Thiết kế và chế tạo mô hình máy hút rác tự động

Hiện nay môi trường đô thị được các cấp các ngành và toàn xã hội đặc biệt quan tâm Nhằm từng bước thực hiện hóa mục tiêu Thành phố môi trường vào năm 2020 thành phố Đà Nẵng đã phát động nhiều phong trào tạo hiệu ứng trong toàn cộng đồng Đặc biệt vệ sinh đường phố là một trong những vấn đề rất đáng quan tâm Tuy nhiên các phương pháp vệ sinh đường phố hiện nay vẫn còn thô sơ Do đó nhiều hạn chế được phát sinh như cần nhiều nhân viên môi trường chi phí vận hành lớn khuếch tán bụi gây ảnh hưởng đến môi trường người xung quanh và người trực tiếp quét dọn Nhằm giảm chi phí sức lao động của người công nhân ứng dụng công nghệ hiện đại vào cuộc sống nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài Thiết kế và chế tạo mô hình máy hút rác tự động Bước đầu máy được thiết kế và chế tạo nhằm mục đích phục vụ công tác vệ sinh đường phố bãi cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Đây là mẫu xe hút rác có khả năng ứng dụng vào việc thu gom rác tự động trên các tuyến đường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

TÓM TẮT

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

Số thẻ sinh viên: 101140207 – 101140181

Hiện nay, môi trường đô thị được các cấp, các ngành và toàn xã hội đặc biệt quan tâm Nhằm từng bước thực hiện hóa mục tiêu “Thành phố môi trường” vào năm 2020, thành phố Đà Nẵng đã phát động nhiều phong trào tạo hiệu ứng trong toàn cộng đồng Đặc biệt, vệ sinh đường phố là một trong những vấn đề rất đáng quan tâm Tuy nhiên, các phương pháp vệ sinh đường phố hiện nay vẫn còn thô sơ Do đó, nhiều hạn chế được phát sinh như: cần nhiều nhân viên môi trường, chi phí vận hành lớn, khuếch tán bụi gây ảnh hưởng đến môi trường, người xung quanh và người trực tiếp quét dọn Nhằm giảm chi phí, sức lao động của người công nhân, ứng dụng công nghệ hiện đại

vào cuộc sống, nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình máy

hút rác tự động” Bước đầu, máy được thiết kế và chế tạo nhằm mục đích phục vụ

công tác vệ sinh đường phố, bãi cỏ trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Đây là mẫu xe hút rác có khả năng ứng dụng vào việc thu gom rác tự động trên các tuyến đường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Lịch sử phát triển của loài người gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, ô nhiễm môi trường ngày càng diễn biến phức tạp Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường rất đa dạng, chẳng hạn như chất thải công nghiệp từ các nhà máy, xí nghiệp,… Bên cạnh đó, rác thải sinh hoạt chính là một trong những tác nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường Hiện nay, các công ty vệ sinh môi trường luôn có nhu cầu lớn một số lượng công nhân vệ sinh để quét dọn đường phố, thu gom rác thải sinh hoạt hằng ngày Nhu cầu giảm sức lao động của những người công nhân vệ sinh là một bài toán được đặt ra không chỉ ở Việt Nam mà còn ở tất cả các quốc gia phát triển Trên cơ sở đó, nhóm chúng em đã nghiên cứu tài liệu, tham khảo ý kiến cùng với sự giúp đỡ tận tình của PGS TS Trần Xuân Tùy, nhóm chúng

em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình máy hút rác tự động.”

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy hút rác tự động giảm bớt sức lao động của người công nhân vệ sinh, bước đầu ứng dụng cho công việc vệ sinh tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm chúng em hy vọng mình có thêm hiểu biết về yêu cầu thực tế để hoàn thiện đề tài, ứng dụng lập trình điều khiển từ xa, sử dụng các cảm biến nhận biết vị trí của máy, từ đó giúp máy tự động hoạt động

Vận dụng kiến thức đã học vào thực tế

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu nguyên lý làm việc, các cơ cấu cơ khí phù hợp với mô hình máy hút rác tự động

- Thiết kế cơ khí mô hình máy hút rác tự động

- Nghiên cứu phần mềm lập trình cho vi điều khiển

- Lập trình điều khiển hệ thống sử dụng board mạch Arduino

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu thông qua các tài liệu tham khảo tại thư viện Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

- Nghiên cứu thông qua các tài liệu trên Internet

- Nghiên cứu thông qua các yêu cầu thực tế, giúp mô hình phù hợp với yêu cầu thực tế

5 Cấu trúc bài thuyết minh

Sau khi phân tích các yêu cầu thực tế và nghiên cứu, chúng em đã xây dựng cấu trúc bài thuyết minh gồm 4 phần:

Chương 1: Tổng quan về mô hình máy hút rác tự động

Chương 2: Tính toán, thiết kế mô hình máy hút rác tự động

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển của mô hình máy hút rác tự động

Chương 4: Kết quả, hướng phát triển của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về nguồn gốc ra đời của xe quét đường

Xe quét đường là loại xe chuyên dụng để quét dọn rác trên đường phố, vỉa hè, bãi

cỏ hay công viên Nó có bộ phận quét đường giống như cây chổi, có khả năng lau chùi

và hút sạch rác thải

Từ thế kỉ XIX, máy móc chuyên dụng đã được tạo ra giúp công việc quét dọn và thu gom rác thải hiệu quả hơn Vào năm 1840, thành phố Manchester, Anh đã trở nên nổi tiếng là thành phố công nghiệp đầu tiên trên thế giới Manchester là nơi có dịch vụ đường sắt chở khách đầu tiên trên thế giới và đã có một trong những ngành công nghiệp dệt may lớn nhất của thời điểm đó Kết quả là, các đô thị phát triển mạnh mẽ tại Anh được cho là nơi không tốt cho sức khỏe con người Để giải quyết vấn đề này, nhà khoa học người Anh Joseph Whitworth đã phát minh ra công cụ dọn dẹp rác trên đường phố vào năm 1843 và gọi mô hình này là “Sáng chế máy quét đường của Manchester ”

Hình 1.1 Công cụ quét dọn đường của Joseph Whitworth

Công cụ thu gom rác của Joseph Whitworth hoạt động dựa trên sức kéo của ngựa Khi ngựa kéo xe chạy, bánh xe quay Thông qua bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai, momen được truyền từ bánh xe đến chổi quét làm chổi quét quay và rác được thu gom vào thùng chứa

Năm 1849, tại Mỹ, chiếc máy quét rác đầu tiên được phát minh bởi C.S Bishop và

đã được cấp bằng sáng chế Chiếc máy này cũng được hoạt động dựa trên sức kéo của ngựa Năm 1911, John M Murphy phát minh máy quét rác hoạt động nhờ động cơ nhưng chỉ là trên bản vẽ Ông cố gắng thuyết phục tập đoàn The American Tower và Tank Company rằng ý tưởng của ông có thể hoạt động tốt và hai tập đoàn này đã thành lập công ty máy quét rác Elgin Chiếc máy này được thử nghiệm trong vòng 2 năm trước khi được một công ty tại Idaho mua vào năm 1913 John M Murphy tiếp tục cải

tiến chiếc máy này và vào năm 1917, ông đã sáng chế ra thế hệ mới của máy Thế hệ mới của máy sử dụng một băng tải phẳng để đưa rác thải từ chổi quét đến thùng chứa thay vì sử dụng băng tải dạng thanh thời bấy giờ

Hình 1.2 Chiếc máy quét rác của hãng Elgin năm 1914

Những ý tưởng về việc thu gom rác thải với máy quét rác nhìn chung giống nhau cho đến cuối những năm 1970 và không thay đổi cho đến cuối những năm 1990 Những chiếc máy quét đường chỉ thu gom rác thải lớn và để lại những bụi nhỏ vì những ý tưởng này cho rằng mưa sẽ dội sạch những bụi nhỏ đó Nhưng những bụi nhỏ được mưa dội sạch trở thành chất gây ô nhiễm môi trường và sau này gây ô nhiễm nguồn nước Tiêu chuẩn cho những chiếc máy quét rác ngày càng thay đổi và cho đến nay, một số máy quét rác có khả năng thu gom những loại rác thải có kích thước nhỏ hơn 10m Những chiếc máy quét rác này được trang bị những bồn chứa nước và vòi phun để làm lỏng các hạt và giảm bụi Chổi quét làm sạch những hạt bụi này và giúp các hạt bụi di chuyển dưới máy quét Các hạt bụi này được hút vào thùng chứa hoặc phễu Không khí được làm sạch nhờ không khí cưỡng bức tạo ra hiệu ứng xoáy làm mất đi các mảnh vụn nhỏ này Khi được nới lỏng, áp suất hút các hạt bụi này và đặt nó vào bên trong phễu 90% các máy quét đường phố tại Mỹ ngày nay sử dụng chổi quét

là loại chổi cơ học

Các loại máy quét đường phố có rất nhiều kích cỡ Nó có thể là một chiếc xe tải với đầy đủ các chức năng và phụ kiện hoặc là một chiếc máy được kéo phía sau một phương tiện khác Những loại máy lớn thường được sử dụng trên các tuyến đường cao tốc Những loại nhỏ hơn được sử dụng để vệ sinh trong nhà kho hoặc đường băng

1.2 Một số loại máy quét rác hiện nay

1.2.1 Xe quét rác của hãng ISUZU

Xe quét rác ISUZU là dòng xe chuyên dụng môi trường quét hút rác được lắp ráp trên nền xe cơ sở là xe tải ISUZU có tổng tải trọng 6,4 tấn Xe có hiệu quả làm việc cao bao gồm các chức năng quét, thu gom rác thải, vận chuyển rác Xe được trang bị chổi quét, hệ thống hút, hệ thống phun nước áp lực giúp xe có thể hút được các loại hạt bụi với kích thước nhỏ Xe được sử dụng nhiều trong thành phố, các khu đô thị, khu công nghiệp, chợ, các nhà máy, nhà xưởng…

Hình 1.3 Xe quét đường ISUZU

Cấu tạo của xe gồm hai bộ phận chính như sau:

- Phần xe cơ sở: là xe tải của hãng ISUZU, công suất máy cao, đạt tiêu chuẩn khí thải Euro, cabin rộng rãi, lái xe thoải mái và an toàn

- Hệ thống chuyên dụng: bao gồm động cơ phụ, chổi quét, thùng chứa rác, hệ thống phun nước áp lực cao, hệ thống hút bụi cùng các thiết bị vệ sinh khác Thể tích thùng rác sẽ phụ thuộc từng dòng xe khác nhau

Hình 1.4 Cấu tạo xe quét đường của hãng ISUZU

Xe quét đường của hãng ISUZU hoạt động khi người dùng khởi động xe và bắt đầu

di chuyển nhờ động cơ xe Khi người dùng bắt đầu khởi động hệ thống vệ sinh, chổi hai bên xe quay, thực hiện quét rác và bụi bẩn trên mặt đường rồi thu gom vào miệng hút Tại miệng hút, vòi phun nước sẽ thực hiện hòa lẫn bụi, rác, đất cát, đá sỏi rồi đưa lên thùng chứa Ở thùng chứa, xe được bố trí một hệ thống phun nước để dập không cho bụi mịn bay lên và thải ngược ra môi trường Với các hệ thống vệ sinh này, xe có khả năng lọc bụi lên đến 99% Tiếp đó, hệ thống lọc nước hoạt động, lọc lại nước để đảm bảo nước phun ra từ đầu miệng hút đã được lọc sạch và bắt đầu một chu trình hút – lọc bụi mới, mang lại hiệu quả vệ sinh tốt nhất

Ưu điểm của xe quét đường ISUZU:

- Xe vệ sinh sạch sẽ, hiệu quả, đảm bảo vệ sinh môi trường

- Tăng tuổi thọ mặt đường do đã làm sạch các bụi bẩn và hóa chất

- Tốc độ tối đa khi quét bụi rác của xe là 25km/h, năng suất làm việc tối đa mỗi giờ là 56km, cho hiệu quả tương đương với 10 công nhân vệ sinh làm việc trong một ngày, tiết kiệm chi phí nhân công

- Hệ thống đèn chiếu sáng hiện đại, lốp xe thiết kế di chuyển an toàn trên nhiều địa hình, đảm bảo độ an toàn trong công tác vệ sinh, thu gom rác thải

- Thùng chứa lớn, có thể hoạt động trong thời gian dài

Nhược điểm của xe quét đường ISUZU:

- Xe có kích thước lớn do đó xe chỉ phù hợp với các đường phố rộng rãi

- Yêu cầu người vận hành có trình độ lái xe

- Sử dụng động cơ Diesel nên lượng khí thải có thể gây ô nhiễm môi trường

Thông số kỹ thuật của xe:

- Xe cơ sở là xe tải ISUZU có tổng tải trọng 6,4 tấn

pháp lý tưởng cho đường phố trung tâm, đô thị, đặc biệt là những khu vực khó làm sạch với những xe quét đường truyền thống, như vỉa hè, đường nhỏ, nhà ga, trạm dừng, đường đi xe đạp, khu vực người đi bộ, bãi đậu xe, công viên…

trường Với các hệ thống vệ sinh này, xe có khả năng lọc bụi lên đến 99% Tiếp đó, hệ thống lọc nước hoạt động, lọc lại nước để đảm bảo nước phun ra từ đầu miệng hút đã được lọc sạch và bắt đầu một chu trình hút – lọc bụi mới, mang lại hiệu quả vệ sinh tốt nhất

Ưu điểm của xe quét rác Dulevo 850:

- Xe hoạt động hiệu quả, vệ sinh sạch sẽ đảm bảo môi trường

- Động cơ hút của xe tạo lực hút mạnh mẽ, giúp xe có thể thu gom được nhiều loại rác lớn

- Độ cơ động cao, xe có thể vệ sinh được những ngóc ngách khó như vỉa hè, lòng đường,…

- Hiệu quả làm việc cao

- Mức độ khí thải thấp

- Phụ tùng xe dễ tìm trên thị trường, thuận tiện cho quá trình bảo trì và sửa chữa

Nhược điểm của xe quét rác Dulevo 850:

- Yêu cầu trình độ người vận hành cao

- Giá thành cao so với thị trường Việt Nam

Thông số kỹ thuật của xe quét rác Dulevo 850:

1.2.3 Máy hút lá cây của hãng Craftsman

Hình 1.6 Máy hút lá cây Craftsman

Máy hút lá cây của hãng Craftsman là sự lựa chọn cho các công ty, nhà xưởng, các

hộ gia đình có lá cây rụng nhiều Việc dọn dẹp lá cây bằng chổi và các phương tiện thô

sơ khác tốn nhiều thời gian, sức lao động, ảnh hưởng tới sức khỏe của người quét dọn đặc biệt nguy cơ mắc bệnh về khớp, vai, lưng rất cao Vì vậy, chiếc máy hút lá ra đời như một thiết bị công nghiệp siêu việt, giúp người công nhân vệ sinh tiết kiệm thời gian, công sức, đảm bảo sức khỏe

Cấu tạo của chiếc máy hút lá cây Craftsman này khá đơn giản Máy được trang bị một động cơ xăng với công suất 4,5HP truyền momen xoắn đến một quạt hút ly tâm thông qua nối trục Chính nhờ động cơ công suất lớn này mà máy sinh ra một lực hút lớn, giúp tối đa lượng lá cây đưa vào máy Ngoài ra, xe được trang bị một ống thổi với lực thổi lớn, giúp người vận hành có thể đẩy rác từ những nơi khó vệ sinh như vỉa hè, gốc cây, bãi cỏ,… Bánh xe của máy được thiết kế đặc biệt, giúp xe có tính cơ động cao,

có thể hoạt động trên các địa hình không bằng phẳng Chính điều này đã giúp máy có hiệu suất làm việc cao

Thông số kỹ thuật của máy hút lá cây Craftsman:

- Bề rộng làm việc : 610 mm

- Công suất : 4.5 HP

- Động cơ : Động cơ xăng

- Khởi động : Bằng bu gi

1.2.4 Máy quét rác đẩy tay Clepro

Máy quét rác đẩy tay Clepro CW103/2 là thiết bị vệ sinh công nghiệp hiện đại, có khả năng quét và hốt rác tự động, phù hợp với nhu cầu sử dụng tại các khu vực công cộng cũng như các nhà xưởng có diện tích rộng

Hình 1.7 Máy quét rác đẩy tay Clepro

Máy quét rác vận hành theo cơ chế đẩy tay cơ học Khi người dùng đẩy, bánh xe của máy chuyển động Thông qua các bộ truyền đai, năng lượng quay được truyền đến hai chổi biên và chổi gom chính giữa máy Nhờ vậy, rác được hai chổi biên gom vào

chính giữa và được chổi gom đưa vào thùng chứa Cơ chế đẩy tay cơ học giúp việc vận hành máy và bảo dưỡng trở nên dễ dàng Xe không sử dụng nguồn năng lượng điện nên điện năng tiết kiệm, thân thiện với môi trường

Hình 1.8 Cơ chế đẩy tay cơ học của máy quét rác đẩy tay Clepro

Ưu điểm của máy quét rác đẩy tay cơ học Clepro:

- Thân thiện với môi trường

- Giá cả phù hợp với các hộ gia đình, công ty, nhà xưởng

- Tính cơ động không cao, chỉ phù hợp với các địa hình bằng phẳng

- Không thu gom triệt để các loại hạt bụi với kích thước nhỏ

1.2.5 Máy quét rác tự nghiên cứu

Hiện nay, để vệ sinh nơi công cộng, một số thành phố lớn đã trang bị xe hút bụi, quét rác tự động của nước ngoài với đầy đủ kiểu dáng, chủng loại Tuy nhiên, do địa hình không phù hợp, chi phí hoạt động cao dẫn đến nhiều loại xe không thể sử dụng được Vì vậy, đa số công nhân vệ sinh môi trường vẫn phải quét rác bằng chổi Để khắc phục hạn chế này, kĩ sư Nguyễn Hồng Quang đã chế tạo thành công xe quét rác đẩy tay

Hình 1.9 Xe quét rác đẩy tay tự nghiên cứu của kĩ sư Nguyễn Hồng Quang

Xe có cơ cấu đơn giản, gọn, nhẹ bao gồm: thùng chứa, bánh xe, bánh ma sát, chổi tròn, băng tải xích, máng đón rác, chổi ống và khung xe Nguyên lý làm việc của xe như sau: Tốc độ quét phụ thuộc vào tốc độ đẩy xe của người vận hành Rác ở hai bên

xe được gom vào trong nhờ hai chổi tròn, sau đó được đưa lên thùng rác nhờ chổi ống,

cơ cấu đón rác và hệ thống băng tải cùng hướng chuyển động của xe Ở trước xe có bộ phận nhận rác từ chổi ống quét qua băng tải chuyển đến thùng chứa Khi đầy rác ở thùng chứa, có thể nhấc ra để xả rác vào đúng nơi quy định Cơ cấu đón rác linh hoạt,

có thể tự điều chỉnh theo kích cỡ của rác, hay mặt bằng địa hình xấu Hệ thống băng tải gạt, nhận rác từ cơ cấu đón rác và đưa rác đến độ cao như ý muốn Xe có phương thức quét nối tiếp để trong quá trình quét, nếu rác và bụi chưa được đưa lên thùng thì tiếp tục được đưa lên trong các lần quét tiếp theo Điều này khiến chất lượng vệ sinh được đảm bảo hiệu quả Xe có khả năng thu rác đủ kích cỡ nhỏ hơn 100mm, kể cả các hạt bụi nhỏ, có thể tự động điều chỉnh lên xuống theo kích cỡ của rác và điều kiện mặt bằng tại các thời điểm mà xe đi qua

Ưu điểm:

- Tính cơ động cao, có thể hoạt động ở nhiều địa hình khác nhau

- Có khả năng thu gom được nhiều loại rác, kể cả các kích thước nhỏ

- Giá thành phù hợp

- Giảm chi phí nhân công vệ sinh môi trường

- Sử dụng cơ cấu đẩy tay cơ học, thân thiện môi trường

Nhược điểm:

- Xe hoạt động dựa trên sức người, ảnh hưởng sức khỏe, gây mệt mỏi cho người công nhân khi làm việc trong thời gian dài

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY HÚT RÁC

về Ung thư thuộc Tổ chức Y tế thế giới WHO đã tìm thấy mối liên kết giữa ô nhiễm không khí và ung thư bàng quang Kết quả nghiên cứu cho thấy, có khoảng 10.000 người Anh được chẩn đoán mắc chứng ung thư bàng quang mỗi năm mà nguyên nhân chủ yếu là do nhiễm chất độc trong không khí ô nhiễm Hiện tượng ô nhiễm không khí

có thể làm tăng nguy cơ mắc các chứng rối loạn nhịp tim, dẫn đến đau tim

Không những tác động tiêu cực đến sức khỏe của con người, ô nhiễm môi trường còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái Nguồn đất bị ô nhiễm khiến lượng chất dinh dưỡng trong đất không tồn tại, cây cối không phát triển, ảnh hưởng đời sống của các loại động vật khác Bên cạnh đó, ô nhiễm không khí gây mưa axit, hiện tượng khói bụi che chắn làm giảm ánh sáng mặt trời, ảnh hưởng đến sự quang hợp của các loài thực vật Ô nhiễm môi trường khiến các loài động vật có thể xâm lấn, cạnh tranh, chiếm môi trường sống của các loài địa phương, từ đó làm giảm đa dạng sinh học Khí

CO2 từ các nhà máy và các phương tiện giao thông còn làm tăng hiệu ứng nhà kính, khiến Trái Đất ngày một nóng lên, các khu sinh thái dần bị phá hủy

Ý thức bảo vệ môi trường đang là một thực trạng đáng lo ngại hiện nay Nhiều người cho rằng, việc quét dọn, phân loại, thu gom rác, làm sạch đường phố là công việc, trách nhiệm của các công nhân môi trường Việc vứt rác, chất thải ra đường phố, vỉa hè xảy ra khá phổ biến ở Việt Nam Ở những thành phố lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, Thành phố Hồ Chí Minh,… mỗi công nhân vệ sinh buộc phải làm việc từ đêm đến sáng để quét dọn những con đường đầy rác thải Những người công nhân này luôn đối mặt với những nguy hiểm từ những loại rác thải dù được trang bị đầy đủ các trang bị

bảo hộ lao động cần thiết Tuy nhiên, dụng cụ thu gom rác rất thô sơ Họ tiếp xúc trực tiếp với bụi bẩn, mùi hôi thối của rác thải Công việc của những người công nhân này rất cực nhọc, hầu như không có ngày nghỉ Việc tiếp xúc thường xuyên và lâu dài với môi trường độc hại này khiến sức khỏe của những người công nhân bị ảnh hưởng, dễ mắc các chứng bệnh liên quan đến đường hô hấp, tim mạch, tổn thương da, ung thư,…

Hình 2.1 Dụng cụ thu gom rác thô sơ của người công nhân môi trường

Trước những vấn đề đó, nhóm đã tìm tòi, nghiên cứu, áp dụng các kiến thức về cơ khí chế tạo, kỹ thuật vi điều khiển, các kiến thức về hệ thống cơ điện tử để chế tạo nên

mô hình máy hút rác tự động Đối tượng được nhắm đến là các loại lá cây, bụi, các loại rác với kích thước nhỏ trên lòng đường, vỉa hè, giúp giảm thiểu sức lao động của những người công nhân vệ sinh, góp phần vào quá trình bảo vệ môi trường trên toàn cầu Trước hết, máy hút rác tự động sẽ được thiết kế và chế tạo chủ yếu phục vụ công việc vệ sinh lòng đường, thu gom lá cây tự động trong khuôn viên trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

2.1.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

a Phương án thiết kế 1

Thiết kế máy quét và hốt rác hoạt động hoàn toàn bằng các cơ cấu cơ khí bao gồm hộp tăng tốc, bộ truyền đai, xích Khi đẩy xe, hộp tăng tốc truyền chuyển động quay từ bánh xe đến cơ cấu chổi quét và băng tải thông qua hệ thống xích tải Cơ cấu chổi quét quét và đưa rác lên băng tải, băng tải đưa rác lên thùng chứa Hai chổi tròn phụ hai bên phía trước xe với mục đích quét rác ở rìa đường, cạnh dải phân cách

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bộ phận chổi quét giữa xe

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý bộ phận chổi biên

Ưu điểm của phương án:

- Hệ thống không sử dụng năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường

- Hoạt động tương đối ổn định

- Chi phí chế tạo rẻ

- Dễ dàng lắp đặt, sửa chữa, bảo dưỡng

Nhược điểm của phương án:

- Xe sử dụng các cơ cấu cơ khí, không thể lập trình để xe hoạt động tự động

- Lực đẩy xe lớn do momen cản ban đầu lớn

- Yêu cầu gia công cơ khí chính xác

b Phương án thiết kế 2

Thiết kế xe hút rác tự động sử dụng động cơ nổ xăng, chuyển động quay từ trục động cơ được truyền đến quạt hút Rác được đưa vào thùng chứa nhờ lực hút lớn từ quạt hút Sử dụng quạt hút ly tâm cho bộ phận hút vì lưu lượng khí và áp suất khí hút lớn, đảm bảo có thể hút được các hạt cát, bụi có kích thước nhỏ Hai bánh xe dẫn động

sử dụng hai động cơ điện một chiều, có thể lập trình điều khiển được

Ưu điểm của phương án:

- Công suất quạt hút lớn, đảm bảo lực hút các loại rác như lá cây, bụi nhỏ,…

- Kết cấu cơ khí đơn giản

- Dễ dàng lắp ráp, sửa chữa, bảo dưỡng

- Sử dụng động cơ điện một chiều cung cấp năng lượng quay cho bánh xe, dễ dàng lập trình điều khiển mô hình hoạt động tự động

Nhược điểm của phương án:

- Mô hình sử dụng động cơ xăng cung cấp năng lượng quay cho quạt hút sinh ra khí thải

c Lựa chọn phương án thiết kế

Sau khi phân tích nguyên lý hoạt động, những ưu nhược điểm của các phương án, nhóm quyết định lựa chọn phương án thiết kế thứ 2 Nhóm sử dụng động cơ điện một chiều để truyền động cho hai bánh xe dẫn động Nhóm sẽ sử dụng các cảm biến để nhận biết vị trí và tự động bám theo vỉa hè để thu gom lá cây Quạt hút ly tâm được sử dụng để làm bộ phận chính cho phần hút của máy Với lưu lượng gió và áp suất lớn, lá cây, hạt bụi và các loại rác nhỏ được hút vào túi chứa Túi chứa được thiết kế có thể tháo lắp dễ dàng, giúp người vận hành có thể lấy rác đã được hút vào ra ngoài ra thu gom đúng nơi quy định Ở chế độ tự động, xe có hệ thống điều khiển từ xa, giúp người công nhân có thể bật tắt xe từ xa để xe hoạt động tự động, trong thời gian đó, người công nhân có thể làm một việc khác như quét rác ở các ngóc ngách mà xe không thể hút được, hay chuẩn bị các bao rác để thu gom rác đã được hút Đây là phương án thiết

kế có tính khả thi cao nhất, hoạt động hiệu quả nhất, phù hợp với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cũng như nền công nghệ hiện đại hiện nay

2.2 Thiết lập sơ đồ động học

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy

Máy có hai chế độ làm việc: chế độ đẩy tay và chế độ tự động

Ở chế độ đẩy tay, người vận hành khởi động động cơ xăng bằng cách giật nổ Khi động cơ quay, thông qua bộ truyền đai, năng lượng quay được truyền đến trục của quạt hút ly tâm Cánh quạt hút quay tạo một luồng không khí theo một chiều từ cửa hút đến

cửa xả khí Luồng không khí với lưu lượng và áp suất lớn cuốn theo lá cây, bụi và các loại rác nhỏ vào thùng chứa

Ở chế độ tự động, máy được trang bị một đầu thu sóng RF Khi người dùng sử dụng điều khiển từ xa để bật tắt máy, đầu thu sóng này tiếp nhận sóng RF từ đầu phát ở điều khiển từ xa nhờ một mạch cộng hưởng LC Từ đó, sóng thu được giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh, dùng tín hiệu này để bật tắt chế độ tự động Xe được bố trí ba cảm biến hồng ngoại, giúp xe phát hiện được vật cản, vỉa hè Bộ xử lý trung tâm tiếp nhận thông tin nhận được từ ba cảm biến, từ đó điều khiển hai động cơ điện một chiều dẫn động cho xe đi theo vỉa hè Người sử dụng cũng cần khởi động động cơ xăng để bộ phận quạt hút hoạt động

2.2.2 Phân tích chức năng của từng bộ phận

- Động cơ xăng: tạo chuyển động quay, cung cấp năng lượng quay cho cánh quạt hút

- Pulley: được gắn với trục ra của động cơ xăng và trục quạt hút, truyền chuyển động quay từ động cơ xăng đến trục quạt hút

- Trục chính: tạo chuyển động quay cho cánh quạt hút

- Quạt hút: nhận năng lượng quay từ động cơ xăng, tạo luồng không khí với lưu lượng và áp suất lớn

- Bánh xe: tạo chuyển động của máy

2.3 Tính toán, thiết kế một số bộ phận máy

2.3.1 Tính toán, thiết kế bộ truyền đai

a Khái niệm chung

Bộ truyền đai là một cơ cấu cơ khí đơn giản gồm một bánh đai chủ động, một bánh đai bị động và một dây đai Dây đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu F0 Lực căng này tạo ra lực ma sát giữa đai và bánh đai Nhờ có lực ma sát này, chuyển động quay và tải trọng được truyền từ bánh đai chủ động đến bánh đai bị động

Tùy theo vị trí của các trục và chiều quay của các bánh đai, bộ truyền đai được phân ra: truyền động giữa các trục song song cùng chiều; truyền động giữa các trục song song, ngược chiều; truyền động giữa các trục chéo nhau, trong đó truyền động đai song song và cùng chiều được dùng nhiều hơn cả nhờ sự ổn định trong quá trình làm việc

Hình 2.4 Một số kiểu truyền động của bộ truyền đai

b Một số loại đai

Đai dẹt

Đai dẹt gồm đai da, đai vải cao su, đai sợi bông, đai sợi len và đai sợi tổng hợp Đai

da có khả năng tải tốt, tuổi thọ cao, chịu va đập tốt nhưng đắt nên ít được sử dụng Đai sợi bông mềm, giá thành thấp thích hợp với truyền động vận tốc cao và bánh đai có đường kính nhỏ nhưng khả năng tải thấp, không dùng được ở nơi ẩm ướt và nhiệt độ cao Đai sợi len được dệt từ sợi dọc bằng len và sợi ngang bằng bông, chịu tải trọng va đập tốt, có thể sử dụng với bánh đai có đường kính nhỏ nhưng giá thành cao nên ít được sử dụng Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa Vải có modun đàn hồi lớn hơn cao su, được dùng để chịu phần lớn tải trọng, còn cao su đảm bảo cho đai làm việc như một khối nguyên, bảo vệ lớp vải không bị hư hại và nâng cao

hệ số ma sát Nhờ đặc tính bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng của độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ, đai vải cao su thay thế tốt cho đai da và được sử dụng khá rộng rãi Đai sợi tổng hợp làm bằng các vật liệu tổng hợp trên nền nhựa polyamit có cốt là sợi capron, lapxan Loại đai này có độ bền và tuổi thọ cao (với chiều dày từ 0,4 đến 1,2 mm có thể truyền được công suất 150 kW và lớn hơn), có thể làm việc ở vận tốc cao (v < 60 m/s), bánh đai đường kính nhỏ

Đai hình thang

Mặt làm việc của đai hình thang là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng với bánh đai Cấu tạo đai hình thang có hai loại: đai sợi xếp và đai sợi bện Các lớp sợi xếp hoặc sợi bện được bố trí ở lớp trung hòa hoặc đối xứng với lớp trung hòa, là lớp chịu tải chủ yếu

Hình 2.5 Cấu tạo của đai sợi xếp và đai sợi bện

Lớp cao su 1 chịu kéo và lớp cao su 3 chịu nén, đảm bảo cho đai làm việc như một khối nguyên và làm tăng độ dẻo cho đai, lớp vỏ bằng vải cao su 4 bọc quanh đai, bảo

vệ và làm giảm mòn cho đai

Đai hình lược (đai nhiều chêm)

Gồm nhiều chêm phân bố dọc theo chiều rộng và nằm ở mặt trong của đai Các chêm này sẽ tiếp xúc với rãnh chêm trên bánh đai Các lớp sợi chịu tải chủ yếu, thường

là sợi viscozo hoặc sợi thủy tinh

tỷ số truyền lớn, hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn do đó lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ Đai răng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa nairit hoặc được đúc từ cao su polyuretan Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thủy tinh hoặc polyamit Thông thường, người ta sử dụng đai răng bằng cao su nhân tạo có cốt là dây kim loại Nhờ lớp cốt cứng và bền mà bước của đai không bị thay đổi

c Kết cấu bánh đai

Kết cấu bánh đai phụ thuộc vào loại đai, khả năng công nghệ và quy mô sản xuất Bánh đai thường có đường kính nhỏ hơn 100 mm thường được chế tạo bằng phương pháp dập hoặc đúc, không khoét lõm Khi đường kính lớn hơn 100 mm dùng bánh đai khoét lõm, có lỗ, hoặc có 4 – 6 nan hoa để giảm bớt khối lượng Các loại bánh đai này thường có ba phần: vành ngoài tiếp xúc với đai, mayơ để lắp lên trục và đĩa hoặc nan hoa nối vành với mayơ

Với đai dẹt, vành bánh đai có bề mặt ngoài là mặt trụ hoặc hình trống để tránh cho đai bị tuột khỏi bánh đai theo phương dọc trục Thông thường bánh đai nhỏ là mặt trụ

và bánh đai lớn là hình trống

Vành bánh đai hình thang và bánh đai hình lược được cắt rãnh có kích thước tương ứng với kích thước tiết diện của đai hình thang hoặc đai hình lược Góc chêm của đai

và bánh đai hình lược bằng nhau và bằng 400, còn góc chêm của bánh đai hình thang bằng 340, 360, 380 và 400, tức là nhỏ hơn hoặc bằng góc chêm của đai thang, nhờ đó tải trọng sẽ phân bố đều hơn cho đai và bánh đai

d Đánh giá bộ truyền đai

Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp

- Làm việc êm, không ồn nhờ độ dẻo của dai, do đó truyền động đai phù hợp với vận tốc lớn

- Có khả năng truyền động giữa các trục xa nhau

- Đề phòng được quá tải cho máy nhờ đai trượt trơn trên bánh đai khi máy có hiện tượng quá tải

Nhược điểm:

- Tỷ số truyền không phải là hằng số do sự trượt đàn hồi không tránh khỏi của đai

- Lực tác dụng lên trục và ổ lớn do phải căng đai với lực căng ban đầu lớn

- Tuổi thọ của đai thấp

e Tính toán, thiết kế bộ truyền đai

Tốc độ quay của động cơ n = 3000 vòng/phút Do đó

𝑣 = 𝜋 × 𝑛

30 =

𝜋 × 3000

30 = 314 𝑚/𝑠 Với  = 314 m/s > 25 m/s do đó ta sử dụng loại đai hình thang dẹt loại SPA có các

thông số tiết diện như sau:

𝑏1 = 11 𝑚𝑚, 𝑏 = 13 𝑚𝑚, ℎ = 10 𝑚𝑚, 𝑆 = 95 𝑚𝑚2

Hình 2.7 Các kích thước tiết diện của đai hình thang hẹp SPA

Xác định đường kính bánh đai nhỏ bằng công thức:

Với P 1 : công suất trên trục chính [kW]

n 1: tốc độ quay trên trục bánh đai chủ động [vòng/phút]

Do đó, ta lựa chọn bánh đai nhỏ có đường kính d 1 = 80 mm

30003,026 = 991,27 𝑚𝑚

Từ đó ta có a = 335 mm

Lựa chọn số đai hình thang z = 1

Vậy ta có kích thước của bộ truyền đai như sau:

Bánh răng, bánh đai, đĩa xích và các chi tiết quay khác của máy thường được đặt trên trục Như vậy trục được dùng để đỡ các chi tiết máy quay, truyền momen xoắn hoặc đồng thời thực hiện cả hai nhiệm vụ này

Theo đặc điểm chịu tải phân ra:

- Trục tâm: được dùng chỉ để đỡ trục và chỉ chịu momen uốn Trục tâm có thể quay cùng các chi tiết lắp trên nó như trục bánh xe của tàu hỏa lăn trên đường ray, hoặc trục tâm không quay như trục của ròng rọc

- Trục truyền vừa để đỡ các chi tiết máy quay vừa truyền momen xoắn, nghĩa là đồng thời chịu cả momen uốn và momen xoắn

Theo cấu tạo phân ra: trục trơn và trục bậc, trục đặc và trục rỗng

Theo hình dạng đường tâm trục phân ra: trục thẳng, trục khuỷu và trục mềm Trục khuỷu được dùng trong động cơ đốt trong, máy bơm pittong, còn trục mềm được dùng

để truyền chuyển động quay và momen xoắn giữa các bộ phận máy hoặc máy có vị trí thay đổi khi làm việc

Trục thường được chế tạo có dạng hình trụ tròn gồm nhiều đoạn có đường kính khác nhau (trục bậc), ít khi sử dụng trục trơn vì như vậy không phù hợp với đặc điểm phân bố ứng suất khác nhau theo chiều dài trục và lắp ghép khó khăn Nhìn chung, trục thường bao gồm các phần sau:

- Đoạn trục chuyển tiếp: là phần trục nằm giữa hai bậc trục Chúng có thể là rãnh lượt tròn để rút đá mài, kết cấu này làm tăng tập trung ứng suất nên chỉ dùng cho

các đoạn trục chịu momen uốn nhỏ Phần trục chuyển tiếp cũng có thể là mặt lượn với bán kính không đổi hoặc bán kính thay đổi, như thế làm giảm bớt tập trung ứng suất và thường được sử dụng ở các đoạn trục chịu tải lớn

Để cố định các chi tiết trên trục theo phương dọc trục, ngoài vai trục, người ta còn

sử dụng mặt côn, bạc, vòng chặn, vít và đai ốc Đường kính của vai trục cũng như của của phần trục không cần lấy theo tiêu chuẩn Ngoài ra, khi định kích thước các đoạn trục phải chú ý sao cho tới đoạn cần lắp không bị vướng

Như vậy, kết cấu trục sẽ hợp lý khi đường kính các đoạn trục phù hợp với sự thay đổi của tải trọng (yêu cầu về độ bền), thuận tiện cho việc lắp ghép các chi tiết lên trục (yêu cầu lắp ghép) đồng thời thuận tiện cho việc gia công đạt độ chính xác cần thiết (yêu cầu công nghệ)

b Tính toán, thiết kế trục quay quạt hút

Lựa chọn vật liệu làm trục quay là thép C45 thường hóa có σb = 600 MPa

Thiết kế trục quay với các thông số sau:

- Công suất: 𝑃1 = 𝑃 × 𝜇𝑑 = 1,5 × 0,95 = 1,425 𝑘𝑊

- Tốc độ quay: 𝑛 = 3000 × 1,5 = 4500 vòng/phút

- Khoảng cách lắp bánh đai, cánh quạt và các ổ lăn:

𝑙1 = 55 𝑚𝑚, 𝑙2 = 110 𝑚𝑚, 𝑙3 = 65 𝑚𝑚

Hình 2.10 Sơ đồ kết cấu trục quay quạt hút

Ta có, lực tác dụng của bánh đai lên trục là

𝐹𝑑 =780 × 𝑃1× 𝐾𝑑

× 𝐶𝛼× 𝑧 + 𝐹𝑣Trong đó: F d : lực tác dụng của bánh đai lên trục quay

K d : hệ số tải trọng động

v: vận tốc dài của trục quay

C α: hệ số ảnh hưởng của góc ôm, phụ thuộc góc ôm của bánh đai nhỏ

z: số lượng dây đai

F v: lực căng phụ do lực ly tâm gây ra

Ta có: 𝐹𝑣 = 𝑣2× 𝑞𝑚 = 3142× 0,118 = 11634,3 𝑁

𝑃1 = 𝑃 × 𝜇𝑑 = 1,5 × 0,95 = 1,425 𝑘𝑊 Với d: hiệu suất bộ truyền đai

3

= √11639 × 550,2 × 600

3

= 17,47 𝑚𝑚

Vậy ta chọn đường kính trục tại điểm đặt ổ lăn 1 là d 1 = 20 mm

Tại đoạn trục đặt ổ lăn thứ 2, ta có momen xoắn tại điểm đặt cánh quạt

𝑇1 = 9,55 × 106×𝑃

𝑛 = 9,55 × 10

6×1425

4500 = 3024166,7 𝑁𝑚 Tiết diện trục tại đoạn đặt ổ lăn 2 là:

𝑑 = √ 𝑇

0,2 × [𝜏]

3

= √3024166,70,2 × 600

3

= 19,43 𝑚𝑚

Vậy ta chọn đường kính trục tại điểm đặt ổ lăn 2 là d 2 = 20 mm

Từ đó ta được kết cấu trục như sau

Hình 2.11 Kích thước trục quay của quạt hút 2.3.3 Tính toán, thiết kế quạt hút ly tâm

a Khái niệm, phân loại

Quạt ly tâm hay còn gọi là quạt hút ly tâm là loại quạt hút không khí dọc theo trục dựa vào lực ly tâm đưa ra quanh vỏ quạt, sau đó gió được đẩy ra hướng thẳng góc với trục của quạt Quạt ly tâm được chia ra làm hai loại chính bao gồm:

- Quạt ly tâm trực tiếp

- Quạt ly tâm gián tiếp

Với quạt ly tâm trực tiếp thì động cơ được gắn trực tiếp lên cánh quạt Loại quạt này

có ưu điểm là tốc độ hút gió nhanh tuy nhiên loại quạt này không được sử dụng trong môi trường axit hoặc môi trường quá nóng

Quạt ly tâm gián tiếp thì ngược lại, động cơ được gắn với cánh quạt bởi dây curoa Khi động cơ hoạt động sẽ làm dây chuyển động và kéo theo cánh quạt quay Loại quạt này có khả năng chịu nhiệt rất cao nên có thể làm việc ở bất kỳ môi trường nào kể cả môi trường axit Tốc độ hút của quạt ly tâm gián tiếp không bằng quạt ly tâm trực tiếp Các cánh của roto của quạt ly tâm được giữ giữa mặt đỡ và vòng giữ đỡ Rô to nằm trong vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn ốc Không khí vào từ miệng hút qua vòng đỡ, được các cánh ly tâm ra vỏ quạt, và theo vỏ thoát ở cửa ra Vì vậy, phương của dòng khí vào vuông góc với phương của dòng khí ra

Có ba loại quạt ly tâm chính là: quạt ly tâm cao áp, trung ấp và thấp áp

Quạt ly tâm thấp áp là loại miệng hút đơn, với các bộ phận phân biệt được định hình trong khuôn Cánh quạt được thiết kế và chế tạo bằng công nghệ ly tâm nhiều cánh, toàn bộ quạt đặc trưng bởi kích thước nhỏ, tiếng ồn thấp, hoạt động ổn định, khối lượng gió lớn, cột áp cao Loại quạt này được sử dụng phổ biến trong khu vực thông gió và cũng có thể áp dụng cho các thiết bị máy móc hay các dây chuyền sản xuất Quạt này không được sử dụng để vận chuyển không khí dễ cháy, ăn mòn thấp với nồng độ bụi và tạp chất rắn không quá 100 mg/m3 và nhiệt độ không quá 6000C

Quạt ly tâm trung áp là sản phẩm quạt ly tâm hút bụi rất thích hợp sử dụng trong môi trường khí thải bụi bẩn hỗn hợp, phế liệu gỗ và chất xơ… Loại quạt này có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ trong không gian dưới 8000C Quạt này được chế tạo với 6 lá cánh cong hướng về phía trước, quạt không dễ dàng bị bám bụi Loại quạt này có đặc điểm bền, không dễ bị mài mòn

Quạt ly tâm cao áp thông thường được sử dụng cho thông gió cưỡng bức trong các ngành công nghiệp như ngành thủy tinh, lò luyện kim, nồi hơi, bình ắc quy, mạ điện gốm sứ,… Quạt được sử dụng phổ biến trong việc vận chuyển nguyên vật liệu trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, thức ăn, lương thực, bột khoán, cũng có thể sử dụng trong các dây chuyền sản xuất giấy bao bì

b Các loại cánh quạt hút ly tâm

Cánh quạt hút ly tâm gồm hai loại chính: cánh quạt cong về phía trước (Forward Curve – FC) và cánh quạt cong về phía sau (Backward Curve – BC)

Quạt ly tâm cánh cong về phía trước (quạt FC) hay còn gọi là quạt lồng sóc hoặc quạt sirocco Loại quạt sử dụng cánh FC này sẽ bị mất ổn định khi xảy ra mất áp suất trên hệ thống Ngoài ra, quạt có xu hướng bị quá tải vì sự gia tăng công suất động cơ

theo sự tăng lên của lưu lượng khí ra Hiệu suất quạt sử dụng cánh FC thấp, tối đa 65% Cánh quạt hút FC rất dễ dàng nhận biết vì lưỡi cánh ngắn, nhỏ và số lượng lá cánh rất nhiều (khoảng 30 – 60 cánh)

Hình 2.12 Cánh quạt cong về phía trước FC

Đường cong đặc tính của quạt FC được thể hiện dưới đây

Hình 2.13 Đường đặc tính làm việc của quạt ly tâm FC

Ta dễ dàng nhận thấy: đường nét đứt biểu diễn công suất hấp thụ (Absorbed Power)

có xu hướng tăng lên theo lưu lượng gió tăng Cụ thể, điểm làm việc thiết kế và chọn

quạt có lưu lượng 10 m 3 /s, áp lực tĩnh 1200 Pa (điểm B2) Công suất hấp thu 25 kW do

đó công suất quạt được chọn là 30 kW Tại điểm làm việc A2 có lưu lượng 16 m 3 /s áp

lực tĩnh 0 Pa thì công suất hấp thụ là 55 kW, lớn hơn rất nhiều so với công suất của

động cơ đã chọn

Chính vì vậy, quạt cánh cong về phía trước FC được lựa chọn cho việc thông gió thông thường, hút khói nhà bếp dân dụng và hút các khí thải thông thường

Quạt ly tâm cánh cong về phía sau (Backward Curve – BC) là loại quạt hoạt động

ổn định vì nếu có sự khác biệt về áp suất trên hệ thống thì công suất giảm xuống mặc

dù lưu lượng có thể tăng lên

Hình 2.14 Cánh quạt cong về phía sau BC

Quạt ly tâm cánh cong về phía sau BC ít bị quá tải do đặc điểm tự giới hạn công suất Một số ưu điểm của quạt BC so với quạt FC

- Hiệu suất quạt BC cao hơn

- Tuổi thọ, vòng đời sản phẩm cao hơn

- Cánh quạt BC nhìn chắc chắn, số lá cánh ít (6 – 16 cánh), tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu, gia công

Nhược điểm của quạt cánh cong về phía sau BC:

- Độ ồn cao hơn quạt FC

- Giá thành cao

Hình 2.15 Đường đặc tính của quạt ly tâm BC

Trên đây là đường đặc tính của quạt ly tâm BC Đường nét đứt là đường biểu diễn công suất hấp thu của quạt Dễ dàng nhận thấy, công suất hấp thu của quạt đạt đến đỉnh điểm và sau đó bắt đầu rơi Đây gọi là đặc tính tự giới hạn của quạt ly tâm BC Dòng quạt BC phát huy khả năng ở áp suất cao Vì vậy, nên hạn chế sử dụng quạt ly tâm BC cho các thiết kế có áp suất thấp

Chính nhờ những ưu điểm trên, quạt BC được sử dụng hầu hết các ứng dụng trong cuộc sống như: thông gió, hút khói bụi nhà bếp công nghiệp, thực phẩm và dệt may, hút khí gas và hút mùi, khai khoáng Ngoài ra, quạt có thể được sử dụng ở những khu vực dễ cháy và phát nổ, khu vực thiêu đốt, nhiệt độ cao,…

c Nguyên lý hoạt động của quạt ly tâm

Cấu tạo của quạt hút ly tâm bao gồm: guồng quạt, trục máy, giá máy và vỏ quạt

Hình 2.16 Cấu tạo quạt hút ly tâm

Guồng quay có tác dụng để tạo áp lực và chuyển khí vào bên trong máy Vỏ quạt có tác dụng hội tụ và chuyển hướng dòng không khí vào Với loại quạt nhỏ, vỏ quạt có thể gắn với quạt Đối với các loại quạt lớn, vỏ quạt phải được đặt lên bệ đỡ riêng của

nó

Quạt hoạt động theo nguyên lý bơm ly tâm Khi làm việc, rô to sẽ hút không khí dọc theo trục, lúc này áp suất tại tâm quạt nhỏ, không khí sẽ chuyển từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp Không khí sẽ được luân chuyển vào tâm quạt và được cấp thêm năng lượng ly tâm Nhờ có lực ly tâm quanh vỏ quạt, không khí dọc theo trục sẽ

bị đẩy ra hướng thẳng góc với trục quạt

d Tính toán, thiết kế quạt hút ly tâm

Đối với quạt hút ly tâm dùng với mục đích hút lá cây và các loại hạt bụi, rác nhỏ,

nhóm lựa chọn lưu lượng Q = 1650 m 3 /h = 0,458 m 3 /s

Vận tốc dòng khí đẩy ra ở cửa quạt được xác định theo công thức

𝐶′′ = 𝐶∗′′× 100

(60 ÷ 70) Trong đó 𝐶∗′′ là vận tốc cần thiết tại vùng hút

Đối với hỗn hợp lá cây và các loại hạt bụi, rác nhỏ thì 𝐶∗′′ = 8 ÷ 10 m/s Do thất

thoát và do việc mở rộng miệng thổi cho nên tốc độ này chỉ bằng 60% - 70% tốc độ ở ngay cửa ra của quạt

Trong đó: Ht là cột áp tĩnh dùng để thắng các lực cản

Hd là cột áp động

Đối với lực cản nội tại quạt ta lựa chọn H t = 20 mmH 2 O = 196 N/m 2

Đối với lực cản của đường ống ta có

𝐻𝑡1=× (𝐶′′)2× 𝑙 × 𝛾

2 × 𝑑𝑡𝑏Chiều dài đoạn ống 𝑙 = 1,2 𝑚

: Hệ số ma sát đường ống Tra sổ tay kỹ thuật ta có  = 0,04

: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn Chọn  = 1,2 kg/m 3

Với d tb : đường kính ống dẫn được xác định như sau:

𝑑𝑡𝑏 =2 × 𝑎 × 𝑏

𝑎 + 𝑏Trong đó a là chiều cao cửa thổi

Từ đó, ta thiết kế được quạt có các thông số như sau

Hình 2.17 Bản vẽ quạt hút ly tâm