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 không đáp ứng Hình a Ví dụ rửa đai ốc siêu âm Đối với chi tiết khí sau gia công, 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… cơng đoạn rửa cơng đoạn vơ 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 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 ” Mục tiêu nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu cấu tạo nguyên lý làm việc thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm + Xác định thơng 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 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 Công ty TNHH Denso Việt Nam Hình 1.2 Máy rửa siêu âm số sản xuất từ CNC-VINA 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 công 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 Hình 1.4 Các máy rửa siêu âm hãng Telsonic AG – Thụy Sỹ Hình 1.5 Module máy rửa SONOREK TECHNIK 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: 60 N3→HC→Sa→Thành phẩm SA→N4→N3 N1→SA N2 Nguyên lý hoạt động: - Bước 1: Robot lấy vỉ vị trí thùng nước đem qua nước - Bước 2: Lấy vỉ vị trí thùng nước 3, đem qua thùng hóa chất, sau thời gian đem qua thùng sấy, sau thời gian đem nơi để thành phẩm - Bước 3: Lấy vỉ từ vị trí thùng siêu âm đem qua thùng nước 4, sau thời gian đem qua thùng nước - Bước 4: Lấy vỉ vị trí thùng nước đem qua thùng siêu âm - Bước 5: Lấy vỉ vị trí đặt vỉ cần rửa mang tới thùng nước Sau chu trình thực liên tục lại từ bước đến bước Như sau chu trình rửa hệ thống cịn lại vỉ vị trí thùng nước 3, nước 2, siêu âm có vỉ thành phẩm 61 * So sánh xác định chu trình rửa hợp lý Chu trình rửa thực tế thiết bị: Ưu điểm: o Sử dụng tối đa hiệu suất sử dụng thiết bị o Mang lại hiệu kinh tế cao Khuyết điểm: o Kết cấu phức tạp o Chiếm nhiều khoảng không gian o Robot di chuyển phức tạp, lặp lại nhiều đoạn quãng đường di chuyển o Thời gian ngâm vỉ dung môi không nhiều dành nhiều thời gian để di chuyển robot Chu trình rửa nghiên cứu đề xuất: Ưu điểm: o Sử dụng tối đa hiệu suất sử dụng thiết bị o Mang lại hiệu kinh tế cao o Chu trình đơn giản, tốn thời gian o Điều chỉnh thời gian ngâm vỉ dung môi Khuyết điểm: o Kết cấu phức tạp o Chiếm nhiều khoảng không gian 62 Kết luận: Chu trình rửa nghiên cứu đề xuất hợp lý hệ thống rửa này, có tính chất đa dạng nhiều ưu điểm 3.3.9.3 Thực nghiệm kiểm chứng chế độ tối ưu + Đối tượng chọn để thí nghiệm : Các bù lon bị bẩn + Dung dịch tẩy rửa: NaOH 100 g/l, NaF 50g/l + Khoảng cách biến tử đến vật cần rửa 28,65 mm + Thời gian rửa: 22,1 phút + Nhiệt độ : 600 C Kết thực nghiệm chế độ tối ưu ghi nhận bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết thực nghiệm rửa chi tiết máy (bu lông) chế độ tối ưu Tên tiêu Lần thí nghiệm Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình Độ chi tiết sau rửa, % 94 93 95 94 93 93,8 + Độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu tính theo cơng thức: (Bi B) S1 = Trong đó: i 1 1 = 0,8367 , % ; (3.22) Bi – độ chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu mẫu đo thứ i, %; B – độ trung bình mẫu chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu, B = 93,8 % + Khoảng tin cậy (vùng) độ chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu là: S S B – t p/2 B B + t p/2 n n 63 Trong đó: S1 – độ lệch tiêu chuẩn thực nghiệm độ chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu, S1 = 0,8367 %; p – mức nghĩa, p = 0,05; n – dung lượng mẫu, n = tp/2 – chuẩn số theo tiêu chuẩn student tra theo số bậc tự k = n – = – = mức nghĩa p/2 = 0,025, tp/2 = 2,776 ; 93,8 – 2,776 0,8367 0,8367 , % B (%) 93,8 + 2,776 , %, 5 92,8 , % B (%) 94,8, (3.23) + Đánh giá sai số kết thực nghiệm mơ hình (tối ưu) độ chi tiết máy sau rửa chế độ rửa tối ưu: 94,08 93,8 100 = 0,30 , 94,08 % ; 3.4 Mô hoạt động thiết bị rửa sóng siêu âm 3.4.1 Mơ hình mơ Hình 3.31 Mơ hình thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm 3.4.2 Mơ thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm (3.24) 64 Mô thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm theo bước biểu diễn hình ảnh sau: Bước Nhiệm vụ Robot lấy vỉ thùng nước đem qua thùng nước Robot lấy vỉ vị trí thùng nước đem qua thùng hóa chất, sau thời gian đem qua thùng sấy, sau thời gian đem nơi để thành phẩm Hình ảnh minh họa 65 66 Lấy vỉ từ vị trí thùng siêu âm đem qua thùng nước 04, sau thời gian đem qua thùng nước 03 67 Lấy vỉ vị trí thùng nước đem qua thùng siêu âm Lấy vỉ vị trí đặt vỉ cần rửa mang tới thùng nước 68 3.5 Ý kiến thảo luận kết nghiên cứu Kết nghiên cứu hoàn thành sau : Nội dung 1: Mơ tả cấu tạo trình bày nguyên lý làm việc thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm Nội dung 2: Tính toan lý thuyết xác định thông số tối ưu xác định chu trình rửa hợp lý 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 : 30 mm + Xác định chu trình rửa hợp lý cho thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm Nội dung 3: Nghiên cứu thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm phương pháp qui hoạch thực nghiệm kiểm chứng xác định thông số tối ưu + Đã xây dựng mơ hình thống kê thực nghiệm dạng đa thức bậc II xác định thông số tối ưu Độ chi tiết máy (bulông) đạt cao 94,08 % với thông số tối ưu khoảng cách biến tử đến vật cần rửa 28,65 mm, thời gian rửa: 22,1 phút + Kiểm chứng thiết bị làm việc chế độ tối ưu đạt độ chi tiết 93,8 % Sự khác biệt so với tính tốn tối ưu 0,30 % Nội dung 4: Mô hoạt động thiết bị rửa sóng siêu âm 69 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Các kết luận từ kết nghiên cứu: Từ nhiệm vụ đặt đề tài luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu xác định số thông số tối ưu cho thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm ” tơi nghiên cứu hoàn thành đạt kết sau: - Mơ tả cấu tạo trình bày nguyên lý làm việc thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm - Tính tốn lý thuyết xác định thông số khoảng cách tác động tối ưu từ biến tử siêu âm đến đối tượng cần rửa rửa chi tiết máy là: 30 mm Khi thực nghiệm tối ưu xác định 28,65 mm Sai số tính tốn lý thuyết thực nghiệm tối ưu là: (30 – 28,65)/30 = 4,5 % Sự khác biệt lý thuyết thực nghiệm nhỏ - Xác định chu trình rửa hợp lý cho thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm - Đã xây dựng mơ hình thống kê thực nghiệm dạng đa thức bậc II mơ tả tốn học phụ thuộc độ chi tiết máy rửa thiết bị sử dụng sóng siêu âm vào thống số kết cấu công nghệ khoảng cách biến tử đến vật cần rửa thời gian rửa Từ mơ hình xác định thơng số tối ưu Độ chi tiết máy (bulông) đạt cao 94,08 % với thông số tối ưu khoảng cách biến tử đến vật cần rửa 28,65 mm, thời gian rửa: 22,1 phút - Kiểm chứng thiết bị làm việc chế độ tối ưu đạt độ chi tiết 93,8 % Sự khác biệt so với tính tốn tối ưu 0,30 % - Mơ hoạt động thiết bị rửa sóng siêu âm phần mếm chuyên dùng 70 4.2 Kiến nghị Từ kết đạt nêu trên, đặt mục tiêu tương lai để hồn thiện thêm vào tính cho thiết bị rửa sóng siêu âm để ứng dụng sau: Nghiên cứu loại dung mơi thêm vào q trình rửa để để thời gian rửa ngắn độ tính chi tiết máy đảm bảo Nghiên cứu phát triển phần kiểm tra độ sản phẩm sau rửa siêu âm Nghiên cứu phát triển phần điều khiển để rút ngắn thời gian hoạt động chu trình rửa 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Đặng Việt Hùng Bài giảng giao thoa sóng nâng cao Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2009 Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật , Nhà xuất Giáo dục (2005) Tiếng nước ngoài: 1.Beyer, R.T and Letcher, S.V., Physical Ultrasonics, Academic Press, New York, 1969 2.F John Fuchs, Ultrasonic Cleaning: Fundamental Theory and Application, 2002 J David N Cheeke, Fundamentals and Applicationsof Ultrasonic Wave, © 2002 by CRC Press LLC 4.Rose, J.L., Ultrasonic Waves in Solid Media, Cambridge University Press, Cambridge, 1999 Các trang web: http://www.chemvn.net http://www.flickn.com http://www.rooptelsonic.com http://www.crcpress.com www.viendaitrang/tin-tưc/chi-tiết/727 https://Vn.answers.yahoo.com 72 PHỤ LỤC Phụ lục Kết qui hoạch thực nghiệm P1.1 Kết thực nghiệm theo quy hoạch bậc II Box – Hunter STATC2 02/07/14 run d (mm) 30 35 30 30 25 23 25 30 30 10 35 11 37 factor study t B (phút) (%) -22.1 93 20.0 76 15.0 72 15.0 73 20.0 80 15.0 49 10.0 50 7.9 66 15.0 71 10.0 70 15.0 Page 1-1 61 P1.2 Kết phân tích phương sai P1.2.1 Kết phân tích phương sai dạng mã hóa 02/07/14 05:54:14 AM Page ANOVA for y - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:x1 135.88225 135.88225 135.88 0073 B:x2 687.90390 687.90390 687.90 0015 AB 144.00000 144.00000 144.00 0069 AA 367.08088 367.08088 367.08 0027 BB 99.02206 99.02206 99.02 0099 Lack-of-fit 6.83885 2.27962 2.28 3194 Pure error 2.00000 1.00000 Total (corr.) 1609.63636 10 R-squared = 0.994509 R-squared (adj for d.f.) = 0.989018 73 P1.2.2 Kết phân tích phương sai dạng thực 02/07/14 06:03:25 AM Page ANOVA for B - factor study -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value A:d 135.88225 135.88225 135.88 0073 B:t 687.90390 687.90390 687.90 0015 AB 144.00000 144.00000 144.00 0069 AA 367.08088 367.08088 367.08 0027 BB 99.02206 99.02206 99.02 0099 Lack-of-fit 6.83885 2.27962 2.28 3194 Pure error 2.00000 1.00000 -Total (corr.) 1609.63636 10 R-squared = 0.994509 R-squared (adj for d.f.) = 0.989018 P1.3 Kết tính tốn hệ số hồi quy P1.3.1 Kết tính tốn hệ số hồi quy dạng mã hóa 02/07/14 05:54:34 AM Page Regression coeffs for y - factor study -constant = 72 A:x1 = 4,12132 B:x2 = 9,27297 AB = -6,0 AA = -8,0625 BB = 4,1875 -P1.3.2 Kết tính tốn hệ số hồi quy dạng thực 02/07/14 06:03:53 AM Page Regression coeffs for B - factor study -constant = -341,109 A:d = 23,7743 B:t = 4,02959 74 AB = -0,24 AA = -0,3225 BB = 0,1675 -Phụ lục Hình ảnh quan sát chi tiết trước sau rửa để xác định độ thí nghiệm thăm dị TN Khoảng cách L 30 mm 50 mm 60 mm 120 mm Trước rửa Sau rửa ... trình rửa hợp lý cho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết bị. .. thể + 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. .. 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