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

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

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

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY
HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY
Sinh viên thực hiện: PHẠM VĂN TUẤN
BÙI HỮU HÒA
Số thẻ sinh viên:
101140207
101140181
Lớp:
14CDT2

Đà Nẵng, 06/2019


TĨM TẮT
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG
Sinh viên thực hiện:
Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa
Số thẻ sinh viên:
101140207 – 101140181
Lớp:

14CDT2
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 mơi 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 cịn thơ 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 hồn thành đề tài “Thiết kế và chế tạo mơ hình máy
hút rác tự động”. Bước đầu, máy được thiết kế và chế tạo nhằm mục đích phục vụ
cơng 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.

I


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 mơi
trường ln 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 tốn được đặt ra khơng 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 Xn Tùy, nhóm chúng
em đã quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo mơ hình máy hút rác tự động.”
2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo thành cơng mơ 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 mơ hình máy hút
rác tự động.
- Thiết kế cơ khí mơ 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 mơ hình phù hợp với u cầu
thực tế.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

1

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 mơ hình máy hút rác tự động.
Chương 2: Tính tốn, thiết kế mơ hình máy hút rác tự động.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển của mơ hình máy hút rác tự động.
Chương 4: Kết quả, hướng phát triển của đề tài.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

2


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 cơng viên. Nó có bộ phận qt 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 cơng
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 mơ 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. Ơng cố gắng thuyết phục tập đồn The American Tower và
Tank Company rằng ý tưởng của ơng 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

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

3

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 qt 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. Khơng khí được làm sạch nhờ khơng 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.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

4


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

1.2 Một số loại máy quét rác hiện nay
1.2.1 Xe quét rác của hãng ISUZU
Xe quét rác ISUZU là dịng xe chun dụng mơi trường qt 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 dịng xe khác nhau.

Hình 1.4. Cấu tạo xe quét đường của hãng ISUZU

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

5


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 khơng
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 cơng.

-

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

- Thùng chứa lớn, có thể hoạt động trong thời gian dài.
Nhược điểm của xe qt 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 ơ nhiễm mơi trường.
Thơng số kỹ thuật của xe:
- Xe cơ sở là xe tải ISUZU có tổng tải trọng 6,4 tấn.
- Kích thước
: 5755 x 1980 x 2480 mm.
- Vận tốc lớn nhất
: 100 km/h.
-

Dung tích thùng chứa
Thùng chứa nước
Chiều rộng qt
Cơng suất hút

: 5 m3 .
: 1,4 m3.
: 3 m.
: 45.000 m3/h.

-

Hiệu suất quét

:  98%.

- Góc nâng lớn nhất
: 570.
1.2.2 Xe quét rác Dulevo 850
Xe quét rác Dulevo 850 được thiết kế để sử dụng trong các khu vực trung tâm thành
phố, khu vực đô thị, đông dân cư. Xe là sự kết hợp khả năng quét hút vượt trội với khả
năng cơ động tuyệt vời. Nhờ vào tính cơ động này, xe quét rác Dulevo 850 là một giải
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

6


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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, cơng viên…

Hình 1.5. Xe quét rác Dulevo 850

Xe quét đường Dulevo 850 sử dụng một động cơ duy nhất với bốn xy lanh, truyền
động bằng hệ thống motor thủy lực, giúp xe vận hành khỏe, êm, thời gian làm việc từ
8 – 16 tiếng/ngày, khơng u cầu bảo trì nhiều. Động cơ xe mạnh mẽ, ít tiêu hao nhiên
liệu và mức độ khí thải thấp. Xe đạt tiêu chuẩn về khí thải EU4, EU6.
Xe quét đường Dulevo 850 được thiết kế để hoạt động trên các địa hình khơng bằng
phẳng. Cabin xe được bố trí tương xứng, mang lại sự thoải mái cho người vận hành.
Ngồi ra, cabin xe cịn được bổ sung lớp cách nhiệt và lò xo bảo vệ giúp bảo vệ người

vận hành không bị tiếng ồn, rung động, nhiệt tỏa ra ảnh hưởng đến quá trình làm việc.
Đặc biệt, xe được thiết kế với khớp nối cao giúp nâng cao sự linh hoạt trong di
chuyển, cho phép xe có thể lượn qt sát các góc, đảm bảo sự an tồn và thoải mái cho
người vận hành. Ngoài ra, hệ thống chổi biên có thể điều chỉnh tăng giảm bề rộng quét,
giúp nâng cao hiệu suất của xe. Xe được trang bị hệ thống hút với động cơ hút được
trang bị là động cơ thủy lực, cho lực hút mạnh giúp xe có thể thu gom các loại rác lớn,
nặng như cát, đá vụn, các loại rác lớn. Dung tích thùng chứa nước của xe lớn, giúp xe
hoạt động trong thời gian dài mà không cần tiếp nước nhiều lần. Hiệu suất làm việc
của xe được tăng lên đáng kể nhờ thùng chứa cùng công nghệ tái sử dụng nước của xe.
Nguyên lý làm việc của xe cũng tương tự xe quét rác ISUZU. 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 khơng cho bụi mịn bay lên và thải ngược ra môi
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

7


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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, lịng
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:
-

Kích thước

: 3400  1100  2070 mm.

-

Khối lượng
Động cơ
Đường kính chổi

Bề rộng làm việc

: 1850 kg.
: Diesel.
: 730 mm.
: 1500 – 1850 mm.

-

Hiệu suất làm việc : 22000 m2/h.
Tốc độ tối đa
: 30 km/h.
Dung tích thùng chứa: 800 – 1000 lít.

1.2.3 Máy hút lá cây của hãng Craftsman

Hình 1.6. Máy hút lá cây Craftsman

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

8


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 cơng 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 khơng 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
Công suất

: 610 mm.
: 4.5 HP.

-

Động cơ
Khởi động

: Động cơ xăng.
: 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
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

9


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 mơi 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, cơng ty, nhà xưởng.
- Bề rộng làm việc lớn.
- Cơ chế đẩy tay cơ học đơn giản, thuận tiện cho quá trình vận hành và bảo dưỡng.
Nhược điểm của máy quét rác đẩy tay cơ học Clepro:
- Sử dụng sức người nên ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành nếu làm

-

việc trong thời gian dài.
Tính cơ động không cao, chỉ phù hợp với các địa hình bằng phẳng.
Khơng 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 khơng phù hợp, chi phí hoạt động cao dẫn đến nhiều loại xe khơng thể sử dụng
được. Vì vậy, đa số cơng 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 cơng xe qt rác
đẩy tay.

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

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

10


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 trịn, 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 cơng vệ sinh mơi 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.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

11


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

CHƯƠNG 2

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC
TỰ ĐỘNG

2.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
2.1.1 Mục đích thiết kế
Hiện nay, vấn đề ơ nhiễm môi trường, đặc biệt tại các đô thị không chỉ là vấn đề
riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề tồn cầu. Việc
phát triển kinh tế, xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua đã có những
tác động xấu đến môi trường, sức khỏe của con người. Tại Việt Nam, q trình cơng
nghiệp hóa đã tác động rất nhiều đến môi trường như hiện tượng cá chết hàng loạt dọc
các bờ biển từ Hà Tĩnh đến Thừa Thiên Huế vì chất thải của nhà máy Formosa được
thải trực tiếp ra biển. Ơ nhiễm mơi trường có tác động xấu đến con người, đặc biệt tác
động tiêu cực đến hệ hơ hấp. Việc hít nhiều khói bụi sẽ tạo gánh nặng cho phổi, khiến
phổi dễ bị hư hỏng, làm nặng hơn các triệu chứng ở những người mắc bệnh hen suyễn,
bệnh hơ hấp khí phế quản. Theo kết quả nghiên cứu của Cơ quan nghiên cứu quốc tế
về Ung thư thuộc Tổ chức Y tế thế giới WHO đã tìm thấy mối liên kết giữa ơ nhiễm
khơng khí và ung thư bàng quang. Kết quả nghiên cứu cho thấy, có khoảng 10.000
người Anh được chẩn đốn mắc chứng ung thư bàng quang mỗi năm mà nguyên nhân
chủ yếu là do nhiễm chất độc trong khơng khí ơ nhiễm. Hiện tượng ơ nhiễm khơng 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, ơ nhiễm mơi trường
cịn 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, ơ nhiễm khơng khí gây mưa axit, hiện tượng khói
bụi che chắn làm giảm ánh sáng mặt trời, ảnh hưởng đến sự quang hợp của các lồi
thực vật. Ơ nhiễm mơi trường khiến các lồi động vật có thể xâm lấn, cạnh tranh,
chiếm mơi trường sống của các lồi địa phương, từ đó làm giảm đa dạng sinh học. Khí

CO2 từ các nhà máy và các phương tiện giao thơng cịn 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

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

12


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 khơng 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 tịi, 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
mơ 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 cơng nhân vệ sinh, góp phần vào q trình bảo vệ mơi trường trên tồn
cầu. Trước hết, máy hút rác tự động sẽ được thiết kế và chế tạo chủ yếu phục vụ công
việc vệ sinh lịng đường, thu gom lá cây tự động trong khn 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 hồn tồn 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 trịn phụ hai bên
phía trước xe với mục đích qt rác ở rìa đường, cạnh dải phân cách.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

13


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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, khơng thể lập trình để xe hoạt động tự động.
- Lực đẩy xe lớn do momen cản ban đầu lớn.
- u cầu gia cơng cơ khí chính xác.
b. Phương án thiết kế 2
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

14


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 mơ hình hoạt động tự động.
Nhược điểm của phương án:
Mơ 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 ngồi ra thu
gom đúng nơi quy định. Ở chế độ tự động, xe có hệ thống điều khiển từ xa, giúp người
cơng nhân có thể bật tắt xe từ xa để xe hoạt động tự động, trong thời gian đó, người
cơng nhân có thể làm một việc khác như quét rác ở các ngóc ngách mà xe khơng 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 q trình cơng
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 khơng khí theo một chiều từ cửa hút đến

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

15


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

cửa xả khí. Luồng khơng 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 thơng
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 khơng khí với lưu

-

lượng và áp suất lớn.
-

Bánh xe: tạo chuyển động của máy.

2.3 Tính tốn, 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.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

16


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 bơng 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 cơng 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

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

17


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 mịn 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.

Hình 2.6. Đai hình lược

Đai hình lược phối hợp được ưu điểm liền khối và dẻo của đai dẹt với độ bám tốt
của đai hình thang, nhờ đó khả năng tải cao hơn đai thang và có thể mắc lên bánh đai
có đường kính nhỏ hơn, làm việc ổn định với tỷ số truyền lớn hơn.
Đai răng
Đai răng được chế tạo thành vịng kín có răng phân bố theo chiều dài và ở mặt trong
của đai. Khi làm việc các răng của đai sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai. Do
truyền động ăn khớp, truyền động đai răng có ưu điểm: khơng có hiện tượng trượt đai,
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 mơ sản xuất.

Bánh đai thường có đường kính nhỏ hơn 100 mm thường được chế tạo bằng phương
pháp dập hoặc đúc, khơng kht 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 ngồi 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
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

18


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

và bánh đai hình lược bằng nhau và bằng 400, cịn 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 tốn, thiết kế bộ truyền đai
Tốc độ quay của động cơ n = 3000 vịng/phút. Do đó
𝜋 × 𝑛 𝜋 × 3000
𝑣=
=
= 314 𝑚/𝑠
30
30
Với  = 314 m/s > 25 m/s do đó ta sử dụng loại đai hình thang dẹt loại SPA có các
thơng 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 cơng thức:
3

𝑑1 = 1100 × √
Với

3
𝑃1
1,5
= 1100 × √
= 79,22 𝑚𝑚
𝑛1
3000

P1: cơng suất trên trục chính [kW]

n1: tốc độ quay trên trục bánh đai chủ động [vịng/phút]
Do đó, ta lựa chọn bánh đai nhỏ có đường kính d1 = 80 mm.

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

19


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

Chọn tỷ số truyền u = 1,5.
Gọi d2 là đường kính bánh đai lớn, ta có

𝑛1
𝑑2
𝑢=
=
𝑛2 𝑑1 × (1 − 𝜀)
Với  là hệ số trượt,  = 0,01. Do đó
𝑑2 = 𝑢 × 𝑑1 × (1 − 𝜀) = 1,5 × 80 × (1 − 0,01) = 118,8 𝑚𝑚.
Do đó chọn bánh đai lớn với đường kính d2 = 125 mm.
Tính khoảng cách trục a bằng cơng thức
𝑎 = 0,125 × {2𝑙 − 𝜋(𝑑1 + 𝑑2 ) + √[2𝑙 − 𝜋(𝑑1 + 𝑑2 )]2 − 8(𝑑2 − 𝑑1 )2 }
Với l là chiều dài tối thiểu của đai được tính
𝑣
3000
𝑙=
=
= 991,27 𝑚𝑚.
3,026 3,026
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:
-

Đường kính bánh đai nhỏ
Đường kính bánh đai lớn
Khoảng cách trục

: 80 mm.
: 125 mm.
: 335 mm.

-

Số đai
Loại đai
Tỷ số truyền

: 1.
: SPA.
: 1,5.

Hình 2.8. Thơng số bộ truyền đai

2.3.2 Tính tốn, thiết kế trục quay quạt hút
a. Cơng dụng, phân loại và kết cấu trục

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

20


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

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 trịn gồm nhiều đoạn có đường kính
khác nhau (trục bậc), ít khi sử dụng trục trơn vì như vậy khơng 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:

Hình 2.9. Kết cấu trục

-

-

Ngõng trục A: là phần trực tiếp tiếp xúc với ổ trục (ổ trượt hoặc ổ lăn). Ngõng
trục là ổ trượt tạo thành liên kết động.
Thân trục B: là phần trục dùng để lắp các chi tiết quay như bánh răng, bánh đai,
đĩa xích, khớp nối,… Thân trục và các chi tiết quay được lắp ghép cố định với
nhau nhờ mối ghép có độ dơi, then hoặc then hoa.
Đoạn trục chuyển tiếp: là phần trục nằm giữa hai bậc trục. Chúng có thể là rãnh
lượt trịn để rút đá mài, kết cấu này làm tăng tập trung ứng suất nên chỉ dùng cho

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

21


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

các đoạn trục chịu momen uốn nhỏ. Phần trục chuyển tiếp cũng có thể là mặt
lượn với bán kính khơng 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 cịn
sử dụng mặt cơn, bạc, vịng chặn, vít và đai ốc. Đường kính của vai trục cũng như của
của phần trục không cần lấy theo tiêu chuẩn. Ngồi 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
(u cầu cơng nghệ).
b. Tính tốn, 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
780 × 𝑃1 × 𝐾𝑑
𝐹𝑑 =
+ 𝐹𝑣
 × 𝐶𝛼 × 𝑧
Trong đó:
Fd: lực tác dụng của bánh đai lên trục quay.
Kd: hệ số tải trọng động.
v: vận tốc dài của trục quay
Cα: hệ số ảnh hưởng của góc ơm, phụ thuộc góc ơm của
bánh đai nhỏ

SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

22


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY HÚT RÁC TỰ ĐỘNG

z: số lượng dây đai.
Fv: lực căng phụ do lực ly tâm gây ra
𝐹𝑣 = 𝑣 2 × 𝑞𝑚 = 3142 × 0,118 = 11634,3 𝑁.

Ta có:

𝑃1 = 𝑃 × 𝜇𝑑 = 1,5 × 0,95 = 1,425 𝑘𝑊
Với d: hiệu suất bộ truyền đai.
Do đó:
780 × 1,425 × 1,1
+ 11634,3 = 11639 𝑁.
314 × 0,83 × 1
Tiết diện trục tại đoạn đặt ổ lăn 1 là:
𝐹𝑑 =

3

𝑑=√

3 11639 × 55
3 𝐹 ×𝑙
𝑇
𝑑
1
=√
=√
= 17,47 𝑚𝑚
0,2 × [𝜏]
0,2 × [𝜏]
0,2 × 600

Vậy ta chọn đường kính trục tại điểm đặt ổ lăn 1 là d1 = 20 mm.
Tại đoạn trục đặt ổ lăn thứ 2, ta có momen xoắn tại điểm đặt cánh quạt
𝑃
1425
𝑇1 = 9,55 × 106 × = 9,55 × 106 ×
= 3024166,7 𝑁𝑚
𝑛
4500
Tiết diện trục tại đoạn đặt ổ lăn 2 là:
3

𝑑=√

3 3024166,7
𝑇
=√
= 19,43 𝑚𝑚
0,2 × [𝜏]
0,2 × 600

Vậy ta chọn đường kính trục tại điểm đặt ổ lăn 2 là d2 = 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 tốn, 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.
SVTH: Phạm Văn Tuấn – Bùi Hữu Hòa

GVHD: PGS.TS. TRẦN XUÂN TÙY

23