-
1
-

LỜI NÓI ĐẦU

Ô nhiễm môi trường biển đang ngày càng trầm trọng và bức thiết. Nguyên
nhân chính của sự ô 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 công 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 còn hạn chế nên
đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những ý kiến
đóng góp của thầy cô 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 ô nhiễm hết sức trầm trọng. Nguyên
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
công 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 toán nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu vớt rác ven biển phù hợp
là vấn đề có vai trò 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 ô tô 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 công 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 môi 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 thoát nước và công trình đô 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.

-
4

-

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.
Tàu có hệ thống bơm thủy lực, rổ lưới chắn rác và toàn 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 ngoài việc vớt rác trôi nổi
trên mặt nước còn thu gom được lượng rác chìm dưới sông 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 công tác vệ sinh môi trường.
Ngoài ra, cùng một công suất vớt rác, hiệu quả hoạt động như nhau nhưng giá
thành tàu tự chế của Công ty cấp thoát nước và công trình đô 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 toán thiết kế mẫu tàu phù hợp.


-
5
-

1.3.3. Giới hạn nội dung
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 vô 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 tôi 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 toán các yếu tố hình học của tàu
−
−−
− Thiết kế kết cấu theo quy phạm.
−
−−

− Thiết kế bố trí chung toàn tàu
−
−−
− Kiểm tra ổn định và nghiệm tốc độ tàu
 Kết luận và đề xuất ý kiến.





-
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
thì rác thải ven biển đa số là rác nổi
và rác chìm (lơ lửng, cách mặt nước khoảng 30 ÷40 cm). Rác theo dòng chảy của
các con sông 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
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.
H. 2-1: Các loại rác nổi

-
7
-

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. Ngoài ra khi chuyển động, tàu còn 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
toán dựa trên nghiên cứu, tính toán thực tế theo từng vùng.
Mức thải rác trung bình ở các nước công 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 đô 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/m
3
.


-
8
-

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

Mi
ệng hứng
;
3.

Thân tàu
)


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.



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
-
2
:
Cánh tay gom rác


-
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 xuôi về thân tàu. Dòng 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 còn 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.
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 không thể cung cấp một cách điều hòa được nên
việc quá tải rất dễ xảy ra, việc tính toán 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.

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)

-
12
-

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
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
thống băng tải và máng hứng đưa tới thùng chứa. Nhờ vậy, vật nổi (rác) được thu
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 đ
ựng rác)

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)

-
13
-


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 toán phức tạp, quá tải trên răng cào và băng
truyền rất dễ xảy ra. Hiệu suất thu rác không cao, rác có thể bị răng cào tác động và
làm chìm, không 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 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 trôi dạt theo dòng qua thùng vớt và được tập trung ở túi lưới.
Khi túi lưới đầy, thùng vớt đóng cửa lại, túi rác được chuyển lên sàn tàu. Giải pháp
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. T
àu kéo; 6.T
ời kéo; 7.Dây cáp kéo


-
14
-

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, không làm rác nổi đè lên nhau gây chìm
rác. Tổ hợp giải pháp có dạng như hình sau:




-
15
-

Với giải pháp trên, khi tàu chuyển động với V
tàu
(hoặc dòng nước chuyển động
với V
d
), tổ hợp trên tạo một dòng chảy từ miệng phễu tạo bởi 2 cánh tay gom rác về

phía giữa thân tàu và xuôi 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 (S
g
= B
g
.V
tàu
) 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
H. 2-9: Sơ đồ giải pháp tự động gom rác
1. Cánh tay gom rác
2. Miệng hứng rác
3. Thân tàu
H. 2-10: Cơ cấu vớt rác

-
16

-

hứng lên đổ qua gầu dẫn hướng tới thùng rác đặt trên sàn tàu.
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 đông 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 m
3
/ngày.
Vậy năng suất vớt rác của thiết bị là:

M
N
t
=
(2.1)
Trong đó:
• 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
Ta tìm được
3,78
0,63

6
M
N
t
= = =
( T/h)
2.4.1.2 Thể tích của gầu múc
Sức chứa của gầu múc được tính theo công thức:

.
sc
N
Q
n
ε
=
(2.2)
Trong đó:
• N: năng suất vớt rác của thiết bị

-
17
-

• n: số chu kỳ làm việc trong 1h
• ε: hệ số đầy của gầu múc; ε = 0,6
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:


0,63
0,525
. 2.0,6
sc
N
Q
n
ε
= = =
(T)
Dựa vào sức chứa của gầu múc, ta tính được thể tích của gầu múc:

0,525
1,25
0,42
sc
gm
Q
V
γ
= = =
(m
3
) (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 ngoài
• Thể tích gầu V

gm
= 1,25 m
3

• 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.






-
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 công thức:
Q
dn
= Q
v
+ Q
mt
(2.4)
Trong đó :
• Q
r
là trọng lượng rác trong gầu; Q
v
= 5250 N
• Q
gm
là trọng lượng gầu múc; Q
gm
= 10%. Q
v
= 525 N
Suy ra Q
dn
= 5250 + 525 = 5775 N
Tải trọng tác dụng lên cơ cấu:
Q = Q
dn
. k (2.5)
H. 2-11: Kích thước gầu múc rác H. 2-12: Kích thước cần


-
19
-

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
Ta tính toán với tải trọng tác dụng Q = 6400 N
2.4.5 Tính toán lực học tại
các vị trí
Vì gầu có kích thước lớn,
để tính toán lực học ta đặt tải
trọng tác dụng lên cơ cấu tại
vị trí trọng tâm của gầu.
Tính toán lực học ở 4 vị
trí:




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

1211
lQlTM
B
−=
∑
= 0 (2.6)
Trong đó :

- T : Lực kéo của piston thứ nhất
- l
11
: Cánh tay đòn của T
- Q : Tải trọng của cơ cấu
- l
12
: Cánh tay đòn của Q
⇒
11
12
.
l
lQ
T =
(2.7)
Vị trí 1
Vị trí 2
Vị trí 4 Vị trí 3
H. 2-13: Sơ đồ chuyển động của cơ cấu

-
20
-

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

2221
lQlFMo −=

∑
(2.8)
Trong đó :
- F : Lực kéo của piston thứ hai
- l
21
: Cánh tay đòn của T
- Q : Tải trọng của cơ cấu
- l
22
: Cánh tay đòn của Q
⇒
21
22
.
l
lQ
F =
(2.9)

Ta lập được bảng tính toán lực học tại 4 vị trí của gầu:
Bảng 2.1 Bảng tính toán lực học tại các vị trí
Q (N) l
11
(mm) l
12
(mm) l
21
(mm) l
22

(mm) T (N) F (N)
Vị trí 1

6400 121 279 125 497 14757 25446
Vị trí 2

6400 275 593 125 497 13800 25446
Vị trí 3

6400 275 92 231 1030 2141 28537
Vị trí 4

6400 275 549 89 137 12776 9851
Vậy lực piston thứ nhất là T = T
MAX
= 14757 N; piston thứ hai là F = F
MAX
=
28537 N. Dựa vào lực này để ta chọn được hệ xilanh thủy lực phù hợp.





-
21
-

Chương 3:
THIẾT KẾ SƠ BỘ TÀU XỬ LÝ RÁC VEN BIỂN

3.1. XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ
3.1.1. Công dụng, loại hình
Tàu vớt rác hai thân được thiết kế mới để phục vụ nhu cầu xử lý rác ven biển
Nha Trang.
3.1.2. Vật liệu chế tạo
Tàu vớt rác hai thân được chế tạo bằng vật liệu composite cốt sợi thuỷ tinh
(FRP).
3.1.3. Trọng tải
Tàu chở được 4 tấn rác, 4 công nhân làm việc trên tàu.
3.1.4. Phạm vi hoạt động
Tàu được thiết kế hoạt động trong phạm vi vùng vịnh Nha Trang.
3.1.5. Tốc độ tàu
Tàu thiết kế đạt tốc độ V ≤ 8 hải lý/giờ.
3.1.6. Đặc điểm bố trí chung
Tàu có hai thân thuôn dài, hai thân liên kết bằng các đà ngang, đà dọc và đỡ
sàn tàu.
Mặt sàn là composite phẳng có gân chống trượt.
Lan can Inox có thể gấp mở được, tạo mặt thoáng khi cần.
Trần sàn tàu bố trí một bàn điều khiển, lái,ghế ngồi.
Có chỗ để treo phương tiện cứu sinh.
3.1.7. Yêu cầu về giá thành, thời gian và trang thiết bị khác
Tàu được sản xuất với giá thấp nhất có thể, thời gian đóng tàu ngắn.Trang bị
cho tàu phương tiện tín hiệu, trang thiết bị hàng hải, vô tuyến điện, trang thiết bị
cứu hỏa, cứu đắm đầy đủ …

-
22
-

3.2. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC VÀ CÁC YẾU TỐ CỦA TÀU THIẾT

KẾ.
Vấn đề hiện nay trong quá trình thiết kế sơ bộ là xác định các yếu tố hình học
của tàu thiết kế đáp ứng được hai yêu cầu:
- Đáp ứng nhiệm vụ thư.
- Đảm bảo tính năng tốt.
Ta sẽ tiến hành lựa chọn một số thông số cho tàu thiết kế dựa vào tàu mẫu và một số
thông số khác sẽ được xác định dựa vào cơ sở lý luận. Với cách tiến hành này tàu
được những ưu điểm của tàu mẫu.
Trước hết cần tiến hành lựa chọn một số thông số cơ bản của tàu, việc lựa chọn
này sẽ dựa vào tàu mẫu và đồng thời kết hợp với những lý luận mang tính chất lý
thuyết.
3.2.1 Thống kê một số tàu hai thân cỡ nhỏ.
Dựa vào các thông số của các mẫu tàu trong các tài liệu về tàu hai thân kết
hợp với việc thông kê các mẫu tàu hai thân được đóng mới và đang hoạt động có
hiệu quả trong những năm gần đây, ta có thể thống kê được một số tàu hai thân cỡ
nhỏ theo bảng 3.1:







-
23
-

Bảng 3.1: Bảng thống kê một số tàu hai thân.
TT Loại tàu
L

max
(m)
L
tk
(m)
B

(m)
D
(m)
d
(m)
W
(tấn)
N
(HP)
V
(hl/
h)
1 Catamaran nhỏ 2,7 1,55 0,4 20
2 Xuồng hai thân 3,9 1,45 0,59 0,5 30 25
3 Xuồng hai thân 4,27 1,93 0,9 0,8 80 27
4 NORTHUMBRIAN COBLE 4,57 1,77 0,19/1,15
5 KANE & ABLE 4,88 2 0,29/1,07 0,41
6 A – CLASS 5,49 2,3 0,75
7 TOSHER 5,6 2,1 0,62/1,4 1,4
8 STRIP PLANKED 6,1 2,45 0,23/1,39 1,04 115 26
9 LAGOON 300 (buồm) 7,8 7,4 3,0 0,7 2,1
10 Cameli 8,4 3,3 2,6 2x30
11 Tàu đẩy Catamaran 10,1 9,6 3,7 0,9 300

12 WILDCAT (buồm) 10,5 4.8 1,0 5,5 2x20
13 Two Htoos 10,67 9,8 4.9 0,8 3,5
14 LAGOON 380-S2 (buồm) 11,55 11 5.3 1,15 6,96 2x27
15 PRIVILEGE (buồm) 12 10,7 5.5 1,21 2x12
16 POWERS HUTTLE 40 12,19 5.4 0,61 5,6 180 25,5
17 LAGOON 420 (buồm) 12,61 12,3 5.8 1,26 11,2
18 LAGOON 440 (buồm) 13,4 6.3 1,3 11,74 2x12
19 LAGOON 500 (buồm) 15,54 14,93 6.9 1,40 17,6 2x75
3.2.2 Lựa chọn chiều dài L cho tàu thiết kế
Lựa chọn chiều dài L cho tàu thiết kế là vấn đề quan trọng nhất, theo đó toàn
bộ công việc bố trí tàu, trang trí phương tiện chịu ảnh hưởng trực tiếp. Chiều dài tàu
L ảnh hưởng quyết định đến trọng lượng vỏ tàu được thiết kế.
Căn cứ vào nhiệm vụ thư là tàu thiết kế chở được 4 tấn rác, rác được chứa
trong các thùng rác loại 880 lít. Thùng rác 880 lít có kích thước dài 1350 mm, rộng
880 mm, cao 1100 mm, khối lượng định mức của thùng khi đầy tải là 370 kg. Để
chứa được 4 tấn rác, số thùng cần sử dụng là 10 thùng, và kết hợp với 4 thùng loại
240 lít kích thước dài 600 mm, rộng 520 mm, cao 935 mm, khối lượng định mức
của thùng khi đầy tải là 100 kg. Bố trí các thùng rác trên boong như hình 3.1:




-
24
-










Vì vậy chiều dài cần thiết để có thể bố trí 10 thùng rác là 7,64 m, ngoài ra
trên tàu còn bố trí cơ cấu vớt rác và lầu lái chiều dài khoảng 3,5 m. Ta chọn sơ bộ
chiều dài tàu thiết kế là L = 11,5 m.
3.2.3 Lựa chọn tỷ lệ L/B
L/B ảnh hưởng đến sức cản, độ bền dọc tàu. Trị số L/B quá bé sức cản hình dáng
và sức cản sóng của thân tàu sẽ tăng nhanh, tính ổn định hướng kém. L/B lớn sức
cản hình dáng nhỏ, ổn định dọc, ổn định hướng tốt, giảm lắc dọc tàu nhưng độ bền
dọc kém.
Loại tàu hai thân ở Việt Nam vẫn còn tương đối mới lạ. Trên quy mô cấp nhà
nước loại tàu này vẫn còn dừng lại ở góc độ hội thảo để tìm hiểu, có rất ít tài liệu về
tàu hai thân. Việc chọn tỷ lệ L/B ở đây theo phương pháp thống kê một số tàu hai
thân được đóng mới và hoạt động hiệu quả trong những năm gần đây.
Ta có đồ thị thống kê tỷ lệ L/B
H. 3-1: Bố trí các thùng rác

-
25
-

H. 3-2: Đồ thị thống kê tỷ lệ L/B







Dựa vào đồ thị, với L = 11,5 m ta tìm được tỷ lệ L/B = 2,4
3.2.4 Lựa chọn mớn nước T (m).
Mớn nước T là một trong những kích thước hình học cơ bản của tàu.
Mớn nước T phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điều kiện tự nhiên mà nơi
tàu sẽ hoạt động là yếu tố quan trọng nhất. Ta chọn mớn nước cho tàu thiết kế là
T = 0,9 m
3.2.5 Lựa chọn tỷ lệ H/T
H/T là thước đo mạn khô của tàu, nó ảnh hưởng đến ổn định và sức cản của
tàu. Để xác định chiều chìm lớn nhất của tàu cần dựa vào mối quan hệ giữa mạn
khô của tàu, kiểu tàu, kiểu bố trí thượng tầng và đủ lực nổi dự trữ cho tàu. Tàu thiết
kế để chở rác và thiết bị vớt rác nên xu hướng thiết kế ta lựa chọn H/T vừa phải
Tỷ lệ H/T : 1,6 ≤ H/T ≤ 1,7
3.2.6 Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước α
αα
α (C
W
).
Hệ số được xác định: α = S/LB.
Trong đó: