Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy quấn kiện rác tự động (14/10/2024)

Máy quấn màng kiện là loại máy được sử dụng để quấn màng phim cho các kiện, vật hình hộp, hình trụ... nhằm bảo quản hàng hóa trong lưu trữ và vận chuyển. Máy được sử dụng nhiều trong công nghiệp và sử dụng để quấn nhiều loại màng phim khác nhau. Máy quấn màng cho kiện rác sử dụng trong dây chuyền sàng - ép - quấn được sử dụng khá phổ biến trong nước và trên thế giới. Ưu điểm của dây chuyền này là có thể áp dụng cho nhiều loại rác thải khác nhau như rác thải sinh hoạt có lẫn rác thải xây dựng; đồng thời năng suất cao, trung bình 2 đến 3 phút ép và quấn được một kiện tùy theo độ ẩm và loại rác.

Máy quấn kiện kiểu cột đứng.

Hiện nay, dây chuyền công nghệ xử lý các bãi rác tạm theo phương pháp quấn màng và chôn lấp chủ yếu là nhập khẩu, đặc biệt các loại máy quấn kiện nói chung và máy quấn kiện rác nói riêng hiện nay phần lớn là nhập khẩu từ các nước Châu Âu và Trung Quốc, chưa có đơn vị nghiên cứu, chế tạo và sản xuất máy quấn kiện rác kiểu rô to đặt đứng ở Việt Nam. Năm 2022, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy quấn kiện rác tự động” do PGS.TS. Lưu Đức Thạch làm chủ nhiệm. Với mục tiêu giải quyết các vấn đề gặp phải chủ yếu là ở khâu quấn kiện rác 6 mặt sau ép khi đang sử dụng máy quấn kiện kiểu đứng, trong đó có hai vấn đề chính đó là: Giảm thiểu tình trạng vỡ góc của kiện rác, không làm vỡ kiện rác có độ ẩm cao trong khi quấn và khắc phục những nhược điểm khác của máy quấn rác nhập khẩu.

Triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu phân tích tổng quan về tình hình xử lý các bãi rác thải tạm tại Việt Nam, trong đó nhận thấy công nghệ xử lý theo phương pháp quấn kiện bằng màng quấn LLDPE và chôn lấp là phương pháp có hiệu quả và năng suất cao phù hợp với điều kiện trong nước. Khảo sát, đánh giá các thiết bị quấn kiện và đề xuất phương án quấn kiện rác bằng màng 6 mặt kiểu rô to đặt đứng có 2 giai đoạn quấn dọc và quấn ngang, có số lớp quấn từ 10-20 lớp, có khả năng khắc phục một số nhược điểm thường thấy ở các loại máy nhập khẩu.

Bên cạnh đó, nhóm đề tài nghiên cứu xác định thông số cơ bản của màng LLDPE bằng phương pháp kéo mẫu màng tại phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polyme của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội theo tiêu chuẩn ISO 527, thu được kết quả như sau: Mẫu màng quấn có kích thước Dài x Rộng x Dày = 0,25m x 0.0066m x 18.10^-6 m, mô đun đàn hồi 2.10⁶ N/m² ở vùng làm việc của màng có độ dãn dài 100-200%.

Để đảm bảo kiện được quấn chặt và màng không bị đứt trong quá trình quấn thì cần khảo sát lực kéo màng F_k và độ dãn dài của màng ∆_x trong quá trình quấn kiện. Tuy nhiên lực kéo màng trong quá trình quấn ở các giai đoạn được quyết định bởi số vòng quay của rôto n₁ ở giai đoạn 1 hoặc số vòng quay của kiện n₂ nằm trên băng tải có thiết bị quay ở giai đoạn 2 và lực căng trước F₀ đặt tại màng trước khi quấn kiện. Dựa vào các kết quả khảo sát nhóm đề tài tiến hành chọn một số thông số của máy như: Số vòng quay của rôto ở giai đoạn một, số vòng quay của băng tải có thiết bị quay ở giai đoạn hai, lực căng trước ở hai giai đoạn và các thông số khác như bán kính cuộn màng, chiều dài ban đầu của màng. Đồng thời tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số tới quá trình làm việc của máy, độ dãn dài của màng trong quá trình làm việc, đảm bảo màng làm việc trong vùng “cổ thắt”. Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện làm việc ổn định của máy xác định được bộ thông số phục vụ tính toán thiết kế máy như sau: Số vòng quay của rô to quấn dọc n_rt = 20 – 30 vg/ph; Số vòng quay của băng tải quấn ngang n_bt = 20 – 30 vg/ph; Lực căng trước của màng khi làm việc F_k = 70 N; Bán kính cuộn màng khi làm việc R_m = 0,02 – 0,11 m; Chiều dài ban đầu màng trước khi quấn L₀ = 1,2 m.

Sau khi đã xác định được các thông số làm việc của máy quấn kiện rác kiểu rô to đặt đứng. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế các cơ cấu của máy quấn kiện rác chọn các chi tiết và cụm chi tiết điển hình đó là:

- Cụm roto có cấu tạo gồm các chi tiết : Động cơ liền hộp giảm tốc; Con lăn thay đổi góc ôm; Đai; Khung chính; Cụm tay đỡ cuộn màng; Màng; Rô to; Con lăn chống xô ngang.

- Cụm tay đỡ cuộn màng gồm các chi tiết: Con lăn tỳ; Cụm con lăn dẫn tấm màng; Cụm dẫn động con lăn; Cuộn màng; Dầu lắp cuộn màng; Khung đỡ cuộn màng; Chốt xoay khung đỡ cuộn màng; Thanh trượt; Khung dẫn hướng thanh trượt.

- Cụm cơ cấu quay cụm tay đỡ cuộn màng gồm các chi tiết: Thanh đẩy; Thanh dẫn; Tay đẩy; Ống dẫn tay đẩy; Tay đỡ cuộn màng, Tay đòn xoay.

Các chi tiết điển hình được tiêu chuẩn hóa được ưu tiên sử dụng đảm bảo tiêu chí nội địa hóa sản phẩm để dễ dàng sửa chữa và thay thế. Ngoài ra cụm chi tiết điển hình máy quấn kiện còn có những thiết bị phụ trợ như: Băng tải vận chuyển kiện và băng tải xoay.

- Để băng tải vận chuyển kiện phối hợp làm việc với máy quấn kiện thì các thông số hình học và thông số động học của chúng được xác định với các thông số sau: Kích thước bề rộng kiện rác: A = 800-1200 mm; tốc độ vận chuyển: v_bt = 1,6-2,4 m/ph; trọng lượng kiện rác vận chuyển: G_r = 500-600 kG.

- Thông số đầu vào phục vụ thiết kế băng tải xoay là: Kích thước bề rộng kiện rác: A = 800-1200 mm; tốc độ vận chuyển: V_bt = 1,6-2,4 m/ph; tốc độ quay băng tải: n_bt = 15-30 vg/ph; trọng lượng kiện rác vận chuyển: G_r = 500-600 kG.

Do hệ thống thiết bị quấn kiện rác được nghiên cứu thiết kế đặt cố định có chế độ làm việc nặng, liên tục, môi trường làm việc có tính ăn mòn cao vì vậy việc lựa chọn thiết bị lắp đặt và gia công các chi tiết và phần kết cấu thép máy cần đáp ứng được các yêu cầu tính năng làm việc ổn định, khả năng chống ăn mòn trong môi trường bụi bẩn, rác thải. Các vật tư, thiết bị sẵn có trên thị trường trong nước dễ sửa chữa và thay thế.

Quá trình thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống theo trình tự được nhóm được tiến hành trong 3 tháng với 3 bước:

Bước chuẩn bị: Thực hiện vào tháng 6 năm 2020, bao gồm: Chế tạo các bộ phận theo thiết kế tại Công ty TNHH Tư vấn Thiết bị và Xây dựng CMC; lắp ráp hoàn chỉnh thành máy quấn kiện rác và hệ thống băng tải phụ trợ tại xưởng Cơ khí của Công ty, kiểm tra, chạy thử không tải, đo đạc khảo nghiệm và hiệu chỉnh.

- Bước 1: Thực hiện vào tháng 9 năm 2020, thử nghiệm có tải tại xưởng Cơ khí của Công ty CMC với kiện rác có kích thước 800x800x800 mm, cuộn màng LLDPE có bề rộng 400 mm. Thử nghiệm được tiến hành với số lớp quấn màng là 10 lớp, chiều dày màng 23μm (màng quấn máy), các thông số vận hành như tốc độ quay rô to, tốc độ băng tải, tốc độ quay của băng tải được cài đặt theo tính toán đảm bảo năng suất 30 kiện/h.

- Bước 2: Trên cơ sở kết quả thử nghiệm bước 1, tiến hành tính toán, hiệu chỉnh, lắp ráp kiểm tra hoàn chỉnh và thử nghiệm có tải với kiện rác có kích thước 1200x1200x1200 mm vào tháng 11 năm 2020 tại xưởng Cơ khí của Công ty CMC với số lớp quấn màng là 15 và 20 lớp, loại màng quấn máy có chiều dày 23μm, các thông số vận hành được cài đặt theo tính toán đảm bảo năng suất 30 kiện/h.

Kết quả thu được sau khi tiến hành vận hành thử nghiệm và hiệu chỉnh đáp ứng được năng suất và chất lượng quấn kiện theo yêu cầu nhóm nghiên cứu đã đề ra. Năng suất quấn màng của toàn bộ hệ thống được duy trì ở mức 30 kiện/h.

Từ kết quả thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xây dựng thuyết minh kỹ thuật của máy quấn kiện rác với các tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật và Quy trình hướng dẫn sử dụng máy.

- Chỉ tiêu kỹ thuật: Hệ thống quấn kiện rác có chế độ làm việc tự động hoặc bán tự động được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành về an toàn máy trong nước để quấn kiện rác bằng màng LLDPE với kích thước kiện có tiết diện từ 800x800 mm đến 1200x1200 mm chiều dài đến 1200 mm. Cấu tạo chung của hệ thống bao gồm: Băng tải nạp liệu; Hệ thống quấn kiện rác kiểu rô to; Băng tải quay; Kiện rác.

- Quy trình hướng dẫn sử dụng máy: Việc vận hành, bảo dưỡng sửa chữa máy cần tuân thủ các yêu cầu về an toàn lao động, về quy trình vận hành máy. Yêu cầu nhân viên vận hành phải thực hiện công tác kiểm tra hàng ngày trước và sau khi chạy máy. Sau khi đưa kiện lên trên băng tải nạp, cài đặt thông số làm việc thông qua số lớp quấn màng, xác định chế độ làm việc tự động, bật khởi động hệ thống đưa kiện vào vị trí quấn màng. Sau khi  quấn màng xong, kiện rác được đưa ra ngoài bằng xe nâng.

Kết quả của đề tài cho thấy, máy quấn kiện rác hoàn toàn có thể chế tạo tại các cơ sở trong nước và chủ động trong khai thác, sử dụng. Việc nghiên cứu hoàn thiện máy để tiến tới thương mại hóa đáp ứng nhu cầu thực tế ở trong nước là có cơ sở khoa học và rất cần thiết. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ./.