Tiểu luận môn kỹ năng chuyên nghiệp dành cho kỹ sư đề tài thiết kế máy thu gom rác thải trên sông

Cuộc sống hàng ngày của con người cần một không gian nhất định để hoạt động như nghỉ ngơi làm việc...vv,Như vậy môi trường đòi hỏi phải đủ tiêu chuẩn về các mặt sinh lý hóa...vv Không gi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

TIỂU LUẬN MÔN KỸ NĂNG CHUYÊN NGHIỆP DÀNH CHO KỸ SƯ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY THU GOM RÁC THẢI TRÊN SÔNG

Nhóm thực hiện: SMILE

GVHD: Nguyễn Thị Niên

Học kì 2 năm 2020-2021

Ngành/ chuyên ngành: CƠ KHÍ

Tp.HCM, tháng 5 năm 2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU 2

1.1 Tầm quan trọng 2

1.2 Nhiệm vụ 2

1.3 Mục tiêu 2

1.4 Giới hạn 2

CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY 2

2.1 Giới thiệu sơ lược về máy gom rác 2

2.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động 2

CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ VẤN ĐỀ GIẢI QUYẾT 2

3.1 Tổng quan về rác 2

3.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến rác thải nhiều trên song 2

CHƯƠNG 4: TIẾN HÀNH TẠO SẢN PHẨM THỬ NGHIỆM 2

4.1 Chọn những ý tưởng và giải pháp tối ưu hóa 3

4.2 Tạo sản phẩm thử nghiệm 3

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 3

5.1 Kết luận 3

5.2 Đánh giá 3

5.3 Kiến nghị 3

CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

CHƯƠNG 7: NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 3

CHƯƠNG 1: LỜI MỞ ĐẦU

1.1 Tầm quan trọng

Môi trường là tổng hợp các yếu tố vật chất tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học tồn tại ngoài ý chí chủ quan của con người và các yếu tố nhân tạo bao gồm tổng thể quan hệ giữ người với người có quan hệ mật thiết với nhau, có ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật Môi trường có vị trí, vai trò vô cùng quan trọng, đồng thời có sự ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống hằng ngày của con người

Hình 1: Sự đối lập của môi trường tự nhiên

Các ao hồ sông ngòi cung cấp nước dinh dưỡng là nơi tồn tại phát triển cho thủy sản

Các động thực vật cung cấp nguồn lương thực ,thực phẩm thiết yếu cho con người

Thứ Nhất, môi trường một không gian sống lý tưởng cho sinh vật và con người Cuộc sống hàng ngày của con người cần một không gian nhất định để hoạt động như nghỉ ngơi làm việc vv,Như vậy môi trường đòi hỏi phải đủ tiêu chuẩn về các mặt sinh lý hóa vv Không gian sống của con người thay đổi liên tục theo sự phá triển của công nghệ khoa học.Như ngày nay việc xây dựng hệ thống cống rãnh để đáp ứng được sự lưu thông của nước thải sản xuất của con người để tránh phải thông tắc Cống như trước kia

Thứ hai, môi trường chứa đựng chất thải đó là chức năng sống còn của môi trường Trong quá trình phá triển con người luôn luôn đào thải các chất ra ngoài môi trường và được phân hủy dưới tác động của vi sinh vật.Trong những thời kì còn chưa phát triển quá trình phân hủy chất thải đa phần là để tự nhiên,nhưng giớ đây với sự gia tăng dân số chóng mặt và vựa phá triển của khoa học kĩ thuật và đô thị hóa thì lượng rác thải không ngừng được thải ra làm cho lượng chất thải quá tải gây ô nhiễm nghiêm trọng Nhiều nơi rác thải được thải ra đặc biệt là rác thải sản xuất và sinh hoạt nhiều nơi ô nhiễm nghiêm trọng do rác thải như gây ô nhiễm nguồn nước,tắc cống ngầm vv.Để giảm được tình trạng ô nhiễm đó thì nhóm chúng em đã lên ý tưởng và thiết kế thiết máy vớt rát thảy trên sông nhằm bảo vệ môi trường một cách hiệu quả hơn

1.2 Nhiệm vụ

Đem đến một chiếc máy sử lý thu gôm rác thải trên sông một cách hiện đại và đồng thời tuyên truyền cho mọi người biết về trách nhiêm phải bảo vệ môi trường

và tầm quan trọng của môi trường ta có thể thấy môi trường sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm, không chỉ bởi lượng nguồn tài nguyên đang ngày càng bị khai thác quá mức, bên cạnh đó, vẫn còn tồn tại nhiều loại hình sản xuất gây ô nhiễm môi trường, thải hóa chất, các chất độc hại khó phân hủy ra môi trường mà còn bởi ý thức của con người chưa tốt trong việc bảo vệ môi trường Việc thu gom,

xử lý rác thải sinh hoạt hằng ngày không đúng quy định, như rác thải không được thu gom, phân loại và xử lý phù hợp, cùng với việc thu gom rác thải vào nơi quy định còn chưa được thực hiện tốt, vẫn còn tình trạng vứt rác thải bừa bãi và hình thành nhiều điểm gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Tình trạng đáng báo động hơn là các khu trạng trại, khu chăn nuôi, các khu công nghiệp xả trực tiếp nguồn nước thải, các chất tẩy rửa và rác thải nông, công nghiệp không qua xử lý đổ ra ao,

hồ, kênh, mương, sông tạo ra những dòng chảy màu đen với những mùi khó chịu, độc hại ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người, gây ô nhiễm đất và ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng Việc sử dụng tràn lan hóa chất bảo vệ thực vật, như lạm dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu được người dân sử dụng

không theo quy định, không có sự quản lý chặt chẽ, điều này không chỉ tạo những những nông sản không bảo đảm chất lượng an toàn vệ sinh gây hại cho sức khỏe người sử dụng mà còn làm ô nhiễm nguồn đất, nguồn nước ngầm và nước mặt chính những nơi sản xuất nông nghiệp này Nguồn nước sạch bị ô nhiễm, thiếu nước sạch sẽ gây ra những hậu quả nặng nề mà chúng ta không ngờ tới, như bệnh, dịch và làm giảm chất lượng cuộc sống Tất cả vì một tương lai tươi đẹp, trong sạch, lành mạnh của tất cả mọi người mỗi chúng ta hãy nâng cao ý thức trách nhiệm trong việc giữ gìn và bảo vệ môi trường

Hình 2: Bảo vệ môi trường Khi môi trường bị ô nhiễm thì cuộc sống của con người sẽ bị đe dọa Ô nhiễm không khí có thể gây ra hàng nghìn bệnh tật đến đường hô hấp, Ô nhiễm nước, thực phẩm sẽ dẫn đến hàng loạt các bệnh ung thư không có khả năng chữa trị Như vậy, nâng cao chất lượng sống, bảo vệ môi trường là điều không thể bỏ qua và vô cùng cấp thiết đối với mọi người, mọi dân tộc và quốc gia Đó là trách nhiệm chung không chỉ của riêng ai

1.3 Mục tiêu

Đại dương tưởng chừng bao la nhưng cứ 1 phút lại có 1 triệu rác thải được con người vứt ra sông, biển sẽ khiến một ngày nào đó động vật dưới nước không còn môi trường sống, con người cũng chết dần chết mòn vì ô nhiễm môi trường do chính mình gây ra Với mong muốn thu dọn rác trên biển tiện lợi và không quá tốn kém, nhóm chúng tôi đã tìm tòi và phát minh ra "máy thu gom rác thải trên sông" Chiếc máy này có chức năng hút các loại rác - từ chai nhựa, túi nilon tới giấy, dầu, xăng hay các chất tẩy rửa đang trôi nổi trên bề mặt các con sông nhằm tạo ra một môi trường một không gian sống lý tưởng cho sinh vật, con người và cải thiện vấn

đề nhức nhối hiện nay của môi trường

1.4 Giới hạn

Vì vấn đề thời gian tụi em chỉ thiết kế thiết bị tự động gôm rác và thiết bị luân phiên thay vị trí rác trên tàu

CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY

2.1 Giới thiệu sơ lược về máy gom rác

Máy thu gom rác thải trên sông là một máy đa năng hiện đại.Với chiều dài 12m, rộng 3 m, cao 2,4 m, máy giống như một chiếc tàu nhỏ có thể luồn lách trên các dòng sông, con rạch Hệ thống máy gồm ba bộ phận: máy cắt chính, một bồn chứa thoát thải và một rơ-moóc vận chuyển Ngay cả với các loại rong rêu, bèo tây có bộ

rễ dài kết thành từng đám lớn, chen chúc dày đặc trên mặt sông vốn rất khó xử lý thì chiếc máy này cũng thu gom toàn bộ bằng cụm dao cắt có thể điều chỉnh lên xuống theo chiều sâu của mực nước Máy thu gôm được đa dạng các loại rác thải trên sông từ nhữ rác thải nhỏ đến những rác thải lớn.Máy có khả năng chứa đến 2 tấn rác, rong, bèo Khi rác đầy, máy sẽ di chuyển vào gần bờ để đưa rác lên xe chuyên chở qua hệ thống băng tải mà không dùng đến sức người bốc dỡ

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy

2.2.1 Cấu tạo

Hệ thống máy gồm ba bộ phận:

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo tổng thể chi tiết máy vớt rác

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy

Khi tàu chuyển động với Vtàu (hoặc dòng nước chuyển động với Vd), tổ hợp trên tạo một dòng chảy từ miệng phễu tạo bởi 02 cánh tay gom rác về phía giữa thân tàu và xuôi về thân tàu Dòng chảy nổi gần mặt nước chuyển động và gom vào miệng hứng Gàu vớt rác tự động được đặt ngay tại miệng hứng.  

Như vậy, chỉ bằng chuyển động của tàu vớt rác trong một đơn vị thời gian rác

đã được tự động gom trên một diện tích rộng (Sg = Bg.Vtàu) về một vị trí là miệng hứng Đương nhiên, cánh tay gom rác có thể điều chỉnh được và biên dạng thân tàu được tính toán cho khả năng tạo dòng chảy là tốt nhất Gàu vớt rác được điều khiển bằng thủy lực để vớt rác từ miệng hứng lên đổ vào thùng rác tiêu chuẩn trên sàn tàu.  

-Máy cắt chính

-Bồn chứa rác

-Rơ móc vận chuyển

CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ VẤN ĐỀ GIẢI QUYẾT

3.1 Tổng quan về rác

Ngày này, rác thải là vấn đề nhức nhối mà đang cần có hướng giải quyết của mỗi quốc gia và trên thế giới nói chung Rác thải sinh hoạt đặc biệt là rác thải nhựa đang đe dọa rất lớn để môi trường nước sông

Theo thống kê của Tổ chức Bảo vệ môi trường biển Ocean Conservancy của Mỹ thì mỗi năm có khoảng 8 triệu tấn nhựa thải ra biển trên toàn thế giới Tổ chức này cũng dự báo là tới năm 2025, cứ 3 tấn cá sẽ có 1 tấn rác thải nhựa

Cũng theo Ocean Conservancy, trong số 8 triệu tấn rác thải nhựa bị thải ra biển đó thì có:

+94% rác thải nhựa tập trung ở đáy đại dương với mật độ 70 kg/km2

+1% rác thải nhựa nổi trên bề mặt biển với mật độ 0,74 kg/km2

+5% rác thải nhựa ở gần bờ biển với mật độ 2.000kg/km2. 

Điều này cho thấy số lượng rác thải nhựa trên biển mà chúng ta nhìn thấy chỉ là một con số rất nhỏ so với số lượng thực tế

Tại Việt Nam, theo thống kê mới nhất của Bộ Tài nguyên và Môi trường thì lượng rác thải nhựa thải ra biển mỗi năm là 0,28 tấn – 0,73 tấn, chiếm 6% và là nước xếp thứ 4 về lượng rác thải nhựa trên biển của toàn thế giới. 

3.2 Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến rác thải nhiều trên song

Rác thải nhựa từ đất liền trôi theo ống nước ngầm, sông, suối… ra biển Nguyên nhân là do ý thức của người dân khi xả rác ra sông, xả rác vô ý thức trên đường phố, gió và mưa cuốn trôi xuống cống ra biển Hoặc nhiều loại rác thải nhựa như khăn ướt, bông tẩy trang, băng vệ sinh, bị xả xuống bồn cầu rồi ra cống tới biển

Rác thải nhựa do hoạt động du lịch: Khách du lịch khi tham quan, tham gia các hoạt động vui chơi, ăn uống trên biển hoặc gần các bãi biển do thiếu ý thức đã xả rác xuống biển hoặc bờ biển… 

Rác thải nhựa do hoạt động đánh bắt hải sản: Những chiếc lưới, dụng cụ đánh bắt hỏng bị vứt đi hoặc rơi xuống biển, và cả chất thải từ tàu lưu thông trên biển cũng

là nguyên nhân làm tăng rác thải nhựa trên biển

Do sự tàn phá từ bão, sóng thần cuốn theo đồ đạc, vật dụng bằng nhựa, rác thải nhựa từ đất liền xuống biển…

Rác thải biển là chất thải do con người tạo ra đã cố ý hoặc vô tình được thải ra sông, biển hoặc đại dương Rác thải nổi trên đại dương có xu hướng tích tụ ở các con sông và trên các đường bờ biển và thường xuyên xuất hiện khi thuỷ triều xuống Các mảnh vụn chẳng hạn như gỗ, cũng có mặt trong rác thải biển

Với việc sử dụng ngày càng nhiều nhựa, và ảnh hưởng của con người đã trở thành một vấn đề do nhiều loại nhựa (hóa dầu) không phân hủy sinh học Nhựa trong nước gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với cá, chim biển, bò sát biển và động vật có vú biển, cũng như tàu thuyền và bờ biển Việc rác trôi vào cống thoát nước mưa và đường nước đều góp phần gây ra vấn đề này

CHƯƠNG 4: Giải quyết vấn đề

4.1 Tính Toán

Các công thức tính toán xácđịnh các thông số cơ bản của hệ thống thiết bị

* Năng suất vớt:

Với giả thiết với điều kiện rác luôn luôn đầy ở lưới chắn, mộ cách gần đúng ta

có thể xác định năng suất vớt cực đại được xác định bằng công thức:

Q = 60 x k x Bbc x Bbc x Lbc x Vbc/(Lx/nbc), (m3/h)

Trong đó: Q: năng suất vớt lớn nhất, m3/h

K: Hệ số thực nghiệm điền đầy mặt cắt, K= 0,6-0,65 Bbc,Lbc,Vbc,Lx,n bc : lần lượt là bề rộng, chiều dài bàn cào,

chiều dài một sợi xích tải (m), vận tốc bàn cào (m/ph) , số bàn cào

Công thức xác định điều kiện ổn định thiết bị khi nâng hạ cần công tác:

Ta thấy trạng thái nguy hiểm nhất là khi cần công tác nâng lên với vận tốc góc Ω náo đó đến vị trí gần nằm ngang và đột ngột dừng lại ,khi đó ngoài mô men lật của khối lượng tĩnh cần công tác cồ có mô men quán tính của nó cùng chiều và trình trình cân bằng ổn định có thể viết:

∑Mi.Ri (g + dΩ/dt) = k.g.( Mx.Rx + Mdt.Rdt)

Trong đó: Mi,Ri lần lượt là khối lượng và bán kính lật của các phần tử trên cần công tác:

Kg và m g: gia tốc trọng trường; g=9,81 m/s2 k;

Hệ số ổn đinh; chon k= 0,85-0.9 Mx, Mdt,Rx ,Rdt lần lượt là Khối

lượng và bán kính tâm lật của xe di chuyển và đối trọng,; kg và m

Qua công thức trên ta có thể tính toán đối trọng và vận tốc nâng của xi lanh thủy lực Ngoài ra ta cũng có thể kiểm tra điều kiện ổ định khi thiết bị di chuyển trên ray: ∑ Mtb dx2 /dt2/1000 ≤ [ F] Trong đó: M tống khối lượng di chuyển của thiết

bị,kg dx2/dt2 : vi phân cấp hai của – gia tốc chuyển động khi hãm [F]: Lưc quán tính giưới hạn cho phép: kN

Ngoài ra ta cũng có thể kiểm tra điều kiện ổ định khi thiết bị di chuyển trên ray:

∑ Mtb dx2 /dt2/1000 ≤ [ F]

Trong đó: M tống khối lượng di chuyển của thiết bị,kg dx2/dt2

Vi phân cấp hai của – gia tốc chuyển động khi hãm [F]: Lưc quán tính giưới hạn cho phép: kN

4.2 Thiết kế

4.2.1 Lên ý tưởng

Chọn những ý tưởng

Một số tiêu chí có thể dùng để đánh giá ý tưởng như: 

Mức độ “mới” của ý tưởng:

Đã có nhóm nào thực hiện ý tưởng này hay chưa?

 Mức độ thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng:

Sản phẩm mới nhận được sự yêu thích của mọi người

mục tiêu sẽ hài lòng với : tính năng, lợi ích…của sản phẩm chứ? 

 Mức độ phù hợp của ý tưởng:

Ý tưởng này không phù hợp với mục tiêu kinh doanh

Từ việc đối chiếu với những tiêu chí trên, các thành viên có thể lựa chọn được ý tưởng sản phẩm mới hay nhất, khả thi nhất

Giải pháp tối ưu hóa

Việc tối ưu hóa khi vận hành máy vớt rác trên sông rất quan trọng vì nó đem lại các hiệu quả như:

thiểu chi phí nhiên liệu,

cải thiện và nâng cao tối đa hiệu suất máy,tuổi thọ cho máy…

4.2.2 Thiết kế bộ phận tự động gom và vớt rác  

Tàu vớt rác được thiết kế dạng 02 thân riêng biệt  dạng phao nổi liên kết với nhau bởi sàn tàu cao  hơn mặt nước Phía đầu mỗi thân gắn 01 cánh  tay gom rác Tổ hợp giải pháp có dạng như hình  1  

Hình 1 Sơ đồ giải pháp tự động gom vớt rác  (1 Cánh tay gom rác; 2 Miệng

hứng rác; 3.  Thân tàu)   Với giải pháp trên, khi tàu chuyển động với Vtàu (hoặc dòng nước chuyển động với Vd), tổ hợp  trên tạo một dòng chảy từ miệng phễu tạo bởi 02  cánh tay gom rác về phía giữa thân tàu và xuôi  về thân tàu Dòng chảynổi gần mặt nước chuyển động và gom vào  miệng hứng Gàu vớt rác tự động được đặt ngay 

tại miệng hứng.  

Chỉ bằng chuyển động của tàu vớt rác  trong một đơn vị thời gian rác đã được tự động  gom trên một diện tích rộng (Sg = Bg.Vtàu) về một vị trí là miệng hứng Cánh tay gom rác có thể điều chỉnh được và biên dạng  thân tàu được tính toán cho khả năng tạo dòng  chảy là tốt nhất Gàu vớt rác được điều khiển  bằng thủy lực để vớt rác từ miệng hứng lên đổ vào thùng rác tiêu chuẩn trên sàn tàu.  

4.2.3 Thiết kế thiết bị tự động luân chuyển vị trí các thùng rác trên tàu  

Hình 2 Sơ đồ giải pháp luân chuyển thùng  (1 Cơ cấu vớt rác; 2 Sàn tàu chính;

3 Sàn quay; 4 Vị trí các thùng rác; thùng 1: đang đổ; thùng  2⎟7: vị trí chờ) 

Do diện tích sàn tàu hạn chế, vị trí đổ rác vào  thùng cố định, số lượng thùng rác trên tàu nhiều  (tùy theo trọng tải có thể từ 07 đến 17 thùng)  việc luân chuyển thùng rác đầy ra khỏi vị trí đổ 

và đưa thùng không vào thật sự khó khăn – nhất  là việc di chuyển các thùng đầy rác trên một  thiết bị nổi – không ổn định Ảnh hưởng của việc  này đến quá trình thao tác của công nhân vận  hành là rất lớn.  

Vấn đề trên được giải quyết bằng giải pháp dùng  sàn quay như hình 3.2.  

Khi muốn luân chuyển vị trí, người  công nhân chỉ cần xoay sàn quay đi một góc 60°,  sau đó cố định sàn quay trên sàn chính bằng một  cơ cấu tự động.  

Trên đây trình bày 02 giải pháp mang tính đột  phá trên thiết bị tàu vớt rác tự động trên sông Còn một loạt các vấn đề khác phải giải  

quyết như: động học và động lực học; các cơ cấu  công tác; vấn đề tự động và điều khiển phối hợp  các thao tác của cơ cấu…  ;  tính toán động lực học tàu, tính toán hệ thống  điều khiển tàu…  

Hình 3 là bản vẽ tổng thể của một loại tàu vớt  rác tự động trên sông (với 17 thùng rác) Tuỳ theo điều kiện sử dụng, tàu được thiết kế với các  trọng tải khác nhau.  

Hình 3.3 Bản vẽ tổng thể tàu vớt rác trên sông  

Các biện pháp sau nhằm tối ưu hóa cho quá trình vận hành của máy