Nghiên cứu chế tạo thùng rác tự nén sử dụng năng lượng mặt trời

Do đó, để có thể tận dụng được tối đa thể tích của thùng rác, từ đó làm tăng lượng rác chứa của mỗi thùng chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài "Nghiên cứu, chế tạo thùng rác tự nén, p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THÙNG RÁC TỰ NÉN SỬ

DỤNG NANG LUỢNG MẶT TRỜI

MÃ SỐ: SV2012-41

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012

S K C0 0 3 8 6 3

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THÙNG RÁC TỰ NÉN SỬ

DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

MÃ SỐ: SV2012-41

THUỘC NHÓM NGÀNH: KỸ THUẬT

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS.ĐỖ THÀNH TRUNG

NGƯỜI CHỦ TRÌ: TRỊNH NGỌC TIẾN

NGƯỜI THAM GIA: THIỆU NHẬT QUANG

ĐƠN VỊ: KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢGN CAO

TP HỒ CHÍ MINH – 11/2012

2

MỤC LỤC

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ……… …….………3

I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI……… ……….……….3

PHẦN II:GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ……… ……… 5

I.MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ……… 5

II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU……….5

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……….……… 5

IV.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU……… 5

1.Cơ sở lý thuyết……… 5

1.1 Sơ lược về công nghệ hàn……….………5

1.2 Sơ lược về điều khiển khí nén……….……… 7

2.Quy trình chế tạo mô hình……… ……… ………8

2.1 Chế tạo khung thùng và vỏ bọc bên ngoài…… ……… …………8

2.2 Lắp ráp mạch điều khiển……… ………13

V.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……… ………19

PHẦN III: KẾT LUẬN……… ……… …21

3

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Phát triển kinh tế-xã hội là quá trình nâng cao điều kiện sống về vật chất và tinh thần của con người qua việc sản xuất ra của cải vật chất, cải tiến quan hệ xã hội, nâng cao chất lượng văn hoá Phát triển là xu thế chung của từng cá nhân và cả loài người trong quá trình sống Giữa môi trường và sự phát triển có mối quan hệ hết sức chặt chẽ: môi trường là địa bàn và đối tượng của sự phát triển, còn phát triển là nguyên nhân tạo nên các biến đổi của môi trường

Mặt trái của quá trình phát triển kinh tế đó là nạn ô nhiễm môi trường, khai thác quá mức các loại tài nguyên, khoáng sản phục vụ cho nền kinh tế Bên cạnh đó ngày càng có một lượng lớn rác thải được thải vào các bãi rác trung tâm thành phố, hay thậm chí là thải trực tiếp vào môi trường sống, làm cho môi trường sống ngày càng ô nhiễm trầm trọng

Theo thông báo của Bộ Tài nguyên và môi trường đưa ra tại buổi báo cáo môi trường quốc gia vào ngày 7-8-2011 Số liệu từ báo cáo này cho hay, trên phạm vi toàn quốc, từ năm 2003 đến năm 2008, lượng chất thải phát sinh trung bình tăng từ 150-200%, chất thải rắn sinh hoạt đô thị tăng 200%, chất thải rắn công nghiệp tăng 181% Hiện tại, khối lượng chất rắn phát sinh hằng năm ước đạt 28 triệu tấn/năm, trong đó, nhiều nhất là chất thải rắn từ sinh hoạt với mức 19 triệu tấn/năm Thống kê các năm gần đây cũng cho thấy, khoảng 42-46% chất thải rắn phát sinh từ các

đô thị, khoảng 17% chất thải rắn là từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, số còn lại là chất thải rắn của nông nghiệp, làng nghề và y tế chỉ chiếm phần nhỏ Chất thải rắn phát sinh hàng năm sẽ tăng lên mức 44 triệu tấn/năm vào năm 2015 Theo dự báo đến năm 2020, tổng khối lượng rác thải phát sinh khoảng 109.000 tấn/ngày trong đó: Khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh từ các đô thị khoảng 52.800 tấn/ngày; rác thải sinh hoạt nông thôn khoảng 31.300 tấn/ngày; còn lại là rác thải công nghiệp và y tếTỷ trọng chất thải rắn trong đô thị và chất thải rắn công nghiệp sẽ tiếp tục tăng, tương ứng với con số 51% và 22% Ngoài ra, lượng chất thải nguy hại chiếm từ 18-25% lượng chất thải rắn phát sinh tại mỗi lĩnh vực Theo dự báo đến năm 2020, tổng khối lượng rác thải phát sinh khoảng 109.000 tấn/ngày trong đó: Khối lượng rác thải sinh hoạt phát sinh từ các đô thị khoảng 52.800 tấn/ngày; rác thải sinh hoạt nông thôn khoảng 31.300 tấn/ngày; còn lại là rác thải công nghiệp và y tế Trong khi đó tỷ lệ thu gom chất thải rắn sinh hoạt, công nghiệp và dịch vụ ở các khu

đô thị, khu công nghiệp, khu chế xuất mới chỉ đạt ở con số khoảng 80-82% Một trong những

ở vùng đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ Thêm vào đó, gần 1.500 làng nghề (tập trung chủ yếu ở các vùng nông thôn miền Bắc) thải ra 774.000 tấn chất thải công nghiệp mỗi năm

Với lượng rác thải ngày càng tăng như vậy, đòi hỏi phải có một lượng lớn thùng rác để có thể chứa toàn bộ lượng rác này Tuy nhiên, hầu hết các thùng rác được sử dụng hiện nay đều không tận dụng hết toàn bộ thể tích do khi bỏ rác vào sẽ tạo ra những khoảng không Do đó, để có thể tận dụng được tối đa thể tích của thùng rác, từ đó làm tăng lượng rác chứa của mỗi thùng chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài

"Nghiên cứu, chế tạo thùng rác tự nén, phân loại dùng năng lượng Mặt trời"

5

Phần II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHƯƠNG I: MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Trong phạm vi của đề tài, nhóm nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu chế tạo mô hình thùng

rác tự nén sử dụng năng lượng Mặt trời nhằm mục đích:

- Mô phỏng hình dáng, kích thước của thùng

- Mô phỏng quá trình hoạt động của thùng

- Tính toán lực ép cần thiết

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Một số phương pháp gia công kim loại

Hệ thống điều khiển bằng khí nén

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp tham khảo tài liệu: Chủ yếu tìm hiểu các tài liệu đề cập đến hệ thống điều khiển khí nén, công nghệ kim loại…và một số tài liệu khác trên mạng internet

CHƯƠNG IV: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Cơ sở lý thuyết:

1.1 Sơ lược về công nghệ hàn:

+ Khái niệm: Hàn là phương pháp công nghệ nối hai hoặc nhiều phần tử thành một liên

kết vững bền không tháo rời, được thực hiện bằng nguồn nhiệt Q (hoặc nguồn nhiệt kếp hợp với áp lực) nung mối nối đến trạng thái hàn-là trạng thái kim loại chảy lỏng hoặc trở nên dẻo-sau đó kim loại tự kết tinh hoặc dùng áp lực ép để các phần tử liên kết với nhau cho ta mối hàn

So với các phương pháp ghép nối khác như bu lông, rivet, mối nối bằng keo thì mối nối hàn nóng chảy có đặc tính bền vĩnh cửu, liền lạc về mặt vật liệu Do đó, khả năng chịu tải của kim loại mối hàn tốt đặc biệt đối với tải trọng động, kín khít tốt đối với dầu, nước và khí

6

+ Đặc điểm:

Công nghệ hàn ngày nay phát triển mạnh và được sử dụng rộng rãi vì có các đặc điểm sau:

- Tiết kiệm vật liệu: Với cùng loại kết cấu kim loại, hàn tiết kiệm 10-20% khối lượng kim

loại so với các mối ghép khác, hoặc từ 30-50% khối lượng kim loại so với đúc Đồng thời hàn có thể hàn các kim loại khác nhau để tiết kiệm kim loại quý hoặc tạo kết cấu đặc biệt

- Mối hàn có độ bền cao và đảm bảo độ kín Thông thường kim loại mối hàn được hợp

kim hoá tốt hơn kim loại vật hàn, nên mối hàn chịu tải trọng tĩnh tốt

- Có thể hàn các kết cấu phức tạp yêu cầu có độ bền cao như khung dầm chịu lực, vỏ tàu

thuỷ…

- Hàn có năng suất cao, vì có thể giảm được số lượng các nguyên công, giảm cường độ

lao động, dễ tự động hoá và cơ khí hoá quá trình sản xuất

Nhược điểm của hàn là do nguồn nhiệt nung nóng cục bộ, dễ tạo ứng suất dư lớn gây biến dạng

các kết cấu hàn, tổ chức kim loại vùng gần mối hàn bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi, làm giảm khả năng chịu tải trọng động của mối hàn, mặt khác trong mối hàn dễ gây khuyết tật như rỗ, nứt…

+ Phân loại: ngày nay có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau Theo trạng thái hàn

chia làm 2 nhóm, hàn nóng chảy và hàn áp lực

- Hàn nóng chảy: Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh

hưởng rất quan trọng tới quá trình luyện kim và hình thành mối hàn Do đó, để điều chỉnh quá trình hản theo chiều hướng mong muốn thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định: dùng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn trong chân không…

- Hàn áp lực: Ở một số phương pháp khác, kim loại cơ bản chỉ đạt đến trạng thái

dẻo, kim loại hoàn toàn không chảy, mà sự liên kết hàn xảy ra do kim loại khuếch tán ở trạng thái rắn có sự tác dụng của nhiệt và áp lực

Trong đề tài này, chúng tôi chọn phương pháp hàn nóng chảy, mà cụ thể hơn đó là phương pháp hàn điện làm phương pháp gia công.Vì đây là phương pháp đơn giản, dễ

7

thực hiện và phù hợp với điều kiện thực tế

1.2 Sơ lược về điều khiển bằng khí nén

+ Khái niệm: “điều khiển” (theo tiêu chuẩn DIN 19 226 - Cộng hoà Liên bang Đức) là

quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một hay nhiều đại lượng vào, những đại lượng ra được thay đổi theo một quy luật nhất định của hệ thống đó

+ Một hệ thống điều khiển bao gồm: thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển

Hình 1.2-Sơ đồ hệ thống điều khiển

- Đối tượng điều khiển là các loại thiết bị, máy móc trong kỹ thuật

- Thiết bị điều khiển bao gồm: phần tử đưa tín hiệu, phần tử xử lí tín hiệu, cơ cấu chấp hành

- Tín hiệu điều khiển là đại lượng ra xa của thiết bị điều khiển và đại lượng vào xecủa đối tượng điều khiển

- Tín hiệu nhiễu z là đại lượng được tác động từ bên ngoài vào hệ thống và gây ảnh hưởng xấu lên hệ thống

Hình 1.3 – Các phần tử của mạch điều khiển

Thông tin (tín hiệu vào và tín hiệu ra) để cho mạch điều khiển bằng khí nén theo một số quy luật định sẵn có thể thực hiện được là tín hiệu áp suất Đại lượng đặc trưng của tín hiệu, giá trị áp

8

suất được gọi là thông số tín hiệu

Khi tín hiệu áp suất được thay đổi liên tục; tương ứng với những giá trị áp suất, nhận được những thông tin tương ứng khác nhau, được gọi là tín hiệu tương tự

- Khi tín hiệu mà biên độ thay đổi gián đoán, được gọi là tín hiệu rời rạc

- Khi giá trị của tín hiệu thay đổi được định nghĩa dưới dạng mã nhị phân, gọi là tín hiệu số

Điều khiển bằng khí nén phần lớn sử dụng tín hiệu nhị phân

+ Đặc điểm:

- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

- Đường dẫn khí nén ra không cần thiết

- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo

Nhược điểm của điều khiển bằng khí nén: dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn

2 Quy trình chế tạo mô hình:

Trong quá trình chế tạo, nhóm chia ra 2 nội chính cần được tiến hành: cơ khí và mạch điều khiển

2.1 Chế tạo khung thùng và vỏ bọc bên ngoài

9

Trong đề tài này, khung thùng được chế tạo bằng thép C45,có tiết diện 30x30, dày 1.9mm, đây là loại thép có độ bền cao, tính công nghệ tốt ở trạng thái gia công, giá cả thấp Thép sẽ được sử dụng để chế tạo các khung sườn sẽ tạo ra độ cứng vững của thân thùng Bên cạnh đó, chúng tôi còn sử dụng ván ép và thiếc tấm để chế tạo vỏ bao bên ngoài

Loại vật liệu Kích thước Số lượng Công dụng

Thép C45 30x30, dày 1,9mm, dài 6m 6 cây Chế tạo sườn chính

Ván ép 2,4 x 1,2 m 1 tấm Tạo vỏ cho thùng Thiếc 5x1,2m 1 tấm Tạo vỏ cho thùng

Đai ốc Φ 4mm, bước ren 0.5 30 cái Liên kết các mối ghép

Bu lông Φ 4mm, bước ren 0.5 30 cái Liên kết các mối ghép

Bảng 1: Vật liệu sử dụng để chế tạo khung và vỏ thùng rác

+Chế tạo khung thùng:

- Kích thước khung thùng: (bản vẽ đính kèm)

- Phương pháp chế tạo:Mô hình được chế tạo theo phương pháp tổng thể

Trước tiên chế tạo và lắp ghép các chi tiết để hình thành thùng rác dưới dạng khung xương Sau đó chế tạo vỏ bao và lắp vào khung xương vừa được hình thành Cuối cùng lắp rắp mạch điều khiển

+ Quy trình chế tạo:

Bước 1: Chế tạo các chi tiết, các kết cấu và thiết bị

Cắt thành 6 thanh thép dài 1,2m, cắt 10 thanh thép dài 0,55m

Chế tạo 2 cửa trước của thùng: (theo bản vẽ đính kèm)

Hình 2-Khung thùng sau khi hoàn chỉnh

11

Bước 3: Lắp ráp vỏ phía sau thùng

Khoan lỗ ϕ4 trên mỗi thanh ở mặt sau của khung thùng, mỗi thanh ta khoan 4 lỗ, mỗi lỗ cách đều nhau Dùng mối nối bu-lông, đai ốc để liên kết tấm thiếc với khung thùng

Hình 3-Lắp ghép vỏ bao phía sau thùng

12

Bước 4: Lắp nắp trên của thùng

Dùng mối nối bu lông, đai ốc để liên kết nắp trên với khung thùng

Hình 4-Lắp rắp tấm che phía trên thùng

Bước 5: Lắp ráp cửa phía trước thùng

Khoan lỗ ϕ4 trên mỗi thanh ở mặt trước của khung thùng, mỗi thanh ta khoan 6 lỗ để lắp bản lề Dùng mối nối bu lông, đai ốc để liên kết cửa trước với bản lề đã được gắn vào khung thùng

Hình 5-Lắp vỏ phía trước của thùng

Công suất: 12 W

Điện áp: 18,65 V Dòng điện: 0,67 A

Hình 6 – Pin năng lượng mặt trời

+Bình acquy khô: Dùng để tích trữ năng lượng thu được từ ánh sáng Mặt trời

Dung lượng: 20Ah

Điện áp: 12V

14

Hình 7- Bình acquy khô, 12V- 20Ah

+Bộ điều khiển sạc: Để kiểm soát được quá trình sạc cho acquy từ pin mặt trời, chúng tôi sử dụng bộ “Solar Charge Controller” với các thông số sau:

Điện áp ngõ vào: 12VDC Dòng điện sạc cực đại: 20ADC Dòng điện tải cực đại: 20ADC Ngoài ra, trên mặt của thiết bị còn có các đèn led báo tình trạng hoạt động cũng như dung lượng của acquy

Hình 8- Bộ điều khiển sạc

15

2.2.2 Phần tử trong mạch điện-khí nén:

+ Nguồn khí: Ta dùng máy khí nén để tạo nguồn khí

Thông số của máy: Điện áp 12VDC

Dòng điện cực đại: 15A

Áp suất tối đa: 10 bar

Lưu lượng tối đa: 35 lít/ph

Hình 9-Máy nén khí

+Van đảo chiều:

Sử dụng van đảo chiều 5/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện và lò xo

Kí hiệu:

+ Rờ le

-Rơ le điều khiển: Khi dòng điện vào cuộc dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm Các tiếp điểm có thể là các tiếp điểm chính để đóng mở

-Rơ le thời gian tác động muộn: khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, sau thời gian

t1 cuộn dây sẽ hút lõi sắt, qua đó đóng mở các tiếp điểm

Ở đây ta dùng rơ le OMRON H3Y-4-TIMER: Điện áp 12VDC

-Xilanh tác dụng 2 chiều không có giảm chấn

Thông số xilanh1 : đường kính thân xilanh 30mm

18

Bước 2: Lắp cơ cấu chấp hành

Dùng các đầu nối ϕ6 gắn vào các cửa của xilanh Gắn các ống nhựa mềm có đường kính ϕ6 vào các đầu nối Trong quá trình lắp ráp cần chú ý các mối nối phải đảm bảo kín để tránh hiện tượng bị rò khí

Hình 13- Lắp ráp cơ cấu chấp hành

19

Bước 3: Lắp pin mặt trời

Hình 14-Lắp pin mặt trời

Đến đây ta đã hoàn thành mô hình thùng rác

V Kết quả nghiên cứu:

Sau quá trình chạy thử nghiệm, có một số nhận xét sau:

- Mô hình hoạt động ổn định, tuy nhiên còn khá ồn trong quá trình hoạt động

- Theo tính toán, hiệu suất chứa của thùng rác tăng lên 2 lần

- Thùng vẫn chưa có hệ thống báo hiệu khi thùng đầy

20

Tính hiệu quả về mặt kinh tế-xã hội:

- Vì thùng rác có khả năng chứa được nhiều rác hơn, nên sẽ giảm số lần đi thu gom rác của các công nhân

- Tạo cho mọi người có một thói quen phân loại rác

- Nâng cao ý thức về bảo vệ môi trường

- Nâng cao ý thức về việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo

21

PHẦN III: KẾT LUẬN I.KẾT LUẬN

Từ kết quả thực nghiệm, ta có kết luận sau:

- Thùng rác hoạt động ổn định, nhưng vẫn còn khá ồn do hoạt động của máy nén khí

- Xi lanh hoạt động chưa êm ái

- Khả năng chứa của thùng được cải thiện 2 lần

II.KIẾN NGHỊ

- Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cơ cấu ép của thùng rác

- Cần tối ưu kích thước và khối lượng của thùng, để có thể áp dụng vào thực tế

- Tiếp tục nghiên cứu khả năng tự động phân loại các loại rác đơn giản

22

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển khí nén, Nhà xuất bản Giáo dục và Đào tạo

2 Nguyễn Tác Ánh, Giáo trình công nghệ kim loại, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

3 Tư liệu trên internet