Tính toán thiết kế mô hình xe thu gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường đại học bách khoa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE THU GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ TRONG KHUÔN VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Sinh viên thực hiện:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE THU GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ TRONG KHUÔN VIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG XUÂN ĐỨC

HỒ VĂN QUANG

Đà Nẵng – Năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp nước ta có nhiều sự phát triển vượt bậc, máy móc đã không còn là quá xa lạ với mỗi chúng ta Để đáp ứng nhu cầu của xã hội trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ máy có trình

độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về chuyên môn là một nhiệm vụ quan trọng

Lời đầu tiên em xin cảm ơn đến thầy ThS Dương Đình Nghĩa và các thầy cô

trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để em thực hiện yêu cầu của đồ án tốt nghiệp Cảm ơn sự động viên và giúp đỡ tận tình từ gia đình và bạn bè

Trong suốt khoảng thời gian làm đề tài tốt nghiệp “Tính toán thiết kế mô hình xe gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa”, chúng em đã gặt hái được rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như sự kết hợp làm việc nhóm Việc tính toán, thiết kế chế tạo mô hình xe thu gom rác trên nền cỏ mà quan trọng nhất là cơ cấu quạt hút để thu gom rác dựa trên cơ sở ước lượng thực tế khối lượng rác, tỷ trọng các thành phần trong rác và tiết diện thu gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa; sau đó tính toán thủy lực các đường ống, cụ thể là thiết kế chọn quạt hướng trục đồng thời tính toán chọn dùng nguồn động lực là động cơ đốt trong, cũng như tính toán thiết kế các đường ống hút và đẩy, bộ phận chứa rác… Xác định tổn thất lưu lượng trong các đường ống hút và đẩy rồi từ đó tính được khối lượng rác

mà cơ cấu thu gom có thể hút được Cuối cùng là tiến hành xây dựng mô hình thực tế

Em đã phấn đấu và nỗ lực hết mình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, song thời gian và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô và bạn đọc đóng góp để đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Đặng Xuân Đức

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài không trùng lặp với bất kỳ

đề tài đồ án tốt nghiệp nào trước đây Các thông tin, số liệu được sử dụng và tính toán đều từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định

Sinh viên thực hiện

Đặng Xuân Đức

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Chương 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ 6

2.2.1 Tình hình thu gom rác trên nền cỏ ở các nước trên thế giới 82.2.2 Tình hình thu gom rác trên nền cỏ ở trong nước 9

4.2.1 Địa hình làm việc của xe 16

4.3 Xác định các thông số xe thu gom rác để chọn động cơ 18

Chương 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU THU GOM RÁC 37

5.1.2 Tính toán thiết kế quạt và chọn nguồn động lực kéo quạt 39

5.1.6.2 Thiết kế bệ đỡ ống trục quay 49

Chương 6: TÍNH TOÁN BỐ TRÍ TỔNG THỂ THIẾT BỊ XE HỐT RÁC 60

6.2.2 Thông số và yêu cầu khối lượng phân bố trên xe 62

6.3.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của khung vỏ xe 64

6.3.5 Tính toán thiết kế phân bố tải trọng lên khung xe 70

6.4 Các vấn đề liên quan đến thanh thành mỏng thiết kế khung 75

7.2 Xây dựng mô hình 3D của xe gom rác trên nền cỏ 100

7.3.3.6 Quy trình hoàn thiện đường ống hút 108

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 4.1 Khối lượng toàn bộ xe

Bảng 4.2 Các thông số tính toán xe thiết kế

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật động cơ lắp trên xe Yamaha Sirius

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Yamaha Sirius

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Yamaha Sirius

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Yamaha Sirius Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật động cơ lắp trên xe Yamaha Sirius 110

Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Yamaha Sirius 110

Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Yamaha Sirius 110

Bảng 4.10 Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Yamaha Sirius

110

Bảng 4.11 Giá trị đặc tính ngoài động cơ

Bảng 4.12 Giá trị của vận tốc và công suất ứng với từng số của xe thiết kế

Bảng 4.13 Giá trị của vận tốc và công suất khi xe chạy ở từng số

Bảng 4.14 Giá trị của vận tốc và lực kéo tương ứng với từng số của xe thiết kế Bảng 4.15 Giá trị giữa vận tốc và lực cản

Bảng 4.16 Giá trị nhân tố động lực học ứng với từng số của xe

Bảng 4.17 Quan hệ giữa vận tốc và hệ số cản lă khi xe hoạt động

Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật động cơ dẫn động quạt hút

Bảng 6.1 Bảng thông số đầu vào của xe thiết kế

Bảng 6.2 Bảng kê thông số kích thước

Bảng 6.3 Bảng kê khối lượng

Bảng 6.4 Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurcode loại 1

Bảng 6.5 Phân loại thanh theo tiêu chuẩn Eurcode 3 loại 2

Bảng 6.6 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo Tiêu chuẩn Úc (Trích từ bản 1-5 tiêu chuẩn AS4600:1996)

Bảng 6.7 Tính toán đặc trưng tiết diện

Hình 2.1 Rác trên nền cỏ

Hình 2.2 Sử dụng kết hợp máy thổi lá và xe thu gom rác để dọn rác trên nền cỏ Hình 2.3 Xe thu gom lá cây khô cỡ lớn tại Mỹ

Hình 2.4 Nhân viên vệ sinh thu gom rác trên nền cỏ

Hình 2.5 Thu gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường học

Hình 3.1 Nền cỏ trong khuôn viên khu A trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Hình 3.2 Các loại rác thải thường xuất hiện trên nền cỏ trong khuôn viên trường

Hình 3.3 Tổng quan về xe

Hình 4.1 Các miền khí hậu, nhiệt độ, lượng mưa của cả nước trong một năm Hình 4.2 Đồ thị đặc tính ngoài động cơ

Hình 4.3 Đồ thị cân bằng công suất của xe thiết kế

Hình 4.4 Đồ thị cân bằng lực kéo của xe

Hình 5.4 Động cơ máy cắt cỏ 2 thì GOODLUCK GL-330

Hình 5.5 Cánh quạt hút sử dụng trên thiết bị

Hình 5.6 Vị trí ống trục xoay trên máy cắt cỏ GOODLUCK GL-330

Hình 5.13 Kết cấu đường ống đẩy

Hình 5.14 Kết cấu thùng chứa rác công cộng 240L

Hình 5.15 Khoảng cách bố trí các chi tiết trong đường ống của thiết bị

Hình 6.11 Sơ đồ mặt cắt thanh dầm

Hình 6.12 Sơ đồ tính bề rộng hữu hiệu

Hình 6.13 Mô hình tính toán khung xe

Hình 6.14 Biểu đồ biến dạng của khung

Hình 6.15 Biểu đồ lực dọc tác dụng lên khung

Hình 6.16 Biểu đồ lực cắt lên khung xe

Hình 6.17 Biểu đồ mô men xoắn

Hình 6.18 Biểu đồ mô men uốn

Hình 6.26 Nhông xích xe yamaha sirius

Hình 6.27 Cấu tạo xích

Hình 7.1 Môi trường làm việc Part Design

Hình 7.2 Mô hình 3D tổng thể thiết bị

Hình 7.3 Ống trục quay trong Catia

Hình 7.4 Tổng thể đường ống quạt hút trong Catia Hình 7.5 Thùng chứa rác trong môi trường Catia Hình 7.6 Khung xe trong môi trường Catia

Hình 7.7 Tổng thể khung xe của xe thiết kế

Hình 7.8 Bánh xe được sử dụng cho xe thiết kế Hình 7.9 Ổ đỡ θ20

Hình 7.10 Vai trục và may ơ sau khi được hàn lên trục Hình 7.11 Ống trục quay

Hình 7.12 Pát chữ L

Hình 7.13 Ống nhựa PVC và đầu co 900

Hình 7.14 Ống ruột gà sử dụng cho đường đẩy

Hình 7.15 Bu lông cố định bệ đỡ ống trục quay

Hình 7.16 Ống trục quay đã được cố định

Hình 7.17 Nắp thùng rác được may từ túi vải có đầu rút

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

n [v/ph] Số vòng quay của quạt

H [mmH2O] Cột áp của quạt

Q [m3/s] Lưu lượng của quạt

mr [kg/h] Lưu lượng khối

r

 [kg/m3] Khối lượng riêng của rác

ηh [-] Hiệu suất thủy lực của quạt hướng trục

ηm [-] Hiệu suất cơ khí của quạt hướng trục

ηQ [-] Hiệu suất thể tích của quạt hướng trục

η [-] Hiệu suất chung của quạt hướng trục

N [W] Công suất trên trục quạt hướng trục

Nđc [W] Công suất động cơ nhiệt

hdh [m] Tổn thất dọc đường trên đường ống hút

lh [m] Chiều dài đường ống hút

 [-] Hệ số ma sát của dòng chảy trong đường ống

v [m/s] vận tốc trung bình dòng chảy

hw [m] Tổng tổn thất khi dòng khí di chuyển

hd [m] Tổn thất dọc đường trên đường ống

 [kg/m3] Trọng lượng riêng của không khí

H [m] Kích thước theo một cạnh nào đó của tiết diện

σcp [-] Giới hạn chảy của phần phẳng tiết diện

C [-] Tỷ số của các góc uốn trên diện tích

σcg [-] Ứng suất chảy của góc uốn

ri [m] Bán kính bên trong của góc cong

Ms [N/m2] Momen danh nghĩa

Mxmax [N/m2] Momen xoắn lớn nhất

Mumax [N/m2] Momen uốn lớn nhất:

R [m] Bán kính góc uốn ngoài

Png [N] Trọng lượng người lái xe

Pống hút [N] Trọng lượng của bộ hút

Pc [N] Trọng lượng càng đẩy thùng rác lên xuống

Pđchút [N] Trọng lượng của động máy hút

vmax [m/s] Tốc độ cực đại của xe

Me [N/m2] Momen xoắn của động cơ

ne [v/ph] Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ

nN [v/ph] Tốc độ góc cực đại ứng với công suất cực đại

nM [v/ph] Tốc độ góc cực đại ứng với momen cực đại

ihk [-] Tỉ số truyền ứng với cấp số k

ih0 [-] Tỉ số truyền lực chính

Nk [W] Công suất truyền đến bánh xe chủđộng

Nt [W] Công suất tiêu hao cho hệ thống truyền lực

Nω [W] Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí

Nf [W] Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn

Ni [W] Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc

Nj [W] Công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính

Nc [W] Công suất cản trong quá trình chuyển động của xe

Pk [N] Lực kéo tiếp tuyến của xe

CHỮ VIẾT TẮT:

HDPE High Density Polyethylene: Nhựa dẻo mật độ cao

FK 203 Gối đỡ tự lựa mã số 203 của hãng FK

MỞ ĐẦU

1 Mục đích lựa chọn đề tài

Hiện nay, dân số ở các thành phố lớn của Việt Nam ngày một gia tăng, kéo theo

đó ngày càng nhiều rác được thải ra ngoài môi trường Rác thải có thể bắt gặp ở mọi nơi, từ gia đình đến các cơ quan, ở trên đường phố hay trên các nền cỏ, … Do đó, vấn

đề cấp thiết là cần có phương pháp thu gom rác thải hiệu quả

Với việc sử dụng các loại động cơ sẵn có để thuận tiện trong việc nghiên cứu, tính toán chế tạo xe gom rác, đặc biệt trong bối cảnh vấn đề ô nhiễm rác thải ngày một nghiêm trọng và thời đại công nghệ 4.0, sức người lao động sẽ dần được thay thế bằng máy móc hiện đại Bên cạnh đó, xu hướng sử dụng các phương tiện giao thông công cộng trong tương lai cũng sẽ tạo ra một số lượng lớn động cơ xe máy không còn được

sử dụng Tận dụng được nguồn tài nguyên này sẽ giúp tạo ra các phương tiện giúp bảo

vệ cảnh quan môi trường với chi phí đầu tư ban đầu rẻ và giảm bớt gánh nặng đối với việc xử lý rác thải vô cơ vốn ảnh hưởng rất nhiều đến môi trường

Vì thế, nhóm quyết định chọn để tài: “TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ TRONG KHUÔN VIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA” Trong đề tài này nhóm tập trung vào việc đưa ra sản phẩm mô hình xe gom rác có thể vận hành trên nền cỏ với các số liệu cụ thể

2 Mục tiêu đề tài

Phân tích, tính toán phương án thiết kế xe thu gom rác trên nền cỏ Từ đó xây dựng được mô hình xe thu gom rác thực tế trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Thiết kế xe hốt rác hoạt động sử dụng nguồn động lực là động cơ xăng để truyền chuyển động giúp xe vận hành và hốt rác trên nền cỏ Trên xe sử dụng hai động cơ gồm một động cơ giúp xe vận hành và động cơ hút rác hoạt động riêng biệt Đề tài còn nghiên cứu đưa ra các loại rác mà xe có thể hút nhằm đưa ra phương án thiết kế hợp lý

nhất khi thiết kế chế tạo

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Tính toán chọn động cơ phù hợp cho xe thiết kế

- Tính toán, thiết kế bộ phận thu gom rác

- Tính toán chọn động cơ cho bộ phận thu gom rác

- Tính toán, kiểm nghiệm độ bền khung xe thiết kế

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Về lý thuyết

- Sử dụng các sách giáo trình, tài liệu nước ngoài, bài báo, các trang web về thủy lực

và máy thủy lực như bơm, quạt, máy nén và về hệ thống truyền động thủy lực

- Sử dụng phần mềm Excel để tính toán và vẽ đồ thị

- Sử dụng Catia để vẽ và mô phỏng các chi tiết

4.2 Về thực nghiệm

- Lắp đặt từng chi tiết để tạo nên mô hình thực nghiệm

- Chạy thử nghiệm sau khi lắp đặt

- Kiểm nghiệm và đánh giá kết quả

5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp gồm 5 chương như sau:

Chương 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Nêu ra mục đích và ý nghĩa của đề tài tính toán và thiết kế mô hình xe gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Chương 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ

Những vấn đề về rác thải trên nền cỏ, thực trạng thu gom rác trên nền cỏ ở trong

và ngoài nước, giới thiệu một số cơ cấu thu gom rác trên cỏ cũng ưu nhược điểm của các phương pháp thu gom rác thải này từ đó kết luận được việc nghiên cứu xe thu gom rác trên nền cỏ là việc làm cần thiết

Chương 3: XÂY DỰNG Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Cơ sở thiết kế xe thu gom rác, nêu ra các ý tưởng thiết kế xe gom rác cùng với ưu

và nhược điểm của từng ý tưởng rồi từ đó đưa ra một phương án thiết kế tối ưu và hiệu quả nhất

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NGUỒN ĐỘNG LỰC

Phân tích điều kiện làm việc của xe, từ đó tính chọn động cơ, phân tích chọn động

cơ trong nhiều động cơ đạt yêu cầu tính toán Xây dựng các đường đặc tính, đồ thị của động cơ và xe như đường đặc tính ngoài của động cơ, đồ thị cân bằng công suất, đồ thị cân bằng lực kéo, đồ thị nhân tố động lực học của xe,…

Chương 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU THU GOM RÁC

Tính toán thiết kế cơ cấu thu gom rác là quạt hút bằng các thông số bám sát vào điều kiện vào cụ thể là tiết diện và khối lượng rác cần thu gom, từ đó chọn phương án

bố trí nguồn động lực dẫn động quạt cho phù hợp Thiết kế trục, guồng hút, các bệ đỡ

và các chi tiết phụ khác Tính toán thiết kế đường ống hút và đường ống đẩy trong đó

có tổn thất và khối lượng rác tối đa mà cơ cấu thu gom có thể hút được

Chương 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỐ TRÍ TỔNG THỂ THIẾT BỊ

Tính toán thiết kế khung xe và truyền động giữa các cơ cấu Lên ý tưởng bố trí thiết kế tổng thể thiết bị và nêu ra phương án hợp lý

Chương 7: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ

Mục đích, ý nghĩa, và yêu cầu của mô hình xe thu gom rác trên nền cỏ Thực hiện

mô hình và kết quả đạt được sau khi thực hiện

Chương 8: KẾT LUẬN

Kết luận về kết quả cơ cấu thu gom rác đã được thực hiện, so sánh với mục đích

và yêu cầu đặt ra là thu gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa

Chương 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích của đề tài

Xã hội ngày càng phát triển chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao Việc

sử dụng máy móc phục vụ trong quá trình sản xuất đòi hỏi người lao động phải tập trung hơn vào những công việc cần độ chính xác và chất lượng cao, trong khi đó máy

tự động có thể thay thế con người trong những công việc nguy hiểm, nặng nhọc, lặp đi lặp lại, giám bớt và ngăn ngừa tai nạn lao động, độc hại do phải làm việc với môi trường không thuận lợi

Như chúng ta đã biết, để khuôn viên những nơi công cộng, đường phố, sạch đẹp đặc biệt vào mùa lá rụng thì phải cần một số lượng lớn lao công trực tiếp làm việc Những năm gần đây nền khoa học công nghệ chế tạo phát triền mạnh đã cho ra đời những giải pháp sử dụng máy động lực thu gom rác tự động trên cỏ thay thế con người, những giải pháp này có thể đạt hiệu suất cao hơn gấp nhiều lần so với sức lao động của con người, tuy nhiên với những xe hốt rác hiện tại trên cỏ vẫn còn một số nhược điểm lớn như: đòi hỏi nhiều công đoạn vận hành, thay thế phụ tùng, bảo dưỡng khó khăn cũng như chi phí đầu tư ban đầu quá cao

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và sự đam mê nghiên cứu, muốn tìm tòi học hỏi thêm những kiến thức về chuyên nghành động lực để phục vụ cho công việc sau này nên nhóm chúng tôi đã chọn và tiến hành nghiên cứu đề “Tính toán thiết kế mô hình xe gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa” với mong muốn khi hoàn thành giải đề tài sẽ giải quyết được phần nào vấn đề rác trên nền cỏ khuôn viên trường và có khả năng ứng dụng thực tế

Thiết kế, chế tạo xe hốt rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường học Phát triển thành mô hình thực nghiệm với các tính năng hoạt động ổn định và giải quyết được nhiều loại rác trên cỏ như: lá cây, giấy kích cỡ khổ A4, cành cây kích thước nhỏ…

1.2 Ý nghĩa của đề tài

- Tạo ra một chiếc xe hốt rác có những tính năng thân thiện, giúp thuận tiện hơn khi gom rác cũng là thông điệp bảo vệ môi trường đến với mọi người

- Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế và hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong cũng như của các loại quạt

- Từ các số liệu tính toán và áp dụng vào thực tế để thiết kế mô hình hoàn chỉnh

- Sử dụng được các công cụ cơ khí như hàn, cắt, gò, khoan, …

- Giúp sinh viên có thêm nhiều kinh nghiệm khi làm việc trong môi trường thực

tế của các doanh nghiệp, nhà xưởng, …

1.3 Phương pháp thiết kế

- Dựa trên cơ sở lý thuyết và tính toán, thiết kế, chế tạo theo từng giai đoạn, sau

đó tìm ra phương án hợp lý, đơn giản và tiết kiệm nhất

- Khảo sát thực tế, tìm hiểu các loại xe rác đã và đang được đưa vào sử dụng,

kế thừa những ưu điểm, tìm cách khắc phục những khuyết điểm để áp dụng vào đề tài

- Sau khi tìm hiểu thực tế sẽ tiến hành nghiên cứu thiết kế hình dáng xe trên lý thuyết, thiết kế các cơ cấu truyền động, cơ cấu hốt rác tự động

- Giai đoạn tiếp theo là tiến hành chế tạo

- Giai đoạn cuối là kiểm nghiệm xe, tìm ra những phương án chưa hợp lý từ đó sửa chữa và thay đổi phương án thiết kế kịp thời

Chương 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN NỀN CỎ

2.1 Giới thiệu về rác thải trên nền cỏ

Thực trạng ô nhiễm môi trường do rác nói chung và rác thải trên nền cỏ nói riêng gây ra ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí và gây mất vẻ mỹ quan nơi công cộng: + Các vật dụng khó phân hủy không dùng được nữa mà thải bừa bãi ra xung quanh thì môi trường ngày càng chứa nhiều loại vật chất gây mất vệ sinh, mất mỹ quan, tạo

cơ hội cho các loài nấm, vi khuẩn và côn trùng độc hại phát triển gây độc hại cho con người

+ Rác thải không được thu gom, tồn động lâu ngày sinh ra các khí thải có hại như

H2S, NH3, CH4, CO2, SO2, …

+ Rác thải còn ảnh hưởng đến mạch nước ngầm, các môi trường nước làm hủy diệt

hệ sinh thái trong các ao hồ

+ Ảnh hưởng đến môi trường đất, chúng hạn chế quá trình phân hủy, tổng hợp các chất dinh dưỡng, làm cho đất giảm độ phì nhiêu, đất bị chua và năng suất cây trồng giảm sút

+ Rác thải sinh hoạt vứt bừa bãi, chất đống lộn xộn, không thu gom, vận chuyển đến nơi xử lý sẽ để lại những hình ảnh xấu, làm mất vẻ mỹ quan môi trường

Do đó, việc thu gom và xử lý rác thải là vấn đề luôn cần được quan tâm hàng đầu hiện nay

“Hãy giữ gìn thành phố sạch đẹp”,”Hãy chung tay bảo vệ Trái Đất” đó là những khẩu hiệu rất quen thuộc đối với mỗi người Việt Nam chúng ta cũng như tất cả người dân trên toàn thế giới Trên thực tế vấn đề rác thải còn là vấn đề cần được giải quyết ở nhiều quốc gia Lượng rác thải ra từ sinh hoạt của con người tăng cao gấp nhiều lần so với sự gia tăng dân số Đặc biệt nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mưa nhiều nên cây cối thường xuyên thay lá nên có một khối lượng lớn lá cây rụng, cùng với đó là các loại mẩu giấy, túi ni lông, … do con người xả ra một cách bừa bãi, vô ý thức Vì vậy chúng ta cần giữ gìn môi trường và làm sạch môi trường bằng nhiều biện pháp

Hình 2.1 Rác trên nền cỏ

Xã hội ngày càng phát triển chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao Việc

sử dụng máy móc phục vụ trong quá trình sản xuất đòi hỏi người lao động phải tâp trung hơn và những công việc cần độ chính xác và chất lượng cao, trong khi đó máy tự động có thể thay thế con người trong những công việc nguy hiểm, nặng nhọc, lặp đi lặp lại, giảm bớt và ngăn ngừa tai nạn lao động, độc hại do phải làm việc với môi trường không thuận lợi

Máy móc sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển những ngành công nghiệp mới, nâng cao năng suất lao động, giảm bớt sức lực của con người từ đó nâng cao chất lượng cuộc sống xã hội và góp phần giữ gìn các nguồn tài nguyên, năng lượng cho quốc gia Trong quá trình học tập kiến thức và làm việc trong nhà trường, việc thiết kế xe giúp sinh viên tiếp cận được với thực tế, củng cố được kiến thức về chuyên ngành của mình Quá trình thiết kế thi công xe giúp cho sinh viên sử dụng các máy công cụ và các nguyên công một cách chính xác

• Kết luận

Vấn đề thu gom, xử lý rác thải là yêu cầu cần thiết đối với xã hội phát triển hiện nay vì những tác hại mà nó ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên và sức khỏe con người Ứng dụng những kiến thức đã được học trên ghế nhà trường, những môn học như thủy khí, nguyên lý chi tiết máy, tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, lý thuyết ô tô và máy công trình… cùng với việc tìm hiểu thực tế về môi trường, công việc thu gom rác và thực trạng các loại xe hốt rác trên thị trường hiện nay sẽ giúp cho việc thực hiện thiết kế và chế tạo thiết bị thu gom rác của nhóm đạt hiệu quả cao nhất

2.2 Tình hình thu gom rác trên nền cỏ hiện nay

2.2.1 Tình hình thu gom rác trên nền cỏ ở các nước trên thế giới

Với yêu cầu thu gom rác trên nền cỏ chuyên biệt, ở các nước như Mỹ, Anh, … nơi tỷ lệ cây xanh chiếm số lượng lớn về diện tích trong các đô thị, khi vào mùa lá rụng sẽ có một khối lượng lá khô khổng lồ để thu gom Từ đó xuất hiện các xe hút rác thải với cơ cấu chủ yếu là máy hút bụi với các kích cỡ khác nhau, phù hợp nhiều diện tích sử dụng Các loại xe cỡ nhỏ thường được sử dụng kèm với máy thổi lá, khi hoạt động sẽ thổi dồn lá vào một địa điểm cố định, sau đó sử dụng xe hút rác trên cỏ cỡ nhỏ để thu gom rác đưa về thùng chứa phía sau xe

Hình 2.2 Sử dụng kết hợp máy thổi lá và xe thu gom rác để dọn rác trên nền cỏ Sau khi mỗi gia đình đã thu gom xong rác thải trên sân cỏ thì rác sẽ được đưa đến các góc đường Đây là nơi sẽ có một xe thu gom rác cỡ lớn, cũng có cơ cấu chính

là máy hút công suất cao để làm sạch, thu dọn đưa rác thải đến nơi xử lý rác của thành phố

Hình 2.3 Xe thu gom lá cây khô cỡ lớn tại Mỹ Nhược điểm của phương pháp trên là vẫn tốn sức người, yêu cầu sử dụng nhiều

loại thiết bị đắt tiền và không phù hợp với điều kiện làm việc ở Việt Nam Ngoài ra

do chưa có đơn vị nào đứng ra nhập khẩu chính hãng các thiết bị như trên nên sẽ rất khó khan trong khâu bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế phụ tùng

2.2.2 Tình hình thu gom rác trên nền cỏ ở trong nước

Hiện nay ở nước ta, công việc quét và thu gom rác chủ yếu vẫn là phương pháp thủ công với đội ngũ nhân viên vệ sinh môi trường Họ là những người làm việc cho một doanh nghiệp công lập hoặc tư nhân để thu nhập, loại bỏ và góp phần tái chế rác thải từ dân cư, thương mại, công nghiệp Công việc đó góp phần bảo vệ môi trường sạch đẹp, giữ gìn cảnh quan cho xã hội Thông thường việc quét và thu gom rác được tiến hành ngoài giờ hành chính để không ảnh hưởng đến hoạt động sinh hoạt và đi lại bình thường của mọi người

Công cụ lao động chủ yếu của những người lao công sử dụng là loại chổi đốt, được kết từ cành cây, chổi có cán dài để thuận tiện cho công việc quét dọn rác Đối với một số khu vực đặc biệt như nền cỏ thì người ta còn sử dụng thêm cào lá cây được làm từ kim loại Khi rác được gom thành từng đống người lao công dùng gầu hốt cầm tay để hốt và đổ rác vào thùng rác chuyên dụng Tuy được trang bị áo phản quang, giày, bao tay và mũ bảo hộ, nhưng do thường xuyên tiếp xúc với rác thải độc hại, khói bụi và nhiều vi khuẩn nên ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe

Hình 2.4 Nhân viên vệ sinh thu gom rác trên nền cỏ

Hình 2.5 Thu gom rác trên nền cỏ trong khuôn viên trường học

Qua trên ta thấy, việc dọn rác chủ yếu dung chổi, bao tay… để thu gom tốn rất nhiều thời gian và công sức Trung bình một ngày người công nhân vệ sinh làm việc 6 đến 8 giờ và được phân công trước khu vực phải quét, thông thường một ngày có khoảng 15- 20 lao công đi dọn rác, họ được trả lương theo tháng, mức lương tùy thuộc vào số giờ làm việc hay khu vực họ quét được, trung bình 4.500.000 VNĐ/1 người/1 tháng

Đặc biệt hiện nay ở nước ta đối với việc thu gom rác trên nền cỏ chưa có một thiết

bị hiện đại chuyên dùng nào Tất cả công việc đều nhờ vào đôi bàn tay lao động của đội ngũ công nhân vệ sinh để làm sạch cảnh quan nền cỏ

Chương 3: XÂY DỰNG Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

3.1 Cơ sở, ý tưởng phương án thiết kế

3.1.1 Cơ sở thiết kế

Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nằm ở địa chỉ 54 Nguyễn Lương Bằng, phường Hòa Khánh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng Trường có diện tích rộng hơn 240000 m2, có rất nhiều cây xanh, hồ nước và đặc biệt là nền cỏ để trang trí, làm đẹp cho cảnh quan chung, là nơi lý tưởng để học tập và làm việc

Hình 3.1 Nền cỏ trong khuôn viên khu A trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Trồng cây xanh trong khuôn viên trường sẽ đem lại nhiều bóng mát, tạo không khí trong lành và làm đẹp cảnh quan chung của trường Tuy nhiên chính vì thế mà mùa thay lá thì sẽ có một lượng lớn lá cây khô rụng, nếu không có người thu gom thì lượng

lá cây ngày càng nhiều Đây cũng chính là thành phần rác chiếm tỷ lệ cao nhất khoảng 80% xuất hiện trên nền cỏ trong khuôn viên trường Mặt khác trên nền cỏ còn xuất hiện các loại giấy nhỏ, bao ni lông do chính các bạn sinh viên không ý thức vứt bừa bãi không đúng nơi quy định Trước tình hình đó việc thiết kế và chế tạo xe hốt rác đã được tiến hành nhằm mục đích thay thế công việc cho nhân viên lao công trong trường

Hình 3.2 Các loại rác thải thường xuất hiện trên nền cỏ trong khuôn viên trường

+ Hoạt động tương đối ổn định

+ Chi phí chế tạo rẻ tiền

+ Khi hoạt động do lực momen ban đầu lớn nên đẩy xe còn nặng

+ Còn tốn nhiều sức cho người lao công

+ Không phù hợp khi sử dụng ở diện tích lớn như nền cỏ trong khuôn viên trường

3.1.2.2 Ý tưởng thứ hai

Thiết kế xe thu gom rác tự động sử dụng động cơ xe máy để làm nguồn động lực chính để kéo cả hệ thống di chuyển Sử dụng thêm một động cơ máy cắt cỏ phụ để dẫn động trực tiếp cho quạt hút rác lên thùng chứa

- Ưu điểm:

+ Sử dụng động cơ xe máy nên thuận tiện cho việc di chuyển quét rác với khu vực lớn

+ Có thể tận dụng xe máy cũ với giá thành thấp

+ Sử dụng trục quay của máy cắt cỏ để truyền động trực tiếp quạt hút nên tiết kiệm chi phí thiết kế trục quay, cho ra được công suất hút lớn

+ Truyền động quạt trực tiếp bằng động cơ máy cắt cỏ nên cho ra công suất lớn + Làm việc ổn định, dễ vận hành

+ Tuổi thọ làm việc cao

+ Dễ bảo dưỡng sửa chữa với các linh kiện sẵn có

- Nhược điểm:

+ Do sử dụng 2 động cơ đốt trong nên phải sử dụng nhiên liệu khi làm việc gây ra tiếng ồn

+ Phải khởi động cả 2 động cơ riêng biệt trước khi vận hành

3.2 Chọn phương án tối ưu và hiệu quả nhất

Trong quá trình thiết kế ý tưởng trên lý thuyết nhóm nhận thấy ý tưởng thứ hai là

có tính khả thi cao hơn và hoạt đông có hiệu quả hơn, có nhiều ưu điểm trong chế tạo

và sử dụng

Hệ thống là xe ba bánh với nguồn động lực là động cơ xe máy Truyền động từ động cơ sang trục hai bánh sau thông qua cơ cấu xích Nhờ việc sử dụng động cơ xe máy nên có thể dễ dàng điều khiển tốc độ xe thông qua cơ cấu tay ga

Cơ cấu thu gom rác là một đường ống hút bụi nhờ quạt hút được dẫn động trực tiếp bằng động cơ máy cắt cỏ Nhờ tận dụng lại các chi tiết trên máy cắt cỏ nên tiết

Hệ thống khung xe giúp cố định các chi tiết, phía sau xe còn thiết kế bệ đỡ sử dụng thùng rác công cộng 240l làm thùng chứa rác Nhờ đó vừa dễ dàng cho thao tác nâng hạ thùng rác, vừa tiết kiệm sức lao động của người vận hành

Hình 3.3 Tổng quan về xe 1- Vô lăng; 2- Bánh trước; 3- Khung xe; 4- Bánh xe sau; 5- Khung chứa thùng rác; 6- Thùng rác; 7- Ống hút; 8- Động cơ máy cắt cỏ; 9- Phuộc giảm chấn; 10- Động cơ xe máy

Nguyên lý làm việc của xe

+ Xe sử dụng động cơ xe máy, cụ thể là động cơ xe Yamaha Sirius 110cc kéo cho

xe di chuyển với vận tốc mong muốn

+ Quạt hướng trục được dẫn động trực tiếp bởi động cơ máy cắt cỏ thông qua ống cần xoay Khi động cơ máy cắt cỏ hoạt động, kéo cánh quạt quay Từ đó tạo ra lực hút, hút rác từ đầu miệng hút và đẩy rác vào thùng rác đặt ở phía sau

+ Phía trên thùng rác được thiết kế thêm một nắp chụp lên miệng thùng rác Nắp này có tác dụng giảm động lượng của rác sau khi ra khỏi ống đẩy, hướng rác vào thùng rác và có tác dụng hạn chế bụi bẩn thoát ra lại môi trường

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NGUỒN ĐỘNG LỰC

Đề tài này đề xuất một phương án sử dụng phương tiện chở rác cỡ nhỏ bằng động

cơ xe máy thay thế cho sức người, tăng hiệu quả thu gom và vận chuyển rác

Xe thu gom rác trước tiên phải sử dụng nguồn động lực thay thế sức người, di chuyển linh hoạt và hạn chế gây tiếng ồn một cách tối ưu nhất Giá thành phù hợp với yêu cầu sử dụng ngày nay

Để lựa lựa chọn được đối tượng (xe cơ sở) phù hợp cho để tài hạn chế ô nhiễm môi trường gây ra bởi phương tiện giao thông, ta phải xem xét đến nhiều yếu tố như: tính khả thi, mức độ thông dụng của đối tượng, giá thành của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng…

4.1 Đối tượng hướng đến trong đề tài

Ở Việt Nam hiện nay mật độ phương tiện giao thông khá đông, trong đó phần lớn là

xe gắn máy và xe (Theo số liệu thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam tính đến hết năm 2016 ở Việt Nam có khoảng 35 triệu xe máy và khoảng 2,3 triệu chiếc xe đang lưu hành) Trong tình hình ở nước ta hiện nay thì hai loại phương tiện này có những ưu

và nhược điểm sau:

Xe máy:

Ưu điểm:

+ Giá thành rẻ phù hợp với mức thu nhập của phần lớn dân số

+ Tính cơ động cao phù hợp với cơ sở hạ tầng hiện tại ở nước ta

+ Tính tiện nghi cao

+ Thời gian vận chuyển ngắn, khối lượng vận chuyến lớn hơn

- Nhược điểm:

+ Giá thành cao

+ Cơ sở hạ tầng ở nước ta sẽ không đáp ứng được nếu số lượng xe tăng quá lớn Với xu hướng phát triển thì số lượng xe máy và ô tô sẽ không ngừng tăng lên trong tương lai để đáp ứng kịp thời với mức gia tăng dân số và nhu cầu đi lại của người dân Nhìn chung thì số lượng xe gắn máy sẽ tăng và đạt ngưỡng bão hòa còn số lượng xe sẽ tiếp tục tăng Nhưng trong một thời gian dài nữa thì xe máy vẫn là phương tiện giao thông cá nhân chủ yếu ở nước ta

Với mục đích hướng tới của đề tài là giúp cho xe hốt rác di chuyển một cách dễ dàng, thuận tiện và tiết kiệm sức lao động của con người nhất Do đó, ở đây nhóm sẽ hướng đến đối tượng nghiên cứu là động cơ xe gắn máy

4.2 Điều kiện làm việc của xe

Muốn xe làm việc được hiệu quả, không thừa cũng không thiếu công suất trong quá trình vận hành Chúng ta cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của xe Từ đó có thể xác đinh được các thông số chọn Rồi sau đó tính toán và chọn động cơ sao cho hợp lý

4.2.1 Địa hình làm việc của xe

Vị trí địa lý nước ta ở vùng nhiệt đới gió mùa, nên nền cỏ tương đối khô ráo, ít khi

bị nhũng nước (trừ những mùa mưa) Ta có thể thấy được khí hậu, lượng mưa và nhiệt

độ ở Việt Nam trong hình dưới

Hình 4.1 Các miền khí hậu, nhiệt độ, lượng mưa của cả nước trong một năm

Riêng ở Đà Nẵng, nhìn vào hình trên có thể thấy được mùa mưa chỉ diễn ra rất ngắn, khoảng 2 tháng giữa tháng 9 cho đến giữa tháng 11 Do đó có thể nói thời tiết khá tốt, với lại xe hoạt động trên nền cỏ, điều này có nghĩa là hệ số bám của xe luôn được ổn đảm bảo, ít phải thay đổi Địa hình làm việc của xe là trên nền cỏ trong khuôn viên Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, nên địa hình tương đối bằng phẳng, có một chút ít nhấp nhô ở những gốc cây Có nghĩa là hệ số cản dốc nhỏ, ít ảnh hưởng đến khả năng làm việc của xe Nền cỏ trong khuôn viên trường tương đối đẹp, khô ráo

4.2.2 Tải trọng của xe

Để có thể di chuyển tốt trên khuôn viên trường, địa hình nền cỏ có phần chật hẹp nên hướng thiết kế của nhóm là xe dọn rác cỡ nhỏ, một người vận hành nên tải trọng của

cả xe khi tính đến tải được cho ở bảng sau

Bảng 4.1 Khối lượng toàn bộ xe STT Tên chi tiết Khối lượng (kG)

4.2.3 Tốc độ tối đa của xe

Xe thu gom rác thiết kế đi trên nền cỏ, trong khuôn viên trường Và để hiệu quả thu gom rác được cao nhất nên yêu cầu tốc độ cực đại của xe không quá cao Vì vậy xe thiết kế có tốc độ cực đại vào khoảng 30 đến 40 km/h

4.3 Xác định các thông số xe thu gom rác để chọn động cơ

Dựa vào các điều kiện đã phân tích ở phần trước, chúng ta đã chọn ra được các thông số chọn như bảng sau

Bảng 4.2 Các thông số tính toán

Tài liệu tham khảo

Hệ số cản lăn f0 0.015-0.02 0.018 [1] trang 54 Hiệu suất của hệ thống truyền

Ta tiến hành phân tích một vài dòng xe máy có công suất trong khoảng trên

4.3.1 Khảo sát dòng xe Honda Wave 110

a Thông số kỹ thuật chung của động cơ

Dựa vào thông số do nhà sản xuất Honda cung cấp, ta có bảng thông số về động cơ lắp trên xe Honda Wave 110 như sau:

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật động cơ lắp trên xe Honda Wave 110

4 Đường kính x hành trình piston 50,0 x 55,6 mm

6 Công suất tối đa/số vòng quay 6,12/7500 kW/ [v/ph]

7 Mô men cực đại/số vòng quay 8,44 /6000 Nm/ [v/ph]

9 Hệ thống bôi trơn Bôi trơn theo kiểu vung té -

10 Hệ thống hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí -

b Thông số kỹ thuật của ly hợp

Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Honda Wave 110 được cho ở bảng 4.4 như sau:

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Honda Wave 110

c Thông số kỹ thuật của hộp số

Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Honda Wave 110 được cho ở bảng 4.5 như sau:

Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Honda Wave 110

d Thông số kỹ thuật của truyền lực cuối

Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Honda Wave 110 được cho ở bảng 4.6 như sau:

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Honda Wave 110

4.3.2 Khảo sát dòng xe Yamaha Sirius 110

a Thông số kỹ thuật chung của động cơ

Dựa vào thông số do nhà sản xuất Yamaha cung cấp, ta có bảng thông số kỹ thuật chính của động cơ lắp trên xe Yamaha Sirius 110 cho bảng 4.7 như sau:

Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật động cơ lắp trên xe Yamaha Sirius 110

STT Hạng mục Thông số Đơn vị

6 Công suất tối đa/số vòng quay 6,4/7000 kW/ [v/ph]

9 Hệ thống bôi trơn Bôi trơn theo kiểu vung té -

10 Hệ thống hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí -

b Thông số kỹ thuật của ly hợp

Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Yamaha Sirius 110 được cho ở bảng 4.8 như sau:

Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật chính của ly hợp trên xe Yamaha Sirius 110

Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Yamaha Sirius 110 được cho ở bảng 4.9 như sau:

Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật chính của hộp số trên xe Yamaha Sirius 110

d Thông số kỹ thuật của truyền lực cuối

Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Yamaha Sirius 110 được cho ở bảng 4.10 như sau:

Bảng 4.10 Thông số kỹ thuật chính của truyền lực cuối trên xe Yamaha Sirius 110

Kết luận: Sau khi phân tích một vài dòng xe gắn máy có dung tích xylanh 110 [cc]

tại thị trường Việt Nam ta nhận thấy về cơ bản xe gắn máy có dung tích xy lanh 110 [cc] là khá giống nhau Do đó, chúng ta có thể chọn 1 loại trong 2 loại trên để làm đối tượng nghiên cứu, khi đã nghiên cứu được trên một dòng xe nào đó thì chúng ta có thể

dễ dàng áp dụng lên các dòng xe khác

Khi so sánh về đặc tính kỹ thuật, thương hiệu và tính thông dụng thì hai dòng xe (Honda Wave 110 và Yamaha Sirius 110) có nhiều ưu điểm Tuy nhiên trong điều kiện

hiện tại của nhóm, do tính có sẵn của phương tiện nên trong đề tài này nhóm quyết định chọn động cơ xe Yamaha Sirus 110 làm đối tượng nghiên cứu Với mục đích là nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tối ưu

4.4 Tính toán động lực học của xe thu gom rác

Khi tính toán sức kéo ta xây dựng các đồ thị sau: đồ thị đặc tính ngoài động cơ, đồ thị cân bằng công suất của xe N = f(V), đồ thị cân bằng lực kéo P = f(V), đồ thị nhân

tố động lực học D = f(V), Dựa vào những đồ thị trên mà ta có thể xem xét, đánh giá,

so sánh khả năng và chất lượng động lực của xe

Áp dụng công thức SR.Lây Đecman:

(4.1) Trong đó:

– Ne [kW], ωe [v/p]: Công suất hữa ích của động cơ và tốc độ góc của trục khuỷu ứng với một thời điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài

– Nemax [kW], ωN [v/p]: Công suất có ích cực đại của động cơ và tốc độ góc của trục khuỷu ứng với công suất nói trên Nemax = 6,4 kW

– a, b, c: Các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại động cơ

Ta đặt:

(4.2) Hay:

Với:

(4.4) Suy ra:

(4.5) Đối với động cơ xăng ta chọn:

Từ (4.1) và (4.2) ta có: