BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP THÁI LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO THIẾT BỊ RỬA CÁC CHI TIẾT MÁY SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP THÁI LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO THIẾT BỊ RỬA CÁC CHI TIẾT MÁY SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đồng Nai, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP THÁI LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO THIẾT BỊ RỬA CÁC CHI TIẾT MÁY SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS.NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Đồng Nai, 2014 MỞ ĐẦU Sự cấp thiết vấn đề nghiên cứu: Ngày ngành khí, lĩnh vực giới hóa nơng lâm nghiệp, lĩnh vực quốc phòng, dân dụng… thiết bị làm có vai trị quan trọng Các phương pháp làm cổ điển sử dụng tay kết hợp loại dung dịch không đảm bảo độ chi tiết cần làm môi trường làm việc độc hại, người tiếp xúc trực tiếp với hóa chất sức khỏe không đảm bảo theo thời gian, đặc biệt chi tiết có kết cấu phức tạp, có độ bám dính tạp chất cao phương pháp làm khó đảm bảo Làm phương pháp điện phân ứng dụng lĩnh vực xi mạ lượng tiêu hao lớn, bề mặt chi tiết không nguyên vẹn thời gian rửa cao (do ăn mịn q trình điện phân) Thống kê cho thấy phương pháp tẩy rửa thông thường độ bẩn bề mặt chi tiết 70% Rửa phương pháp rung độ bẩn bề mặt chi tiết 50% Khi rửa chi tiết tay độ bẩn bề mặt chi tiết 20% Trong phương pháp tẩy rửa sóng siêu âm độ bẩn cịn lại 5% Với xu hướng sử dụng công nghệ giảm tiêu hao lượng, không gây ô nhiễm môi trường, không gây tác động độc hại đến sức khoẻ người nay, thiết bị tẩy rửa sử dụng sóng siêu âm lựa chọn hàng đầu lĩnh vực làm ngành công nghiệp Việc sử dụng lượng sóng siêu âm mang lại hiệu tẩy rửa vượt trội so với dung dịch tẩy rửa trước đặc biệt vật thể có hình dạng phức tạp Kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm đời nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ làm áp dụng rộng rãi thiết bị tẩy rửa với hiệu cao, tốc độ nhanh mà phương pháp khác khơng đáp ứng 2 Hình a Ví dụ rửa đai ốc siêu âm Đối với chi tiết khí sau gia cơng, chi tiết máy động đốt thiết bị khí tháo để kiểm tra sửa chữa không tránh khỏi việc bị chất bám dính dầu mỡ, chất bẩn… công đoạn rửa công đoạn vô quan trọng Đối với chi tiết phức tạp hình dáng kết cấu (có nhiều lỗ, rãnh…) (hình b) việc tấy rửa vơ khó khăn sử dụng phương pháp tẩy rửa truyền thống Sử dụng phương pháp sóng siêu âm để rửa làm bề mặt chi tiết không đảm bảo độ u cầu mà cịn đảm bảo an tồn cho chi tiết Hình c trình bày độ rửa phương pháp siêu âm cho chi tiết bám đầy bụi than 3 Hình b Các chi tiết cần rửa có hình dạng phức tạp Hình c Hình ảnh chi tiết bám bụi than trước sau rửa Trên sở trội công nghệ làm sóng siêu âm để triển khai ứng dụng công nghệ ngày phổ biến hiệu thúc, thực đề tài: “Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm ” 4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm + Xác định thông số khoảng cách tác động tối ưu từ biến tử siêu âm đến đối tượng cần rửa rửa chi tiết máy + Xác định chu trình rửa hợp lý cho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm 5 Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng luận làm sóng siêu âm 1.1.1 Tổng luận cơng trình nghiên cứu làm sóng siêu âm nước Ở Việt Nam đa số nhập máy rửa siêu âm hãng Elma- Đức, Telsonic AG -Thụy Sỹ … Năm 2013 Công ty TNHH GARAN đưa thị trường sản phẩm “bể rửa siêu âm KS-1018” Hình 1.1 Bể rửa siêu âm KS-1018 Công ty TNHH GARAN Các máy rửa chủ yếu dùng để rửa rau quả, bát đĩa ấm chén… Ngày 12 tháng 07 năm 2013 CNC-VINA sản xuất máy rửa siêu âm số bàn giao cho Cơng ty TNHH Denso Việt Nam Hình 1.2 Máy rửa siêu âm số sản xuất từ CNC-VINA 6 Nhìn chung máy rửa siêu âm thích hợp sản xuất dây chuyền cơng nghiệp, cịn lĩnh vực đa dạng chưa phù hợp 1.1.2 Tổng luận cơng trình nghiên cứu làm sóng siêu âm ngồi nước Ở nước tiên tiến giới cơng nghệ làm sóng siêu âm ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực 1.1.2.1.Tình hình nghiên cứu làm sóng siêu âm ngồi nước Sử dụng sóng siêu âm để làm nghiên cứu trở thành sản phẩm thương mại hóa Trên giới có nhiều hệ thống máy rửa siêu âm Hình 1.3 giới thiệu dây chuyền rửa sóng siêu âm hãng OMEGASONIC, hình 1.4 giới thiệu máy rửa siêu âm hãng Telsonic AG – Thụy Sỹ hình 1.5 giới thiệu Module máy rửa SONOREK TECHNIK Hình 1.3 Dây chuyền rửa sóng siêu âm hãng OMEGASONIC 7 Hình 1.4 Các máy rửa siêu âm hãng Telsonic AG – Thụy Sỹ Hình 1.5 Module máy rửa SONOREK TECHNIK 8 1.1.2.2 Các yếu tố q trình rửa sóng siêu âm Các yếu tố q trình rửa sóng siêu âm trình bày hình 1.6 Sóng siêu âm Hóa chất Nhiệt độ Thời gian rửa Hình 1.6 Các yếu tố q trình rửa sóng siêu âm 1.1.2.3 Các phận hệ thống rửa sóng siêu âm Sonorek Technik Các phận hệ thống rửa sóng siêu âm Sonorek Technik trình bày bảng sau: Bồn rửa: Làm thép không gỉ, độ dày mm, hàn lại với Có rãnh tràn nước thải đường xả nước thải Tích hợp RM 40 UH phát sóng siêu âm Mặt bồn có góc vng Bồn rửa: Cấu tạo Bộ phát sóng siêu âm nằm bên ngồi ZM 112 UHL Thiết bị nâng tạo dao động: Di chuyển rổ từ bể qua bể khác kết hợp di chuyển lên xuống theo chiều thẳng đứng MB Khung đỡ: Có thể đặt thêm thiết bị tạo dao động Bộ lọc: Được kết nối với bồn rửa siêu âm Các thành phần bị loại bỏ giữ lại lọc Điều kéo dài việc sử dụng dung dịch rửa khả làm không thay đổi 10 Bộ tách dầu: Được kết nối với bể làm siêu âm, thành phần chất bẩn có dầu mỡ làm Các chất tích lũy bề mặt dẫn qua rãnh tràn vào tách dầu phân tách phương thức lực hấp dẫn Xử lý nước: Được kết nối với bồn rửa để loại bỏ vết nước đọng lại sản phẩm rửa Bồn sấy: Các phận sau rửa sấy khơ để nhanh chóng loại bỏ ẩm lại Rổ đựng sản phẩm: Bảo vệ sản phẩm rửa tránh va đập với bồn rửa Nắp đậy: Bảo vệ dung dich rửa không bị nhiễm bẩn 11 Máy phát sóng siêu âm: Tần số 25kHz, 40kHz Biến tử siêu âm 1.1.2.4 Cách lắp đặt biến tử siêu âm - Biến tử siêu âm 1,2,3,4 đặt mặt đáy mặt bên thùng chứa Hình 1.7 Cách lắp đặt biến tử siêu âm 1.1.3 Ý kiến thảo luận vấn đề nghiên cứu Với phát triển mạnh mẽ ngành khí, sản phẩm khí ngày đa dạng chủng loại, kích cỡ, vật liệu, độ phức tạp, phương pháp tẩy rửa sử dụng hóa chất không đáp ứng thời gian làm sạch, mức độ 12 sạch, hạn chế vật liệu chi tiết cần làm sạch, khơng đem lại hiệu kinh tế cao Các nhà khoa học khám phá cơng dụng sóng siêu âm làm chi tiết việc kết hợp việc phát sóng siêu âm để bóc tách lớp bẩn, tẩy rửa sóng siêu âm khơng phụ thuộc vào vật liệu chi tiết cần tẩy rửa, hiệu kinh tế mang lại cao Kỹ thuật tẩy rửa sóng siêu âm cho phép làm lỗ rỗng mà không cần cào, quét hay tẩy bỏ, làm chi tiết có hình dạng phức tạp kẽ hở, lỗ kín nhỏ mà phương pháp tẩy rửa truyền thống không làm Thời gian làm ngắn, khơng có thao tác tay phức tạp hay nặng nề, làm hiệu Nồng độ hóa chất thấp so với phương pháp làm thông thường, không gây ô nhiễm môi trường Dễ dàng khí hóa tự động hóa Ưu việc sử dụng cơng nghệ làm sóng siêu âm: Tính kinh tế: - Sử dụng cơng nghệ làm sóng siêu âm thường xuyên tiết chi phí - Vật liệu làm kéo dài lâu ảnh hưởng sóng siêu âm, làm giảm phụ tùng thay - Quá trình làm nhanh giảm thời gian nghỉ sản xuất Thân thiện với môi trường: - Phương thức làm biến hóa sinh học sử dụng thay dung chất độc hại hệ sinh thái - Các lọc tách dầu làm giảm lượng tiêu thụ hóa chất nước thải Hiệu quả: - Độ cao - Vật liệu sau làm sóng siêu âm khơng cần lau chùi lại - Không phá hủy vật liệu bề mặt chi tiết 13 - Có thể làm tất sản phẩm hình dáng Dễ sử dụng 1.2 Cơ sở lý luận vấn đề nghiên cứu 1.2.1 Cơ sở vật lý sóng âm 1.2.1.1 Bản chất sóng âm Sự hình thành sóng mơi trường chất: mơi trường chất đàn hồi (khí lỏng hay rắn) coi môi trường liên tục gồm phần tử liên kết chặt chẽ với Lúc bình thường phần tử có vị trí cân bền Nếu tác dụng lực lên phần tử A vị trí cân mơi trường phần tử rời khỏi vị trí cân bền Do tương tác, phần tử bên cạnh, mặt kéo phần tử A mặt chịu lực tác dụng thực dao động Hiện tượng tiếp tục xảy phần tử khác môi trường Những dao động lan truyền môi trường đàn hồi gọi sóng Về chất sóng âm sóng học tuân theo quy luật sóng cơ, tạo sóng âm cách tác động lực học vào mơi trường truyền âm Ví dụ: đánh vào mặt trống: tác động dòng điện làm rung màng loa; tác động làm rung âm thoa, đạn bay không khí Hình 1.8 Ví dụ sóng âm 14 Hình 1.8 biểu diễn sóng âm Nó tập hợp lần nén dãn thay đổi theo dạng hình sin, đỉnh sóng thể áp lực cao cịn đáy sóng thể áp lực thấp Biểu diễn sóng âm trình bày hình 1.9 Hình 1.9 Biểu diễn sóng Hình 1.10 Ảnh minh họa sóng siêu âm phát dung dịch rửa 15 1.2.1.2 Phân loại sóng âm Theo phương dao động: - Sóng ngang: Sóng ngang sóng mà phương dao động phần tử mơi trường vng góc với tia sóng Sóng ngang xuất mơi trường có tính đàn hồi hình dạng Tính chất có vật rắn - Sóng dọc: Sóng dọc sóng mà phương dao động phần tử môi trường trùng với tia sóng Sóng dọc xuất mơi trường chịu biến dạng thể tích, truyền vật rắn môi trường lỏng khí Theo tần số: - Sóng âm tần số cực thấp, cịn gọi sóng hạ âm (Infrasound): f 20kHz Các đại lượng đặc trưng - Chu kỳ T khoảng thời gian thực 1nén giãn, tính giây - Tần số f (Hz): số chu giây - Vận tốc truyền âm (m/s) quãng đường mà sóng truyền sau đơn vị thời gian - Độ dài bước sóng λ (m) quãng đường mà sóng truyền sau khoảng thời gian chu kỳ: λ = vT=v/f Sóng siêu âm ứng dụng tảy rửa cơng nghiệp có tần số từ 20 KHz đến 50 MHz 1.2.2 Cơ sở vật lý kỹ thuật tẩy rửa siêu âm 1.2.2.1 Giới thiệu Làm sóng siêu âm việc sử dụng tần số sóng âm cao ( phạm vi thính giác người thường từ 20 – 40 khz) để 16 loại bỏ chất bẩn bám dính vào chi tiết Sóng siêu âm tạo áp lực đủ mạnh để loại bỏ chất bẩn có độ bám dính cao đủ nhẹ để không làm tổn hại đến chi tiết cần làm Các chất bẩn dầu mỡ, bụi bẩn… Vật liệu làm bao gồm kim loại, thủy tinh, gốm sứ, nhựa… Việc sử dụng sóng siêu âm để tẩy rửa ngày ứng dụng rộng rãi đem lại hiệu kinh tế cao so với phương pháp tẩy rửa truyền thống sử dụng sóng siêu âm để tẩy rửa rửa chi tiết phức tạp, chi tiết nhỏ mà phương pháp truyền thống rửa khó khăn sóng siêu âm ngày ứng dụng rộng rãi nghành công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp mạ, công nghiệp ô tô, công nghiệp máy bay… 1.2.2.2 Cơ sở vật lý phương pháp tẩy rửa siêu âm Dưới tác dụng sóng siêu âm, dung dịch rửa lúc bị ép lại đặc hơn, lúc bị dãn lỗng Do dung dịch rửa khơng chịu lực kéo nên bị kéo loãng tạo thành chỗ trống, sinh nhiều bọt khơng khí nhỏ (hình 1.11) Hình 1.11 Q trình hình thành phá vỡ bọt khí Trong q trình chuyển động hỗn loạn bọt khí kếp hợp tạo nên 17 bọt khí có kích thước lớn Khi đạt đến giới hạn chênh lệch áp suất đủ lớn bọt khí bị vỡ tung thành nhiều hạt nhỏ tạo nên sức va đập mạnh áp suất lớn, kèm theo nhiệt độ chất lỏng tăng dần Theo tính tốn áp lực, nhiệt độ sinh 10,000 PSI 10,000°F Những bọt khí nhỏ chớp mắt vỡ tan Quá trình vỡ bọt sinh luồng sóng xung kích nhỏ mạnh, gọi “Hiện tượng tạo chân khơng” Do tần số sóng siêu âm cao, bọt khơng khí nhỏ ln phiên xuất hiện, vơ nhanh chóng Sóng xung kích mà chúng tạo giống mn nghìn “chổi nhỏ” vơ hình nhanh mạnh lan tới, chải quét nơi chi tiết Hình 1.12 Quá trình chất bẩn bám bề mặt chi tiết tách nhờ tác động sóng siêu âm Hình 1.12 trình bày trình chất bẩn bám bề mặt chi tiết tách nhờ tác động sóng siêu âm Nếu chi tiết cần tẩy rửa đặt dung dịch tẩy rửa thích hợp với kích thích sóng siêu âm 18 tác dụng tượng xâm thực sóng nêu chất bẩn bám bề mặt chi tiết tách kết tủa lại Hình 1.13 Hiện tượng xâm thực bọt khí Hình 1.14 trình bày trình rửa đai ốc siêu âm ... HỌC LÂM NGHIỆP THÁI LONG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO THIẾT BỊ RỬA CÁC CHI TIẾT MÁY SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT... làm sóng siêu âm để triển khai ứng dụng công nghệ ngày phổ biến hiệu thúc, thực đề tài: ? ?Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm ” 4 Mục tiêu nghiên. .. nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm + Xác định thông số khoảng cách tác động tối ưu từ biến tử siêu âm đến đối tượng cần rửa rửa chi tiết máy