THÔNG TIN DỰ ÁN
Dự án "Hoàn thiện, thiết kế, chế tạo máy cắt - vớt rong, cỏ dại, lục bình cỡ nhỏ trên kênh, mương cấp thoát nước khu vực thành phố Hồ Chí Minh (B1.5)" nhằm phát triển công nghệ xử lý thực vật nổi trong các hệ thống cấp thoát nước, cải thiện chất lượng nước và môi trường sống tại thành phố Máy cắt và vớt này sẽ giúp loại bỏ hiệu quả rong, cỏ dại và lục bình, góp phần duy trì sự thông thoáng cho các kênh mương, đồng thời bảo vệ hệ sinh thái nước.
- Chủ nhiệm đề tài/dự án: PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng
- Cơ quan chủ trì: Trung tâm nghiên cứu và Phát triển Công nghệ -
2 Thời gian thực hiện: 12 tháng
- Kinh phí được duyệt: 810.000.000 đồng
- Kinh phí cấp đợt 1: 405 triệu đồng, theo thông báo số 34/TB-SKHCN ngày 27/04/2015
- Kinh phí cấp đợt 2: 324 triệu đồng, theo thông báo số 51/TB-SKHCN ngày 19/04/2016
Mục tiêu a Mục tiêu của Dự án sản xuất 1 (Chất lượng sản phẩm);
Hoàn thiện thiết kế và bổ sung một số cụm thiết bị mới cho mẫu máy R&D đã được nghiệm thu trước đây nhằm nâng cao chức năng và khả năng hoạt động của máy trong các điều kiện phức tạp hơn.
Thiết kế và điều chỉnh kích thước máy để nâng cao tính cơ động, phù hợp với các kênh rạch nhỏ trong và ngoài thành phố Hồ Chí Minh là một trong những mục tiêu quan trọng của dự án sản xuất thử nghiệm Dự án này tập trung vào việc cải thiện trình độ công nghệ và quy mô sản phẩm để đáp ứng nhu cầu thực tiễn của khu vực.
Nâng cao trình độ công nghệ chế tạo máy là cần thiết để đạt được độ tin cậy cao, đồng thời cải thiện hiệu quả hoạt động và khả năng ứng dụng của hệ thống thiết bị trong điều kiện thực tế tại thành phố Hồ Chí Minh.
Số lượng chế tạo: 01 loại máy
+ Loại máy có kích thước làm việc B1,5m
3 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án
Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh
Tên cá nhân đã tham gia thực hiện Nội dung tham gia chính Ghi chú
1 Nguyễn Quốc Hưng Nguyễn Quốc Hưng Chịu trách nhiệm chung
2 Bùi Trung Thành Bùi Trung Thành
Thư ký dự án Thiết kế, chế tạo, chuyển giao công nghệ
3 Nguyễn Minh Cường Nguyễn Minh Cường Thiết kế, chế tạo, chuyển giao công nghệ
4 Đặng văn Hiệp Đặng văn Hiệp Thiết kế, chế tạo, chuyển giao công nghệ
5 Dương Tiến Đoàn Dương Tiến Đoàn Chế tạo, cung cấp vật tư
6 Trần Ngọc Vũ Trần Ngọc Vũ Thiết kế, chế tạo, chuyển giao công nghệ
7 Nguyễn Hoàng Khôi Nguyễn Hoàng Khôi Chuyển giao công nghệ
4.Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu
Các nội dung, công việc chủ yếu của dự án (Các mốc đánh giá chủ yếu)
Thời gian (Bắt đầu, kết thúc
Người, cơ quan thực hiện
Nội dung khảo sát thiết kế sơ bộ máy 06/2015 06/2015
Nguyễn Quốc Hưng, Bùi Trung Thành, Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp
Nghiên cứu hoàn thiện tính toán thiết kế phao nổi (pontoon) máy
Bùi Trung Thành, Trần Ngọc Vũ, Đặng Văn Hiệp
Nghiên cứu tính toán thiết kế cụm dao cắt - vớt rong, cỏ lục bình trên máy B1.5
Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ
Nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị phụ trợ vớt lục bình và băm sơ bộ lục bình trong quá trình cắt vớt 08/2015 08/2015
Nguyễn Quốc Hưng, Bùi Trung Thành Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ
Nghiên cứu, hoàn thiện tính toán thiết kế hệ thống máy vận chuyển rong cỏ, lục bình lên boong, chứa tạm và chuyển đi khỏi boong máy
Nguyễn Quốc Hưng, Bùi Trung Thành Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ
Nghiên cứu, hoàn thiện tính toán thiết kế hệ thống động lực cho máy 08/2015 08/2015
Bùi Trung Thành, Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ, Dương Tiến Đoàn
Nghiên cứu hoàn thiện tính toán thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển toàn bộ máy
Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ
Hoàn thiện công nghệ chế tạo máy cắt vớt rong, cỏ vớt lục bình B1.5 10/2015 10/2015
Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ
9 Thuê chế tạo tạo máy cắt vớt rong, cỏ vớt lục bình B1.5
Lắp ráp hoàn chỉnh và thử không tải các hệ thống thiết bị của hệ thống máy cắt vớt rong, cỏ vớt lục bình B1.5
Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ, Dương Tiến Đoàn
Thử có tải các hệ thống thiết bị của hệ thống máy cắt vớt rong, cỏ vớt lục bình B1.5
Nguyễn Quốc Hưng, Bùi Trung Thành, Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ, Dương Tiến Đoàn, Nguyễn Hoàng Khôi
II SẢN PHẨM KH&CN CỦA DỰ ÁN
1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra a) Sản phẩm Dạng I:
Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu Đơn vị đo
Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt được
1 Báo cáo tổng kết dự án (bao gồm báo cáo tóm tắt) bộ 05 05 05
2 Bài báo khoa học bài 02 02 01
- Lý do thay đổi (nếu có): b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học cần đạt
1 Hồ sơ thiết kế chế tạo máy cắt-vớt rong, cỏ, bèo lục bình (B1.5m) 01 01
2 Quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp các thiết bị chính của máy 01 01
3 Quy trình vận hành máy và bảo trì các thiết bị của máy 01 01
4 Máy cắt - vớt rong, cỏ, lục bình B 1.5m 01 01
- Lý do thay đổi (nếu có):
Thông số kỹ thuật của máy B1.5 đã được kiểm định (Chứng thư kiểm định số CF25/01.22.8159 ngày 02/12/2015 của Công ty CP Giám định và Khủ trùng FCC)
TT Tên sản phẩm Chi tiêu kỹ thuật cần đạt
Chi tiêu kỹ thuật thực tế đạt
I/Thông tin thiết kế chung của máy
2 Kích thước tổng thể máy
Khi giám định tính cả chiều cao mái che
3 Công suất động cơ diesel 37 kW 37 kW
4 Chiều rộng cắt -vớt rong, cỏ lục bình
Khả năng chứa tối đa 5,5 m 3 4,9 m 3 Do không tính chứa tạm ở băng tải 1 (1,7*1,2*0,3)
7 Tải trọng chuyên chở sản phẩm tối đa
1.200 kg 1.120 kg Do không tính chứa tạm ở băng tải 1
Nguyễn Quốc Hưng, Bùi Trung Thành, Nguyễn Minh Cường, Đặng Văn Hiệp, Trần Ngọc Vũ, Nguyễn Hoàng Khôi phẩm sau cắt vớt lên bờ Pontoon
7 Vận tốc máy chạy không tải tối đa
8 Tự trọng máy 4.200 – 4.500kg 4.200 kg
9 Hệ thống thuỷ lực điều khiển toàn bộ máy
Cabin máy có thể tháo rời khi cần vận chuyển qua cầu có độ tĩnh không thấp
Phao nổi (vỏ phao bằng thép không rỉ (inox), khung xương bằng thép)
Bánh xe nước (Paddel Wheel) chế tạo bằng thép không rỉ (riêng hai bích bằng thép Carbon)
Xích tải sản phẩm cho cả 3 băng tải bằng thép không rỉ
Khung băng tải số 1,2,3 bằng thép không rỉ
Dao cắt rong, cỏ, lục bình bằng thép làm dao và không rỉ
Kết cấu máy phần làm bằng thép được sơn phủ bảo vệ
II/ Thông tin làm việc của máy
1 Vận tốc máy khi làm việc có tải tối đa 2-3 km/giờ 2-3 km/giờ
200 – 250 m 2 /h 250 – 350 m 2 /h cho lục bình có chiều cao 500-600mm, mật độ cây 50-60kg/m 2
350 – 500 m 2 /h 350 – 500 m 2 /h cho lục bình có chiều cao cây phạm 300mm, mật độ 30 kg/m 2
600 – 1.000m 2 /h 600 – 1.000m 2 /h cho lục bình, bèo ván có chiều cao cây < 200mm, mật độ < 20 kg/m 2
Cắt vớt rong 900 – 1.300 m 2 / giờ 900 – 1.300 m 2 / giờ
3 Tiêu hao nhiên liệu 7-10 lít diesel/giờ 7-10 lít diesel/giờ
Tùy thuộc theo mật độ lục bình và rong, cỏ khi máy làm việc
4 Người vận hành 1 người 1 người
Nên có thêm một người phụ lái để hỗ trợ khi vớt vật nặng
Tình hình nghiên cứu máy cắt vớt rong cỏ, lục bình nước ngoài
Hoa Kỳ và Canada là hai quốc gia hàng đầu thế giới trong việc phát triển các sáng chế về máy cắt rong, cỏ dại dưới nước và thu gom lục bình, rác thải nổi trong các sông, mương, hồ chứa nước Các thiết bị này, được gọi là "Aquatic Weeds Harvester", phục vụ hầu hết các bang của Mỹ, đặc biệt là những bang có nhiều ao hồ và sông.
Wisconsin có 10 công ty, New York có 5 công ty và California có 4 công ty chuyên cung cấp máy cắt cỏ dại, rong tảo dưới nước, thu gom lục bình và rác thải nổi Những máy móc này hoạt động hiệu quả tại các lòng sông, hồ chứa nước, cửa biển nơi cửa sông và cầu cảng có nhiều tàu bè qua lại.
Một số mẫu máy của các công ty sản xuất nước ngoài mà ban chủ nhiệm dự án tham khảo như:
Mẫu LH9 – 650 của Inland Lake Harvesters có kích thước cắt rộng 2.13m và sâu 1.8m, với khả năng chứa lên tới 12.7 m³ Động cơ có công suất 40 HP, kích thước tổng thể của sản phẩm là 12.190 x 3.048 x 3.170 mm.
Mẫu HM – 320 của công ty Aquarius Systems có kích thước cắt cơ bản là 1.83m chiều rộng và 1.68m chiều sâu, với khả năng chứa đạt 9.45m, tổng thể kích thước là 10.970 x 4.220 x 3170 mm Bên cạnh đó, mẫu H7 – 470 của công ty Aquaticweed harvester cũng sở hữu kích thước cắt ấn tượng, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thu hoạch.
2.15m, chiều sâu cắt 1.6m, khả năng chứa 13.4 m 3 , kích thước tổng thể 11,89m x 3,02m x 2,85m
+ Mẫu H8-8000 của công ty United Marine International với kích thước cơ bản rộng cắt 2.44m, chiều sâu cắt 1.83m, khả năng chứa 13.03 m 3 , kích thước tổng thể 12.04m x 4.78m x 3.05m
Tình hình nghiên cứu trong nước
1.2.1 Vớt lục bình, rong cỏ bằng lao động thủ công
Hiện nay, công việc vớt rác và lục bình trên các kênh, rạch, sông, hồ chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp thủ công, với người lao động sử dụng các dụng cụ cầm tay như vợt và móc để thu gom rác nổi Công việc này rất nặng nhọc và vất vả, chủ yếu dựa vào sức người mà không có thiết bị hỗ trợ Để khơi thông dòng chảy, các công nhân còn sử dụng dụng cụ như câu liêm để vớt rác nổi và rác chìm Bên cạnh đó, việc lắp đặt các thiết bị vớt rác như băng tải tại các trạm bơm nước cũng đang được triển khai, giúp thu gom rác và lục bình theo dòng chảy, đưa chúng vào khoang chứa hiệu quả hơn.
1.2.2 Vớt rác, lục bình bằng thiết bị
Thiết bị vớt rác cho các trạm bơm của Tổng công Ty Cơ điện Nông nghiệp & Thủy lợi, được nghiên cứu và chế tạo trong giai đoạn 2001-2002, được lắp đặt cố định tại cửa hút của trạm bơm nước Thiết bị này hoạt động bằng tay máy để gom bèo và vớt rác dưới nước, sau đó sử dụng băng tải xích để chuyển rác và lục bình ra ngoài trạm Tuy nhiên, hạn chế của thiết bị là không thể ứng dụng cho việc cắt và vớt rong, cỏ, lục bình trên các kênh, rạch sông do thiết kế cố định.
Thiết bị vớt rác của công ty SAMCO có hình dáng giống chiếc xuồng, hoạt động hiệu quả trên nhiều loại địa hình như ao hồ, sông rạch Với cơ cấu vớt rác nâng hạ bằng thủy lực, thiết bị có thể xếp gọn vào hai bên hông cabin Nhà thiết kế đã trang bị bộ xi lanh lực giúp điều khiển gàu đổ rác vào thùng chứa khi gàu đã đầy, với tải trọng chứa từ 1,5 - 3 tấn Khi tàu chạy, rác được gom vào gàu và khi đầy, nhân công sẽ chuyển rác vào các thùng chứa nhỏ trên boong tàu Mặc dù thiết bị đã góp phần giải quyết vấn đề thu gom rác thải nổi trên sông, nhưng vẫn cần cải thiện tính đồng bộ và cơ giới hóa.
Thiết bị thu gom lục bình của Sở Giao thông tỉnh Hải Dương được thiết kế với tàu thép có chiều dài tối đa 17,6 m, chiều rộng 4,7 m, chiều cao mạn 1,2 m và chiều chìm 0,9 m Điểm nổi bật của thiết bị này là tích hợp hệ thống ép rác, giúp nâng cao hiệu quả thu gom.
Thiết bị thu gom rác lục bình của Công ty cấp thoát nước Cà Mau có công suất 1.600 m²/giờ, không chỉ vớt rác nổi mà còn thu gom rác chìm dưới lòng sông Tuy nhiên, do sử dụng chân vịt để đẩy, thiết bị này có khả năng cơ động quay vòng không cao, khiến nó khó phù hợp với hoạt động trên kênh rạch đô thị.
Tìm hiểu một số loại thực vật là đối tượng nghiên cứu của máy
Rong đuôi chồn, hay còn gọi là Coontail (Ceratophyllum demersum), là loại thực vật thủy sinh sống dưới nước, với phần lá chiếm phần lớn thân Lá của rong đuôi chồn có hình dạng xoắn ốc, mỗi đoạn có từ 5-12 lá, dài khoảng 12.7-19.1mm và có răng cưa ở vành Thân của cây có thể dài tới 5m hoặc hơn, nổi tự do trong nước hoặc bám vào đáy nhờ rễ giả, cho phép nó trôi nổi ở nhiều độ sâu khác nhau Đặc biệt, rong đuôi chồn hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp từ nước, khác với các loại rong khác thường dựa vào lớp đất đáy.
Lục bình, hay còn gọi là bèo Nhật Bản, là một loài thực vật thủy sinh có thân thảo, sống nổi theo dòng nước Cây cao khoảng 30 cm với lá hình tròn, màu xanh lục, láng và nhẵn, có gân lá hình cung dài và hẹp Lá cuốn vào nhau giống như những cánh hoa, trong khi cuống lá phình ra như bong bóng xốp giúp cây nổi trên mặt nước Ba lá đài giống như ba cánh, và rễ bèo có hình dạng lông vũ màu đen, dài đến 1m, buông rủ xuống nước.
Kết luận
Về mặt khoa học công nghệ, việc cắt và vớt rong, cỏ dại, lục bình cùng rác thải nổi trên sông và kênh rạch có thể được tóm tắt qua một số nội dung chính như sau: Các phương pháp hiện đại giúp cải thiện hiệu quả trong việc xử lý và loại bỏ thực vật thủy sinh, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước Việc ứng dụng công nghệ tiên tiến không chỉ góp phần bảo vệ hệ sinh thái mà còn nâng cao chất lượng nước, tạo điều kiện cho sự phát triển bền vững của các nguồn nước nội địa.
Các dụng cụ và phương pháp cắt dọn vệ sinh được đề cập đều yêu cầu nhiều lao động thủ công và có cường độ làm việc nặng nhọc, nhưng năng suất và chất lượng dọn vệ sinh lại rất thấp Hơn nữa, chúng không có khả năng tự chuyển sản phẩm sau cắt vớt lên phương tiện thuỷ hoặc lên bờ để xử lý thành sản phẩm hữu dụng khác.
Cơ giới hoá quá trình cắt rong cỏ dưới nước, kết hợp với việc vớt lục bình và rác thải nổi, cùng với hệ thống thoát tải tự động lên bờ, hiện chưa có đơn vị nào trong nước thực hiện.
Công việc dọn vệ sinh kênh mương thủy lợi chủ yếu dựa vào lao động thủ công, đồng thời sử dụng một số công cụ phụ trợ bán thủ công để nâng cao hiệu quả làm việc.
Nghiên cứu trong nước về lĩnh vực này hiện vẫn chỉ dừng lại ở các cụm thiết bị với chức năng làm việc đơn lẻ, chưa đáp ứng được yêu cầu về khả năng tự hành và thực hiện các tính năng mà các nhà quản lý mong muốn.
Nhóm nghiên cứu của trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh cần tiếp tục hoàn thiện thiết kế mẫu máy cắt - vớt rong, cỏ, lục bình mã số KC05.01/06-10 đã được nghiệm thu trước đây Mục tiêu là phát triển một thế hệ máy mới B1.5 với nhiều tính năng vượt trội hơn, phù hợp với điều kiện kênh rạch tại khu vực nội và ngoại thành TP Hồ Chí Minh.
Khảo sát kênh rạch khu vực nội thành, ngoại thành của TP HCM
Thành phố Hồ Chí Minh có 156 hệ thống kênh rạch chằng chịt dài hơn 700 km, chảy qua
Thành phố Hồ Chí Minh có 24 quận, huyện, trong đó khu vực nội thành sở hữu 5 hệ thống kênh, rạch chính dài khoảng 55 km, đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thoát nước cho khu vực này.
Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè;
- Hệ thống kênh Tân Hoá – Lò Gốm;
- Hệ thống kênh Tàu Hũ – kênh Đôi – kênh Tẻ;
- Hệ thống kênh Bến Nghé;
Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật có độ dốc nhỏ, đáy kênh bị lấp đầy bởi chất lắng đọng từ nước thải đô thị và rác thải từ hộ dân, dẫn đến khả năng thoát nước kém Hệ thống này chịu ảnh hưởng mạnh từ thủy triều, với một số kênh bị tác động bởi nhiều hướng khác nhau, khiến cho ô nhiễm tích tụ ngày càng nghiêm trọng Sự ô nhiễm nước và bùn lắng không chỉ làm xấu cảnh quan đô thị, đặc biệt ở khu vực trung tâm, mà còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe cộng đồng.
2.1.1 Hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè là hệ thống thoát nước tự nhiên quan trọng cho các quận Tân Bình, Gò Vấp, Phú Nhuận, Bình Thạnh, quận 10, quận 3 và quận 1, với chiều dài dòng chính 9.470m và tổng chiều dài các chi lưu 8.716m Trước khi nạo vét, kênh chỉ rộng từ 3-5m ở đầu nguồn, nhưng mở rộng đến 60-80m và sâu 4-5m gần cửa sông Dọc theo kênh có 52 cửa xả, nhưng do nhiều khúc uốn từ cầu Lê Văn Sỹ đến cầu Bông, khả năng chuyển tải chất thải ra sông Sài Gòn bị hạn chế.
Ngoài tuyến kênh chính, hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè còn có các rạch nhánh:
Rạch Văn Thánh dài 2.200m và Rạch Cầu Sơn – Cầu Bông dài 3.950m đều nằm trong quận Bình Thạnh, kết nối với rạch Văn Thánh Rạch Bùi Hữu Nghĩa là một tuyến rạch nhỏ dọc theo đường Bùi Hữu Nghĩa, cũng thuộc quận Bình Thạnh Rạch Phan Văn Hân và Rạch Ông Tiêu nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh và quận Phú Nhuận, tương ứng với khu quy hoạch Miếu Nổi Cuối cùng, Rạch Miếu Nổi cũng thuộc khu quy hoạch này trong quận Phú Nhuận, tạo thành một hệ thống rạch đa dạng trong khu vực.
2.1.2 Hệ thống kênh Tân Hoá- Lò Gốm
Hệ thống kênh Tân Hoá – Lò Gốm nằm trong khu cận trung tâm của nội thành Thành phố
Hồ Chí Minh có một tuyến kênh chính dài khoảng 7.6 km, bắt đầu từ hướng Đông Bắc và chảy xuống Tây Nam thành phố Tuyến kênh này đi qua các quận Tân Bình, quận 11, quận 6, quận 8 và kết thúc tại điểm nối với kênh Tàu Hũ.
Ngoài tuyến kênh chính, khu vực còn có nhiều rạch nhánh quan trọng Rạch Đầm Sen rộng 6-8m, dài khoảng 300m, thuộc quận 11 Rạch Bến Trâu, với chiều rộng 4-8m và chiều dài 1.000m, đóng vai trò là ranh giới hành chính giữa quận Tân Bình và quận 6 Rạch Bà Lài có chiều rộng khoảng 10m và dài 1.200m Kênh Thúi, rộng 2m và dài 720m, phục vụ thoát nước cho phường 19 quận Tân Bình Cuối cùng, một phần kênh Hàng Bàng, kéo dài 300m từ đường Bình Tiên đến rạch Lò Gốm, có chiều rộng từ 1.5-2m, gây ngập cho một phần khu vực quận 6.
2.1.3 Hệ thống kênh Tàu Hủ- kênh Đôi – kênh Tẻ
Hệ thống kênh Tàu Hủ – kênh Đôi – kênh Tẻ, được đào vào năm 1819, nằm ở phía Nam quận thương mại trung tâm thành phố Kênh này chảy qua 7 quận: 4, 5, 6, 7, mang lại giá trị lịch sử và văn hóa cho khu vực.
Kênh 8 và 11 dài tổng cộng 19.5km, nằm giữa rạch Cần Giuộc và sông Sài Gòn, tiếp nhận nước thải sinh hoạt và công nghiệp từ các quận lân cận Bên cạnh tuyến kênh chính, hệ thống còn có nhiều kênh, rạch nhánh và chi lưu kết nối với các sông lớn như Sài Gòn và Nhà Bè.
- Rạch Ụ Cây: dài 1.150m; Rạch Ông Nhỏ 1.700m; Rạch Xóm Củi 1.100m; Rạch Bà Tàng 2.050m; Kênh Ngang số 1 450m; Kênh Ngang số 2 450m;Kênh Ngang số 3 450m; Kênh Hàng Bàng 1.700m
2.1.4 Hệ thống kênh Bến Nghé
Kênh Bến Nghé dài 3,15 km, với đặc điểm sâu và rộng ở hai đầu, trong khi phần giữa lại hẹp và cạn Dọc theo kênh, hai con đường chính là đường Bến Vân Đồn thuộc quận 4 và đường Bến Chương Dương nằm ở quận 1.
Hệ thống thoát nước dọc theo rạch có 21 cửa xả chính, nhưng hiện tại các cửa xả này đang gặp vấn đề do tình trạng xả rác bừa bãi, chỉ hoạt động hiệu quả từ 60-80% so với thiết kế ban đầu.
2.1.5 Hệ thống kênh Tham Lương – Bến Cát- Vàm Thuật
Tuyến Tham Lương – Bến Cát – Vàm Thuật là một kênh rạch quan trọng ở phía Bắc thành phố Hồ Chí Minh, kéo dài 12km Đặc biệt, đoạn Vàm Thuật vẫn giữ được độ rộng, cho phép lưu thông thủy và thoát nước hiệu quả Tuy nhiên, đoạn kênh Tham Lương từ cầu Chợ Cầu đến thượng nguồn đã bị bồi lấp, làm thu hẹp dòng chảy và gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Bảng 2 1 - Các thông số đặc trưng các tuyến kênh chính ở TP.HCM
Tuyến kênh Chiều dài (m) Chiều rộng
(m) Độ sâu (m) Số cửa xả
(cái) Nhiêu lộc – Thị nghè 18.186 14 ÷ 80 2 ÷ 7.5 52
Tình hình thủy văn trên các kênh rạch ở Thành phố Hồ Chí Minh
Các kênh rạch ở Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng của thủy triều bán nhật từ biển Đông, với nước lên xuống hai lần mỗi ngày Thủy triều thâm nhập sâu vào các kênh rạch, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và hạn chế tưới tiêu trong khu vực nội thành Mực nước thủy triều bình quân cao nhất đạt 1,1m, với tháng 10 và 11 có mực nước cao nhất, trong khi tháng 6 và 7 có mực nước thấp nhất Các công trình thủy lợi giúp tăng lưu lượng nước từ các sông nhỏ trong mùa khô, đặc biệt từ tháng 2 đến tháng 4.
5 tăng 3-6 lần so với tự nhiên; vào mùa mưa, lưu lượng của nguồn các sông lớn, nó sẽ điều tiết làm giảm ngập úng.
Giới thiệu tổng quát máy cắt vớt rong cỏ lục bình của trường Đại học Công nghiệp TPHCM
Năm 2009, Trường Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh đã công bố kết quả nghiên cứu từ đề tài KC05.06-11, cho ra đời máy cắt – vớt rong, cỏ dại và lục bình Thiết bị này có khả năng tự hành trong môi trường chứa rong và cỏ dại, thực hiện hiệu quả việc cắt và thu gom lục bình trên mặt nước với mật độ dày vào buồng tạm.
2.3.1.Cấu tạo của hệ thống máy
Gồm các bộ phận cơ bản như sau:
- Pontoon (phao nổi) chứa các thiết bị bên trên và tạo cho máy có thể nổi trên sông
- Băng tải thu gom và vận chuyển sản phẩm sau cắt vớt lên boong chứa
- Thiết bị đẩy máy di chuyển được trên mặt nước
- Hệ thống thủy lực điều khiển các cụm hoạt động
- Động cơ nổ tạo động lực cho các cụm thiết bị hoạt động
- Hệ thống điện chiếu sáng và khởi động máy
Hệ thống máy hoạt động như một thiết bị tự hành với hai bánh xe nước (paddle wheel) lắp đặt hai bên, được truyền động bởi hai mô tơ thủy lực Các bánh xe có khả năng điều chỉnh số vòng quay độc lập và dễ dàng thay đổi chiều quay thông qua hệ thống điều khiển thủy lực trên cabin lái.
Hệ thống cắt rong cỏ của thiết bị bao gồm một dao cắt ngang và hai dao cắt đứng, tạo thành hình chữ U phía trước máy, đảm bảo cắt sạch rong trên toàn bộ diện tích khi di chuyển Dao cắt hoạt động theo kiểu tông đơ, chuyển động tịnh tiến qua lại, giúp cắt và thái rong một cách dứt khoát Ba hệ dao làm việc bằng cơ cấu tay quay thanh truyền, cho phép cắt rong cỏ trong môi trường dày đặc Dao cắt ngang có nhiệm vụ cắt rong cỏ bên dưới, trong khi hai dao đứng tách các khối rong ra Lưỡi cắt hình thang với nguyên lý cắt kiểu tông đơ đảm bảo hiệu quả cắt Các dao cắt chạy bằng cơ cấu cam lệch tâm, kết nối với động cơ thủy lực, với kích thước dao từ 76 mm đến 150 mm tùy thuộc vào mật độ cỏ Các lưỡi cắt có thể thay thế dễ dàng khi gặp sự cố Ba động cơ thủy lực hoạt động song song và được điều khiển bằng một cần gạt.
Bàn gom cỏ và rong có thiết kế khung nghiêng một góc α so với phương ngang của máy, giúp tối ưu hóa quá trình thu gom Góc nghiêng này kết hợp với phương tiến của máy, cho phép toàn bộ rong và cỏ sau khi cắt được hứng trọn vẹn vào bàn đỡ, đồng thời có xu hướng ngả vào bên trong sau khi bị dao cắt lìa, đảm bảo chất lượng cắt và dọn cỏ đạt hiệu quả cao.
Bộ dao cắt và họng gom, bao gồm đáy họng gom cỏ và rong, được nâng hạ bằng tay điều khiển thủy lực từ ca bin, cho phép cắt rong và cỏ ở nhiều độ sâu khác nhau.
Khi thực hiện cắt, bộ phận cắt sẽ hạ xuống gần sát đáy mương hoặc đáy kênh để cắt gốc rong cỏ một cách hiệu quả Sau khi cắt, rong cỏ sẽ được chuyển lên băng tải đầu tiên Kho chứa cỏ trên boong tàu được thiết kế với đáy là băng tải lưới thép, bao gồm hai băng tải 2 và 3 được bố trí nối tiếp nhau.
Thiết bị vận chuyển số được trang bị đầu máy chính và băng tải hoạt động liên tục trong suốt quá trình làm việc Băng tải 1 chuyển rong cỏ đã cắt lên băng tải 2 hoạt động gián đoạn; khi băng tải 2 đầy, người lái sẽ điều khiển cần thủy lực để dịch chuyển khối rong vào trong, tạo khoảng trống cho băng tải 1 tiếp tục nhận rong cỏ Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi băng tải 2 đầy, sau đó khối rong sẽ được chuyển sang băng tải 3 Băng tải 3, lắp ở phía sau máy chính, khi đầy tải, cho thấy quá trình cắt vớt đã hoàn tất Người lái sẽ điều khiển máy vào bờ và nâng băng tải 3 đến vị trí thoát tải để chuyển rong cỏ lên bờ Nếu bờ kênh không đủ rộng do cây trồng sát mép sông, rong cỏ sẽ được chuyển sang phương tiện vận chuyển trung gian để qua hàng cây, nơi có phương tiện vận chuyển rong cỏ làm phân, với xe vận tải có thùng chứa để tiếp nhận.
Tất cả các chuyển động của cụm máy được điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực, đảm bảo hiệu suất hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt Băng tải 1 và 3 được trang bị cơ cấu xi lanh thuỷ lực, cho phép điều chỉnh độ sâu cắt bằng cách nâng hạ bộ phận cắt và băng chuyền thứ 3, giúp chuyển rong cỏ lên bờ theo độ cao mong muốn trong giới hạn cho phép.
1 Đầu cắt - băng tải 1 5 Cơ cấu nâng hạ băng tải 3
2 Cơ cấu nâng hạ thuỷ lực 6 Băng chuyền thứ ba
3 Băng chuyền thứ hai 7 phao nổi (Poonton)
4 Bánh xe nước (paddle wheel) 8 Cụm gom rác
Hình 2 1- Hình tổng thể máy cắt rong, cỏ trên sông
Nhiệm vu của dự án sản xuất thử nghiệm được SKHCN TPHCM giao
Vào năm 2013, Ủy ban nhân dân Thành phố phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ đã quyết định áp dụng cơ giới hóa trong việc cắt vớt lục bình, nhằm thay thế hoàn toàn các phương tiện lao động thủ công Quyết định này được đưa ra dựa trên những kinh nghiệm từ các kết quả trước đó, với mục tiêu tìm ra các giải pháp tối ưu để nâng cao năng suất và hiệu quả hoạt động của thiết bị.
Do hệ thống kênh rạch dày đặc và lòng kênh hẹp tại thành phố Hồ Chí Minh, các công trình nổi phải tuân thủ yêu cầu chiều cao nghiêm ngặt, dẫn đến việc thiết bị cần phải đáp ứng những tiêu chuẩn khắt khe.
- Đáp ứng được với công nghệ vận hành trong nước
- Có tính cơ động cao, có khả năng di chuyển linh hoạt trên các kênh rạch trong địa bàn thành phố Hồ Chí Minh
- Có kích thước phù hợp với cơ sở hạ tầng trên các kênh rạch trong thành phố
- Tự trọng máy phải đủ nhỏ để dễ vận chuyển
- Chiều cao đổ của băng tải số 3 phải đủ lớn để chuyển lên bờ
- Nâng cao khả năng chứa tạm của các băng tải để hạn chế thời gian ra vào bờ của máy
Dựa trên yêu cầu, chúng tôi đã phát triển mẫu thiết kế máy B1.5, dựa trên thiết kế của máy B2.36 từ kết quả nghiên cứu đề tài nhà nước kc05.1/06-10, đã được nghiệm thu năm 2009 Máy B1.5 có 7 điểm mới, được thiết kế và chế tạo dựa trên thực tế sản xuất, trong khi chưa có các tính toán cụ thể, bản vẽ thiết kế, hoặc các bộ phận tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường Hơn nữa, hiện tại cũng không có tiêu chuẩn nào để các cơ quan quản lý nhà nước có thể tham chiếu hoặc thẩm định như các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Dưới đây là tóm tắt 7 điểm mới đã thực hiện trên máy B1.5.
2.4.1 Nâng cấp hệ dao cắt ( gồm lưỡi dao, hành trình làm việc của dao, bố trì lưỡi dao trên thanh dao, tấm kê dao, truyền động và điểu khiển dao )
Máy B1.5 yêu cầu có hệ dao mới để cắt thân cây lục bình lớn với khối lượng cây đạt từ 30-45kg/m² Dao cắt của máy KC05.01/06-10 là loại nhỏ với kích thước 76mm và hành trình chạy dao S = 76mm, chuyên dụng cho việc cắt cây rong có kích thước nhỏ từ 1-2mm, với mật độ cây rong hoặc bình không vượt quá 20kg/m².
2.4.2 Thiết kế bổ sung thiết bị trợ giúp vớt và băm sơ bộ trong quá trình máy làm việc cắt
Máy Kc05.01/06-10 (máy B2.36) không có tính năng hỗ trợ cắt lục bình hiệu quả, dẫn đến việc dao nhỏ và bước chạy dao không phù hợp, gây ùn tắc khi mật độ cây cao Khả năng chứa tạm của máy B2.36 chỉ đạt khoảng 30% so với tải thiết kế do cây lục bình vẫn còn nguyên Để khắc phục những yếu điểm này, máy B1.5 cần được bổ sung thiết kế mới cho cụm thiết bị trợ vớt và băm sơ bộ, nhằm nâng cao hiệu quả làm việc khi cắt vớt lục bình cây cao Việc cải tiến này sẽ giúp tăng khả năng chứa tạm trên máy Tuy nhiên, thách thức trong việc thiết kế cụm thiết bị là phải tích hợp hai chức năng: trợ vớt để phá khối lục bình cứng và băm sơ bộ trong cùng một trục quay.
2.4.3.Tăng khả năng chứa tạm trên Boong máy
Máy B1.5 được thiết kế với kích thước nhỏ gọn hơn, phù hợp với các kênh rạch nhỏ tại TPHCM, với chiều rộng cắt vớt 1,5m, giảm 36% so với máy B2.36 Kích thước băng tải chứa sản phẩm là 1,2m, nhỏ hơn 40% so với máy B2.36 Tuy nhiên, để đảm bảo khả năng chứa tương đương, thiết kế đã được cải tiến với việc tái cấu trúc toàn bộ băng tải số 1, băng tải số 2 và băng tải số 3, kết hợp với thiết bị băm sơ bộ.
2.4.4 Nâng cao chiều cao đổ sản phẩm sau cắt vớt lên bờ
Việc đổ sản phẩm sau cắt vớt lên bờ không đúng chiều cao ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc Hiện tại, chiều cao đổ của máy B2.36 là 1,2m, nhưng với khu vực bờ cao, cần nâng chiều cao đổ của máy B1.5 lên 1,7m để đảm bảo sản phẩm không rơi xuống sau khi đổ.
2.4.5.Thiết kế thu nhỏ kích thước máy lại để phù hợp với địa hình kênh rạch nhỏ khu vực nội thành củaTP HCM
Theo yêu cầu của UBND thành phố, máy B1.5 cần được thiết kế để làm việc trên các kênh rạch nhỏ với phạm vi hẹp dưới 20m và mức nước từ 0,7 đến 1m, đồng thời phải có tính năng cơ động cao.
Do vậy kích thước chiều dài máy chỉ trong phạm vi 10m (giảm > 2,5 m so với máy B2.36, chiều rộng của máy giảm xuống còn 3,5m thay cho chiều rộng máy B2.36 là 4,6m (giảm 0,9- 1m)
2.4.6.Thiết kế giảm tự trọng máy để dễ dàng trong vận chuyển khi đi trên đường và hạ xuống khu vực làm việc
Máy KC05.01/06-10 có trọng lượng 11 tấn, trong khi máy B1.5 được thiết kế lại với trọng lượng dưới 4,5 tấn để thuận tiện cho việc vận chuyển Để giảm khối lượng tự trọng, nhóm nghiên cứu đã phải tính toán lại độ bền cho tất cả các bộ phận của máy và tìm kiếm vật liệu chế tạo vừa bền vừa nhẹ.
2.4.7 Thay thế một số loại vật liệu để chống ăn mòn và chịu được nước ô nhiểm
Khu vực nội thành TPHCM chủ yếu có các kênh rạch với nước đen và ô nhiễm Máy B1.5 cần được thiết kế với vật liệu chịu được ăn mòn, đảm bảo độ bền và nhẹ, nhằm ứng phó hiệu quả với tình trạng ô nhiễm này.
Để thực hiện 7 điểm mới, chúng tôi cần kế thừa kết quả nghiên cứu của máy B2.36, bao gồm các bước như tính toán lại, thiết kế mới, kiểm tra bền, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp, chế tạo thử, thử nghiệm, hiệu chỉnh thiết kế, và khảo nghiệm tổng thể máy Đối với nội dung (2), cần nghiên cứu mới hoàn toàn, tập trung vào tính toán và thiết kế kết cấu cho các tay vơ và dao băm, đảm bảo sự đồng tốc giữa truyền động quay và tốc độ tiến của máy Nội dung (3) và (4) yêu cầu thêm tính toán cân bằng, kiểm tra ổn định ngang và dọc, cùng với việc thiết kế phao cho kích thước máy gọn gàng Nội dung (6) đòi hỏi tính toán kiểm tra bền khi thay đổi chiều dày và vật liệu chế tạo để giảm khối lượng và tiện lợi trong vận chuyển Cuối cùng, nội dung (7) yêu cầu nghiên cứu vật liệu thay thế để đảm bảo độ bền, cứng cáp và khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước ô nhiễm.
Bảng 2 2 - Bảng dự kiến thiết kế thông số máy B1.5 trên cơ sở thiết kế có sẵn máy B2.36
Thông số kỹ thuật Đơn vị tính Máy B2.6 Máy B1.5 Ghi chú
Tốc độ di chuyển khi có tải km/h 0 – 2 0 – 2
Tốc độ di chuyển khi không tải km/h 5 5
Chiều sâu cắt m 0 – 15 0 – 1,8 Theo yêu cầu của công ty
TNHH một thành viên khai thác dịch vụ thủy lợi áp dụng máy để cắt vớt rong trên kênh đông
Số công nhân lái Người 1 1
Chiều cao cho phép thoát tải m 1,6 1,2-1,7
Công suất động cơ nổ kW 37 37
Máy B1.5 đã có những cải tiến đáng kể với chiều rộng dao cắt giảm từ 2,36m xuống 1,5m, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc Kích thước nhỏ gọn 10,5 x 3,61 x 2,3m cho phép máy hoạt động hiệu quả ở những khu vực kênh rạch chật hẹp, như tại Tp.HCM Sự thu nhỏ kích thước cũng giúp giảm trọng lượng máy, tạo thuận lợi cho việc vận chuyển Hơn nữa, chi phí chế tạo giảm sẽ phù hợp hơn với tình hình kinh tế hiện nay của Việt Nam.
Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CUM THIẾT BI CẦN CẢI TIẾN VÀ NÂNG CẤP
THEO NHIỆM VU DỰ ÁN 3.1 Tính toán hoàn thiện thiết kế phao nổi (pontoon) máy B1.5
Dựa trên thiết kế của mẫu máy B2.36 và các mẫu đã khảo sát, chúng tôi đã phát triển máy cắt rong với các thành phần chính như poonton (phao nổi), hệ thống di động, hệ dao cắt, thiết bị vận chuyển và bộ phận chứa Trong chuyên đề này, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về các tính toán thiết kế poonton (phao nổi).
Tính toán lại biên dạng phao nổi cho máy B1.5
- Tổng quan tìm hiểu các dạng poonton (phao nổi của thiết bị giao thông đường thuỷ)
- Tìm hiểu phạm vi hoạt động của máy cắt rong cỏ trên sông (đặc điểm, môi trường hoạt động)
- Các thông số chính và yêu cầu của máy cắt rong (mô tả hoạt động và các thông số đầu vào của bài toán thiết kế)
- Giới thiệu biên dạng phao nổi của máy
3.1.1 Lựa chọn và tính toán biên dạng hình học của phao
Máy B1.5 được thiết kế để cắt rong và cỏ ở các kênh rạch, sông hồ, vì vậy chúng ta sẽ tập trung vào các loại Poonton của tàu thuyền hoạt động trong môi trường sông.
3.1.2 Thiết kế phao nổi cho máy B1.5
3.1.2.1.Cơ sở tính toán thiết kế
