Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phương tiện thu gom rác vn sweeper 01 trong khuôn viên trường học

Sinh viên thực hiện: Đặng Công Hiếu Số thẻ SV: 103150115 Lớp: 15C4B • Đặt vấn đề: Xã hội ngày càng phát triển nhu cầu sống thiết yếu con người cũng tăng theo, cùng với đó là các hệ

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

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO PHƯƠNG TIỆN THU GOM RÁC VN-SWEEPER 01 TRONG KHUÔN VIÊN

TRƯỜNG HỌC

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG CÔNG HIẾU NGUYỄN VIÊT HÙNG PHAN DUY KHÔI NGUYỄN VĂN THANH

Đà Nẵng – Năm 2019

TÓM TẮT

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phương tiện thu gom rác VN-Sweeper 01

trong khuôn viên trường học

Sinh viên thực hiện: Đặng Công Hiếu Số thẻ SV: 103150115 Lớp: 15C4B

• Đặt vấn đề: Xã hội ngày càng phát triển nhu cầu sống thiết yếu con người cũng tăng theo, cùng với đó là các hệ lụy về ô nhiễm môi trường như rác thải… Rác thải tồn tại ở khắp nơi gây mất mỹ quan và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là ở những

nơi như trường học hay các cơ quan nơi cần không gian học tập và làm việc sạch sẽ,

không khí trong lành Rác thải ở đây sẽ được các công nhân trực tiếp thu dọn và bằng các dụng cụ thô sơ nên năng suất lao động không cao, tiếp xúc trưc tiếp với môi

trường ô nhiễm về lâu dài sẽ ảnh hưởng đên sức khỏe con người Vì vậy, nhóm đã tiến

hành khảo sát điều kiện thực tế các trường học cùng với những kiến thức đã học quyết định “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phương tiện thu gom rác VN-Sweeper 01 trong

khuôn viên trường học”

• Mục tiêu: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo phương tiện quét rác có thể hoạt động ổn định trong phạm lớn, nhưng phải đặc biệt linh hoạt trong không gian làm việc nhỏ hẹp

như ở khuôn viên các trường học Thu gom được nhiều loại rác thải cơ bản

• Đối tượng: Lá cây, bao ni lông, chai nhựa nhỏ, cành cây, giấy,

• Phạm vi nghiên cứu: Các loại rác thuộc địa hình ở khu vực Trường Đại học Bách

Khoa Đà Nẵng

• Ý nghĩa: Tăng năng suất lao động, rút ngắn thời gian thu gom, đỡ chi phí thuê nhân

công

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thanh Số thẻ sinh viên: 103150157

Lớp: 15C4B; Khoa: Cơ khí Giao thông Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phương tiện thu gom rác VN-Sweeper 01 trong khuôn viên trường học

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Theo số liệu khảo sát thực tế

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1 Tổng quan về môi trường, ý tưởng thiết kế

Chương 2 Tính toán, thiết kế phương tiện thu gom rác

Chương 3 Chế tạo phương tiện thu gom rác

Chương 4: Kết luận

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

… ………

… ………

… ………

… ………

6 Họ tên người hướng dẫn: ……… ………

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …… /……./201…

8 Ngày hoàn thành đồ án: …… /……./201…

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Trưởng Bộ môn ……… Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp đã tạo cho em cơ hội học hỏi, trau dồi thêm kiến thức chuyên ngành thực tế và những kỹ năng mềm giúp ích cho tương lai sau này Đặc biệt là kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng xoay sở, xử lý tình huống, kỹ năng quản lý thời gian hiệu quả và quan trọng nhất là ứng dụng được những kiến thúc đã học vào thực tế

Để hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này trước tiên em xin gửi đến quý thầy cô khoa

Cơ khí Giao thông lời cảm ơn chân thành nhất Đặc biệt nhóm em xin bảy tỏ lòng biết

ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Dương Việt Dũng cùng thầy ThS Dương Đình Nghĩa, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em đã kết hợp làm việc nhóm và nỗ lực hết mình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, song thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm còn nhiều thiếu sót, kính mong quý thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 12, năm 2019

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài này là công trình nghiên cứu của nhóm, đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy PGS TS Dương Việt Dũng và thầy ThS Dương Đình Nghĩa Đề tài này 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 trung thực và được lấy từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định

Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên}

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi

DANG SÁCH CÁC HÌNH vii

DANG SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 2

1 Đặt vấn đề 2

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa của đề tài 4

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG, Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 5

1.1 Khảo sát địa hình, phân loại rác ở các trường học 5

1.1.1 Khu vực từ cổng trường đến văn phòng khoa Cơ khí Giao thông 5

1.1.2 Khu vực khu C đến khu E 6

1.1.3 Khu vực phía trước khu A 7

1.1.4 Khu vực khu D 8

1.1.5 Khảo sát khu vực khu F 8

1.1.6 Khảo sát khu vực khu G 9

1.1.7 Khảo sát khu vực khu H 9

1.1.8 Khảo sát khu vực khuôn viên khu F 10

1.1.9 Khảo sát khu vực sau khu A 11

1.1.10 Khảo sát khu vực xuống xưởng động lực 11

1.1.11 Khảo sát đường khu E – khu căn tin 12

1.2 Khảo sát, thống kê nguồn nhân công lao động 13

1.3 Khảo sát các phương tiện thu gom rác trên thế giới và trong nước 14

1.4 Ý tưởng thiết kế và phạm vi sử dụng 15

1.4.1 Ý tưởng thiết kế 15

1.4.2 Phát thảo sơ đồ ý tưởng sản phẩm thiết kế 16

1.4.3 Phạm vi sử dụng 16

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHƯƠNG TIỆN THU GOM RÁC 17

2.1 Xây dựng ý tưởng thiết kế, dữ liệu đầu vào quá trình thiết kế 17

2.1.1 Xây dựng ý tưởng thiết kế 17

2.1.2 Dữ liệu đầu vào 17

2.2 Tính toán thiết kế cơ cấu chổi gom 18

2.2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 18

2.2.2 Cơ cấu chổi gom 22

2.2.2 Cơ cấu nâng hạ chổi 27

2.3 Tính toán hệ thống phanh 29

2.3.1 Momen phanh yêu cầu của các cơ cấu phanh 29

2.3.2 Hệ số lực phanh tác dụng lên các trục bánh xe 32

2.3.3 Chọn loại dẫn động phanh 33

2.3.4 Chọn sơ đồ dẫn động 34

2.3.5 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh 34

2.3.6 Đường kính xylanh chính và xylanh công tác 43

2.3.7 Hành trình dịch chuyển của piston xy lanh chính 44

2.3.8 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh 45

2.3.9 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực 46

2.3.10 Chọn xi lanh công tác xi lanh chính để bố trí cho phương tiện thiết kế 46

2.4 Thiết kế hệ thống điều khiển 47

2.4.1 Phân tích lựa chọn thiết bị trong hệ thống điều khiển 47

2.4.2 Motor dẫn động cơ cấu nâng hạ 47

2.4.4 Đồng hồ hiển thị điện áp acquy 49

2.4.5 Công tắt gạt 50

2.4.6 Chọn công tắc hành trình 50

2.4.7 Bảng taplo 51

Chương 3: CHẾ TẠO PHƯƠNG TIỆN THU GOM RÁC 52

3.1 Xây dựng biểu đồ gantt phân chia công việc 52

3.1.1 Sơ đồ gantt phần thiết sản phẩm 52

3.1.2 Sơ đồ gantt phần chế tạo 53

3.2 Xây dựng sơ đồ quy trình chế tạo 55

3.2.1 Quy trình chế tạo khung chính 55

3.2.2 Quy trình chế tạo thùng chứa rác 55

3.2.3 Quy trình chế tạo miệng hút rác 56

3.2.4 Quy trình chế tạo cơ cấu nâng hạ miệng hút 56

3.2.5 Quy trình chế tạo ống hút rác chính 56

3.2.6 Quy trình chế tạo khung chứa acqui 56

3.2.7 Quy trình chế tạo chổi quét rác 57

3.2.8 Quy trình chế tạo cơ cấu nâng hạ chổi gom 57

3.2.9 Quy trình chế tạo dè xe 57

3.2.10 Quy trình chế tạo lọc bụi 58

3.3 Đánh giá năng suất sản phẩm 58

Chương 4: ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG SẢN PHẨM 60

4.1 Tiềm năng của sản phẩm 60

4.2 Hiệu quả đem lại khi sử dụng sản phẩm 61

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng tổng kết khảo sát phân loại đường

Bảng 2.2 Bảng tổng kết khảo sát phân loại rác

Bảng 2.3 Bảng tính chọn thông số chổi quét

Bảng 2.4 Thông số chổi gom

Bảng 2.5 Bảng thông số động cơ quay chổi

Bảng 2.6 Thông số kĩ thuật động cơ nâng hạ

Bảng 2.7 Thông số xe thiết kế

Bảng 2.8 bảng thông số cho cơ cấu phanh trước

Bảng 2.9: thông số cho cơ cấu phanh sau

Bảng 2.10 Thông số motor gạt kính

Bảng 2.11 Thông số motor quay chổi

Bảng 2.12 Thông số đồng hồ báo volt

Bảng 2.13 Bảng thông số kỹ thuật công tắc gạt E-TEN1322

DANG SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Khảo sát địa hình rác khu vực lối đi chính

Hình 1.2 Khảo sát địa hình rác khu vực khu C đến khu E

Hình 1.3 Khảo sát địa hình rác khu vực phía trước khu A

Hình 1.4 Khảo sát địa hình rác khu vực khu D

Hình 1.5 Khảo sát địa hình rác khu vực khu F

Hình 1.6 Khảo sát địa hình rác khu vực khu G

Hình 1.7 Khảo sát địa hình rác khu vực khu H

Hình 1.8 Khảo sát địa hình rác khu vực khuôn viên khu F

Hình 1.9 Khảo sát địa hình khu vực sau khu A

Hình 1.10 Khảo sát địa hình khu vực lối đi xuống xưởng

Hình 1.11 Khảo sát địa hình khu vực căn tin - khu E

Hình 1.12 Phương pháp thu gom thủ công của các công nhânHình 1.13 Các thiết bị thu gom rác ở nước ngoài

Hình 1.14 Các loại phương tiện gom rác của đất nước ta

Hình 1.15 Mô hình xe quét rác do sinh viên thiết kế

Hình 1.16 Sơ đồ phác thảo các cụm hệ thống của phương tiệnHình 2.1 Giao diện khi mở phần mềm CATIA V5 R21

Hình 2.2 Giao diện trong module Part Design

Hình 2.3 Giao diện trong module Assembly Design

Hình 2.4 Giao diện trong module Drafting

Hình 2.5 Giao diện trong module Generative Shape DesignHình 2.6 Giao diện trong module Generative Sheetmetal DesignHình 2.7 Giao diện trong module Generative Structural AnalysisHình 2.8 Thiết kế chổi có biên dạng hình chữ thập

Hình 2.9 Thiết kế chổi có biên dạng hình nón cụt

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán chổi quét

Hình 2.11 Kết cấu cơ cấu nâng hạ chổi gom

Hình 2.12 Motor nâng hạ chổi quét

Hình 2.13 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Hình 2.14 Sơ đồ phân dòng theo 2 cầu

Hình 2.15 Cơ cấu phanh kiểu đĩa có rãnh làm mát

Hình 2.16 Xi lanh công tác sử dụng cho cơ cấu phanh

Hình 2.17 Xi lanh chính sử dụng cho cơ cấu phanh

Hình 2.18 Motor nâng hạ chổi và miệng hút

Hình 2.19 Motor giảm tốc 775

Hình 2.20 Đồng hồ đo volt

Hình 2.21 Công tắc điều khiển nâng hạ chổi

Hình 2.22 Công tắc hành trình

Hình 2.23 Bảng taplo điều khiển

Hình 3.1 Xây dựng sơ đồ gantt về thời gian thực hiện công việc thiết kếHình 3.2 Sơ đồ gantt về thời gian gia công chế tạo sản phẩm

Hình 3.3 Lao công làm việc trực tiếp tại trường

Hình 4.1 Hình chiếu tổng thể xe sau khi thiết kế

Hình 4.2 Hình ảnh xe sau khi hoàn thiện

DANG SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

vchổi [m/s] Vận tốc dài của chổi quét

vxe [m/s] Vận tốc di chuyển của xe khi làm việc

ωchổi [rad/s] Vận tốc góc của chổi quét

Fms [N] Lực ma sát tác dụng lên chổi quét

N [N] Phản lực mặt đường tác dụng lên chổi quét

mchổi [kg] Khối lượng bản thân của chổi quét

mđc [kg] Khối lượng của động cơ giảm tốc dẫn động chổi

mrác [kg] Khối lượng rác lớn nhất mỗi chổi phải quét

Nchổi [W] Công suất cần thiết của mỗi chổi quét

jmax [m/s2] Gia tốc phanh cực đại của xe

bx [-] Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường khi phanh

Gbxs [N] Trọng lượng tác dụng lên cầu sau khi phanh

Mbxs [N.m] Momen tác dụng lên cầu sau khi phanh

Fbxs [N] Lực phanh yêu cầu tác dụng lên bánh xe sau

Mt [N.m] Momen phanh cần thiết tác dụng lên trục

Mp [N.m] Momen phanh tổng cộng do 2 má phanh tạo ra tại đĩa phanh

iht [-] Tỉ số truyền hệ thống

Fbđ [N] Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh

CHỮ VIẾT TẮC

Inverter Bộ chuyển đổi điện

USB Universal Serial Bus

CT3 Thép cacbon thông thường

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đất nước chúng ta đang ngày càng phát triển cả về khoa học - công nghệ, dịch vụ cũng như du lịch và các lĩnh vực khác Nhờ đó đời sống của người dân ngày càng được cải thiện và nhu cầu sống thiết yếu của con người cũng tăng theo, cùng với đó là

sự gia tăng dân số không ngừng và ý thức người dân chưa cao, dẫn đến các hệ lụy là ô nhiễm môi trường và đặc biệt là rác thải

Theo thống kê năng suất làm việc và thời gian làm việc cho thấy, 1 người công nhân dọn bằng tay với các dụng cụ thô sơ như chổi, cào thì một ngày 1 người công nhân dọn được khoảng (35) km đường 1 lượt làm tương đương (810) giờ làm việc, chưa kể cần có thêm 1 người để đi gom và đỗ

Với năng suất làm việc đó rác thải tồn đọng không thể được dọn sạch trong thời gian ngắn, và đương nhiên để lâu thì sẽ bốc mùi hôi thối gây khó chịu cho người đi đường Đặc biệt là những nơi như trường học và cơ quan, rác thải sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến mỹ quan, môi trường xanh sạch đẹp vốn có, làm giảm hiệu suất làm việc cũng như học tập của các học sinh, sinh viên, người được xem là tương lai của đất nước

Trung bình 1 công nhân vệ sinh lương 1 tháng khoảng (4,56) triệu đồng, nhưng lại làm việc rất cực nhọc thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với rác thải, mùi hôi thối ảnh hưởng nhiều đến sức khoẻ Như chúng ta thấy lúc sáng sớm hay tận đêm khuya vẫn có công nhân quét rác ngoài đường đủ thấy được nổi khổ của họ

Việc áp dụng máy móc thay thế công nhân hiện nay quét rác cũng không còn xa lạ, tuy nhiên người ta vẫn chưa dám đầu tư nhiều một phần là do chi phí quá cao (1 chiếc

xe lớn lên đến hơn 1 tỷ đồng, xe mini thì cũng tầm (230435) triệu đồng), kích thước của phương tiện không thực sự phù hợp ở những nơi như trường học hay các cơ quan các lối đi nhỏ chỉ khoảng 1,5m xe lớn không thể vào được, và năng suất làm không cao khi loại xe mini

Với những bất cập và nhiều khó khăn như vậy, với vai trò là những kỹ sư trong tương lai mong muốn góp phần vào sự phát triển khoa học công nghệ đất nước và cũng như mong muốn đóng góp một phần nào đó để tạo ra một sản phẩm có thể áp dụng trong ngôi trường mà mình đang học tập Từ đó nhóm quyết định nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra phương tiện thu gom rác với:

+ Năng suất làm việc cao ít nhất gấp 5 người lao động bình thường

+ Chi phí thấp khoảng chưa tới 100 triệu đồng

+ Làm việc linh hoạt với địa hình đường xá, khuôn viên trường học, cơ quan với

bề rộng đường có nơi chỉ có 1,5m như ở Việt Nam nói chung và thành phố Đà Nẵng nói riêng

+ Ngoài rác thải thì ô nhiễm không khí cũng là một vấn đề nhức nhói và cấp thiết hiện nay, nên phương tiện thiết kế vừa làm việc hiểu quả vừa đảm bảo thân thiện với môi trường bằng cách sử dụng nhiều nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, động cơ đốt trong sử dụng biogas, để thay thế loại động cơ đốt trong truyền thống

2 Mục tiêu của đề tài

Phương tiện điều khiển đơn giản,linh hoạt, kích thước nhỏ gọn dễ luồn lách di chuyển vào những con đường hẹp Di chuyển ổn định khi không làm việc khoảng trên

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Xe thu gom rác được thiết kế để quét và thu gom các loại rác ở mọi địa hình từ đơn giản đến phức tạp trong khu vực khuôn viên trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và công viên công cộng

4 Ý nghĩa của đề tài

Sản phẩm “Phương tiện thu gom rác VN-sweeper 01 trong khuôn viên trường học”

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG, Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

1.1 Khảo sát địa hình, phân loại rác ở các trường học

Diện tích khuôn viên trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng hiện nay khoảng 540.900m² Trong khu vực trường địa hình đa số là đường nhựa, một số khu vực có đường bê tông Bề mặt đường tương đối bằng phẳng, một số đoạn đường có bề mặt tương đối gồ ghề, nhấp nhô, nhỏ Lòng đường rộng trong khoảng (1,55,5) m, hai bên đường được trồng khá nhiều cây xanh, có rảnh thoát nước rộng 30cm, lề đường có bậc cao 20cm, một số khu vực lối đi bộ có bề rộng lòng đường khoảng 1,5m

1.1.1 Khu vực từ cổng trường đến văn phòng khoa Cơ khí Giao thông

+ Mặt đường khảo sát có rộng 5,5m, hai bên đường có nhiều cây xanh

+ Xe ô tô di chuyển ra vào thường xuyên, có nhiều sinh viên qua lại

- Vị trí phân bố rác:

+ Rác chủ yếu phân bố ở hai bên lề đường, một số ít phân bố ở giữa đường

Hình 1.1 Khảo sát địa hình rác khu vực lối đi chính

1.1.2 Khu vực khu C đến khu E

+ Rác chủ yếu tập trung hai bên đường, ở giữa với số lượng ít

Hình 1.2 Khảo sát địa hình rác khu vực khu C đến khu E

1.1.3 Khu vực phía trước khu A

+ Rác chủ yếu tập trung hai bên đường, ở giữa với số lượng ít

Hình 1.3 Khảo sát địa hình rác khu vực phía trước khu A

+ Rác chủ yếu tập trung hai bên lề đường, ở giữa phân bố với số lượng ít

Hình 1.4 Khảo sát địa hình rác khu vực khu D

1.1.5 Khảo sát khu vực khu F

- Phân loại rác:

+ Lá cây chủ yếu là lá cây (chiếm 90%), kích thước dài trong khoảng (510)cm,

rộng trong khoảng (13)cm Có khối lượng trung bình 0,3g

- Tình trạng mặt đường:

+ Mặt đường đổ nhựa, bề mặt tương đối bằng phẳng, sát đường có rãnh thoát

nước rộng 30cm

- Không gian:

+ Đường khảo sát có bề rộng 5,5m, mật độ giao thông tương đối nhiều do sinh

viên đi học hằng ngày

- Vị trí phân bố rác:

+ Rác chủ yếu tập trung sát hai bên lề đường

Hình 1.5 Khảo sát địa hình rác khu vực khu F

1.1.6 Khảo sát khu vực khu G

+ Mật độ phân bố lá tương đối nhiều, rác chủ yếu tập trung sát hai bên lề đường

Hình 1.6 Khảo sát địa hình rác khu vực khu G

1.1.7 Khảo sát khu vực khu H

- Phân loại rác:

+ Chủ yếu là lá cây khô, có mật độ nhiều và kích thước vừa phải

- Tình trạng mặt đường:

+ Mặt đường đổ nhựa, bề mặt tương đối bằng phẳng, sát hai bên lề đường có rãnh

thoát nước rộng 30cm

- Không gian:

+ Đường khảo sát có bề rộng 5,5m

- Vị trí phân bố rác:

+ Mật độ phân bố lá ít và chủ yếu tập trung sát hai bên lề đường

Hình 1.7 Khảo sát địa hình rác khu vực khu H

1.1.8 Khảo sát khu vực khuôn viên khu F

- Phân loại rác: chủ yếu là lá cây khô với nhiều loại khác nhau

+ Cành cây khô: Có kích thước dài (1240)cm, khối lượng trung bình 0,65g

+ Lá cây phượng: Phân bố nhiều và nhỏ, có khối lượng trung bình 0,125g, mật độ

phân bố dày đặc

+ Lá cây bồ đề: Kích thước dài 12cm, rộng 20cm, khối lượng trung bình 0,19g + Hoa giấy: Có kích thước nhỏ, khối lượng nhẹ và nhiều

+ Lá tre: Có kích thước dài (1525)cm, khối lượng trung bình 0,45g

+ Một số bao ni long và vỏ chai rải rác quanh khu vực

- Tình trạng mặt đường:

+ Nền đường dạng đá tấm, bề mặt gồ ghề, nhấp nhô nhỏ trong khoảng cỡ

(13)mm

- Không gian:

+ Đường khảo sát có bề rộng thay đổi trong khoảng từ (1,55,5)m

+ Đường có nhiều đoạn quanh co Xung quanh có nhiều cây xanh

+ Có hốc viền xung quanh hồ cá: Cao 26mm, rộng 30mm

- Vị trí phân bố rác:

+ Rác phân bố hầu như khắp đường và chủ yếu tập trung ở hai bên lề

+ Các loại rác phân bố xen kẻ lẫn nhau

Hình 1.8 Khảo sát địa hình rác khu vực khuôn viên khu F

1.1.9 Khảo sát khu vực sau khu A

- Phân loại rác:

+ Chủ yếu là lá cây khô, có mật độ nhiều và kích thước vừa phải

- Tình trạng mặt đường:

+ Mặt đường được lát đá terrazzo, nhấp nhô tương đối giữa những viên đá và xi

măng trám nền, bề mặt đá có nhiều rãnh thoát nước được khắc trên đá

- Không gian:

+ Bề rộng mặt đường khảo sát (1,5-3,5) m, thoáng mát

- Vị trí phân bố rác:

+ Mật độ phân bố lá nhiều và tập trung chủ yếu ở sát bên lề đường

Hình 1.9 Khảo sát địa hình khu vực sau khu A

1.1.10 Khảo sát khu vực xuống xưởng động lực

- Phân loại rác: chủ yếu là lá cây khô với nhiều loại khác nhau

+ Lá cây bàng: Có mật độ ít và kích thước dài trong khoảng (2540)cm, rộng trong khoảng (1530)cm

+ Lá cây táo: có mật độ phân bố nhiều, khối lượng và kích thước nhỏ

+ Lá cây bồ đề: Có kích thước dài 12cm, rộng 20cm, khối lượng trung bình 0,19g

+ Rác chủ yếu là lá cây khô, có nhiều loại lá, mật độ tương đối nhiều và kích

thước trải dài từ nhỏ đến lớn

- Tình trạng mặt đường:

+ Mặt đường được đổ nhựa, bề mặt đường tương đối phẳng Có rãnh thoát nước ở

hai bên khoảng 30 cm và nghiêng nhẹ

- Không gian:

+ Bề rộng mặt đường khảo sát (3,55,5)m

- Vị trí phân bố rác:

+ Mật độ phân bố lá nhiều và tập trung chủ yếu ở hai bên lề đường

Hình 1.10 Khảo sát địa hình khu vực lối đi xuống xưởng

1.1.11 Khảo sát đường khu E – khu căn tin

- Phân loại rác: chủ yếu là lá cây khô với nhiều loại khác nhau

+ Chủ yếu là lá cây bàng: Có mật độ ít và kích thước dài trong khoảng (2540)cm, rộng trong khoảng (1530)cm

- Tình trạng mặt đường:

+ Mặt đường được đổ nhựa, bề mặt đường nhấo nhô tương đối Một số đoạn có

rãnh thoát nước ở hai bên khoảng 30 cm và nghiêng nhẹ

- Không gian:

+ Bề rộng mặt đường khảo sát 5,5m

- Vị trí phân bố rác:

+ Mật độ phân bố lá ít và tập trung chủ yếu ở hai bên lề đường, mặt đường tương đối sạch

Hình 1.11 Khảo sát địa hình khu vực căn tin - khu E

1.2 Khảo sát, thống kê nguồn nhân công lao động

Theo thực tế khảo sát nhận thấy việc thu gom rác hiện tại ở nước ta vẫn được thực hiện theo phương pháp thủ công bằng cách thuê nhân công trục tiếp quét dọn, gom lại

và đi đổ tại nơi đã quy định

Theo thống kê cho thấy, 1 người công nhân vệ sinh đường với các dụng cụ thô sơ như chổi, cào thì một ngày 1 người công nhân dọn được khoảng (35) km đường 1 lượt làm tương đương 810 giờ làm việc Đây chỉ là thời gian quét và gom rác trên một tuyến, chưa tính đến việc phải cần đến nhân công để đưa rác đến nơi tập kết

Hình 1.12 Phương pháp thu gom thủ công của các công nhân Với năng suất làm việc đó rác thải tồn đọng không thể được dọn sạch trong thời gian ngắn, và đương nhiên để lâu thì rác sẽ giòn lại gây bốc mùi hôi thối gây khó chịu cho người đi đường Đặc biệt là những nơi như trường học và cơ quan, rác thải sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến mỹ quan, môi trường xanh sạch đẹp vốn có, làm giảm hiệu suất làm việc cũng như học tập của các học sinh, sinh viên

1.3 Khảo sát các phương tiện thu gom rác trên thế giới và trong nước

Để quá trình nghiên cứu thiết kế được hiệu quả, cũng như bám sát thực tế, học hỏi những kiến thức mới cũng như lường trước được các nhược điểm của các phương tiện

có sẵn trên thị trường để có thể chế tạo phương tiện của mình được hoàn thiện hơn, nhóm quyết định đi khảo sát các phương tiện, máy móc có sẵn trên thị trường và tinh chỉnh hoặc sáng tạo ra các cơ cấu hay phù hợp với điều kiện làm việc thực tế trong đất nước của phương tiện nhóm thiết kế và chế tạo

Hình 1.13 Các thiết bị thu gom rác ở nước ngoài Ở các nước phát triển trên thế giới vấn đề thu gom và xử lý rác hiện nay chủ yếu chủ yếu bằng các thiết bị máy móc thay vì thu gom bằng sức người cùng với phát triển của khoa học công nghệ của đất nước, các lĩnh vực khác trên thế giới thì việc thu gom

và xử lý rác thải được quan tâm nhất định

Hình 1.14 Các loại phương tiện gom rác của đất nước ta Tại Việt Nam phương pháp thu gom rác chủ yếu dùng sức lao động con người, mà sức người lao động có hạn với dụng cụ lao động thô sơ dẫn đến năng suất lao động không cao và ảnh hưởng đến sức khoẻ của người lao động Một số thành phố lớn như:

Hà Nội, TP Hồ Chí Minh đã áp dụng sử dụng xe thu gom rác trên đường ở một số khu vực thay vì dùng sức lao động của con người Nhưng việc sử dụng thiết bị, máy móc

thu gom rác nhằm hỗ trợ sức lao động con người nhìn chung chưa được mở rộng phạm

vi và giá trị của sản phẩm khi đưa về Việt Nam để sử dụng rất cao Nước ta là một nước đang phát triển, nghèo và còn lạc hậu vì vậy việc ứng dụng những sản phẩm nhập mua từ nước ngoài hết sức tốn kém, kèm theo đó các phương tiện nhập về chưa phù hợp với điều kiện làm việc của đất nước Việt Nam

Hình 1.15 Mô hình xe quét rác do sinh viên thiết kế

Từ đó, một số nhóm sinh viên có ý tưởng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra xe quét rác cũng với mong muốn áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu của phương tiện còn nhỏ, mô hình còn thô sơ chưa đảm bảo hiệu quả công việc tối ưu Nên khi chế tạo ra sản phẩm thì áp dụng vào thực tế chưa hiệu quả và không mở rộng phạm

vi được Việc áp dụng sử dụng rất bất tiện

1.4 Ý tưởng thiết kế và phạm vi sử dụng

1.4.1 Ý tưởng thiết kế

Từ những bất cập trên, với vai trò là 1 sinh viên và là một kỹ sư trong tương lai, với mong muốn góp phần trong việc phát triển ở ngôi trường đang học tập và làm việc Nhóm đã lên ý tưởng thiết kế một phương tiện nhằm giải quyết những vấn đề bất cập trên với những tính năng:

+ Kích thước nhỏ gọn dài/rộng/cao trong khoảng 1800/1200/1600 [mm]

+ Trọng lượng xe nhẹ

+ Di chuyển bằng nguồn động lực, điều khiển xe bằng hệ thống lái cơ bản không

có trợ lực như ô tô để đảm bảo phương tiện làm việc ở tốc độ tương đối cao khoảng (1015) km/h, và (3035) km/h khi không làm việc

+ Gom rác hiệu quả và triệt để

+ Điều khiển đơn giản, nhẹ nhàng

+ Thêm các cơ cấu điều khiển giúp xe hoạt động linh hoạt hơn

1.4.2 Phát thảo sơ đồ ý tưởng sản phẩm thiết kế

Từ ý tưởng đưa ra, nhóm đã thực hiện xây dựng sơ đồ nhằm mục đích triển khai ý tưởng Từ đó phác thảo sơ bộ ra các cụm hệ thống làm việc cần thiết của sản phẩm Từ

sơ đồ phát thảo, ta sẽ nhận thấy được cái nhìn tổng quan các cơ cấu trong hệ thống, từ

đó bắt đầu tính toán thiết kế cho từng cụm hệ thống làm việc

Sơ đồ tổng thể sản phẩm thiết kế

Hệ thống hút Hệ thống thu gom Hệ thống thu gom

1.4.3 Phạm vi sử dụng

Phương tiện thiết kế với phạm vi nghiên cứu trong điều kiện làm việc trong khuôn viên trường học, cơ quan, khuôn viên công cộng,

Chương 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHƯƠNG TIỆN THU GOM RÁC

2.1 Xây dựng ý tưởng thiết kế, dữ liệu đầu vào quá trình thiết kế

2.1.1 Xây dựng ý tưởng thiết kế

Từ những ý tưởng và các dữ liệu đã khảo sát nhóm đã tiến hành đưa ra các phương

án thiết kế cơ cấu cho phương tiện gồm có các phần chính:

- Hệ thống dẫn động: Để dễ dàng cho việc thiết kế, chế tạo và điều khiển nhóm quyết định chọn nguồn động lực từ động cơ xe máy, dẫn động xích

- Hệ thống thu gom: Sau khi khảo sát các cơ cấu thu gom trên thị trường nhận thấy dùng phương án hút chân không để đưa rác vào thùng chứa có nhiều ưu điểm như: Nguyên lý đơn giản, làm việc hiệu quả, gom được nhiều loại rác có kích thước đa dạng có thể nhỏ như cát hoặc lớn như chai nước vẫn có thể gom được, thời gian đáp ứng nhanh phù hợp với phương tiện di chuyển với tốc độ làm việc hơn 10 km/h

+ Giúp nâng cao năng suất làm việc của phương tiện nhóm quyết định bố trí thêm

cơ cấu chổi gom phía trước để gom rác từ không gian hạn chế mà miệng hút nhỏ không thể với tới giúp tăng diện tích thu gom

- Hệ thống lái: Để thuận tiện việc thiết kế và gia công quyết định dùng hệ thống lái của xe ô tô cỡ nhỏ để tinh chỉnh lại theo kích thước của phương tiện thiết kế

- Xử lý bụi: Bụi thường xuất hiện phía trước chổi gom và đường ra quạt của hệ thống gom rác theo nguyên lý chân không Phương án xử lý là dùng quạt hút phía trước chổi để gom bụi lại và dùng lọc bụi phía đường ra của quạt

- Các cơ cấu điều khiển giúp xe làm việc linh hoạt hơn: Như nâng hạ chổi, nâng

hạ miệng hút giúp xe di chuyển dễ dàng khi không làm việc

2.1.2 Dữ liệu đầu vào

Qua quá trình khảo sát thực tế nhóm tiến hành đánh giá phân loại rác cũng như các loại đường hiện đang tồn tại trong khuôn viên trường học thể hiện trong các bảng sau:

Bảng 2.1 Bảng tổng kết khảo sát phân loại đường

Đường nhựa Bề rộng khoảng (1,55,5)m, độ nghiêng 2° , hai bên lề có

Bảng 2.2 Bảng tổng kết khảo sát phân loại rác

[%]

Chiều dài [cm]

Chiều rộng [cm]

Khối lượng trung bình [g]

2.2 Tính toán thiết kế cơ cấu chổi gom

2.2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế

Phần mềm CATIA được viết tắt từ cụm từ (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) là một dạng phần mềm thương mại phức hợp

CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes (đây là một công ty của Pháp) phát triển và IBM là nhà phân phối trên toàn thế giới Catia được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++ Phần mềm này được viết vào cuối những năm 1970 và đầu 1980 để phát triển máy bay chiến đấu Mirage của Dassault, sau đó được áp dụng trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đóng tàu và các ngành công nghiệp khác

Hình 2.1 Giao diện khi mở phần mềm CATIA V5 R21 Phần mềm Catia giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế

mô hình CAD (Computer Aided Design), đến khâu sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE (Computer Aid Engineering) của phần mềm CATIA Phần mềm

Catia hỗ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết của người kĩ sư thiết kế Ngoài ra Catia còn cung cấp các chức năng lắp ghép các chi tiết máy rời rạc thành các cụm chi tiết, một cơ cấu máy hay một máy cơ khí hoàn chỉnh Người sử dụng phần mềm Catia có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi tiết, cơ cấu hay máy cơ khí đã lắp ráp một ở trên một cách sinh động.

Để thiết kế phương tiện thu gom rác Nhóm đã áp dụng sử dụng giao diện phần mềm CATIA V5 R21, với một số module môi trường làm việc như sau:

➢ Part Design: môi trường để thiết kế tạo khối hình học 3D

Hình 2.2 Giao diện trong module Part Design

➢ Assembly Design: môi trường lắp ghép nhằm các chi tiết 3D lại với nhau tạo thành những cụm chi tiết, cơ cấu

Hình 2.3 Giao diện trong module Assembly Design

➢ Drafting: là một môi trường bản vẽ kỹ thuật 2D trên nền CATIA dùng để xuất bản vẽ các chi tiết, bản vẽ lắp từ không gian 3D sang không gian 2D

Hình 2.4 Giao diện trong module Drafting

➢ Generative Shape Design: môi trường module này cho phép thiết kế khung dây, các bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp

Hình 2.5 Giao diện trong module Generative Shape Design

➢ Generative Sheetmetal Design: môi trường thiết kế kim loại dạng tấm

Hình 2.6 Giao diện trong module Generative Sheetmetal Design

➢ Generative Structural Analysis: môi trường module này cho phép kiểm tra phân tích động lực học, phân tích kết cấu, phân tích độ bền giới hạn chịu tải của chi tiết (theo phương pháp phần tử hữu hạn)

Hình 2.7 Giao diện trong module Generative Structural Analysis

2.2.2 Cơ cấu chổi gom

2.2.2.1 Thiết kế chổi gom

Trong quá trình khảo sát thực tế, nhóm nhận thấy một lượng lớn rác tập trung chủ yếu ở khu vực sát lề đường, ngoài ra rác cũng phân bố rải rác ở giữa đường Với điều kiện đó, chỉ dùng vòi hút không thể gom được tất cả lượng rác cần thiết, nên cần phải bố trí thêm 2 cơ cấu chổi phụ ở 2 bên, có nhiệm vụ đưa rác vào khu vực miệng hút Bên cạnh đó, có những khu vực rác bị dính xuống mặt đường, sẽ gây khó cho việc hút, cơ cấu chổi phụ sẽ đảm nhận việc xới lượng rác đó lên, giúp việc hút dễ dàng hơn

Có 2 phương án thiết kế chổi phụ được nhóm đưa ra:

Phương án 1: Thiết kế chổi có dạng hình chữ thập, các sợi chổi được bố trí trên

một tấm thép tròn Sắp xếp để các sợi chổi liên kết thành từng dải dài, các dải ghép lại tạo hình chữ thập Chổi được nối với động cơ điện kéo chổi thông qua nối trục và bu lông, điều này cho phép điều chỉnh độ cao làm việc của chổi quét khi chổi bị mòn

Hình 2.8 Thiết kế chổi có biên dạng hình chữ thập

Phương án 2: Thiết kế chổi quét có dạng hình nón cụt, các sợi chổi được gắn

trên một tấm thép tròn, phía bên dưới bố trí thêm một tấm thép tròn khác có nhiệm vụ

ép các sợi chổi bung ra theo biên dạng hình nón cụt Chổi được nối với động cơ điện kéo chổi thông qua nối trục và bu lông, điều này cho phép điều chỉnh độ cao làm việc của chổi quét khi chổi bị mòn

+ Chế tạo chổi khó hơn so với phương án 1

+ Giá thành cao hơn, cần 3 chổi quét nhựa để chế tạo được một chổi phụ của xe

Hình 2.9 Thiết kế chổi có biên dạng hình nón cụt

Phân tích chọn kết cấu chổi gom phù hợp:

Ta thấy phương án thiết kế thứ nhất có các ưu điểm về giá thành và yêu cầu chế tạo đơn giản, nhưng khả năng hoạt động lại không hiệu quả, tính ứng dụng thấp Ngược lại, ở phương án thứ hai yêu cầu quá trình chế tạo phức tạp hơn đồng thời giá thành cao hơn, hiệu quả làm việc cũng cao hơn rất nhiều Nếu xét về tính kinh tế kỹ thuật thì phương án thứ 2 vẫn cao hơn, đạt các yêu cầu đặt ra của cơ cấu chổi quét, chi phí ở mức chấp nhập được

Sau khi cân nhắc phân tích, đánh giá các lợi ích và nhược điểm của mỗi phương

án nhóm quyết định sử dụng phương án thứ 2 để chế tạo chổi phụ cho xe, thiết kế chổi

có biên dạng hình nón cụt

2.2.1.2 Tính toán thông số chổi gom

Chổi gom là một bộ phận vừa chuyển động quay, vừa chuyển động tịnh tiến theo xe Nếu xét một điểm trên vành chổi gom, ta sẽ nhận được một quỹ đạo có dạng đường cycloid

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán chổi quét

Chọn các thông số ban đầu:

+ vxe: vận tốc di chuyển xe khi làm việc v = 10 [km/h] = 2,78 [m/s] xe

+ vchoi: vận tốc dài của chổi gom, [m/s]

+  vận tốc góc của chổi gom, chọn số vòng quay của chổi n = 300 [rpm] choi

 choi n.2 300.2

+ β : góc rác di chuyển so với phương ngang, [Độ]

+ r : bán kính của chổi gom, [m]

Mối quan hệ giữa các đại lượng:

Dựa vào sơ đồ tính toán ta thấy quan hệ giữa vận tốc dài của chổi với vận tốc di chuyển của xe và góc beta:

xe choi

v

Ta có quan hệ giữa bán kính chổi quét với vận tốc dài và vận tốc góc của chổi quét:

Tính công suất cần thiết của chổi quét:

Lực ma sát tác dụng lên chổi:

Trong đó:

-  : Hệ số ma sát, mặt tiếp xúc là bê tông và sợi plastic, chọn ms  =0,6 ms

- N: Phản lực mặt đường tác dụng lên chổi gom, phản lực này cùng phương ngược chiều và có độ lớn đúng bằng độ lớn của trọng lực tác dụng lên chổi:

- mchổi: khối lượng bản thân của chổi gom, mchổi= 1 [kg]

- mđc: khối lượng của động cơ giảm tốc dẫn động chổi, mđc = 0,5 [kg]

- mrác: khối lượng rác lớn nhất mỗi chổi phải quét, [kg]

Vì ngoài việc phải thắng được lực ma sát của bản thân, chổi còn phải thắng lực

ma sát của rác để đưa rác vào khu vực hút, và rác tập trung ở phần chổi tiếp xúc với mặt đất, nên ta coi như khối lượng rác cũng là một phần khối lượng tác dụng lên chổi Chọn loại rác nặng nhất là sỏi có khối lượng 7,5g/đơn vị, bề rộng 0,012m Khối lượng rác tối đa mà mỗi chổi cần phải quét là:

3 rac

Vậy, công suất cần thiết của mỗi chổi quét là:

choi choi choi

Thay các giá trị vào công thức (2.6) ta được

N choi =2, 78.31, 4=87,3 [W]