng biển đƣa vào

Rác xuất hiện trên bãi cát ướt, chủ yếu nằm trên mặt cát và tập trung nhiều ở dải ngấn thủy triều Loại rác này xuất hiện hàng ngày với khối lượng lớn, bao gồm rác từ du khách, rác bị gió cuốn từ bờ xuống nước, và rác do ngư dân thải ra bị sóng đưa vào bờ Rác có kích thước trung bình, mật độ tương đối lớn, chủ yếu là thực vật như lá cây, cành cây, vỏ trái cây, tảo biển và dong biển, gây ô nhiễm môi trường Để thu gom loại rác này, người ta sử dụng cào có nhiều răng để dồn rác lại và đưa vào thùng chứa.

Hình 1.1: Công nhân đô thị đang cào gom rác 1.1.2 Loại rác phát sinh do bão lụt, thiên tai

Loại rác lớn này bao gồm cành cây, thân cây, vật dụng, rêu và bèo bị cuốn trôi từ rừng và làng mạc ven sông ra biển, thường xuất hiện vào mùa mưa bão với mật độ và khối lượng rất lớn Việc thu gom loại rác này chủ yếu cần sức người hoặc phương tiện để bốc lên xe tải Trong nghiên cứu này, chúng tôi không đề cập đến rác do thiên tai hay tai nạn tàu thuyền gây ra Khi loại rác này xuất hiện, cần huy động lực lượng xung kích để dọn sạch bãi biển.

Hình 1.2 Học sinh, sinh viên, người lao động cùng nhau dọn sạch bãi biển

1.1.3 Rác thải từ sinh hoạt

Rác thải sinh hoạt từ du khách tham quan và tắm biển thường xuyên xuất hiện trên các bãi biển, đặc biệt là ở khu vực cát khô và bãi tắm Loại rác này rất đa dạng, chủ yếu có kích thước nhỏ và dễ bị vùi lấp trong cát do du khách đi lại Một số rác có cạnh sắc, như mảnh thủy tinh, vỏ sò và vỏ ốc bị vỡ, có thể gây nguy hiểm cho người tắm biển.

Có 7 loại rác thải nguy hiểm cho du khách tại bãi biển Để thu gom các loại rác này, cần lấy lớp cát trên bề mặt bãi biển và đổ lên sàng lỗ nhỏ để tách rác ra, sau đó đưa vào thùng chứa Ngoài ra, có thể nhặt rác thủ công để đảm bảo vệ sinh môi trường.

Hình 1.3: Rác thải sinh hoạt trên bãi biển

Hình 1.4: Công nhân đô thị đang sàng cát lấy rác

Hình 1.5: Người dân thu gom rác thủ công bằng cách nhặt rác Đây cũng là nhóm đối tƣợng chính trong nghiên cứu này

Đặc điểm từng loại rác

-Loại này thường được đối tượng gom ve chai nên không xả thải ra nhiều Chai nước, lon nước có đặc điểm sau:

+ Chai rỗng có khối lƣợng khoảng 7 gram

+ Chai có nước và cát: 200 gram

- Hình dáng: dạng hình trụ

- Cơ tính: dễ bị biến dạng khi tác dụng lực

+ Chai nước loại 500 ml thông thường: 22 x 6 cm

Hình 1.6: Rác chai nhựa, lon thiếc điển hình 1.2.2 Ly, muỗng/đũa nhựa

Ly, muỗng/đũa nhựa có đặc điểm sau:

- Hình dáng: dạng hình trụ, thon dài

- Cơ tính: dẻo, dễ biến dạng khi tác dụng lực

- Kích thước: 14 x 6 x 10 cm (ly nhựa)

Hình 1.7: Rác ly nhựa, muỗng/đũa nhựa 1.2.3 Hộp giấy

Hộp giấy có đặc điểm sau:

- Hình dáng: hình hộp chữ nhật

- Cơ tính: dễ bị biến dạng, xé rách khi tác dụng lực

Hình 1.8: Rác dạng hộp giấy

1.2.4 Hộp giấy đựng đồ ăn, đầu lọc thuốc lá Đặc điểm:

- Hình dáng: hình hộp chữ nhật, hình trụ nhỏ

- Cơ tính: dễ bị biến dạng, xé rách khi tác dụng lực

- Kích thước: 17 x 12 x6 ,5 cm (hộp cơm), 2.5 x 0.5 cm (đầu lọc thuốc lá)

Hình 1.9: Rác hộp giấy, đầu lọc thuốc lá

Xác vỏ hải sản có đặc điểm sau:

- Hình dáng: nhỏ, không cố định

- Kích thước của vỏ sò nhỏ: 20mm đến 40 mm

- Kích thước của ốc: 62-12 mm

Hình 1.10: Vỏ sò lớn, nhỏ

Rác thực vật có đặc điểm sau:

- Khối lƣợng: nặng nhẹ tùy vật

- Hình dáng: đa dạng lớn nhỏ

Một số loại máy thu gom rác trên bãi biển ở Việt Nam và thế giới

Tại Việt Nam, nhiều doanh nghiệp, địa phương và trường học đã nghiên cứu và phát triển các thiết bị thu gom rác trên bãi biển Điển hình là xí nghiệp cơ khí giao thông quận 5, TP Hồ Chí Minh, đã chế tạo thành công máy thu gom rác và đưa vào sử dụng tại bãi biển Vũng Tàu từ năm 2006.

Máy cào rác của xí nghiệp cơ khí giao thông V có kích thước lớn và được kéo bởi máy kéo công suất cao, giúp di chuyển và cung cấp năng lượng cho hoạt động của máy Với thiết kế cồng kềnh và khối lượng lớn, máy cào rác này đáp ứng hiệu quả nhu cầu thu gom rác thải.

Hình 1.12.: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.13: Máy thu gom rác của xí nghiệp cơ khí Giao thông V

Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã phát triển một số nhóm nghiên cứu về thiết bị thu gom rác biển Trong năm 2019, nhóm sinh viên của trường đã chế tạo thành công một máy thu gom rác biển và giành giải nhì tại cuộc thi sinh viên nghiên cứu khoa học Chi phí chế tạo máy ước tính khoảng 350 triệu đồng.

Máy sử dụng cơ cấu răng cào để thu gom hiệu quả rác trên bề mặt cát và các loại rác chìm như vỏ ốc, hến, sỏi đá và mảnh thủy tinh Đề tài này đề xuất phương án sử dụng lưỡi xúc để đưa toàn bộ lớp cát bề mặt và rác lẫn trong cát lên sàng rung Sàng rung sẽ rung để cát lọt xuống dưới, trả cát về bãi biển, trong khi rác sẽ được giữ lại và đưa vào thùng chứa.

Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.15: Máy gom rác bãi biển của nhóm sinh viên bách khoa Đà Nẵng[20]

Số lượng và chủng loại máy thu gom rác biển sản xuất tại Việt Nam hiện còn hạn chế, với tính năng và mẫu mã chưa đáp ứng được nhu cầu, dẫn đến việc chưa được sử dụng rộng rãi Các địa phương có bãi biển trọng điểm, nhằm phát triển du lịch biển và cơ giới hóa thu gom rác thải, vẫn phải nhập khẩu máy từ nước ngoài với chi phí cao, như máy sàng cát làm sạch bãi biển tại Đà Nẵng được mua vào năm 2003 với giá gần 1 tỷ đồng (41.000 USD).

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.17: Máy thu gom rác của Đà Nẵng

Các máy thu gom rác trên bãi biển nước ngoài như BASKER, CHERINGTON, BEACH-TECH và UNICORN được thiết kế để thu gom rác hiệu quả Nhóm máy thu gom đầu tiên có bộ phận thu gom chế tạo riêng biệt, sử dụng máy kéo thông thường để cung cấp động lực Những máy này có chi phí bảo trì và bảo dưỡng thấp, dễ sử dụng nhưng kích thước lớn và cồng kềnh Chúng thường sử dụng cơ cấu móc hoặc cào để đưa rác lên băng tải, chủ yếu thu gom rác có kích thước lớn.

Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.18: Máy thu gom rác dùng máy kéo [13]

Máy thu gom rác độc lập là loại thiết bị kết hợp giữa bộ phận kéo và bộ phận thu gom rác trong cùng một máy Mặc dù thiết kế của nó khá gọn gàng, nhưng giá thành lại tương đối cao.

Hình 1 19: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.20: Máy gom rác độc lập

Máy điều khiển bằng tay là loại thiết bị phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam, cho phép người điều khiển đứng phía sau và sử dụng sàng rung để lọc rác Với kích thước nhỏ gọn và dễ vận hành, loại máy này hiệu quả trong việc thu gom rác kích thước nhỏ Bài luận văn này sẽ tập trung vào nghiên cứu cải tiến và chế tạo thiết bị này để phù hợp hơn với nhu cầu thực tiễn tại Việt Nam.

Hình 1.21: Sơ đồ nguyên lý Hình 1.22: Máy điều khiển bằng tay [14]

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu

Từ mục tiêu đặt ra của đề tài, các nội dung chính sau đây đƣợc tập trung nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về các hạn chế, tồn tại của việc thu gom rác thủ công trên bãi biển

Nghiên cứu này đề xuất nguyên lý và phương án kết cấu cho thiết bị gom rác, nhằm cải thiện hiệu quả thu gom rác tại bãi biển Vũng Tàu và các bãi biển khác trên toàn Việt Nam.

- Thiết kế, chế tạo thiết bị thu gom rác tích hợp máy cày tay

- Thử nghiệm, đánh giá hoạt động của thiết bị thu gom rác.

Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, tác giả đã sử dụng các phương pháp sau:

Phương pháp kế thừa và khảo sát được áp dụng để nghiên cứu các loại rác trên bãi biển, tập trung vào việc thu thập kích thước và đặc điểm của chúng Nghiên cứu chủ yếu diễn ra tại bãi biển Phước Hải, Long Hải và các bãi biển ở thành phố Vũng Tàu.

2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin

Nghiên cứu các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài từ các tạp chí khoa học, hội nghị và tài liệu chuyên ngành, cũng như các nguồn tin từ báo chí, truyền hình và internet Tiến hành phân tích và đánh giá dựa trên lý thuyết và thực tiễn để có cái nhìn toàn diện về vấn đề.

Tiến hành khảo sát thực tế nhằm nắm bắt tình hình các thiết bị và máy móc hiện đang được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu liên quan Đồng thời, thu thập ý kiến và thông tin từ các sở, ban, ngành và các đơn vị kỹ thuật để phục vụ cho đề tài nghiên cứu.

2.2.3 Phương pháp tính toán thiết kế

Phương pháp tính toán thiết kế được thực hiện qua các bước sau:

- Bước 1: Xác định dữ liệu thiết kế

- Bước 2: Tính toán các thông số thiết kế

- Bước 3: Tính toán thiết kế các chi tiết, cụm chi tiết

- Bước 4: Xây dựng các bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, cụm chi tiết và cơ cấu tạo thành máy sàn cát biển

Tiến hành thực nghiệm chạy máy và đo đạc số liệu qua các lần thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng hoạt động cũng như độ ổn định của máy sàn cát biển tích hợp máy cày tay.

2.2.4.1 Vật liệu và trang thiết bị thực nghiệm a) Vật liệu thực nghiệm

 Vật liệu thực nghiệm: Cát trên bãi biển Vũng Tàu

 Địa điểm thực hiện: Bãi biển Vũng Tàu

20 b) Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm

- Máy đo tốc độ Laser không tiếp xúc GM8905+ Đo DC: 200 mV – 1.000 V

Hình 2.1: Máy đo tốc độ Laser không tiếp xúc GM8905

- Cân lò xo Nhơn Hòa sản xuất (hình 2.2), thiết kế dành cho các cửa hàng hoa quả, thực phẩm, thịt, bánh kẹo

+ Hàng Việt Nam chất lƣợng cao

Hình 2.2: Cân lò xo Nhơn Hòa 120Kg

- Máy đo độ rung Smartsensor AS63B + Model: YN 60

+ Nguyên lý đo: Gia tốc kế gốm áp điện (loại cắt)

+ Dải tần số gia tốc: 10Hz~1KHz (thấp)/1KHz~15KHz (cao)

+ Dải tần số vận tốc: 10Hz~1KHz

+ Dải tần số dịch chuyển: 10Hz~1KHz

+ Độ chính xác: ±5%H ±2 chữ số

Hình 2.3: Máy đo độ rung Smartsensor AS63B

+ Đo thời gian hoạt động của máy

Hình 2.4: Đồng hồ bấm giờ

2.2.4.2 Phương pháp đo đạc thực nghiệm

Tiến hành đo trực tiếp và gián tiếp các thông số hoạt động của máy sàng cát biển:

Các số liệu đo trực tiếp bao gồm thời gian hoạt động của sàn rung, vận tốc của trục cam, độ rung động của sàng và khối lượng rác thu được trong thời gian thiết lập.

Các số liệu được thu thập gián tiếp thông qua việc tính toán dựa trên các công thức như góc nghiêng của sàn, diện tích thùng chứa rác và năng suất của máy sàng.

2.2.5 Phương pháp kiểm tra đánh giá

 Đánh giá bằng cảm quan:

+ Rác lên nhiều hay ít

+ Máy hoạt động ồn hay không ồn

+ Tốc độ di chuyển của máy nhanh hay chậm

 Đánh giá bằng đo kiểm:

+ Sử dụng đồng hồ để đo thời gian hoạt động máy

+ Sử dụng máy đo rung động để đo rung động bằng giá trị cụ thể

+ Sử dụng máy đo tốc độ để đo tốc độ của trục Cam

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của sàng lắc

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động sàng lắc

Nguyên lý làm việc của thiết bị sàng lọc dựa trên chuyển động tịnh tiến của lưới sàng do cam lệch tâm 4 quay truyền xuống qua thanh truyền 3 Lưới sàng được treo trên các thanh lắc nhẹ, khi lưới sàng lắc qua lại, hạt vật liệu trên lưới chịu tác động của lực quán tính và lực ma sát Khoảng dịch chuyển của lưới sàng dao động từ 10 đến 100 mm, giúp hỗn hợp hạt vật liệu chuyển động thành dòng liên tục Khi sàng tiến về phía trước, lực quán tính nhỏ hơn lực ma sát, trong khi khi sàng lùi về phía sau, lực quán tính lớn hơn lực ma sát.

Khi sàng tiến: P i P ms G a fG

Khi sàng lùi: P i P ms G a fG

  , Gia tốc của lực quán tính a bằng hệ số ma sát f nhân với gia tốc rơi tự do g

Do đó khi sàng tiến thì vật liệu sẽ tiến theo sàng, khi sàng lùi thì vật liệu sẽ trƣợt trên sàng.

Thông số sàng

3.2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán sàng

- Kết quả tính toán tham khảo Chương sàng lắc tài liệu [5]

Gia tốc giới hạn của sàng là điều kiện chủ yếu để có thể sàng sản phẩm qua lưới phẳng là sự trượt nó trên lưới sàng:

Hình 3.2: Sự cân bằng của của hạt vật liệu trên lưới sàng nghiêng

R: Phản lực tác dụng lưới sàng

F: trị số lơn nhất của lực ma sát f: hệ số ma sát

: Góc nghiêng sàng t: thời gian (s)

- Theo điều kiện tam giác lực đã chỉ dẫn khi đó: tan tan

26 Để hạt chuyển động đƣợc phải tuân theo bất đẳng thức   

- Vận tốc chuyển động của hạt vật liệu: v = gt(sin -fcos )   công thức 2.20 tài liệu [5]

Hình 3.3: Sự chuyển động không đều của hạt vật liệu trên lưới sàng

Khi hạt chuyện động không đều với gia tốc a theo hướng bên phải lực quan tính P qt  ma

Hướng về phía bên trái Khi đó P qt  fG thì hạt không bám dính trên lưới sàng Khi P qt  fG thì hạt sẽ không dịch chuyển trên lưới sàng

Dựa theo tài liệu [5] trang 37-39:

Hình 3.4: Sự chuyển động của hạt vật liệu trên lưới sàng nghiêng khi vị trí tay quay ở góc phần tƣ thứ I [5]

Để hạt vật liệu có thể chuyển động lên phía trên trên lưới sàng nghiêng, cần phải có sự điều chỉnh vị trí tay quay ở góc phần tư thứ II Sự chuyển động này được thể hiện rõ trong hình 3.5, cho thấy cách mà hạt vật liệu tương tác với lưới sàng.

     Đại lƣợng cos t là cực đại tức là bằng đơn vị khi đầu cuối của tay biên ở vị trí

1 và 3 Sự dịch chuyển của hạt trên lưới sàng:

, trong đó n là số vòng quay trong 1 phút

  chia cả 2 vế của bất phương trình cho đại lượng đó, ta tìn được trị số n (số vòng quay của trục cam) tan( )

(1) Trong đó r (m) là biên độ của tay quay (bán kính tay quay) Điều kiện để hạt vật liệu nảy lên khi P un Gcos

Từ đó số vòng quay giới hạn của tay quay trong 1 phút: (công thức 2.43 tài liệu [5] trang 40)

Là số vòng quay giới hạn khi hạt không tách khỏi lưới sàng

Từ cơ sở lý thuyết phân tích ở trên, đƣa ra bộ thông số cần khi thiết kế máy sàng bao gồm:

- Bán kính tay quay (biên độ) r ( m)

- Tốc độ của trục cam n (vg/ph)

3.2.2 Khảo sát và lựa chọn bộ thông số sàng

Tốc độ quay trục cam n (vg/ph) có thể được xác định dựa trên hai thông số quan trọng là góc nghiêng sàng α và biên độ r (m) theo lý thuyết thiết kế.

29 thức (1), (2) Hai thông số góc nghiêng sàng α và biên độ r (m) là 2 giá trị ngẫu nhiên

- Phương pháp sử dụng để tìm ra bộ thông số:

Tiến hành thí nghiệm mô phỏng trên phần mềm Working Model, sử dụng bảng thông số tự thiết lập dựa trên các đề tài nghiên cứu đã được kế thừa.

+ Nhận xét đánh giá so sánh từ đó đƣa ra bộ thông số tối ƣu trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng

+ Thực nghiệm kiểm chứng lại thông số tối ƣu với mô hình hoàn thiện

 Cơ sở lựa chọn các biên độ r (m) cho thí nghiệm

Việc lựa chọn biên độ có ảnh hưởng lớn đến quá trình chế tạo Cam, do đó cần thiết kế Cam với các biên độ phù hợp để dễ dàng căn chỉnh và thử nghiệm linh hoạt Cam sau khi chế tạo không chỉ cần đảm bảo khả năng thử nghiệm mà còn phải dễ dàng chế tạo và có kết cấu bền vững Nhóm nghiên cứu quyết định rằng Cam sẽ có 3 biên độ sau khi hoàn thành.

Hình 3.6: Bản vẽ chi tiết Cam

Hình 3.7: Kết cấu trục và cam

Biên độ nhỏ dẫn đến số chu kỳ dao động của sàng lắc lớn hơn Qua khảo sát tốc độ cấp xới của máy cày K1500 – GA120, dải tốc độ ghi nhận được là 50-250 vg/ph, thấp hơn một nửa so với dải tốc độ tính toán sơ bộ (Bảng 3) Để tăng chu kỳ hoạt động của sàng, biên độ cần được điều chỉnh xuống khoảng 0.005 m đến 0.025 m.

- Dựa trên cơ sở phân tích trên biên độ cam sẽ đƣợc tiến hành thí nghiệm bao gồm 3 thông số là: 0.01m; 0.015m; 0.02m

 Cơ sở lựa chọn các thông số g c nghiêng α cho thí nghiệm

Để thuận tiện cho việc điều chỉnh thông số sau khi thực hiện chế tạo thử nghiệm, cần đảm bảo rằng giá trị góc nghiêng có thể thay đổi một cách dễ dàng trong cấu trúc chế tạo.

Khoảng giá trị góc nghiêng của sàng phải nằm trong giới hạn cho phép để đảm bảo kết cấu hoạt động ổn định và phù hợp với việc căn chỉnh của bộ truyền ngoài, cụ thể là bộ truyền xích.

- Khoảng giá trị góc nghiêng phải đảm bảo thể tích thùng rác có thể chứa lƣợng rác lớn nhất

Để thực hiện thí nghiệm kiểm tra một cách dễ dàng, thông số góc nghiêng sàng cần được điều chỉnh linh hoạt nhất trong ba thông số đã được cố định, bao gồm biên độ và số vòng quay trục cam.

- Từ phân tích trên đƣa ra các thông số góc nghiêng sàng cho thí nghiệm bao gồm: 10 , 11 , 12 , 13 , 14

Hình 3.8: Góc nghiêng nhỏ nhất của sàng

Hình 3.9: Góc nghiêng lớn nhất của sàng

Bảng 3.1:Thông số tiến hành thí nghiệm Biên độ r (m) Góc nghiêng sàng α Tốc độ trục cam n (vg/ph)

- Trong đó tốc độ quay của trục cam n (vg/ph) đƣợc tính từ công thức (2) ở mục 3.2.1 cụ thể:

Cơ sở lý thuyết giới thiệu phần mềm mô phỏng Working Model

- Lý do chọn phần mềm mô phỏng sau khi tính toán:

+ Mô phỏng thực nghiệm bằng máy tính sẽ an toàn và hiệu quả kinh tế hơn so với thực nghiệm

Công cụ mô phỏng hỗ trợ học viên tiếp cận khái niệm một cách chủ động và linh hoạt, giúp họ dễ dàng điều chỉnh các thông số khi áp dụng vào thực tế.

+ Giúp cho người thiết kế có cái nhìn thực tế và trực quan hơn, tiết kiệm được thời gian trong quá trình thiết kế

- Phần mềm mô phỏng Working Model:

Working Model là bộ phần mềm chuyên dụng cung cấp đầy đủ tính năng cho mô phỏng hệ thống cơ học, cho phép phân tích kết cấu tĩnh và động lực học Phần mềm này có khả năng mô phỏng các cơ hệ trong không gian 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D), đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng trong lĩnh vực kỹ thuật.

Hình 3.10: Phân tích động học cơ cấu 4 khâu bản lề bằng Working Model

Hình 3.11: Phân tích động lực học máy nâng bằng working model

- Những tính năng nổi bật của Working Model:

+ Là công cụ hỗ trợ mạnh mẽ cho phép người sử dụng xây dựng và phân tích động lực học cơ hệ một cách nhanh chóng trên máy tính

+ Cung cấp các công cụ kiểm tra-thiết kế-kiểm tra lại thiết kế trước khi tạo mẫu hay sản xuất một sản phẩm

Cơ sở lý thuyết sử dụng phần mềm Working Model được tham khảo từ tài liệu “Mô phỏng cơ hệ bằng Working Model Mô phỏng cơ hệ phẳng” của Trương Tích Thiện và Nguyễn Ngọc Trung [6] Tài liệu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách mô phỏng và phân tích các hệ cơ học phẳng, giúp người dùng hiểu rõ hơn về ứng dụng của phần mềm trong nghiên cứu và thiết kế cơ cấu.

Phân tích động lực học cơ cấu sàng

 Thiết lập vật liệu cho chi tiết máy của sàng

Hình 3.27: Gán vật liệu cho chi tiết máy của sàng

 Đặt lực lên sàng: Khối lƣợng đặt lên sàng= khối lƣợng rác+ khối lƣợng cát kg 0 N

Hình 3.28: Đặt lực lên lưới sàng

Hình 3.29: Thiết lập gia tốc trọng trường

 Thiết lập tốc độ quay trục cam và góc nghiêng của sàng : 583.3vg/ph499.8 deg/s

Hình 3.30: Thiết lập vận tốc trục cam

Hình 3.31: Kết quả lực tác dụng lên trục Cam

Từ mô phỏng ta tìm đƣợc lực lớn nhất tác dụng lên trục Cam: 2313,43 N

Hình 3.32: Kết quả Momen xoắn tác dụng lên trục Cam

Từ mô phỏng ta đƣợc Momen xoắn trên trục Cam: 539013 N.mm

Vận tốc gia tốc của lưới sàng

Theo tài liệu Các máy gia công vật liệu rắn dẻo Tập 1 - Hồ Lê Viên trang 209

[3] ta có sơ đồ nguyên lý cơ cấu biên - tay quay truyền chuyển động cho lưới sàng và công thức tính toán vận tốc, gia tốc của lưới sàng

Hình 3.34: Sơ đồ cơ cấu biên tay quay truyền chuyển động cho lưới sàng

- Quĩ đạo dịch chuyển sàng:

Hình 3.35: Quĩ đạo chuyển động của lưới sàng phân tích bằng Autodesk

Từ quĩ đạo chuyển động của lưới sàng ta tìm được khoảng dịch chỉnh:

Khoảng dịch chỉnh = Vị trí max - Vị trí min = 692.3 - 674,3 = 18mm

-Vận tốc của lưới sàng: v   r sin  t

Hình 3.36: Vận tốc của lưới sàng phân tích bằng Autodesk Inventor

Từ biểu đồ vận tốc ta tìm được vận tốc max của lưới sàng là 1234,92 mm/s 

- Gia tốc của lưới sàng: a   2 rc os  t

Hình 3.37: Gia tốc của lưới sàng phân tích bằng Autodesk Inventor

Từ đồ thị mô phỏng ta tìm được gia tốc lớn nhất của lưới sàng là 73790,9mm s/ 2

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đề xuất nguyên lý, thiết bị, công nghệ chế tạo máy thu gom rác biển 41 1 Yêu cầu thiết kế

- Phù hợp với môi trường cát biển khô và ẩm ở Việt Nam

- Máy hoạt động bằng sự điều khiển của con người

- Máy có giá thành rẻ, dễ vận hành, sử dụng và bảo trì

- Máy hoạt động ổn định, ít tiêu hao năng lƣợng

- Thu gom đƣợc hầu hết các loại rác

- Lấy rác từ máy bằng phương pháp thủ công

- Máy có khả năng chống ăn mòn

4.1.2 Đề xuất nguyên lý, công nghệ thu gom rác biển

Dựa trên khảo sát về đặc điểm rác thải tại bãi cát khô và bãi cát ướt, cũng như việc nghiên cứu hoạt động thu gom rác của các thiết bị trong và ngoài nước, tôi đã xác định được ba nguyên lý thu gom rác chính.

Nguyên lý hoạt động của máy nhặt rác mô phỏng tay công nhân, sử dụng móc để thu gom rác vào thùng chứa Các máy này có độ tin cậy cao và năng suất thu gom rác lớn, đồng thời đảm bảo không lẫn cát trong rác Tuy nhiên, máy không thu gom được rác có kích thước nhỏ và trung bình Máy có khả năng thu gom rác trên cả bãi cát ướt và bãi cát khô.

Hình 4.1: Nguyên lý móc rác đƣa vào thùng chứa

Cơ cấu thu gom rác hình 4.1A sử dụng các móc trên lô quay để nhặt rác và chuyển lên băng tải, từ đó rác được đưa vào thùng chứa, trong khi cát rơi xuống biển qua các lỗ trên mặt bằng Cơ cấu thu gom 4.1B sử dụng xích tải với các móc gắn trên đó, kết hợp với mặt sàng để giữ lại rác và cho cát rơi xuống bãi biển Các móc này giúp nhặt rác, giữ lại trên mặt sàng và cuối cùng đổ vào thùng chứa.

Dưới đây là mẫu máy thu gom rác theo cơ cấu 4.1B, máy dọn rác Barber Surf Rake 600HD

Hình 4.2: Máy dọn rác Barber Surf Rake 600HD Một vài thông số của máy Surk Rake 600HD đƣợc trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4.1: Thông số máy dọn rác Surf Rake 600HD[13]

Máy Barber Surf Rake 600HD

Kích thước 13.1x7.8x7.6 inch Độ sâu làm sạch 150 mm Điều kiện làm việc Cát khô, cát ƣớt

Hình 4.3: Mô phỏng nguyên lý hoạt động của máy gom rác Barber

Máy sử dụng hệ thống băng tải chuyên dụng chỉ để nhặt rác, không cào cát, có khả năng thu gom nhiều loại rác như hộp, lon, mảnh chai thủy tinh, nhựa, tàn thuốc và vỏ sò Răng cào trên băng tải được làm bằng thép không gỉ, chống ăn mòn trong môi trường biển, mang lại tính linh hoạt cao và độ bền bỉ Thiết kế đặc biệt cho phép cào sâu tới 150 mm và chống gãy khi thu gom rác lớn, đảm bảo hiệu quả trong quá trình làm sạch Hệ thống lọc được kết nối với đầu thu gom, tối ưu hóa khả năng xử lý rác.

Kéo 44 có tính linh động cao và dễ dàng sử dụng, phù hợp với mọi loại địa hình Sau khi hoàn thành công việc, máy giúp trả lại bề mặt bãi biển một cách bằng phẳng và đẹp mắt.

Hình 4.4: Răng móc sử dụng trên băng tải của máy Barber Surf

Nguyên lý hoạt động của máy thu gom rác mô phỏng cách công nhân sử dụng bừa cào để dồn rác thành đống và chuyển vào thùng chứa Tuy nhiên, năng suất thu gom của các máy này không cao và thường gặp phải tình trạng lẫn rác, làm gia tăng khối lượng cần chuyên chở Đặc biệt, máy không thể thu gom các loại rác có kích thước nhỏ hoặc quá lớn, nhưng lại hoạt động hiệu quả trên các bãi cát ướt.

Hình 4.5: Nguyên lý cào rác dồn vào thùng chứa

Theo nguyên lý thứ hai, tôi đã phát triển hai cơ cấu máy thu gom rác Cơ cấu thu gom 4.5A hoạt động bằng cách cào rác và cát lên mặt sàng nghiêng, cho phép cát rơi xuống bãi biển trong khi rác được chuyển vào thùng chứa Trong khi đó, cơ cấu thu gom 4.5B sử dụng các răng gắn trên lô quay để cào rác lên băng tải nghiêng, có lỗ để cát rơi xuống bãi biển, đảm bảo hiệu quả trong việc thu gom rác.

Hình 4.6: Bộ phận cào rác thực tế theo cơ cấu 4.5A

Hình 4.7: Mô phỏng cơ cấu cào rác 4.5B 4.1.2.3 Sàng rác

Nguyên lý hoạt động của máy thu gom rác là đưa hỗn hợp cát và rác lên mặt sàng, sau đó sàng lắc qua lại giúp cát rơi xuống bãi biển trong khi rác được giữ lại trên mặt sàng và đưa lên trên Mặc dù máy này gặp khó khăn khi xử lý cát ướt, nhưng vẫn có khả năng thu gom hầu hết các loại rác với việc cát ít bị lẫn trong rác.

Hình 4.8: Cơ cấu máy theo nguyên lý sàng cát để tách rác

Cơ cấu máy thu gom theo nguyên lý thứ ba sử dụng sàng đặt nghiêng và lắc với biên độ từ 10 đến 20mm, tần số lắc từ 3 đến 5 lần mỗi giây Khi cát được xúc vào mặt sàng, quá trình lắc làm cho rác dịch chuyển lên trên và rơi vào thùng chứa, trong khi cát sẽ rơi xuống mặt bãi biển.

Một số máy có sẵn trên thị trường: Baber Radius (hình 4.9), Scam-Cava (hình 4.10)

Hình 4.9: Máy Baber Radius Hình 4.10: Máy Scam Cava

Hình 4.11: Cơ cấu sàng trên máy Barber Radius[14]

Một vài thông số quan trọng của hai máy trên đƣợc trình bày ở bảng 4.2

Bảng 4.2: Thông số trên máy Baber Radius và Scam-Cavalluiccio

Máy Baber Radius Máy Scam-Cavalluccio

Tốc độ 6km/ giờ 4km/ giờ

Nguyên liệu tiêu hao 200g/HP/giờ 190g/HP/giờ Độ sâu làm sạch 110 mm 120 mm

Đề xuất nguyên lý cụm thiết bị thu gom rác

4.2.1 Khảo sát đặc tính mặt cát tại bãi biển Vũng Tàu

Vấn đề khi khảo sát thực tế bề mặt bãi biển:

- Cát dạng hạt, rất nhỏ và mịn

- Mặt cát không bằng phẳng

Hình 4.12: Bề mặt cát khảo sát tại biển Vũng Tàu 4.2.2 Đề xuất nguyên lý cụm thiết bị thu gom rác

Cơ cấu thu gom rác trên bãi biển công nghiệp thường sử dụng các phương pháp như cơ cấu móc rác cơ khí, cơ cấu cào rác cơ khí và cơ cấu sàng rác cơ khí để đảm bảo hiệu quả trong việc xử lý rác thải.

Bảng 4.3 trình bày kết quả so sánh giữa các cơ cấu để có cơ sở đề xuất nguyên lý cho cụm thiết bị thu gom rác

Bảng 4.3: So sánh giữa các cơ cấu thu gom rác

Hƣ hỏng bề mặt làm việc

Loại rác thu gom Năng lƣợng tiêu hao

Không thu đƣợc rác có kích thước nhỏ

Cào rác Không cao Đơn giản Có

Không thu đƣợc rác có kích thước nhỏ hoặc quá lớn

Sàng rác Trung bình Đơn giản Có

Thu gom đƣợc hầu hết các loại rác

Dựa trên kết quả so sánh trong bảng 4.3 và các điều kiện phụ như đặc tính của cát, môi trường và tần suất hoạt động dọn rác, nguyên lý sàng rác cho phép thu gom rác hiệu quả với kết cấu đơn giản Hệ thống này kỳ vọng có chi phí hoạt động thấp và tiêu tốn ít năng lượng khi vận hành.

Từ nguyên lý đề xuất trên, ta có 2 phương án khả thi được đề xuất như sau:

- Bố trí mũi xúc nông ở trước tấm sàng, đưa rác trực tiếp lên trên tấm sàng

- Bố trí cơ cấu cào trước tấm sàng, rác được cào trực tiếp lên tấm sàng

4.2.2.1 Phương án 1 – Bố trí mũi xúc trước tấm sàng Đây là phương án bố trí mũi xúc nông ở trước tấm sàng, đưa rác trực tiếp lên trên tấm sàng

Hình 4.13: Phương án bố trí mũi xúc trước tấm sàng

Với cách bố trí nhƣ trên, ta nhận thấy:

 Ưu điểm của phương án:

+ Cơ cấu đơn giản, ít tiêu hao năng lƣợng

+ Xác xuất thu đƣợc rác cao hơn

+ Thu gom hầu hết các loại rác

+ Dễ dàng vệ sinh, sữa chữa

 Khuyết điểm của phương án:

+ Hạn chế trên cát ƣớt

4.2.2.2 Phương án 2 – Bố trí cơ cấu cào trước tấm sàng Đây là phương án bố trí cơ cấu cào trước tấm sàng, rác được cào trực tiếp lên tấm sàng

Hình 4.14: Phương án bố trí cơ cấu cào trước tấm sàng

Với cách bố trí nhƣ trên, ta nhận thấy:

 Ưu điểm của phương án:

+ Có thể thay đổi tốc độ quay của cơ cấu cào để tăng năng suất

+ Làm việc ổn định hơn trên cát ƣớt

+ Dễ dàng vệ sinh, sữa chữa

 Khuyết điểm của phương án:

+ Cơ cấu phức tạp hơn

+ Tiêu hao năng lƣợng hơn

Dựa trên các ưu và nhược điểm của từng phương án, phương án 1 được lựa chọn là hợp lý nhất Phương án này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về việc đơn giản hóa kết cấu, gia công, điều khiển và vận hành.

Từ nguyên lý sàng rác đã chọn trên, ta đã chọn được phương án thiết kế là n

Đề xuất động cơ đầu máy K1500 – GA120

Hình 3.1: Đầu máy kéo K1500 – GA120 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật đầu máy kéo K1500 – GA120

Thông số kỹ thuật Giá Trị

Tốc độ quay tối đa 2680 vòng/phút

Thế tích xi - lanh 662 cc

Cấp số xới 1 (50 - 90 vg/ph)

Thiết kế, chế tạo máy thu gom rác sử dụng cơ cấu sàng

Đề xuất thông số thiết bị thu gom rác

Căn cứ vào các thiết bị, điều kiện cát bãi biển, máy cày tay đề xuất chế tạo thiết bị

- Tốc độ làm việc: 6 km/h

- Bề rộng làm việc: 680 mm

- Diện tích dọn sạch: 0,4 ha/h

Tiến hành mô phỏng trên phần mềm Working Model giúp xác định các thông số tối ưu như biên độ, tốc độ quay của cam và góc nghiêng sàng, từ đó nâng cao hiệu suất chế tạo.

 Sơ đồ hóa kết cấu Sơ đồ hóa kết cấu

Hình 4.12: Mô hình thiết kế

Hình 4.13: Sơ đồ hóa thiết kế

Hình 4.14:Thanh truyền thiết kế

Hình 4.15:Thanh truyền mô hình hóa trong Working model

Hình 4.16: Thanh lắc thiết kế

Hình 4.17: Thanh lắc truyền mô hình hóa trong Working model

Hình 4.19: Cam mô hình hóa trong Working model

Hình 4.20: Lưới sàng thiết kế

Hình 4.21: Lưới sàng mô hình hóa trong Working model

 Các bước thiết lập thông số thí nghiệm mô phỏng

Hình 4.22: Thiết lập tốc độ quay trục Cam

Hình 4.23: Thiết lập giá trị góc nghiêng sàng

Hình 4.24: Thiết lập giá trị biên độ

Hình 4.25: Thiết lập gia tốc trọng trường

Hình 4.26: Thiết lập vật liệu của hạt vật liệu trên lưới sàng

Khi chọn vật liệu cho hạt vật liệu thí nghiệm mô phỏng, nhựa được ưu tiên vì thực tế cho thấy rác thải trên bãi biển rất đa dạng, bao gồm nhựa, gỗ, kim loại, trong đó nhựa chiếm tới 97%.

Khi thiết lập vật liệu, khối lượng, hệ số ma sát tĩnh và hệ số ma sát sẽ tự động được cập nhật dựa trên loại vật liệu và hình dạng hạt của nó.

Kết quả mô phỏng bằng phần mềm Working Model

Bảng 4.2: Thông số tiến hành thí nghiệm mô phỏng

Tốc độ trục cam n (vg/ph)

Bảng 4.3: Kết quả thông số sau khi mô phỏng bằng Working Model

Tốc độ trục cam n (vg/ph)

Tỷ lệ rác lên trên lưới sàng (%)

Từ bảng kết quả, tỷ lệ rác trên lưới sàng đạt mức cao nhất 83,3% khi biên độ cam là 15mm, góc nghiêng sàng 10 độ và số vòng quay của trục cam được thiết lập.

Bảng 4.4: Thông số sàng lựa chọn

Biên độ r (m) Góc nghiêng sàng Tốc độ trục cam n

Các thành phần chính của máy:

4.4.2.1 Chế tạo cụm treo sàn

Thanh treo sàng có chức năng chính là nâng đỡ cụm sàng tạo khoảng không cho sàng làm việc

Thanh đƣợc làm từ thép CT3 cắt laser và ghép với nhau bằng mối ghép hàn

Có độ cứng vững cao chịu đựng đƣợc tải trọng của cụm sàng

Các mối hàn của ống phải đảm bảo về các thông số về bề rộng và chiều cao, các mối hàn không lẫn xỉ, rạn nứt

Hình 4.15: Mô hình thiết kế Hình 4.16: Mô hình chế tạo

Là bộ phận gắn kết với thanh treo sàng và cụm bánh sau tạo nên kết cấu khung của xe Là bộ phận chịu tải trọng lớn

Làm từ các ống CT3 với thông số kỹ thuật nhƣ đã thiết kế

Chịu tải trọng lớn bao gồm cả cụm sàng và người vận hành

Các mối hàn của ống phải đảm bảo về các thông số về bệ rộng và chiều cao, các mối hàn không lẫn xỉ, rạn nứt

4.4.2.3 Chế tạo cụm truyền động

Biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của sàng Thay đổi biên độ dao động của sàn

Cụm cam truyền là bộ phận đƣợc chế tạo nhƣ đã thiết kế với độ chính xác yêu cầu cao

Các lỗ khoan phải đảm bảo chính xác về độ đồng tâm

Trục cam cần đảm bảo yêu cầu cao về dung sai độ nhám và độ đảo mặt đầu Vật liệu chế tạo là thép CT3

4.4.2.4 Chế tạo cụm sàng lắc

Chuyển động tịnh tiến theo biên độ giúp tách cát và rác hiệu quả Cát sẽ rơi xuống dưới lưới sàng, trong khi rác được nâng lên và chuyển vào thùng đựng.

Khung của cụm sàng đƣợc làm từ thép CT3 với thông số nhƣ thiết kế

Lưới sàng phải được lựa chọn theo tiêu chuẩn chất lượng cao để đảm bảo độ bền và khả năng chịu tải trọng của cát và rác trong quá trình hoạt động Đồng thời, lưới cũng cần có khả năng chống lại sự ăn mòn do ma sát và các tác nhân hóa học từ môi trường.

Các mối hàn kết nối thanh treo với đầu máy cần đảm bảo kín tuyệt đối, với chiều cao và chiều dài mối hàn phải tuân thủ đúng yêu cầu thiết kế, không được xuất hiện hiện tượng rạn nứt hay ngậm xỉ.

Tấm xúc có nhiệm vụ xúc cát và rác biển lên sàng khi máy di chuyển khi tấm xúc hạ ở vị trí làm việc

Phải đảm bảo chịu đƣợc ứng suất lên khi làm việc

Vật liệu chế tạo là Inox 304

Các mối hàn ghép giữa thanh treo và đầu máy cần đảm bảo kín tuyệt đối, với chiều cao và chiều dài mối hàn phải tuân thủ đúng yêu cầu thiết kế, không được xuất hiện rạn nứt hay ngậm xỉ.

4.4.2.6 Chế tạo thùng đựng rác

Chứa rác sau khi sàng

Chịu tải trọng của các loại rác biển

Các mối hàn đảm bảo độ kín, không rạn nứt hoặc ngậm xỉ

4.4.2.7 Chế tạo cụm nâng tấm xúc

Nâng hạ tấm xúc theo cơ cấu vít – đai ốc

Nâng hạ dễ dàng, dễ thay thế

Các mối hàn đảm bảo độ kín, không rạn nứt hoặc ngậm xỉ

Hình 4.28: Mô hình thiết kế

Hình 4.29: Mô hình chế tạo

Kiểm tra bền

- Phương pháp kiểm tra độ bền bằng mô phỏng ứng suất trên môi trường Stress Analysis trong phần mềm Autodesk Inventor 2021

4.6.1 Kiểm tra bền của chân sau của sàn

- Tải trọng tác dụng: m=m sàng +mngười điều khiển x.4KG +80KG 8.4KG

Hình 4.31: Tính khối lƣợng sàn qua phần mềm Aurodesk Inventor

- Mô phỏng kiểm tra độ bền của chân sàng:

Hình 4.32: Kết quả mô phỏng ứng suất

Hình 4.33: Kết quả mô phỏng chuyển vị

- Dựa vào kết quả mô phỏng ta có đƣợc:

+ Ứng suất lớn nhất: 78.08 Mpa

+ Chuyển vị lớn nhất: 0.5925 mm

- So sánh với ứng suất cho phép của thép CT3:

+ Giới hạn bền kéo: σ b = 380 ÷ 490 N/mm 2

Độ giãn dài tương đối đạt mức δ 5 ≥ 23%, cho thấy ứng suất lớn nhất của chi tiết nhỏ hơn ứng suất cho phép Với chuyển vị chỉ 0.5925 mm, điều này không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của chi tiết, chứng tỏ rằng chi tiết này thỏa mãn yêu cầu về độ bền.

4.6.2 Kiểm tra bền của thanh treo sàng

- Tải trọng tác dụng: m=m sàng +mkhối lƣợng rácx.4KG+15KG.4KG = 916.3

+ Chuyển vị lớn nhất: 4,234.10 -6 mm

+ Độ giãn dài tương đối: δ 5 ≥ 23%

Ứng suất lớn nhất của chi tiết nhỏ hơn ứng suất cho phép, với chuyển vị chỉ đạt 4,234.10^-6 mm, cho thấy rằng nó rất nhỏ và không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của chi tiết Do đó, chi tiết này được coi là thỏa mãn yêu cầu bền.

4.6.3 Kiểm tra bền của thanh lắc sàn

+ Loại tải trọng: Tải tuần hoàn, va đập mạnh:

+ Độ lớn tải trọng: P=Pmax cản kĩ thuật #13.43 N

+ Dựa vào môi trường Dynamic Simulation trong Autodesk Inventor 2021 để tìm tải tọng động lớn nhất:

Hình 4.36: Mô phỏng tìm tải trọng động lớn nhất tác dụng lên thanh lắc

+ Ứng suất lớn nhất: 0.1006Mpa

+Chuyển vị lớn nhất: 1,974.10 -6 mm

- So sánh với ứng suất cho phép của thép C45:

- Giới hạn bền kéo: σ b ≥ 610 N/mm 2

- Độ giãn dài tương đối : δ 5 ≥ 16%

- Độ dai va đập a k ≥ 500 KJ/m 2

- Độ cứng sau thường hóa ≤ 229 HB

- Độ cứng sau ủ hoặc ram cao ≤ 197 HB

Ứng suất lớn nhất của chi tiết là 0,1006 Mpa, nhỏ hơn giới hạn cho phép 610 Mpa, cho thấy chi tiết đáp ứng yêu cầu bền vững Đồng thời, chuyển vị chỉ đạt 1,974.10 -6 mm, rất nhỏ và không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của chi tiết.

4.6.4 Kiểm tra bền của thanh truyền

- Tải trọng động va đập

- Độ lớn lớn nhất của tải trọng tác dụng: 2313.42 N

+ Ứng suất lớn nhất: 101,7 Mpa

Chi tiết được kiểm tra có ứng suất lớn nhất là 101,7 Mpa, thấp hơn nhiều so với ứng suất cho phép 490 Mpa Đồng thời, chuyển vị của chi tiết chỉ là 0,1328 mm, không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc Do đó, chi tiết này đáp ứng yêu cầu về độ bền.

4.6.5 Kiểm tra bền trục Cam

- Momen xoắn tác dụng: 539013 Nmm mô phỏng trong môi trường Dynamic Simulation của phần mềm Autodesk Inventor

Hình 4.41: Kết quả mô phỏng momen xoắn trục cam

Chi tiết có ứng suất lớn nhất là 353.8 MPa, nhỏ hơn ứng suất cho phép 490 MPa, và chuyển vị chỉ 0.1216 mm, không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc Do đó, chi tiết này đáp ứng tiêu chuẩn bền vững.

4.6.6 Kiểm tra bền của tấm xúc

- Tải trọng tác dụng vào mũi xúc: 294 N

Hình 4.44: Mô phỏng ứng suất

Hình 4.45: Mô phỏng chuyển vị

+ Chuyển vị lớn nhất: 1,903.10 -4 mm

Chi tiết có ứng suất lớn nhất là 0.1323 MPa, thấp hơn ứng suất cho phép 490 MPa, và chuyển vị đo được là 1,903.10^-4 mm, cho thấy không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của chi tiết Do đó, chi tiết này đáp ứng tiêu chuẩn bền.

Chạy khảo nghiệm, đánh giá kết quả

Thông số thử nghiệm cố định:

+Khối lƣợng rác thử nghiệm: 1kg

+Thời gian mỗi lần thử nghiệm :1 phút

Quy trình thực nghiệm bao gồm việc thực hiện ba lần chạy thử nghiệm ở mỗi cấp tốc độ, sử dụng khối lượng rác cố định 1kg trong thời gian 1 phút Sau khi hoàn thành, khối lượng rác thu được trong thùng rác sẽ được cân để tính toán phần trăm hiệu quả.

Kết quả thử nghiệm cho thấy máy cày tay hoạt động hiệu quả với 4 cấp tốc độ xới khác nhau, trong đó tốc độ n (vg/ph) được điều chỉnh tương ứng với từng cấp độ xới của đầu máy Hai thông số quan trọng là góc nghiêng và biên độ trục cam r (m) đã được xác định thông qua thí nghiệm mô phỏng.

+ Số vòng quay trục cam đƣợc tính bằng: n trục cam = nCấp số máy cày x 3,46

(3,46 là tỷ số truyền của bộ truyền xích)

Bảng 4.1: Kết quả chạy thực nghiệm

Cấp số máy cày Số vòng quay trục cam

Số lần chạy thử nghiệm

Tỷ lệ rác thu đƣợc (%)

Tỷ lệ rác thu đƣợc trung bình (%)

Tỷ lệ rác thu đƣợc = 1kg m ∗ 100 (%)

Kết quả thực nghiệm cho thấy, chạy số 4 mang lại hiệu quả thu gom rác cao nhất với 99%, mặc dù có rung động mạnh Chạy số 3 có hiệu quả thấp hơn, đạt 97%, nhưng rung động ít hơn số 4 Chạy số 2 chỉ thu gom được 70% rác, với lượng rác thu gom không đều theo thời gian Cuối cùng, chạy số 1 gần như không thu gom được rác, chỉ đạt 1.67%, nhưng có mức rung động thấp nhất.

Đánh giá kết quả

Để duy trì sự ổn định và năng suất cao cho máy, tốc độ số 3 (175-250 vg/ph) là yêu cầu cần thiết Theo kết quả tính toán lý thuyết ở mục 3.4.2, tốc độ trục cam được tính toán là 583.3 vg/ph, nằm trong khoảng tốc độ hoạt động của trục cam khi sử dụng số 3 (519-).

G c nghiêng α Biên độ trục cam r (m) Tốc độ trục cam n (vg/ph)

10 0.015 Số 3 cấp xới đầu máy cày

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế, Chế Tạo Thử Nghiệm Thiết Bị Thu Gom Rác Trên Bãi Biển
Trường học	Trường Đại Học Khoa Học Công Nghệ
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	luận văn thạc sĩ

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	6,07 MB