Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu xử lý rác ven biển

1

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ nhiễm mơi trường biển đang ngày càng trầm trọng và bức thiết. Ngun
nhân chính của sự ơ nhiễm trên là do rác và các vật nổi gần mặt nước gây nên. Việc
vớt sạch rác và các vật nổi trên biển hiện đang là một cơng việc khó khăn và nặng
nhọc với những người làm công tác môi trường, đặc biệt là những công nhân trực
tiếp làm nhiệm vụ vớt rác.
Trước những yêu cầu cấp thiết đó, để tạo điều kiện tiếp cận với thực tế, làm
quen với việc giải quyết những vấn đề cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà
trường giao cho thực hiện đề tài với nội dung: “Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu
tàu xử lý rác ven biển”.
Qua thời gian tìm hiểu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.Trần Gia
Thái, cùng với sự động viên giúp đỡ của các thầy và các bạn, em đã hoàn thành nội
dung đề tài.
Nội dung đề tài gồm bốn phần:
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Giải pháp xử lý rác ven biển.
Chương 3: Thiết kế sơ bộ tàu sử lý rác ven biển.
Chương 4: Thảo luận kết quả và đề xuất ý kiến
Song với thời gian thực hiện không nhiều cùng với trình độ cịn hạn chế nên
đề tài của em khơng tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến
đóng góp của thầy cơ và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy và các bạn đã động viên giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện đề tài, đặc biệt em xin cảm ơn thầy TS.Trần Gia Thái đã
hướng dẫn em rất tận tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Nha Trang, ngày 26 tháng 10 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Trần Công Trịnh

2

Chương 1:
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, ngành du lịch ở nước ta phát triển khá mạnh, đặc
biệt là du lịch biển. Bên cạnh những lợi ích kinh tế mà ngành này đem lại, các hoạt
động của con người đã làm môi trường biển ơ nhiễm hết sức trầm trọng. Ngun
nhân chính của sự ô nhiễm trên là do rác và các vật nổi gần mặt nước gây nên.
Các vật thải trên mặt nước hầu như phân tán và liên tục di chuyển theo dòng
chảy của nước, ngay cả khi mật độ phân bố lớn. Cũng do ngậm nước nên trọng
lượng riêng của rác lớn, hạn chế khả năng thu gom, vớt và vận chuyển của các thiết
bị trên mặt nước. Vì vậy, việc vớt sạch rác và các vật nổi trên biển hiện đang là một
cơng việc khó khăn và nặng nhọc với những người làm công tác môi trường, đặc
biệt là những công nhân trực tiếp làm nhiệm vụ vớt rác.
Do đó bài tốn nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu vớt rác ven biển phù hợp
là vấn đề có vai trị và ý nghĩa rất quan trọng.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ĐẶT RA
Hiện nay, tàu vớt rác đã được đưa vào sử dụng và cũng đã chứng tỏ được hiệu
quả hoạt động trên các sông, kênh, rạch ở nước ta. Tiêu biểu nhất là tàu vớt rác tự
động trên sông do xí nghiệp cơ khí ơ tơ An Lạc- SAMCO-Tp.Hồ Chí Minh sản
xuất. Được thiết kế với bề ngoài gọn, nhẹ và đơn giản, song tàu vớt rác lại tỏ ra rất
hữu dụng khi hoạt động ở dưới nước. Tàu có hai thân riêng biệt, dạng phao nổi, liên
kết với nhau bởi phần khung sàn tàu cao hơn mặt nước, đầu thân tàu gắn với cánh
tay gom rác. Sử dụng tốc độ của tàu để tạo ra dòng chảy đưa rác vào trong khoang
và dùng một thiết bị chặn lại là ưu điểm đầu tiên của loại tàu này. Sau khi được
khoanh vùng, rác sẽ được đưa vào thùng chứa đặt trên sàn tàu (7 đến 12 thùng loại
240 lít). Với trọng lượng nhẹ, kích thước sàn tàu rộng (5.500 mm x 2.400 mm) và

3

đặc biệt là cơng suất máy mạnh, tàu có thể đạt năng suất từ 16.000 đến 24.000 m 2
/giờ, rác nổi hoặc rác lơ lửng trên sông nước được thu gom khá dễ dàng. Được lắp
đặt động cơ đẩy thiết bị, bơm thủy lực, động cơ dẫn, động cơ vớt rác và hộp số thủy
lực nên tàu có thể hoạt động nhịp nhàng bất kể điều kiện thời tiết. Ưu điểm nổi bật
khác là tiết kiệm tối đa nhân công, chỉ 2 người/tàu. Với những tính năng nổi trội
này, tàu vớt rác được các địa phương lớn trong cả nước như Huế, Đà Nẵng, Hà
Nội... đặt hàng và sử dụng có hiệu quả, góp phần cải tạo mơi trường sống và tôn tạo
vẽ mỹ quan cho các TP. Chỉ cần một khoản đầu tư nhỏ, từ 500 đến 700 triệu đồng là
các địa phương có thể sở hữu một chiếc tàu vớt rác đa năng, giải được bài toán thu
gom rác thải trên sông, kênh, rạch...

H. 1-1: Tàu vớt rác trên hồ Yên Sở
Đội ngũ kỹ sư Công ty cấp thốt nước và cơng trình đơ thị Cà Mau cũng đã chế
tạo thành công tàu vớt rác trên sông, tăng hiệu quả công việc thu gom rác thải trôi
nổi và giảm bớt sức lao động cho công nhân vệ sinh.
Tàu vớt rác với công suất thiết kế 1.600 m 2/giờ, vớt khoảng (70 – 80)% lượng
rác trên sông rạch và có thể hoạt động liên tục mỗi ngày.


4

Tàu có hệ thống bơm thủy lực, rổ lưới chắn rác và tồn bộ quy trình vận hành,
điều khiển hoạt động khép kín, gọn nhẹ, hợp vệ sinh. Khi tàu hoạt động, bơm được
di chuyển đến khu vực có mật độ rác cao rồi khởi động bơm. Hỗn hợp rác – nước
được bơm vận chuyển lên khu vực đặt rổ lưới chắn rác, tại đây rác được tách ra và
được công nhân cào vào hầm chứa. Ưu thế của tàu này là ngồi việc vớt rác trơi nổi
trên mặt nước cịn thu gom được lượng rác chìm dưới sơng rạch mà trước đây
không thể vớt bằng phương tiện xuồng chèo hay sử dụng vợt, lưới. Mặt khác, tàu

giúp công nhân vệ sinh tránh tiếp xúc thường xuyên với nước, rác thải, giảm bớt độ
độc hại, tạo mỹ quan cho đô thị trong cơng tác vệ sinh mơi trường.
Ngồi ra, cùng một công suất vớt rác, hiệu quả hoạt động như nhau nhưng giá
thành tàu tự chế của Công ty cấp thốt nước và cơng trình đơ thị Cà Mau khoảng
140 triệu đồng so với giá bán một số loại tàu khác trên thị trường hiện nay là hơn
260 triệu đồng.
1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG
1.3.1 Mục tiêu của đề tài
 Phân tích các giải pháp xử lý rác nổi hiện có để lựa chọn một giải pháp
phù hợp xử lý rác nổi ven biển.
 Thiết kế một mẫu tàu xử lý rác hoạt động ven biển
Đề tài được xây dựng trên cơ sở khoa học, lý luận chặt chẽ. Đảm bảo tàu thiết kế
ra có tính thực tế, hiệu quả kinh tế cao.
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài, chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu thực tế kết hợp
với lý thuyết. Từ thực tế kiểm nghiệm, chọn giải pháp phù hợp, dựa vào lý thuyết để
tính tốn thiết kế mẫu tàu phù hợp.
1.3.3. Giới hạn nội dung


5

Với đề tài “Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu xử lý rác ven biển” phạm vi
nghiên cứu rất rộng, bao gồm những con tàu có bố trí thiết bị xử lý rác. Rác ven
biển gồm có rác nổi, rác lơ lửng và rác chìm. Xử lý rác bao gồm các công đoạn: thu
gom, vớt rác đến vị trí tập kết, phân loại thành rác vơ cơ, rác hữu cơ và chất dẻo
thải, cuối cùng tìm cách phân hủy, tái tạo rác. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề
tài có hạn nên tơi chọn thiết kế một con tàu mang tính chất điển hình hiện nay, trên
tàu có bố trí thiết bị vớt rác (rác nổi và rác lơ lửng cách mặt nước khoảng 30÷40
cm) tàu được chế tạo bằng vật liệu composite - một loại vật liệu sử dụng phổ biến

hiện nay,.
Lĩnh vực nghiên cứu của đề tài được gói gọn ở một số nội dung sau:
 Nghiên cứu, phân tích tìm ra giải pháp vớt rác hợp lý
 Thiết kế sơ bộ thiết bị vớt rác
 Thiết kế sơ bộ tàu vớt rác vỏ composite hoạt động ở vùng Vịnh Nha Trang.


Xây

dựng nhiệm vụ thư thiết kế


Thiết kế

đường hình và tính tốn các yếu tố hình học của tàu


Thiết kế

kết cấu theo quy phạm.


Thiết kế

bố trí chung tồn tàu

ổn định và nghiệm tốc độ tàu
 Kết luận và đề xuất ý kiến.

Kiểm tra

6

Chương 2:
GIẢI PHÁP XỬ LÝ RÁC VEN BIỂN
2.1. ĐẶC ĐIỂM RÁC NỔI VEN BIỂN
2.1.1. Thành phần và tính chất của rác và các vật nổi gần mặt nước
Tuỳ theo từng vùng, chủ yếu do
nguồn thải, nên thành phần và tính
chất của chúng cũng khác nhau. Là
khu du lịch lớn, mật độ dân cư khá
đông nên rác thải trên biển Nha
Trang rất đa dạng về thành phần và
tính chất. Có các loại rác như rác
nổi, rác chìm và rác đáy, nhưng quá
trình nghiên cứu bằng thực nghiệm

H. 2-1: Các loại rác nổi

thì rác thải ven biển đa số là rác nổi
và rác chìm (lơ lửng, cách mặt nước khoảng 30 ÷40 cm). Rác theo dịng chảy của
các con sơng đổ ra biển, rác do người dân địa phương và khách du lịch thiếu ý thức
đã thải ra, đủ các loại rác thải từ rác thải sinh hoạt, rác thải công nghiệp, nông
nghiệp đến cả rác bệnh viện... Trong các loại chất thải đó có nhiều loại rất khó phân
hủy như: bao ni-lông, cao-su, chai nhựa, vỏ hộp cơm, bao nilon, yên xe, gỗ, vỏ dừa,
bao tải... trôi nổi trên biển. Thậm chí có cả bàn ghế, giường chiếu, tủ gỗ hỏng, xác
động vật, rác y tế… Với các kích thước khác nhau, nhỏ có, cồng kềnh có, nặng có,
nhẹ có,...rác ven biển gây khó khăn cho các thiết bị gom và vớt rác.
2.1.2. Qui luật phân tán và chuyển động của rác và các vật nổi gần mặt nước

7

Có nghiên cứu và xác định được quy luật phân tán và chuyển động của rác và
các vật nổi gần mặt nước mới đề ra được giải pháp hợp lý để thu gom và vớt rác.
Quá trình nghiên cứu cho thấy: Rác và các vật nổi gần mặt nước bị dòng chảy của
nước tác động. Do vậy, muốn biết được quy luật phân tán và chuyển động của rác
và các vật nổi gần mặt nước ta phải nghiên cứu dòng chảy của chất lỏng. Chất lỏng
sẽ xảy ra hiện tượng lưu tuyến khi tàu chuyển động, hiện tượng lưu tuyến là hiện
tượng phân bố lại áp lực và tốc độ dòng chảy quanh bề mặt vỏ tàu. Tốc độ dòng
chảy tại phần giữa tàu đạt giá trị lớn nhất do các dòng chất lỏng bị ép lên nhau làm
giảm tiết diện ngang. Ngồi ra khi chuyển động, tàu cịn gây ra các hệ thống sóng
xung quanh tàu. Như vậy là khi tàu di chuyển, chúng tạo ra dòng chảy đẩy rác ra xa,
gây khó khăn cho việc thao tác, bố trí thiết bị vớt rác trên tàu.
2.1.3. Mức thải rác
Mức thải rác là khối lượng rác phát sinh hàng ngày tính trên đầu người, được tính
tốn dựa trên nghiên cứu, tính tốn thực tế theo từng vùng.
Mức thải rác trung bình ở các nước cơng nghiệp phát triển: > 0,8 Kg/người.ngày
Ở các nước đang phát triển khoảng (0,3 ÷ 0,6) Kg/người.ngày
Mức rác thải trung bình của các đơ thị nước ta hiện nay khoảng (0,4 ÷ 0,5)
Kg/người.ngày
2.1.4. Tỷ trọng
Tỷ trọng của rác ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương thức thu gom và vận
chuyển. Ở các nước công nghiệp phát triển rác thải có tỷ trọng thấp là do các thành
phần giấy, bao bì, vỏ hộp chiếm tỷ lệ lớn, ở các nước đang phát triển tỷ trọng rác
thải cao hơn.
Rác nổi do ngậm nước nên trọng lượng riêng của rác lớn, rất khó xác định được
tỷ trọng.
Tỷ trọng rác nổi ở các đô thị của nước ta hiện nay ước tính là 0,42 tấn/m3.

8

2.2. CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÀU VỚT RÁC NỔI HIỆN NAY
Thực tế hiện nay thường áp dụng các giải pháp vớt rác sau:
2.2.1. Giải pháp gom rác nổi
Tàu vớt rác được thiết kế dạng 2 thân riêng biệt dạng phao nổi liên kết với nhau
bởi sàn tàu cao hơn mặt nước. Phía đầu mỗi thân gắn 1 cánh tay gom rác, cánh tay
gom rác có dạng hình chữ nhật được tạo thành bởi các thanh liên kết với nhau,
khoảng cách giữa các thanh khoảng (50 ÷ 60) mm.

H. 2-2: Cánh tay gom rác
Tác dụng của cánh tay gom rác là tập trung và hướng rác nổi vào luồng chảy
giữa hai thân tàu. Cánh tay gom rác có thể điều chỉnh được bằng cơ cấu thủy lực, độ
mở của cánh tay gom rác phụ thuộc vào mật độ rác nổi. Nếu mật độ rác nhiều, độ

H. 2-3: Sơ đồ bố trí cơ cấu gom rác trên tàu hai thân
(1. Cánh tay gom rác; 2. Miệng hứng; 3. Thân tàu)


9

mở sẽ thu hẹp lại để lượng rác di chuyển vào giữa hai thân tàu luôn ổn định, không
làm rác nổi đè lên nhau gây chìm rác.
Với giải pháp trên khi tàu chuyển động sẽ tạo một dòng chảy từ miệng phễu tạo
bởi 2 cánh tay gom rác về phía giữa thân tàu và xi về thân tàu. Dịng chảy này
đẩy rác và các vật nổi gần mặt nước chuyển động và gom vào miệng hứng. Miệng
hứng nằm giữa hai thân tàu, nơi tập trung rác nổi. Tại đây sẽ được bố trí các thiết bị
vớt rác.

2.2.2. Giải pháp vớt rác
2.2.2.1 Sử dụng túi lưới
Tại miệng hứng được đặt một túi lưới dùng để chứa rác, miệng của túi lưới mở
rộng nhờ có khung thép hình chữ nhật, khung này đặt ngay tại mặt thoáng của nước.

H. 2-4: Tàu hai thân bố trí cơ cấu túi lưới vớt rác
( 1. Cánh tay gom rác; 2. Túi rác; 3. Dây cáp )


10

Giải pháp này đem lại hiệu quả thu gom rác cao, nhờ chuyển động của tàu, rác sẽ
qua miệng hứng và tập trung ở túi lưới. Khi túi rác đầy, cửa miệng hứng đóng lại,
túi rác được chuyển lên boong nhờ thiết bị nâng hạ.
Nhược điểm của giải pháp là khi gặp rác cồng kềnh nổi trên mặt nước sẽ cản trở
dòng rác vào túi lưới, việc di chuyển túi rác khi đã đầy lên boong là hết sức khó
khăn và mất nhiều thời gian.
2.2.2.2 Sử dụng bơm hút
Dùng bơm hút để đưa rác lên tàu. Bơm hút ở đây có thể dùng bơm ly tâm để
hút hỗn hợp rác và nước. Bơm ly tâm làm việc nhờ tác dụng của lực ly tâm hình
thành nhờ sự quay của cánh bánh xe công tác. Khi cánh bánh xe công tác quay, hỗn
hợp rác – nước sẽ quay theo cánh và chuyển động dịch chuyển tương đối so với
cánh.
Khi rác đã được tập trung ở miệng hứng với mật độ cao, miệng hút cùng với hệ
thống đường ống của bơm hút được thả xuống nước tới vị trí thích hợp rồi khởi
động bơm. Hỗn hợp rác - nước được bơm vận chuyển lên tàu sẽ đi qua bộ tách
nước, tại đây rác được tách ra và chuyển xuống hầm chứa rác.
Giải pháp này phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm của rác. Với rác đa dạng về
thành phần và tính chất như khu vực ven biển Nha Trang thì giải pháp dùng bơm
hút là không hợp lý.

2.2.2.3 Sử dụng gầu tải
Dùng gầu tải đứng để vớt rác tự động. Gầu tải hai xích với các gầu rộng, được
đặt cách nhau. Cơ cấu gầu tải được đặt ngay tai miệng hứng- nơi mật độ rác dầy
đặc, hỗn hợp rác và nước được gầu múc lên. Vì cấu tạo của gầu cho phép nước có
thể chảy xuống chỉ cịn rác ở lại. Dưới tác dụng của lực ly tâm khi gầu đi qua đĩa
xích, rác được đổ xuống máng dẫn hướng và tập trung ở hầm chứa rác.


11

Ưu điểm của giải pháp này có thể vớt rác liên tục, năng suất vớt rác khá cao. Áp
dụng được với những khu vực có mật độ rác cao.

H. 2-5: Tàu hai thân bố trí cơ cấu gầu tải vớt rác
(1.Cánh tay gom rác; 2.Cơ cấu gầu tải; 3.Máng dẫn hướng; 4. Hầm chứa
rác; 5.Miệng hứng)

Nhược điểm chủ yếu của giải pháp này là không cho phép quá tải, nếu bị quá tải thì
gầu tải sẽ rất dễ bị hư hỏng. Vì rác khơng thể cung cấp một cách điều hòa được nên
việc quá tải rất dễ xảy ra, việc tính tốn sẽ rất phức tạp.
2.2.2.4 Sử dụng gầu múc
Cơ cấu vớt rác gồm có hai gầu và hệ thống thủy lực. Gầu động (2) được đặt ngay tại
miệng hứng, và được đục lỗ để dễ dàng cho việc thoát nước. Nhờ chuyển động của
tàu, rác theo dòng nước chuyển động theo dòng qua miệng hứng và được tập trung
ở gầu động. Khi đầy rác, miệng hứng đóng lại, gầu được điều khiển bằng thủy lực
để đưa rác từ miệng hứng lên đổ qua gầu dẫn hướng (3) tới thùng đựng rác (4) đặt
trên sàn tàu. Phương án này đơn giản, hiệu quả đạt được cũng khá tốt. Có thể vớt
được rác nổi hoặc rác chìm (lơ lửng cách mặt nước khoảng 30 ÷40 cm), năng suất
vớt rác rất cao, hoạt động nhịp nhàng, tiết kiệm tối đa nhân công. Thích hợp trong
việc bố trí trên tàu vớt rác ven biển.

12

H. 2-6: Tàu hai thân bố trí cơ cấu gàu vớt rác
(1.Cánh tay gom rác; 2.Gầu động; 3.Gầu dẫn hướng;
4.Thùng đựng rác)
2.2.2.5 Sử dụng hệ thống băng tải
Nhờ khoảng trống dọc theo theo hai phía bên ở mặt dưới của thân tàu hai thân và
hệ thống băng tải có các răng cào và máng hứng, nên ở trạng thái hoạt động, tàu sẽ

H. 2-7: Tàu hai thân bố trí cơ cấu băng tải vớt rác
(1.Cánh tay gom rác; 2.Hệ thống băng tải; 3.Máng hứng;
4.Thùng đựng rác; 5.Miệng hứng)
dịch chuyển về phía trước và vật nổi (rác) được lùa một cách tự động qua khoảng
trống này để gom vào một chỗ trong thân của thiết bị (miệng hứng) và được hệ


13

thống băng tải và máng hứng đưa tới thùng chứa. Nhờ vậy, vật nổi (rác) được thu
gom một cách dễ dàng và chỉ cần rất ít người để vận hành thiết bị trong quá trình
thu gom.
Nhược điểm của giải pháp là tính tốn phức tạp, q tải trên răng cào và băng
truyền rất dễ xảy ra. Hiệu suất thu rác khơng cao, rác có thể bị răng cào tác động và
làm chìm, khơng vớt được.
2.2.2.6 Sử dụng tàu kéo
Một tàu kéo (5), hai cơ cấu thu gom được gắn vào hai bên sườn của tàu kéo,
mỗi cơ cấu thu gom bao gồm một thùng vớt có dạng hình hộp (2) có mũi lệch về
phía thuyền kéo, một túi lưới (1) được gắn vào đuôi thùng vớt, một cánh tay gom

rác được nối bản lề vào thùng vớt và có thể quay được để mở rộng và thu hẹp khẩu
độ

H. 2-8: Tàu kéo bố trí cơ cấu vớt
(1.Túi lưới; 2.Thùng vớt; 3.Cánh tay gom rác; 4.Thanh đẩy;
5. Tàu kéo; 6.Tời kéo; 7.Dây cáp kéo
thu gom nhờ tời kéo (6) và cáp kéo. Một thanh đẩy có một đầu được đặt tự do trên
thuyền kéo và đầu kia được nối bản lề vào giữa cánh tay thu gom. Khi thuyền kéo
chuyển động rác sẽ được cánh tay thu gom, nhờ dòng chảy của nước xung quanh
thuyền, rác sẽ trơi dạt theo dịng qua thùng vớt và được tập trung ở túi lưới. Khi túi


14

lưới đầy, thùng vớt đóng cửa lại, túi rác được chuyển lên sàn tàu. Giải pháp đem lại
hiệu quả không cao khi hoạt động ở vùng ven biển, những vùng có mật độ rác cao.
Khi tàu chuyển động, với mật độ cao rác sẽ bị tàu đè lên trên và đẩy ra phía sau.
Với những vật nổi cồng kềnh rất khó thu gom.
2.3. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP
Yêu cầu giải pháp thiết kế
 Hoạt động tốt khu vực ven biển.
 Không bị ảnh hưởng nhiều của môi trường đến quá trình thu gom.
 Năng suất vớt rác cao.
 Đem lại hiệu quả kinh tế và tiết kiệm nhân công.
 Vận hành đơn giản.
Qua việc nghiên cứu và lựa chọn các giải pháp, tàu vớt rác ven biển được thiết
kế trên cơ sở các quá trình cơ bản sau:
2.3.1 Quá trình gom rác
Tàu vớt rác được thiết kế là tàu hai thân. Phía đầu mỗi thân gắn 1 cánh tay gom
rác, cánh tay gom rác có cấu tạo dạng mắt lưới. Tác dụng của cánh tay gom rác là

tập trung và hướng rác nổi vào luồng chảy giữa hai thân tàu. Cánh tay gom rác có
thể điều chỉnh được bằng cơ cấu thủy lực, độ mở của cánh tay gom rác phụ thuộc
vào mật độ rác nổi. Nếu mật độ rác nhiều, độ mở sẽ thu hẹp lại để lượng rác di
chuyển vào giữa hai thân tàu luôn ổn định, khơng làm rác nổi đè lên nhau gây chìm
rác. Tổ hợp giải pháp có dạng như hình sau:


15

1. Cánh tay gom rác
2. Miệng hứng rác
3. Thân tàu

H. 2-9: Sơ đồ giải pháp tự động gom rác
Với giải pháp trên, khi tàu chuyển động với Vtàu (hoặc dòng nước chuyển động
với Vd), tổ hợp trên tạo một dòng chảy từ miệng phễu tạo bởi 2 cánh tay gom rác về
phía giữa thân tàu và xi về thân tàu. Dòng chảy này đẩy rác và các vật nổi gần
mặt nước chuyển động và gom vào miệng hứng.
Như vậy, chỉ bằng chuyển động của tàu vớt rác trong một đơn vị thời gian rác đã
được tự động gom trên một diện tích
rộng (Sg = Bg.Vtàu) về một vị trí là miệng
hứng.
2.3.2. Quá trình vớt rác tự động
Dùng gầu để vớt rác tự động
Có hai gầu: gầu dẫn hướng và gầu
động. Gầu động được đặt ngay tại miệng
hứng. Nhờ chuyển động của tàu, rác
theo dòng nước chuyển động theo dòng
qua miệng hứng và được tập trung ở gầu
động. Khi đầy rác, gầu động được điều

khiển bằng thủy lực để đưa rác từ miệng
hứng lên đổ qua gầu dẫn hướng tới
thùng rác đặt trên sàn tàu.

H. 2-10: Cơ cấu vớt rác


16

2.4. THIẾT KẾ SƠ BỘ CƠ CẤU VỚT RÁC
2.4.1 Những thông số cơ bản
2.4.1.1 Năng suất vớt rác
Năng suất vớt rác của thiết bị vớt rác phụ thuộc vào:
 Khối lượng rác cần vớt
 Thời gian làm việc
Theo nghiên cứu và điều tra thực tế, rác nổi ven biển Nha Trang có mật độ cao
vào thời điểm tập trung đơng khách du lịch và khi mưa lớn. Ước tính lượng rác thải
nổi trên mặt biển vào thời kỳ cao điểm lên tới 9 m 3/ngày. Vì vậy khối lượng rác cần
phải vớt không nhỏ hơn 9 m3/ngày.
Vậy năng suất vớt rác của thiết bị là:

N

M
t

(2.1)

Trong đó:



Ta tìm được N 

t : thời gian làm việc trên biển của thiết bị; t = 6 h.

M : khối lượng rác cần vớt; M = 9 x 0,42 =3,78 T

M 3, 78

0, 63 ( T/h)
t
6

2.4.1.2 Thể tích của gầu múc
Sức chứa của gầu múc được tính theo cơng thức:

Qsc 

N
n.

Trong đó:
 N: năng suất vớt rác của thiết bị
 n: số chu kỳ làm việc trong 1h


ε: hệ số đầy của gầu múc; ε = 0,6

(2.2)

17

Số chu kỳ làm việc trong 1h phụ thuộc vào mật độ rác và diện tích làm việc của
thiết bị trong chu kỳ đó. Số chu kỳ làm việc trong 1h được tính trung bình là 2 chu
kỳ trong 1h.
Vậy sức chứa của gầu múc là:
Qsc 

N
0, 63

0,525 (T)
n. 2.0,6

Dựa vào sức chứa của gầu múc, ta tính được thể tích của gầu múc:
Vgm 

Qsc 0,525

1, 25 (m3)

0, 42

(2.3)

2.4.2 Chọn sơ bộ kích thước gầu múc
Gầu múc được thiết kế phải thỏa mãn những yêu cầu sau:


Khả năng hứng rác là tốt nhất



Khi di chuyển gầu lên boong, rác không bị rớt ra ngồi



Thể tích gầu Vgm = 1,25 m3



Gầu có kích thước nhỏ, gọn

Chọn sơ bộ chiều dài của gầu là 1,5 m. Bằng phương pháp vẽ ta xác định được
kích thước của gầu múc.

H. 2-11: Kích thước gầu múc rác

H. 2-12: Kích thước cần


18

2.4.3 Chọn sơ bộ kích thước cơ cấu cần nâng hạ
Cơ cấu cần có tác dụng nâng hạ gầu múc, kích thước của cần thiết kế sao cho:
 Tầm với của cần phải đủ để đưa gầu từ miệng hứng lên vị trí đổ rác.
 Khả năng nâng, hạ gầu tốt.
Ta chọn sơ bộ kích thước cơ cấu cần như hình 2.12
2.4.4 Tải trọng tác dụng lên cơ cấu

Tải trọng nâng danh nghĩa của cơ cấu được tính theo cơng thức:
Qdn = Qv + Qmt

(2.4)

Trong đó :
 Qr là trọng lượng rác trong gầu; Qv = 5250 N
 Qgm là trọng lượng gầu múc; Qgm = 10%. Qv = 525 N
Suy ra

Qdn = 5250 + 525 = 5775 N

Tải trọng tác dụng lên cơ cấu:
Q = Qdn. k
Trong đó k = 1,1 là hệ số tải trọng không đều
Vậy tải trọng tác dụng lên cơ cấu là Q = 5775 . 1,1 = 6352,5 N

(2.5)


19

Ta tính tốn với tải trọng tác dụng Q = 6400 N
2.4.5 Tính tốn lực học tại
các vị trí

Vị trí 4

Vị trí 3

Vì gầu có kích thước lớn,
để tính tốn lực học ta đặt tải
trọng tác dụng lên cơ cấu tại
vị trí trọng tâm của gầu.

Vị trí 2

Tính tốn lực học ở 4 vị
trí:

Vị trí 1
H. 2-13: Sơ đồ chuyển động của cơ cấu

+ Tính lực của piston thứ nhất
Lấy mô men đối với điểm B

M

B

T .l11  Q.l12 =

0

(2.6)
Trong đó :
-

T

: Lực kéo của piston thứ nhất

-

l11

: Cánh tay đòn của T

-

Q

: Tải trọng của cơ cấu

-

l12

: Cánh tay đòn của Q


(2.7)

T 

Q.l12
l11


20

+ Tính lực của piston thứ hai
Lấy mơ men đối với điểm O

 Mo F .l

21

 Q.l22

(2.8)
Trong đó :
-

F

-

l21 : Cánh tay đòn của T

-

Q

: Tải trọng của cơ cấu

-

l22

: Cánh tay đòn của Q



: Lực kéo của piston thứ hai

F

Q.l22
l21

(2.9)

Ta lập được bảng tính tốn lực học tại 4 vị trí của gầu:
Bảng 2.1 Bảng tính tốn lực học tại các vị trí

Vị trí 1
Vị trí 2
Vị trí 3
Vị trí 4

Q (N)

l11(mm)

l12(mm)

l21(mm)

l22(mm)

T (N)

F (N)

6400
6400
6400
6400

121
275
275
275

279
593
92
549

125
125
231
89

497
497
1030
137

14757
13800
2141
12776

25446
25446
28537
9851

Vậy lực piston thứ nhất là T = TMAX = 14757 N; piston thứ hai là F = FMAX =
28537 N. Dựa vào lực này để ta chọn được hệ xilanh thủy lực phù hợp.