Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác trên bãi biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VĂN TẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

SKC007713

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VĂN TẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 8520103
Hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ VĂN TẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
THIẾT BỊ THU GOM RÁC TRÊN BÃI BIỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 8520103
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2021











LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 5 năm 2021
(Ký và ghi rõ họ tên)

LÊ VĂN TẤN

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình nghiên cứu, rèn luyện và cố gắng học hỏi của bản thân tại
cơ sở Nghiên cứu trọng điểm Kỹ thuật Cơ khí và Mơi trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật thành phố Hồ Chí Minh, bản thân đã tích lũy cho mình những kiến thức cũng
nhƣ các kỹ năng cần thiết để có thể giải quyết đƣợc các vấn đề kỹ thuật gặp phải trong
thực tiễn và hoàn thiện luận văn “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết bị thu
gom rác trên bãi biển”. Luận văn đƣợc hoàn thành và đạt kết quả mong muốn, trƣớc
tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn khoa học PGS.
TS. Đặng Thiện Ngơn, Giảng viên khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ
Thuật TP HCM. Thầy đã dành nhiều thời gian hƣớng dẫn, góp ý, bổ sung, chỉnh sửa
cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành
phố Hồ Chí Minh đã tƣ vấn, góp ý và hỗ trợ tơi trong q trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn q thầy cơ Khoa cơ khí và ban giám hiệu trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật
Công Nghệ BRVT đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành tốt luận văn. Cảm
ơn anh, chị, em và bạn bè đồng nghiệp trong và ngoài lớp đã động viên, tận tình
giúp đỡ những lúc tơi gặp khó khăn về cơng việc liên quan tới học tập cũng nhƣ
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Sau cùng, tơi xin kính chúc các q Thầy/Cơ trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ

thuật thành phố Hồ Chí Minh mạnh khỏe, đào tạo ra nhiều nhân tài cho đất nƣớc.
Chúc các Anh/Chị nhóm Nghiên cứu trọng điểm Kỹ thuật Cơ khí và Mơi trƣờng
hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

LÊ VĂN TẤN

ii


TĨM TẮT
Việc thu gom và xử lí rác thải nói chung và rác thải trên bãi biển nói riêng
đang là một vấn đề nhận đƣợc nhiều sự quan tâm của xã hội hiện nay. Trên thực tế,
việc thu gom rác thải trên bãi biển đều thực hiện một cách thủ công bằng sức lao
động của con ngƣời. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm thiết
bị thu gom rác trên bãi biển” đƣợc tiến hành nhằm cơ giới hóa hoạt động thu gom
rác để tiết kiệm chi phí cũng nhƣ tăng hiệu quả của cơng việc nhằm đáp ứng đƣợc
nhu cầu thu gom rác ngày một gia tăng hiện nay. Nội dung chính của luận văn gồm:
- Tìm hiểu, khảo sát các nguyên lý thiết bị thu gom rác trên bãi biển
- Phân tích, đánh giá các hạn chế, tồn tại của thiết bị thu gom rác trên bãi
biển
- Nghiên cứu đề xuất phƣơng án cải tiến kết cấu thu gom rác
- Đề xuất, xác định cơ cấu thu gom rác trên bãi biển phù hợp với các bãi biển
ở Việt Nam
- Thiết kế hoàn chỉnh sàng rung thu gom rác trên bãi biển;
- Chế tạo thử nghiệm, đánh giá hoạt động của thiết bị thu gom rác.
Khi thiết bị thu gom rác hoạt động cát và rác đƣợc lƣỡi xúc xúc đƣa lên sàng
rung, sàng rung rung để cát lọt rơi trở lại bãi biển đồng thời sàng rung lắc đƣa rác
đầu sàng rung về sau sàng rung và rơi vào thùng chứa rác.

iii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... ii
TÓM TẮT ......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iv
CHƢƠNG MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề................................................................................................ 1
2. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 2
3. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài ................................................ 2
3.1 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................................................. 2
3.2 Ý nghĩa khoa học .................................................................................. 2
4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài ...................................................................... 3
4.1 Mục tiêu chung ..................................................................................... 3
4.2 Mục tiêu cụ thể ..................................................................................... 3
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .......................................... 3
5.1 Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................... 3
5.2 Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 3
6. Kết cấu của luận văn ............................................................................... 3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƢỜNG BIỂN VÀ THIẾT BỊ THU
GOM RÁC BIỂN ....................................................................................................... 5
1.1. Nguồn gốc rác thải trên biển và các phƣơng pháp thu gom rác ở Việt
nam và trên thế giới .................................................................................................... 5
1.1.1 Rác do sóng biển đƣa vào.................................................................. 5
iv

1.1.2 Loại rác phát sinh do bão lụt, thiên tai. ............................................. 6
1.1.3 Rác thải từ sinh hoạt .......................................................................... 6
1.2. Đặc điểm từng loại rác ......................................................................... 8
1.2.1. Chai nƣớc – lon nƣớc ....................................................................... 8
1.2.2. Ly, muỗng/đũa nhựa......................................................................... 9
1.2.3. Hộp giấy ......................................................................................... 10
1.2.4. Hộp giấy đựng đồ ăn, đầu lọc thuốc lá ........................................... 11
1.2.5. Xác vỏ hải sản ................................................................................ 12
1.2.6. Rác thực vật .................................................................................... 13
1.3 Một số loại máy thu gom rác trên bãi biển ở Việt Nam và thế giới.... 14
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 18
2.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................... 18
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................... 18
2.2.1. Phƣơng pháp kế thừa ...................................................................... 18
2.2.2. Phƣơng pháp thu thập thơng tin ..................................................... 18
2.2.3. Phƣơng pháp tính tốn thiết kế ....................................................... 19
2.2.4. Phƣơng pháp thực nghiệm.............................................................. 19
2.2.5. Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá ...................................................... 23
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 24
3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của sàng lắc ...................................... 24
3.2. Thông số sàng .................................................................................... 25
3.2.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn sàng ........................................................ 25
3.2.2 Khảo sát và lựa chọn bộ thông số sàng ........................................... 28
3.3. Cơ sở lý thuyết giới thiệu phần mềm mô phỏng Working Model ..... 32

v


3.4. Phân tích động lực học cơ cấu sàng ................................................... 33
3.5. Vận tốc gia tốc của lƣới sàng ............................................................. 37

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................... 41
4.1 Đề xuất nguyên lý, thiết bị, công nghệ chế tạo máy thu gom rác biển 41
4.1.1. Yêu cầu thiết kế .............................................................................. 41
4.1.2. Đề xuất nguyên lý, công nghệ thu gom rác biển ............................ 41
4.2. Đề xuất nguyên lý cụm thiết bị thu gom rác ...................................... 48
4.2.1. Khảo sát đặc tính mặt cát tại bãi biển Vũng Tàu ........................... 48
4.2.2. Đề xuất nguyên lý cụm thiết bị thu gom rác .................................. 49
4.3. Đề xuất động cơ đầu máy K1500 – GA120. ...................................... 53
4.4. Thiết kế, chế tạo máy thu gom rác sử dụng cơ cấu sàng ................... 54
Đề xuất thông số thiết bị thu gom rác ....................................................... 54
4.4.1. Thiết kế ........................................................................................... 54
4.4.2 Chế tạo thiết bị ................................................................................ 64
4.4.4.1. Chế tạo cụm treo sàn ................................................................... 64
4.4.2.2. Chế tạo cụm chân ........................................................................ 65
4.4.2.3. Chế tạo cụm truyền động............................................................. 66
4.4.2.4. Chế tạo cụm sàng lắc ................................................................... 67
4.4.2.5. Chế tạo tấm xúc: .......................................................................... 68
4.4.2.6. Chế tạo thùng đựng rác ............................................................... 69
4.4.2.7. Chế tạo cụm nâng tấm xúc .......................................................... 70
4.4.2.8. Thiết bị hồn chỉnh ...................................................................... 71
4.5. Thơng số kỹ thuật ............................................................................... 72
4.6. Kiểm tra bền ....................................................................................... 72

vi


4.6.1. Kiểm tra bền của chân sau của sàn ................................................. 72
4.6.2. Kiểm tra bền của thanh treo sàng ................................................... 74
4.6.3. Kiểm tra bền của thanh lắc sàn....................................................... 76
4.6.4. Kiểm tra bền của thanh truyền ....................................................... 78

4.6.5. Kiểm tra bền trục Cam ................................................................... 79
4.6.6 Kiểm tra bền của tấm xúc ................................................................ 82
4.7. Chạy khảo nghiệm, đánh giá kết quả ................................................ 83
4.8. Đánh giá kết quả................................................................................. 84
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 85
5.1 Kết luận ............................................................................................... 85
5.2 Kiến nghị ............................................................................................. 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 86

vii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
- Hiện nay kinh tế phát triển đời sống ngƣời dân ngày càng nâng cao và nhu
cầu du lịch cũng gia tăng trong đó có tắm biển và du lịch biển phát triển mạnh. Các
Thành phố biển đón lƣợng khách du lịch ngày càng lớn nhƣ Nha Trang, Đà Nẵng,
cửa Lò, Sầm Sơn…Nằm ở khu vực kinh tế lớn, năng động Đông nam bộ, Bà rịa phố
Vũng Tàu có nhiều bãi tắm biển lớn nhƣ Long Hải, bãi tắm Long cung, Thủy Tiên,
Chí Linh, Bãi Sau..rất đẹp đang đón ngày càng nhiều khách tham quan tắm biển,
nghỉ dƣỡng
- Kèm theo lƣợng khách du lịch ra tăng là rác thải ra trên các bãi tắm ngày
càng nhiều, mặt khác chất lƣợng cuộc sống nâng cao, yêu cầu các bãi biển phải sạch
sẽ, an toàn mới thu hút du khách tới tắm, nghỉ dƣỡng để phát triển du lịch, dịch vụ
kèm theo
- Theo số liệu của tổ chức bảo tồn thiên nhiên Quốc tế (IUCN) hơn 90%số
lƣợng rác thải trên biển là nhựa, hơn 70% bãi biển ô nhiễm và ô nhiễm nặng. Rác
Việt Nam thải ra biển dao động từ 0,28 đến 0,73 triệu tấn / năm, tƣơng đƣơng 6%
tổng lƣợng rác thải nhựa biển và đứng thứ 4 trong 20 quốc gia đứng đầu về lƣợng
rác thải nhựa ra đại dƣơng trong đó chất thải nhựa chiếm tới 97% trong bảy loại

chất thải đƣợc thu gom (nhựa, kim loại, thủy tinh, cao su, vải, gỗ và linh tinh). Các
chất thải nhựa phổ biến nhất là xốp, dây/lƣới, túi nhựa. số lƣợng và khối lƣợng rác
tại các bãi biển ở Việt Nam tƣơng đối cao (trung bình 7.374 mảnh/100 m) và 94,58
(kg/100m) [12]
- Bà rịa- Vũng Tàu cũng nhƣ nhiều địa phƣơng có các các bãi biển lớn rất
quan tâm tới việc giữ vệ sinh tại các khu vực du lịch và nơi công cộng bằng nhiều
giải pháp nhƣ trang bị thùng rác, tăng cƣờng tuyên truyền bỏ rác đúng nơi quy định,
cấm ăn uống, bán hàng rong trong công viên, trên khu vực bãi tắm.. trong các biện
pháp đó có biện pháp làm sạch các bãi cát khu vực bãi tắm biển và tắm nắng của
khách du lịch
1


- Việc thu gom rác biển hiện nay thực hiện bằng phƣơng pháp thủ công vất
vả hiệu quả không cao, nhất là rác nhỏ trong cát nhƣ vỏ sò, vỏ ốc hến, đầu lọc thuốc
lá, nắp chai, mảnh thủy tinh…không thu gom đƣợc
Vì thế, cơng việc làm sạch và thu gom rác tại các bãi biển đòi hỏi phải đƣợc
cơ giới hóa để tiết kiệm chi phí cũng nhƣ đẩy mạnh hiệu quả công việc nhằm đáp
ứng đƣợc nhu cầu làm sạch các bãi biển.
Thiết bị sàng rung thu gom rác biển là một giải pháp hợp lý nhất. vì có giá
thành rẻ, thu gom đƣợc nhiều loại rác kích thƣớc nhỏ lẫn trong cát
2. Tính cấp thiết của đề tài
Tôi nhận thấy công việc thu gom rác tại các bãi biển cần phải cơ giới hóa để
tiết kiệm chi phí cũng nhƣ tăng hiệu quả làm việc để hỗ trợ cho các công ty môi
trƣờng đảm bảo môi trƣờng du lịch biển ln sạch sẽ và vệ sinh.
Để góp phần thực hiện cơ khí hóa cơng việc thu gom rác biển, tơi tiến hành
tìm hiểu các ngun lý thu gom rác biển của các thiết bị hiện có trên thị trƣờng, chế
tạo thử nghiệm thiết bị thu gom rác biển với mong muốn sẽ đề xuất một thiết bị thu
gom rác hoạt động hiệu quả, có thiết kế đơn giản, phù hợp với nhu cầu sử dụng tại
các bãi biển Việt Nam nói chung và bãi biển Bà rịa Vũng Tàu nói riêng.

3. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
3.1 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Thiết bị giúp tăng năng suất, tăng hiệu suất, giảm thiểu nguồn lực lao động.
- Thiết bị có kết cấu không phức tạp, dễ dàng thay thế, sửa chữa và vệ sinh,
giá thành thấp
- Hỗ trợ cho công việc nghiên cứu, chế tạo thành xe gom rác chuyên dụng có
thể sử dụng trên quy mơ lớn.
3.2 Ý nghĩa khoa học
- Đề xuất đƣợc nguyên lý thu gom rác và phƣơng pháp tích hợp thiết bị lên
xe máy cày cho phép thu gom các loại rác bãi biển phổ biến và rác kích thƣớc nhỏ
lẫn trong cát…
2


- Xác định đƣợc chế độ làm việc tối ƣu phù hợp cho sàng rung thu gom rác
khi tích hợp trên máy cày tay
4. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
4.1 Mục tiêu chung
Nghiên cứu phát triển thiết bị thử nghiệm thu gom rác bán tự động cũng nhƣ
chế độ hoạt động hợp lý cho phép thu gom rác trên bãi biển và lẫn trong lớp cát bề
mặt
4.2 Mục tiêu cụ thể
- Phân tích, đánh giá các hạn chế, tồn tại của các thiết bị thu gom rác trên bãi
biển hiện có khi thực hiện làm sạch tại các bãi biển Việt Nam
- Nghiên cứu đề xuất nguyên lý, phƣơng án kết cấu cho thiết bị gom rác phù
hợp.
- Thiết kế, chế tạo thiết bị thu gom rác gắn lên máy cày
- Thử nghiệm, đánh giá hoạt động của thiết bị thu gom rác.
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
5.1 Đối tƣợng nghiên cứu

Rác trên bãi biển
Các thiết bị thu gom rác trên bãi biển.
5.2 Phạm vi nghiên cứu
Thiết bị thu gom các loại rác phổ biến trên bãi biển, đặc biệt là rác kích
thƣớc nhỏ nhƣ vỏ sò, vỏ ốc, mảnh vở của chai lọ thủy tinh, sỏi, đá, nắp chai.
Xe máy cày và các thiết bị của xe máy cày không nằm trong phạm vi nghiên
cứu
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mục lục và các mục theo quy định thì nội dung của luận văn gồm
các chƣơng nhƣ sau:
3


Mở đầu
Giới thiệu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết; ý nghĩa khoa học và thực tiễn;
mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Chƣơng 1: Tổng quan
Giới thiệu về các loại rác trên bãi biển và các vấn đề còn tồn tại hiện nay
đang cần giải quyết và trình bày tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước.
Chƣơng 2: Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Trình bày những nội dung nghiên cứu của đề tài cùng với các phương pháp
nghiên cứu được sử dụng trong đề tài.
Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết
Trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến quá trình sàng lọc rác biển. Đưa
ra nguyên lý làm việc công thức tính tốn, kiểm nghiệm kết quả.
Chƣơng 4: Kết quả nghiên cứu
Trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế, quá trình thực nghiệm, nhận xét
và đánh giá đã được thực hiện của đề tài.
Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu tham khảo.

Phụ lục.

4


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƢỜNG BIỂN VÀ
THIẾT BỊ THU GOM RÁC BIỂN
1.1. Nguồn gốc rác thải trên biển và các phƣơng pháp thu gom rác ở Việt
nam và trên thế giới
Rác xuất hiện trên bãi biển có nguồn gốc khác nhau, có mật độ và những đặc
điểm cũng khác nhau. Mỗi loại rác, trên từng loại địa hình bãi biển sẽ có các
phƣơng án thu gom rác khác nhau:
1.1.1 Rác do sóng biển đƣa vào
Loại rác này xuất hiện trên bãi cát ƣớt, phần lớn nằm trên mặt cát, tập trung
nhiều ở dải ngấn thủy triều. Rác này xuất hiện hằng ngày, với khối lƣợng tƣơng đối
lớn. Rác ở trên mặt nƣớc biển có thể do du khách xả ra trong khi tắm biển, do gió
cuốn rác từ trên bờ đƣa xuống nƣớc, cũng có thề do ngƣ dân đánh cá xả ra từ ngồi
khơi bị sóng biển đƣa vào bờ. Loại rác này có kích thƣớc trung bình, mật độ rác
tƣơng đối lớn. Đa số rác là thực vật, nhƣ lá cây, cành cây, vỏ các loại quả cây, tảo
biển, dong biển, là những loại gây ô nhiễm mơi trƣờng (hình 1.1). Loại rác này
đƣợc thu gom bằng cách dùng cào có nhiều răng, cào dồn rác lại để đƣa vào thùng
chứa.

5


Hình 1.1: Cơng nhân đơ thị đang cào gom rác
1.1.2 Loại rác phát sinh do bão lụt, thiên tai.
Loại rác này gồm có các cành cây, thân cây, vật dụng, rêu, bèo các loại bị
nƣớc cuốn trôi từ trên rừng, từ làng mạc ven sơng đƣa ra biển. Sóng biển đánh dạt

lên bờ. Loại rác này có kích thƣớc lớn, thƣớng tập trung với mật độ và khối lƣợng
rất lớn (hình 1.2). Rác này khơng xuất hiện thƣờng xun, một năm đôi ba lần vào
mùa mƣa bão, Để thu gom nó, chỉ có thề dùng sức ngƣời hoặc phƣơng tiện bốc lên
xe tải. Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi không đề cập đến việc thu gom các
loại rác xuất hiện do thiên tai, do tàu thuyền gặp tai nạn trên biển gây nên. Khi xuất
hiện loại rác này, cần huy động một số lực lƣợng xung kích cùng giải quyết thu
gom, dọn sạch bãi biển.

Hình 1.2. Học sinh, sinh viên, ngƣời lao động cùng nhau dọn sạch bãi biển
1.1.3 Rác thải từ sinh hoạt
Rác do sinh hoạt của du khách tham quan, nghỉ ngơi, tắm biển đã xả ra trên
bãi biển ở mọi nơi, mọi lúc. Đây là nguồn rác thải chủ yếu, thƣờng xuất hiện trên
khu vực cát khô và ở khu vực bãi tắm. Rác rất đa dạng, thƣờng có kích thƣớc nhỏ
và lẫn vào trong cát, do du khách đi lại vùi lấp rác vào trong cát (hình 1.3). Một số ít
rác loại này có cạnh sắc, nhƣ mảnh thủy tinh, vỏ sò, vỏ ốc bị vỡ, các que bằng kim
6