Cùng với sự phát triển kinh tế, quá trình đô thị hóa ở nước ta đang diễn ra mạnh mẽ đi kèm với đó tình trạng ô nhiễm do rác thải ngày càng cao, nhiều kênh rạch trong các đô thị bị ô nhiễm trầm trọng bởi rác thải sinh hoạt và công nghiệp, bên cạnh đó các thành phố thuộc đồng bằng sông Cửu Long đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh ngoài rác thải nổi thì tình trạng lục bình lan rộng trong cách kênh rạch ngày càng trở nên trầm trọng, gây ra ô nhiễm môi trường và làm cản lưu thông dòng chảy.
Hiện nay, chủ yếu công việc vớt rác và lục bình trên kênh, rạch ở các đô thị được thực hiện bằng phương pháp thủ công, người lao công ở trên thuyền hoặc trên bờ sử dụng các dụng cụ cầm tay như vợt, móc... để vớt các loại rác nổi và lục bình lên bờ hoặc lên thuyền. Các loại thuyền dùng để vớt rác và lục bình hiện nay chủ yếu là các thuyền, ghe thô sơ, có loại có máy đẩy, có loại phải chèo hoặc chống bằng sào. Công việc này rất nặng nhọc và vất vả, chủ yếu sử dụng sức người, không có nhiều thiết bị hỗ trợ.
Nhằm chế tạo thiết bị chuyên dùng vớt rác và lục bình trên các kênh, rạch đô thị của Việt Nam phù hợp với công nghệ trong nước đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Đặc biệt, làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo máy chuyên dùng, phấn đấu tiếp cận, đạt trình độ tiên tiên của các nước trong khu vực và một số nước trên thế giới đồng thời giải quyết nhu cầu cơ giới hóa vớt rác, lục bình trong lòng kênh, rạch nội thành của các thành phố lớn, thay thế hoàn toàn phương tiện lao động thủ công để đảm bảo mục tiêu an toàn vệ sinh môi trường cũng như góp phần xây dựng, đào tạo, nâng cao kiến thức chuyên môn cho đội ngũ cán bộ kỹ thuật ngành cơ khí động lực. Nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Phan Minh Tân, Trung tâm Thiết kế Chế tạo Thiết bị mới làm chủ nhiệm đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tính toán thiết kế chế tạo máy chuyên dùng vớt rác trên các kênh, rạch đô thị của Việt Nam”.
Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm nghiên cứu đã đạt được các kết quả như sau:
1. Về điều tra khảo sát
Nhóm thực hiện đề tài đã bám sát đề cương và nêu được mục tiêu nghiên cứu và tính cấp bách của đề tài. Đồng thời đề tài đã có những nghiên cứu khảo sát một số thiết bị trong và ngoài nước từ đó nêu rõ việc cơ giới hóa quá trình thu gom và xử lý chất thải trong nước đang được ngành môi trường các đô thị chú trọng. Xu hướng chung cần phải có các tàu vớt rác, lục bình nhằm thu gom rác, lục bình trên các kênh rạch đang ô nhiễm nặng tại các đô thị. Theo xu hướng đó nhu cầu trong và ngoài nước cho loại thiết bị này là rất cao, việc đưa tàu vớt rác, lục bình trên kênh rạch vào sử dụng đại trà là một nhu cầu hết sức cần thiết, mang tính cấp bách. Thực trạng rác thải và lục bình trên kênh, rạch đô thị hiện nay rất đáng báo động, công việc thu gom gặp rất nhiều khó khăn do kênh rạch chằng chịt, kích thước nhỏ, điều kiện lưu thông hạn chế do ảnh hưởng thủy triều lên xuống, mực nước rất thấp, chiều cao tĩnh không nhỏ,... Như vậy, thiết bị của đề tài phải đáp ứng được tốt nhất các yêu cầu, đảm bảo tốt tính năng thông qua và năng suất, khắc phục được những hạn chế của các sản phẩm tương tự trước đó.
2. Tính toán thiết kế Nhóm thực hiện đề tài đã bám sát vào những nội dung đăng ký để tiến hành thực hiện.
Trước khi tiến hành thiết kế, 03 phương án thiết kế đã được đưa ra nhằm lấy ý kiến phân tích lựa chọn phương án hợp lý. Phương án 3 đã được lựa chọn với nguyên lý là sử dụng một phao làm cơ sở của thiết bị, sử dụng băng tải vớt và băng tải vận chuyển lên bờ độc lập. Ngoài ra phương án lựa chọn sử dụng chân vịt để đẩy thiết bị khi không làm việc, có cơ cấu cắt ép rác và lục bình, chiều rộng của thiết bị khi di chuyển bằng phương tiện đường bộ là 2,6m đảm bảo các yêu cầu của ngành giao thông. Bảo đảm các thiết bị được bố trí trên phao hợp lý sao cho thiết bị làm việc ổn định, dễ quay vòng, dễ di chuyển, tăng khả năng tạm chứa, có cơ cấu công tác phù hợp với từng đối tượng như rác, lục bình hay rác lẫn trong lục bình và thủy sinh. Bố trí chung của thiết bị vớt rác và lục bình là phù hợp, với kết cấu như tính toán, thiết kế hệ thống làm việc đảm bảo các đặc tính động lực học và độ bền. Phương án lắp đặt và kết cấu đã chọn có tính khả thi, có thể áp dụng chế thử. Các thiết bị công tác đã được tính toán động học để ra được kết quả lực, mô men dẫn động và tốc độ của từng thiết bị. Từ đó nhóm đề tài đã lựa chọn các hệ thống và cụm chi tiết công tác phù hợp để lắp đặt. Đối với cơ cấu cắt vớt và các băng tải chứa và vận chuyển lên bờ đã được tính toán và chọn lựa các phần tử thủy lực, băng tải phù hợp cho từng cơ cấu, đảm bảo tốc độ và khả năng làm việc của các cụm, cũng như sự đồng bộ về tốc độ làm việc của các cụm này nhằm giảm thiểu tối đa công suất dư thừa, rút ngắn được thời gian cắt vớt, chất và hạ tải. Đã tính toán và chọn lựa các phần tử của hệ thống thủy lực đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ra, hệ thống thủy lực được thiết kế hạn chế tối đa các tiết lưu điều chỉnh tốc độ nhằm giảm các yếu tố gây nóng dầu thủy lực. Bên cạnh đó sử dụng bơm kép cũng giúp làm tăng khả năng tự làm mát dầu của hệ thống và tận dụng tốt công suất của động cơ. Đã chọn lựa được động cơ và tính toán thiết kế hệ thống điện và điện điều khiển thủy lực. Hệ thống điều khiển đơn giản, có tính tự động hóa cao phù hợp với trình độ công nhân vận hành. Các tính toán kiểm nghiệm bền một số cụm, chi tiết và phao trong chương này khẳng định việc tính toán thiết kế phao và các cụm chi tiết đảm bảo các yêu của từng cụm, thiết bị, đảm bảo độ bền kết cấu. Đây cũng là căn cứ cho quá trình tính toán thiết kế tối ưu hóa kết cấu các cụm trên.
3. Về nghiên cứu chế tạo thiết bị
Nhóm thực hiện đề tài xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thiết bị theo bản vẽ thiết kế và triển khai chế tạo thiết bị gồm:
- Chế tạo các loại đồ gá để chế tạo, lắp đặt khung phao, sàn công tác, các cụm tổng thành, guồng đẩy, các cơ cấu công tác và hệ thống khác.
- Chế tạo các thành phần chính của thiết bị.
- Lắp ráp các cụm tổng thành, lắp ráp toàn bộ thiết bị.
- Sơn chống rỉ, sơn màu hoàn thiện toàn bộ thiết bị.
- Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị.
4. Thử nghiệm đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của thiết bị
Với thiết bị vớt rác, lục bình đã hoàn thành, Trung tâm Neptech kết hợp với Công ty TNHH MTV Môi trường Đô thị TP.HCM thử nghiệm vớt rác, lục bình tại một điểm điển hình trên kênh Nhiêu Lộc (quận Bình Thạnh, quận Phú Nhuận). Qua quá trình thử nghiệm, nhóm thực hiện đề tài tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thiết bị. Đồng thời đã xây dựng các tài liệu hướng dẫn sử dụng các cơ cấu công tác và toàn bộ thiết bị.
Như vậy, các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng vào thực tiễn để chế tạo thiết bị, dựa trên các nghiên cứu mang tính khoa học, sản phẩm của đề tài thể hiện tính khả thi của phương pháp nghiên cứu. Phương pháp và kết quả nghiên cứu của đề tài có thể mở rộng cho công tác nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị chuyên dụng tương tự khác.
*Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14664/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.