BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Ứng dụng lý thuyết thiết kế
THÔNG TIN CHUNG
Thông tin tổng quát
1.1 Tên đề tài: Ứng dụng lý thuyết thiết kế theo tiên đề và phương pháp Taguchi vào thiết kế và tối ưu hóa thiết bị băm chai nhựa
1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
(học hàm, học vị) Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài
Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH Công Nghiệp TP
Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH Công Nghiệp Tp
Khoa Cơ Khí, ĐH Đà Nẵng, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng
Lớp DHCT13A, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Lớp DHCT13B, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Lớp DHCT13B, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Lớp DHCT13B, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Lớp DHCT13B, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Lớp DHCT13B, Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH
Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Công Nghệ Cơ Khí, ĐH Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh 1.5 Thời gian thực hiện:
1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2021 đến tháng 03 năm 2022
1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng… năm…
1.5.3 Thực hiện thực tế: từ tháng 03 năm 2021 đến tháng 03 năm 2022
1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7 Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 94 triệu đồng.
Kết quả nghiên cứu
1 Đặt vấn đề Đề tài nhằm mục tiêu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm một thiết bị băm chai nhựa dùng phương pháp thiết kế theo tiên đề kết hợp với phương pháp Taguchi Đồng thời, biên dạng dao băm cũng được nghiên cứu và tối ưu hóa dùng một phương pháp tối ưu hóa kép, kết hợp giữa mảng trực giao và phương pháp bề mặt đáp ứng Đầu tiên, những công trình nghiên cứu trên thế giới dùng lý thuyết thiết kế theo tiên đề (ADT) được tổng hợp và phân tích, cả về phạm vi áp dụng và những ưu nhược điểm Sau khi những lợi ích mà ADT có thể mang lại cho việc thiết kế nói riêng và nghiên cứu khoa học nói chung được hiểu rõ, lý thuyết ADT được chuyển ngữ, biên dịch từ sách gốc của tác giả Theo đó, thiết kế theo tiên đề là xem xét thiết kế một cách khoa học, để từ đó cung cấp một khung nền cơ bản để hiểu các hoạt động thiết kế Sau đó, lý thuyết ADT được vận dụng để thiết kế một thiết bị băm chai nhựa cũng như phân tích và khắc phục những lỗi thiết kế Ở bước tiếp theo, các thông số hình dạng hình học của dao băm được tối ưu hóa dùng phương pháp Taguchi, RSM Cuối cùng, phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm được sử dụng để nghiên cứu, xem xét những đặc tính
2 Mục tiêu a) Mục tiêu tổng quát Áp dụng kết hợp phương pháp thiết kế theo tiên đề, cụ thể là tiên đề 1, và tối ưu hóa Taguchi vào một thiết bị cụ thể b) Mục tiêu cụ thể
- Thiết kế và khảo nghiệm được một thiết bị băm chai nhựa
- Xây dựng được biên dạng tối ưu của dao băm
3 1 Nội dung 1: Tổng quan về chai nhựa có thể tái chế
- Cách tiếp cận: Tìm kiếm và thu thập các tài liệu tham khảo (TLTK)
- Kết quả: Tập hợp các tư liệu ở dạng văn bản
3 2 Nội dung 2: Một vài điểm chính về việc tái chế nhựa
- Cách tiếp cận: Tìm kiếm và thu thập các TLTK
- Kết quả: Tập hợp các tư liệu ở dạng văn bản phân tích tổng quan
3 3 Nội dung 3: Tổng quan về máy băm nhựa hiện có trên thị trường
- Cách tiếp cận: Tìm kiếm và thu thập các TLTK
- Kết quả: Tập hợp các tư liệu ở dạng văn bản phân tích tổng quan.
3 4 Nội dung 4: Tổng quan về phương pháp thiết kế theo tiên đề ADT
- Cách tiếp cận: Tìm kiếm và thu thập các TLTK
- Kết quả: Tập hợp các tư liệu ở dạng văn bản phân tích tổng quan về phương pháp
3 5 Nội dung 5: Thiết kế máy theo phương pháp ADT
- Cách tiếp cận: Ánh xạ giữa các miền
- Kết quả: Giản đồ ánh xạ, bản vẽ thiết kế.
3 6 Nội dung 6: Chế tạo thiết bị băm chai nhựa
- Cách tiếp cận: Quy trình công nghệ
- Kết quả: Thiết bị băm chai nhựa
3 7 Nội dung 7: Thực nghiệm thiết bị băm chai nhựa và khắc phục lỗi nếu có
- Cách tiếp cận: Quy hoạch thực nghiệm
- Kết quả: Bảng số liệu vận hành thiết bị.
3 8 Nội dung 8: Tổng quan về phương pháp Taguchi, ANOVA
- Cách tiếp cận: Tối ưu hóa
- Kết quả: Tập hợp các tư liệu ở dạng văn bản
3 9 Nội dung 9: Phân tích mô phỏng kết cấu dao băm
- Cách tiếp cận: Phương pháp phần tử hữu hạn, Comsol
- Kết quả: Kết quả mô phỏng, phân tích.
- Kết quả: Thông số tối ưu của biên dạng dao băm
3 11 Nội dung 11: Vận hành máy dùng dao ban đầu và dao tối ưu
- Cách tiếp cận: Vận hành máy
- Kết quả: Thông số tối ưu của biên dạng dao băm.
3 12 Nội dung 12: Phân tích số liệu và viết bài báo, báo cáo
- Cách tiếp cận: Sử dụng những kết quả đã làm được ở nội dung các bước trên
- Kết quả: Bộ số liệu thử nghiệm và các phân tích đánh giá; các bài báo, báo cáo
4 Tổng kết về kết quả nghiên cứu
TỔNG QUAN
1.1.1 Tình hình ô nhiễm do rác thải nhựa
Tình hình ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới đang trở thành mối quan tâm lớn, với gần 300 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra mỗi năm, tương đương với trọng lượng của toàn bộ dân số thế giới Tại Việt Nam, mỗi năm có khoảng 1,8 triệu tấn rác thải nhựa, trong đó 0,28 – 0,73 triệu tấn rác thải ra biển, chiếm khoảng 6% tổng lượng rác thải nhựa ra biển toàn cầu Hai thành phố lớn là Hồ Chí Minh và Hà Nội thải ra gần 80 tấn nilon và nhựa mỗi ngày Nếu không kiểm soát lượng rác thải nhựa, Việt Nam sẽ đối mặt với nguy cơ ô nhiễm trắng nghiêm trọng Hiện tại, 90% rác thải nhựa được xử lý bằng cách chôn lấp hoặc đốt, chỉ 10% được tái chế, trong khi quy trình tái chế còn hạn chế và chủ yếu do các doanh nghiệp nhỏ thực hiện với công nghệ lạc hậu Ý thức của người dân về việc phân loại rác tại nguồn cũng còn kém, gây khó khăn cho việc xử lý và tái chế.
1.1.2 Các phương pháp xử lý rác thải nhựa
Chôn lấp là một trong những phương pháp tiêu hủy và xử lý rác thải rắn phổ biến trên toàn thế giới, bao gồm cả Việt Nam Phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia, nhờ vào tính đơn giản và hiệu quả của nó.
Phương pháp chôn lấp rác thải nhựa không hiệu quả do thời gian phân hủy của nhiều loại nhựa có thể kéo dài từ vài chục đến hàng trăm năm, dẫn đến nhiều tác hại cho môi trường Tuy nhiên, ở Việt Nam, một số khu vực vẫn áp dụng phương pháp này, chủ yếu do thiếu kiến thức hoặc thói quen xử lý rác.
Hình 1.1: Chôn lấp rác thải nhựa [2]
Phương pháp thiêu đốt là biện pháp sử dụng nhiệt độ cao từ 850-1000 độ C để phân hủy nhựa, giúp giảm thể tích chất thải cần chôn lấp Mặc dù có ưu điểm này, chi phí đầu tư và vận hành nhà máy đốt rác thải nhựa khá cao, nên phương pháp này chỉ phù hợp với các nước phát triển và tiên tiến.
Việc đốt rác thải nhựa có thể tạo ra năng lượng cho các ngành công nghiệp, như sản xuất điện và biến rác thành nguyên liệu có giá trị Tuy nhiên, quá trình này cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh gây hại cho môi trường.
Phương pháp thiêu đốt rác thải nhựa có năng suất cao nhưng yêu cầu xử lý khí thải rất nghiêm ngặt, đòi hỏi hệ thống hiện đại, dẫn đến chi phí đầu tư cao Tại Việt Nam, một quốc gia đang phát triển, mô hình nhà máy này vẫn còn đắt đỏ và hạn chế Hiện nay, một số tỉnh thành đã áp dụng phương pháp đốt, nhưng chủ yếu chỉ để xử lý rác thải nguy hiểm.
Hình 1.2: Đốt rác thải nhựa [2]
Phương pháp tái chế là một trong những giải pháp phổ biến và ưu tiên hàng đầu trong việc xử lý rác thải nhựa Qua đó, chúng ta có thể tận dụng chất thải nhựa để sản xuất ra các sản phẩm và nguyên liệu mới có giá trị Nhựa có thể được tái chế bằng cách nghiền và băm nhỏ, như minh họa trong hình 1.3, nhằm phục vụ cho việc sản xuất nhựa mới và làm nguyên liệu cho các sản phẩm khác.
Phương pháp tái chế là giải pháp tối ưu cho việc xử lý rác thải nhựa, mang lại lợi ích bảo vệ môi trường hơn so với chôn lấp hay thiêu đốt Nhiều mô hình tái chế nhựa đã được áp dụng trên toàn thế giới, cho thấy sự quan tâm hàng đầu đến phương pháp này Tuy nhiên, việc tái chế gặp khó khăn do rác thải nhựa tại Việt Nam chưa được phân loại tại nguồn.
1.2 Các mô hình và quy trình tái chế nhựa
1.2.1 Các mô hình tái chế nhựa
Các mô hình tái chế nhựa nổi bật trên thế giới
Công viên tái chế tại Rotterdam, Hà Lan
Sau 5 năm gây quỹ và nghiên cứu tháng 8 năm 2018, Quỹ Recycled Island Foundation và 25 đối tác liên quan đã cho ra mắt công viên nổi trên mặt nước như hình 1.4 Công viên tái chế được tạo thành hoàn toàn từ nhựa và rác thải trôi nổi trên sông Khung cảnh sông Maaso ở Rotterdam được tái hiện nhờ số ô tròn lục giác được tạo thành từ nhựa tái chế mà công viên thu được Những nền nổi lục giác này được thiết kế chế tạo để làm giảm sự ô nhiễm của chất thải nhựa Bên cạnh đó, chúng cũng tạo ra môi trường sinh sống cho các sinh vật, thực vật phát triển cả trên và dưới bề mặt nước Từ đó tạo nguồn thức ăn lý tưởng cho sinh vật biển giảm thiểu sự ô nhiễm các dòng sông [3]
Hình 1.4: Công viên tái chế [3]
Mô hình MR6 tại Cumbira, Anh
Kỹ sư McCartney tại Anh đã hợp tác với các chuyên gia Scotland để nghiên cứu và tái chế nhựa thành vật liệu mới mang tên MR6 Ý tưởng này nảy sinh khi ông chứng kiến người dân Ấn Độ đốt nhựa để lấp ổ voi, ổ gà trên đường Mô hình của ông sử dụng chất thải công nghiệp và nhựa phế liệu để tạo ra thảm đường hình 1.5, được cho là có chất lượng tốt hơn 60% và tuổi thọ gấp 10 lần so với các tuyến đường thông thường Mô hình này đã được áp dụng đầu tiên tại trang trại của ông McCartney và sau đó là tại tuyến đường ở quận Cumbria, Anh.
Nga áp dụng công nghệ biến rác thải thành xăng dầu
Các nhà nghiên cứu Nga đã áp dụng công nghệ cao để tái chế nhựa, biến rác thải nhựa thành nguyên liệu cho xăng dầu thông qua quá trình nhiệt phân trong môi trường yếm khí Quá trình này làm nóng vật liệu tái chế đến nhiệt độ thích hợp, phá vỡ liên kết giữa các phân tử và nguyên tử, chuyển đổi chúng thành dạng khí Khí thải sau đó được ngưng tụ thành chất lỏng, tạo ra xăng dầu Chuyên gia cho biết, công nghệ này thân thiện với môi trường vì không thải ra các chất gây hại cho môi trường xung quanh.
Hình 1.6: Hệ thống xử lý rác thải nhựa để thu hồi xăng dầu [3]
Mô hình "mượn chai nước" được áp dụng tại Na Uy
Quốc gia được xem như là đi đầu trong việc tái chế chất thải nhựa đó là Na
Tỷ lệ tái chế nhựa tại đây đạt 97% theo các báo cáo khảo sát Con số ấn tượng này được tạo ra nhờ việc áp dụng mô hình hiệu quả trong quy trình tái chế.
Người tiêu dùng khi mua chai nước nhựa sẽ nhận lại khoản phí từ 13 - 30 cent (3.000 - 7.000 đồng) khi trả chai tại các máy tự động trên phố Đặc biệt, chỉ cần quét mã vạch trên chai, tiền sẽ tự động chuyển vào tài khoản Để khuyến khích bảo vệ môi trường, các cửa hàng tiện ích còn có chương trình tặng điểm thưởng hoặc tiền mặt cho khách hàng khi họ trả lại chai nước đã sử dụng.
Hình 1.7: Điểm quét mã vạch vỏ chai nhựa ở Na Uy [3]
Công nghệ sinh học tái chế nhựa PET tại Áo sử dụng enzyme từ nấm để phân hủy nhựa PET thành các phân tử nhỏ hơn Những phân tử này sau đó được xử lý qua quy trình nghiêm ngặt để tạo ra nhựa chất lượng cao Giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích cho môi trường mà còn cung cấp một phương pháp tái chế hiệu quả hơn so với việc đốt hoặc chôn lấp chất thải.
Hình 1.8: Vi khuẩn phân hủy các sản phẩm nhựa [3]
1.2.2 Quy trình tái chế nhựa
Hình 1.9: Xử lí rác thải nhựa[3]
Rác thải nhựa có thể được xử lý theo hai hướng: tái chế nhựa có thể tái chế và chuyển nhựa không thể tái chế thành năng lượng Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tìm hiểu quy trình xử lý nhựa có thể tái chế Dưới đây là quy trình xử lý nhựa có thể tái chế mà nhóm tác giả đã đúc kết.
Quy trình tái chế nhựa phế liệu bao gồm 6 bước hình 1.10 và hình 1.11:
Bước 1: Thu gom các loại nhựa từ các đơn vị cơ quan, cơ sở cung cấp có nhu cầu thanh lý phế liệu
Bước 2: Nhựa sau khi được thu gom, mua về cần được sàng lọc thành từng nhóm
Bước 3: Những mảnh nhựa, hạt nhựa nhỏ sẽ được tẩy rửa sạch sẽ để thuận lợi và không gây ô nhiễm trong quá trình tái chế
Bước 4: Để tiết kiệm nhiệt lượng của lò đốt cần sấy khô các mẫu nhựa, qua đó thúc đẩy nhanh quá trình tái chế
LÝ THUYẾT THIẾT KẾ THEO TIÊN ĐỀ VÀ TAGUCHI
TAGUCHI 2.1 Giới thiệu về thiết kế theo tiên đề
Công việc thiết kế là quá trình tạo ra hệ thống và thành phần đáp ứng yêu cầu, thường lặp lại và tối ưu hóa giữa lĩnh vực kỹ thuật và tự nhiên Mặc dù có nhiều thành tựu nghiên cứu trong ngành kỹ thuật và cơ khí, việc áp dụng các nghiên cứu hiện có để hỗ trợ thiết kế vẫn là cách học hỏi hiệu quả Tuy nhiên, nhiều lý thuyết trong kỹ thuật chỉ tối ưu cho cải tiến sản phẩm đã có, chưa hiệu quả cho phát triển sản phẩm mới Do đó, cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết thiết kế mới Giáo sư Nam Pyo Suh từ MIT đã phát triển lý thuyết thiết kế theo tiên đề (Axiomatic Design Theory - ADT), nhằm tạo ra môi trường sáng tạo hơn trong thiết kế kỹ thuật.
Sau khi lý thuyết thiết kế theo tiên đề (ADT) ra đời, nó đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các lĩnh vực như thiết kế hệ thống, thiết kế sản phẩm, thiết kế phần mềm và thiết kế hệ thống sản xuất đã đạt được nhiều kết quả tích cực nhờ vào việc ứng dụng ADT.
Lý thuyết thiết kế theo tiên đề (ADT) do giáo sư Nam Pyo Suh phát triển từ năm 2001 đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Ngay trong năm 2001, Kwangduk D Lee và các cộng sự đã thành công trong việc áp dụng ADT để phát triển máy mài CMP, hoạt động hiệu quả mà không gặp lỗi Beom-Seon Jang và nhóm nghiên cứu từ Hàn Quốc cũng đã sử dụng ADT để thiết kế cánh quạt tàu thủy, mở ra hướng ứng dụng cho thiết kế tàu thủy I Ferrer và các cộng sự từ Tây Ban Nha kết hợp ADT với DFM để cải thiện quy trình thiết kế thanh truyền trong động cơ R.J Urbanic và nhóm từ Canada cũng áp dụng ADT cho thanh truyền, tạo không gian cho cải tiến theo yêu cầu thị trường Tại Trung Quốc, Dunbing Tang và các cộng sự đã sử dụng ADT để khắc phục hạn chế của phương pháp thiết kế ma trận Feng-Tsai Weng và Shien-Ming Jenq từ Đài Loan đã áp dụng ADT vào sản xuất cấp tốc, nâng cao hiệu quả sản xuất ADT cũng được áp dụng thành công trong nghiên cứu lưu chất và thiết kế robot vệ sinh Nghiên cứu tại Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy ADT là công cụ thiết kế mạnh mẽ, có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp khác Jose´ Antonio Carnevalli từ Brazil đã sử dụng ADT để khắc phục những hạn chế của phương pháp QFD, trong khi Antúnio M Gonỗalves-Coelho từ Bồ Đào Nha giải quyết khó khăn trong thiết kế cần trục Hadi Kandjani từ Iran và các nhà nghiên cứu khác trên thế giới cũng đã áp dụng ADT thành công trong nhiều lĩnh vực thiết kế và sản xuất.
ADT, lý thuyết thiết kế theo tiên đề, đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong gần 20 năm qua, với nhiều nhà nghiên cứu thành công trong việc áp dụng ADT vào thiết kế và sản xuất Mặc dù ADT có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các lý thuyết thiết kế khác, nhưng nó vẫn chưa được biết đến tại Việt Nam Do đó, việc tìm hiểu và áp dụng ADT vào công tác thiết kế tại Việt Nam là rất cần thiết Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, cần đưa ra những kết luận và khuyến nghị về việc nghiên cứu sâu hơn lý thuyết này cũng như ứng dụng nó trong học thuật và công nghiệp.
Phương pháp thiết kế theo tiên đề là một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thiết kế, giúp giảm thiểu thời gian tính toán và số lần lặp sai Lý thuyết này đã được áp dụng thành công trong nhiều công trình trên toàn thế giới, phục vụ cho hầu hết các ngành kỹ thuật và sinh học Nếu được nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả, phương pháp này hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ mạnh mẽ cho việc thiết kế các hệ thống máy, có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp thiết kế hiện tại.
Ý nghĩa của ứng dụng lý thuyết theo tiên đề:
Lý thuyết thiết kế theo tiên đề (ADT) đã được áp dụng và nghiên cứu rộng rãi trên toàn thế giới, mang lại hiệu quả cao trong thiết kế và sản xuất Đến nay, ADT vẫn được coi là một lý thuyết vàng trong lĩnh vực kỹ thuật.
ADT có sự tương quan tích cực với các lý thuyết khác, mang lại kết quả tốt khi áp dụng Mặc dù ADT đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới, nhưng tại Việt Nam, việc áp dụng trong thiết kế và giảng dạy vẫn còn hạn chế Một nhóm tác giả đã ứng dụng lý thuyết này vào thiết kế thiết bị nhiệt định hình và kết hợp với phương pháp Taguchi để đơn giản hóa điều kiện vận hành, nhưng những ứng dụng vẫn chưa được biết đến rộng rãi trong giới học thuật và công nghiệp Các nghiên cứu cho thấy ADT có hiệu quả cao trong khoa học kỹ thuật, giúp giảm thiểu chi phí và quá trình thử nghiệm cho nhà thiết kế Nếu ADT được triển khai trong các lĩnh vực kỹ thuật và nghiên cứu tại Việt Nam, nó sẽ trở thành một công cụ hỗ trợ mạnh mẽ.
Công việc định nghĩa các từ khóa là rất quan trọng trong thiết kế theo tiên đề, vì tiên đề chỉ có giá trị trong giới hạn do định nghĩa của các thuật ngữ chính Để tiếp tục thảo luận về tiên đề, cần cung cấp định nghĩa cho một số từ chính Tương tự như các từ "nhiệt" và "công" có ý nghĩa riêng trong nhiệt động lực học, các từ chính trong thiết kế tiên đề cũng có ý nghĩa đặc thù.
Chân lý hiển nhiên, hay còn gọi là chân lý cơ bản, là những khẳng định không có ví dụ phản bác hoặc ngoại lệ Những tiên đề này không thể được suy diễn từ các quy luật hay nguyên tắc khác trong tự nhiên.
Hệ quả: Suy luận xuất phát từ tiên đề hoặc từ mệnh đề tiếp theo từ tiên đề hoặc từ mệnh đề khác đã được chứng minh
Định lý là một mệnh đề không hiển nhiên nhưng có thể được chứng minh từ các tiền đề hoặc tiên đề đã được chấp nhận, từ đó được thiết lập như một định luật hoặc nguyên tắc.
Functional Requirements (FR) are a minimum set of detailed requirements that fully characterize the functional needs of a product, software, organization, or system.
Ràng buộc (Cs) là giới hạn đối với các giải pháp có thể chấp nhận được, bao gồm hai loại: ràng buộc đầu vào và ràng buộc hệ thống Ràng buộc đầu vào được thiết lập theo đặc điểm kỹ thuật thiết kế, trong khi ràng buộc hệ thống là những yêu cầu mà giải pháp thiết kế phải tuân thủ để hoạt động hiệu quả.
Tham số thiết kế (DP) là các biến vật lý quan trọng trong lĩnh vực thiết kế, đặc biệt là trong thiết kế phần mềm, nhằm đảm bảo rằng thiết kế đáp ứng các yêu cầu chức năng (FR) đã được chỉ định.
Biến quy trình (PV) là các biến chính trong miền quy trình, đại diện cho quy trình có khả năng tạo ra các DP được chỉ định, và có thể được hiểu tương đương với các thuật ngữ khác trong thiết kế phần mềm.
2.3 Ánh xạ và tiên đề
Để hiểu rõ nhu cầu và thuộc tính của khách hàng trong sản phẩm, các nhà thiết kế cần nỗ lực xác định những mong muốn này, mặc dù chúng có thể khó xác định hoặc mơ hồ Việc làm việc trực tiếp với khách hàng để đặt những câu hỏi phù hợp vào thời điểm thích hợp là rất quan trọng để nắm bắt chính xác nhu cầu của họ.
THIẾT KẾ MÁY
3.1.1 Cấu tạo chung của máy băm nhựa
Máy băm nhựa bao gồm các bộ phận chính sau:
Bộ phận cấp liệu có nhiệm vụ cung cấp nguyên liệu cho máy, yêu cầu phải phù hợp với công suất của máy để đảm bảo nguyên liệu không bị rơi hay văng ra ngoài, mà đi thẳng vào buồng băm Tùy thuộc vào năng suất, bộ phận cấp liệu có thể là cơ cấu tự động cho máy có năng suất cao hoặc phễu cấp liệu thủ công cho máy có năng suất nhỏ.
Hộp dao trong quá trình băm nhựa có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vị trí chính xác của các chi tiết gắn lên nó Chức năng chính của hộp dao là giữ cho nhựa chỉ thoát ra ở bộ phận thu liệu, ngăn không cho nhựa văng ra ngoài.
Một trong những bộ phận quan trọng nhất của máy là hệ thống băm, nghiền nhựa, được bảo vệ bởi hộp dao Khi máy hoạt động, động cơ truyền động cho trục và dao quay, thực hiện chức năng băm Tùy thuộc vào loại máy, công suất thiết kế có thể có một hoặc nhiều trục, cùng với các loại dao và cách bố trí khác nhau Trục và dao băm phải chịu momen xoắn lớn từ động cơ, do đó yêu cầu về cơ tính vật liệu rất cao, cần trải qua quá trình gia công nhiệt luyện để đạt được cơ tính tốt nhất.
Khung máy có nhiệm vụ nâng đỡ các bộ phận của máy như động cơ,
Động cơ và hộp giảm tốc kết hợp tạo ra momen quay cần thiết cho việc băm nhựa, đồng thời truyền động cho trục dao băm quay Công suất của động cơ được điều chỉnh phù hợp với kích thước và công suất của máy.
Bộ phận điều khiển mang chức năng điều khiển hoạt động của máy Giúp người sử dụng vận hành máy dễ dàng và an toàn
Bộ phận thu gom nhựa sau khi băm bao gồm lưới lọc và thùng chứa Lưới lọc có nhiều lỗ với đường kính phù hợp với kích thước mảnh nhựa yêu cầu, cho phép những mảnh nhựa đạt kích thước lọt qua, trong khi những mảnh chưa đạt sẽ được dao cuốn lên và băm lại Thùng chứa được thiết kế để lấy nhựa ra một cách đơn giản và an toàn ngay cả khi máy đang hoạt động.
3.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của máy băm nhựa
Chai nhựa được đưa vào máy và định hướng vào buồng băm qua cơ cấu cấp liệu Tại buồng băm, trục dao nhận động từ hộp giảm tốc, xoay và cắt chai nhựa Sau khi cắt, nhựa sẽ được sàng lọc; những mảnh có kích thước phù hợp sẽ lọt qua lưới sàn và được thu gom ở bộ phận thu liệu.
Trong môi trường khảo nghiệm, nhóm tác giả thiết kế, chế tạo máy băm chai nhựa với các yêu cầu kĩ thuật sau:
+ Băm được chai nhựa PET 500ml
+ Cho ra mẫu nhựa có kích thước 2÷8 mm
+ Nhựa được băm nhanh không băm đi băm lại nhiều
+ Lấy sản phẩm nhựa băm dễ dàng
+ Đảm bảo độ an toàn về vận hành và an toàn điện
+ Máy hoạt động ổn định, nhỏ gọn
3.2 Ứng dụng lý thuyết thiết kế tiên đề vào thiết kế máy
3.2.1 Ánh xạ từ miền chức năng sang tham số thiết kế
Quá trình thiết kế máy băm nhựa bắt đầu bằng việc xác định yêu cầu chức năng cao nhất và các tham số thiết kế phù hợp Tiếp theo, quá trình phân rã diễn ra, ánh xạ thành các yêu cầu chức năng và tham số thiết kế thứ cấp Quá trình này tiếp tục cho đến khi các yêu cầu không thể phân rã thêm, đạt đến cấp thấp nhất, từ đó tạo ra các chi tiết vật lý cần thiết để hoàn thiện thiết kế.
Yêu cầu chức năng cao nhất là "chai nhựa được băm nhỏ", tương ứng với đối tượng trong miền vật lý là.
“thiết bị băm nhựa”, hay nói cách khác, ánh xạ của yêu cầu chức năng “chai nhựa được băm nhỏ” qua miền vật lý là “thiết bị băm nhựa”
Yêu cầu chức năng khởi đầu "chai nhựa được băm nhỏ" được phân rã thành các yêu cầu chức năng thứ cấp thông qua việc ánh xạ giữa hai miền Các yêu cầu chức năng cấp 1 bao gồm:
FR1: Chai nhựa được định hướng đi vào máy
FR2: Chai nhựa được băm
FR3: Mẫu nhựa băm có kích thước 2-8 mm
FR4: Băm nhanh (không cần băm đi băm lại nhiều)
FR5: Lấy sản phẩm nhựa băm dễ dàng
DP1: Cơ cấu cấp liệu
DP3: Lưới lọc đường kớnh lỗ ỉ2-8 mm
DP4: Chiều dày dao < 8mm
Mối tương quan giữa các FR và DP ở cấp 1 được biểu diễn dưới dạng phương trình (15) như sau:
Ma trận thiết kế (15) là một ma trận đường chéo, đáp ứng tiên đề độc lập Mỗi yêu cầu chức năng (FR) được thỏa mãn độc lập bởi một đối tượng miền vật lý (DP), với mỗi FR chỉ liên kết với một DP duy nhất Thiết kế này được gọi là thiết kế không tách rời.
Hình 3.1: Giản đồ ánh xạ phân cấp FRs và DPs cho thiết bị băm nhựa
3.2.2 Phân tích chi tiết gia công dựa vào sơ đồ ánh xạ Để hoàn thành thiết kế máy băm chai nhựa PET, quá trình phân rã và ánh xạ qua lại giữa hai miền được tiếp diễn đến khi các FR và DP không thể phân tách xuống một cấp nhỏ hơn được nữa Nó bao gồm 4 cấp thể hiện chi tiết ở bảng 3.1 Khi đó một yêu cầu chức năng được thực hiện bởi một đối tượng (chi tiết) vật lý Trong suốt quá trình phân rã, người thiết kế đang chuyển đổi ý định thiết kế sang các chi tiết vật lý có thể thực hiện được [26] Các tham số thiết kế ở cấp cuối cùng sẽ dùng để thiết kế các chi tiết vật lý đáp ứng yêu cầu chức năng trong máy
Bảng 3.1: Quá trình phân rã và ánh xạ máy băm chai nhựa:
CẤP YÊU CẦU CHỨC NĂNG THAM SỐ THIẾT KẾ
0 FR0: Chai nhựa được băm nhỏ DP0: Máy băm chai nhựa
FR1: Chai nhựa được định hướng đi vào máy DP1: Cơ cấu cấp liệu
FR2: Chai nhựa được băm DP2: Cơ cấu băm
FR3: Mẫu nhựa băm cú kớch thước 2-8 mm DP3: Lưới lọc đường kớnh lỗ ỉ2-8 mm
FR4: Băm nhanh (không cần băm đi băm lại nhiều) DP4: Chiều dày dao < 8mm
FR5: Lấy sản phẩm nhựa băm dễ dàng DP5: Cụm thu liệu
FR6: Điều khiển dễ dàng DP6: Hộp điều khiển
FR1: Chai nhựa được định hướng đi vào máy DP1: Cơ cấu cấp liệu
FR11: Chai nhựa không văng ra ngoài DP11: Phễu cấp liệu
FR12: Định hướng vào dao băm DP12: Độ nghiêng của phễu FR13: Phễu được cố định DP13: Bulong phễu
FR2: Chai nhựa được băm DP2: Cơ cấu băm
FR21: Chai nhựa được cuốn vào trong máy DP21: Dao động
FR22: Lực băm được sinh ra DP22: Sự kết hợp dao động và dao tĩnh FR23: Nhựa băm chỉ đi xuống cụm thu liệu DP23: Hộp dao
FR24: Hộp dao được cố định DP24: Bulong hộp dao, khung FR5: Lấy sản phẩm nhựa băm dễ dàng DP5: Cụm thu liệu
FR51: Nhựa băm được gom tập trung DP51: Thùng chứa
FR52: Nhựa băm không bị văng ra ngoài DP52: Khung máy có chiều cao phù hợp FR6: Điều khiển dễ dàng DP6: Hộp điều khiển
FR61: Nhanh DP61: Nút nhấn
FR62: An toàn DP62: CB tự động
FR21: Chai nhựa được cuốn vào trong máy DP21: Dao động
FR211: Không xoay tròn DP211: Biên dạng mũi dao chữ S
FR212: Không bị kẹt DP212: Phần vát ở mũi dao
FR22: Lực băm được sinh ra DP22: Sự kết hợp của dao động và dao tĩnh
FR221: Dao động quay DP221: Bộ truyền động
FR222: Lực băm được phân bố đều lên các dao
DP222: Dao động ăn khớp vào dao tĩnh
FR223: Lực băm tập trung không quá lớn DP223: Các dao được bố trí lệch nhau tạo thành 1 vòng tròn
FR23: Nhựa băm chỉ đi xuống cụm thu liệu DP23: Hộp dao
FR231: Không văng ra tứ phía DP231: Hộp dao gồm 4 tấm
FR232: Bền chắc DP232: Bulong hộp dao
FR221: Dao động quay DP221: Bộ truyền động
FR2211: Moment quay DP2211: Động cơ
FR2212: Vòng quay phù hợp DP2212: Hộp số
FR2213: Trục dao quay DP2213: Khớp nối
FR2214: Dao động quay theo trục dao DP2214: Trục dao dạng lục giác FR2215: Lực cản đủ nhỏ DP2215: 2 ổ bi
FR2216: Dao đủ bền (không bị biến dạng dẫn đến bị kẹt) DP2216: Chiều dày dao đủ lớn
FR2217: Dao động không ma sát với hộp dao
DP2217: Dao tĩnh ở hai đầu hộp dao
FR2218: Độ đồng trục DP2218: Miếng đệm căn chỉnh động cơ
FR222: Lực băm được phân bố đều lên các dao
DP222: Dao động ăn khớp vào dao tĩnh
FR2221: Dao tĩnh được bố trí thẳng hàng DP2221: Dao tĩnh được gắn vào hộp dao FR2222: Dao động được bố trí thẳng hàng DP2222: Trục dao
FR2223: Khoảng cách giữa các dao động không đổi DP2223: Miếng chêm dao động
FR2224: Khoảng cách giữa các dao tĩnh không đổi DP2224: Miếng chêm dao tĩnh
Việc thiết kế dao động dựa theo các tham số thiết kế ở mức thấp nhất đã phân tích
Bảng 3.2: Các tham số thiết kế dành cho dao động
Yêu cầu chức năng Tham số thiết kế
FR4: Băm nhanh (không cần băm đi băm lại nhiều)
DP4: Chiều dày dao < 8mm
FR211: Không xoay tròn DP211: Biên dạng mũi dao chữ S
FR212: Không bị kẹt DP212: Phần vát ở mũi dao
FR223: Lực băm tập trung không quá lớn DP223: Các dao được bố trí lệch nhau tạo thành 1 vòng tròn
FR2216: Dao đủ bền (không bị biến dạng dẫn đến bị kẹt)
DP2216: Chiều dày dao đủ lớn
FR2214: Dao động quay theo trục dao DP2214: Trục và lỗ dao dạng lục giác
Thiết kế dao động được tối ưu hóa với độ dày 6mm, biên dạng hình chữ S và mũi dao được mài vát Ba loại dao được sắp xếp theo hình vòng tròn trên trục, với các góc độ 0 độ và 20 độ.
Lỗ dao có hình dạng lục giác nhằm nhận truyền động từ trục dao, điều này được thể hiện rõ qua bản vẽ chi tiết và mô phỏng 3D.
Hình 3.2: Bản vẽ dao động
Hình 3.3: Dao động mô phỏng 3D
3.4.1 Tính lực cắt cần thiết Ứng suất phá huỷ nhựa PET: τ = 80 MPa = 80.10 6 N/m 2
Diện tích mặt cắt ngang ở trường hợp lớn nhất
Trong đó: t – độ dày vật liệu t = 0,1 mm
D – đường kính chai nhựa D = 50 mm
3.4.2 Tính công suất trên các trục, chọn động cơ giảm tốc
Trong đó: Tct – Momen cần thiết trên trục công tác
Dd – đường kính dao băm Dd = 150mm
Momen xoắn do lực cắt tạo ra
Công suất cần trên trục dao băm
, = 0,1776 KW Công suất cần thiết trên trục đầu ra của động cơ giảm tốc
Chọn động cơ giảm tốc với công suất đầu ra 1HP = 0,75KW > Pct, số vòng quay n vòng/phút
3.5 Tính toán thiết kế trục
3.5.1 Tính sơ bộ đường kính trục công tác
Chọn vật liệu làm trục dao là thép 40Cr tôi có:
Giới hạn chảy 𝜎 = 785 MPa (trang 201 [45])
Xác định ứng suất uốn cho phép theo công thức 2.12b (trang 42 [46]):
𝐾 : hệ số tính đến ảnh hưởng của tất cả các nhân tố đến giới hạn mỏi của chi tiết
𝜀 : hệ số kích thước; 𝜀 = 0,77 thép hợp kim b-10.4/411(d= 30…40mm)
𝛽: hệ số tăng bền bề mặt 𝛽=2 (tôi bề mặt – b10.5/411)
𝐾 : hệ số tập trung ứng suất 𝐾 = 2,3 (trục có rãnh then – b-10.9/413)
[𝑠] : hệ số an toàn cho phép [𝑠] = 2 (thép có độ bền cao)
KL: Hệ số tuổi thọ KL =1
Hệ số tuổi thọ KL được xác định bởi công thức [46]:
𝐾 = (19) Với: No - số chu kỳ cơ sở No = 5.10 6 m - chỉ số mũ đường cong mỏi 𝑚 = 𝜀𝛽 = ( ÷ ) ,
NLE - số chu kỳ ứng suất thay đổi tương đương
Vì NLE > No nên lấy NLE = No, do đó KL =1 Đường kính sơ bộ của trục tính theo công thức (trang188 [47]): dsb ≥ T
Vậy tất cả các đường kính trên từng đoạn trục phải lớn hơn 17,91 mm
3.5.2 Xác định các lực, phản lực trên trục
Lực khớp nối: Fkn = (0,2…0,3).Ft = (0,2…0,3) = (0,2…0,3) ,
Momen trên trục băm: T= 94247,775 N.mm
Sơ đồ các lực, phản lực được thể hiện ở hình 3.4:
Hình 3.4: Sơ đồ lực và phản lực trên trục Phương trình cân bằng lực trong mặt phẳng YOZ:
⇔ - (Fy1 + Fy2 + Fy3 + Fy4+ Fy5+ Fy6+ Fy7+ Fy8+ Fy9+ Fy10+ Fy11+ Fy12) + FAY +
⇔ - (FC.12) + FAY + FBY = 0 (Lực cắt trên 12 dao là như nhau)
Phương trình cân bằng mômen trong mặt phẳng YOZ tại gối đỡ A
⇔ - (Fy1.34 + Fy2.46 + Fy3.58 + Fy4.70+ Fy5.82 + Fy6.94 + Fy7.106 + Fy8.118 +
Fy9.130 + Fy10.142 + Fy11.154 + Fy12.166) + FBY.200= 0
Phương trình cân bằng lực trong mặt phẳng XOZ:
Phương trình cân bằng mômen trong mặt phẳng XOZ tại gối đỡ A
Hình 3.5: Biểu đồ sức bền
3.5.3 Tính chính xác đường kính trên từng đoạn trục
Từ biểu đồ sức bền hình 3.5 ta có thể tính đường kính chính xác từng đoạn trục
Tính đường kính cho đoạn trục gắn khớp nối:
Mtđ = 𝑀 + 0,75 𝑇 = 0 + 0,75.94247,775 = 81620,97 N.mm Đường kính chính xác (trang 194 [47]) d , [ ] = ,
, = 17,07 mm d = 17,07 + 10% = 18,78 mm Đoạn trục có then ta cộng 5 – 10% vào đường kính trục
Vậy chọn đường kính đoạn trục gắn khớp nối d1 = 20 mm
Tính đường kính cho đoạn trục gắn ổ lăn:
Mtđ = 𝑀 + 0,75 𝑇 = 42500 + 0,75.94247,775 = 92023 N.mm Đường kính chính xác d , [ ] =
Tính đường kính cho đoạn trục lục giác
Mtđ = 𝑀 + 0,75 𝑇 = 483074,05 + 0,75.94247,775 = 489920,933 N.mm Đường kính chính xác d , [ ] = ,
, = 31,03 mm Vậy chọn đường kính đoạn trục nội tiếp lục giác d3 = 32mm
3.5.4 Kiểm nghiệm độ bền mỏi
Kết cấu trục sau thiết kế thoả mãn độ bền mỏi nếu hệ số an toàn ở các tiết diện thoả điều kiện (trang 195 [47])
[s] - hệ số an toàn cho phép [s] = 1,5÷2,5
𝑠 ; 𝑠 - hệ số an toàn xét riêng ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j
Vật liệu trục dao là thép 40Cr tôi có:
𝜓 ; 𝜓 hệ số xét đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
(bảng 10.7 trang 197[18]) với 𝜎 = 980 𝑀𝑃𝑎 , ta có: 𝜓 = 0,1 ; 𝜓 = 0,05 σ aj , σ mj : biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp ở tiết diện đang xét
Trục quay nên ứng suất thay đổi theo chu kỳ đối xứng, do đó aj tính theo (công thức 10-22/196 [47]) σ mj = 0; σ aj = σ maxj =
Mj: momen uốn tổng ở tiết diện đang xét
Wj: momen cản uốn bảng -10.6 [47]
+ đối với trục có tiết diện tròn: 𝑊 = mm 3
+ đối với tiết diện trục có 1 rãnh then: 𝑊 = −
mm 3 τ aj τ mj: biên độ và trị số trung bình của ứng suất tiếp tại tiết diện đang xét
Khi trục quay 1 chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kỳ mạch động [47]: τ mj = τ aj = =
Tj - momen xoắn trên trục đang xét
Woj - momen cản xoắn - bảng 10.6 [47]
+ đối với tiết diện có 1 rãnh then: 𝑊 = −
Trị số momen cản uốn, momen cản xoắn, kích thước then tương ứng với các tiết diện nguy hiểm trên trục được thể hiện ở bảng 3.3
Bảng 3.3: Các tiết diện nguy hiểm trên trục
Tiết diện Đường kính (mm) bxh t1 Wj
Kdj ; Kdj được tính theo công thức 10.25 và 10.26 trang 197 [47]
+ Kx: Hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công tra bảng 10.8/197 [47] Kx=1,168
+ Ky: Hệ số tăng bền bề mặt Ky=2 tôi cao tần
+ εσ, ετ: Hệ số kích thước xét đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi theo bảng 10-10/198 [47] tìm được εσ, ετ
+ Kσ, Kτ: Hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và khi xoắn Theo bảng 10.12/199
+ Kσ/εσ, Kτ/ετ: Trị số với bề mặt trục lắp có độ dôi được tra trong bảng 10.11/198
Bảng 3.4: Hệ số của các tiết diện trên trục
Bảng 3.5: Kết quả tính hệ số an toàn trên các tiết diện nguy hiểm
=> Các tiết diện đều thoả độ bền mỏi
3.5.5 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh Độ bền tĩnh được kiểm nghiệm nhằm mục đích khi có tải quá đột ngột, khả năng bị biến dạng dẻo quá lớn hoặc phá hỏng được đề phòng Độ bền tĩnh được kiểm nghiệm theo công thức:
𝑀 ; 𝑇 là momen uốn và momen xoắn lớn nhất tại các tiết diện nguy hiểm, N.mm
𝜎 : giới hạn chảy của vật liệu làm trục, Mpa
Bảng 3.6: Kết quả kiểm nghiệm độ bền tĩnh cho các tiết diện nguy hiểm
Các tiết diện thoả bền tĩnh
3.5.6 Kiểm nghiệm then Điều kiện bền dập, bền cắt phải thỏa [47]:
+ d - đường kính tại tiết diện có rãnh then đang xét (mm)
+ T - momen xoắn trên trục đang xét (N.mm)
+ 𝑙 chiều dài của then 𝑙 = (0,8…0,9) 𝑙 (𝑙 = 45 mm)
+ b, h, 𝑡 – các thông số của then tra bảng 9.1a/173 [47]
+ [𝜎 ] - ứng suất dập cho phép [𝜎 ] = 100 MPa, bảng 9.5/179 [47] (va đập nhẹ) + [𝜏 ] - ứng suất xoắn cho phép [𝜏 ] = 60…90 MPa
Với then làm bằng thép chịu tải trọng va đập nhẹ giảm 1/3
Bảng 3.7:Kết quả tính kiểm nghiệm then
Hình 3.6: Bản vẽ trục lục giác
3.6 Xác định ổ lăn trên trục
Tính phản lực tại các gối đỡ
Bảng 3.8: Phản lực tại gối đỡ
- Lực hướng tâm tác dụng lên ổ A [47]:
- Lực hướng tâm tác dụng lên ổ B:
Vì 𝐹𝑟 > 𝐹𝑟 nên tính toán theo 𝐹𝑟
Chọn gối đỡ vòng bi UCFL 204 của hãng SKF [48] với đường kính ngõng trục d = 20mm (hình 3.8) có thông số như bảng:
Bảng 3.9: Gối đỡ vòng bi UCFL 204
Khả năng tải động C 12,7kN
Khả năng tải tĩnh CO 6,7kN
Khả năng quay nhanh 6500 vg/ph
Lắp với trục có dung sai h6
Kiểm nghiệm khả năng tải động:
+ 𝑋, 𝑌 ∶ hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục
Vì lực Fa = 0 nên chọn X = 1 và Y = 0
Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ:
Với Qt : tải trọng tĩnh quy ước (kN)
Co : Khả năng tải tĩnh (kN)
Vậy gối đỡ vòng bi đã chọn thoả bền
3.7 Tối ưu hóa biên dạng dao băm
3.7.1 Lưu đồ quy trình tối ưu hóa dùng phương pháp Taguchi
Lưu đồ quy trình tối ưu hóa được thể hiện trong Hình 3.9, bao gồm hai bước chính: mô phỏng và kiểm nghiệm thực nghiệm.
Hình 3.9:Quy trình tối ưu hóa thông số dao băm.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
4.1 Quy trình công nghệ chi tiết trục
4.1.1 Phân tích chức năng và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
- Chức năng của chi tiết:
Chi tiết gia công thuộc loại chi tiết dạng trục có chức năng là mang chi tiết khác (dao động) và nhận chuyển động từ động cơ
Chi tiết có 1 bề mặt trụ trơn dùng để lắp với ổ lăn và khớp nối, 1 bề mặt lục giác dùng để lắp với lỗ dao
- Các yêu cầu kỹ thuật:
Bề mặt trụ trơn đạt độ nhám bề mặt 1.6 𝜇𝑚 và dung sai ∅20h6, dung sai độ trụ đạt 0.006 mm, dung sai độ đồng trục đạt 0.016 mm
Bề mặt trơn có rãnh then 6x6x40 mm
Thép 40Cr có thành phần hóa học như bảng 4.1 (trang 197 [45])
Bảng 4.1: Thành phần hóa học thép 40Cr
Cacbon Silic Mangan Niken Crom
Giới hạn bền 𝜎 = 980 MPa (trang 201 [46])
Giới hạn chảy 𝜎 = 785MPa (trang 201 [46])
Thép 40Cr là loại thép hợp kim hóa tốt với cơ tính vượt trội, thường được sử dụng trong các chi tiết máy móc, đặc biệt là trục Do đó, thép 40Cr được lựa chọn để chế tạo trục cho máy băm nhựa Để nâng cao cơ tính của vật liệu, sau khi gia công, cần thực hiện quy trình xử lý nhiệt bao gồm các bước tôi và ram cao.
4.1.3 Xác định dạng sản xuất
- Công thức tính sản lượng hàng năm: (trang 14 [50])
N : Số chi tiết được sản xuất trong một năm
N : Số sản phẩm (của máy) được sản xuất trong một năm
N = 10000 chi tiết/năm m : Số chi tiết trong một sản phẩm (một máy) m =1
: Số chi tiết được chế tạo thêm để dự phòng ( = 5 - 7%) Chọn = 6%
- Khối lượng chi tiết được xác định: (trang 19 [50])
Q: khối lượng của chi tiết
V: thể tích của chi tiết γ: khối lượng riêng của vật liệu (γ của thép là 7.852 kg/dm )
Dùng phần mềm NX tính thể tích của chi tiết hình 4.1:
=> Ta chọn dạng sản xuất hàng loạt lớn
4.1.4 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Sử dụng để sản xuất các chi tiết như xi lanh, con lăn, chi tiết kẹp và các loại trục, thường áp dụng trong sản xuất hàng loạt vừa và lớn, cũng như hàng khối, như minh họa trong hình 4.2.
Dùng cho các loại chi tiết : dạng càng, trục răng thẳng, trục răng côn và các loại bánh răng khác,…
Phôi dập có lượng dư gia công ít bởi kích thước và hình dạng gần giống với chi tiết gia công
Công nhân đứng máy yêu cầu có trình độ cao
Thường dùng trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối vì có năng suất cao, lượng dư kim loại ít, phôi có độ chính xác cao như hình 4.3
Phôi rèn mang lại cơ tính vượt trội, với kim loại chặt chẽ và khả năng chịu uốn, chịu xoắn tốt Tuy nhiên, hình dáng của phôi rèn thường đơn giản hơn so với các loại phôi khác.
Rèn tự do là quá trình sử dụng ngoại lực thông qua dụng cụ để biến dạng kim loại ở nhiệt độ rèn, nhằm tạo ra sản phẩm với hình dạng và kích thước theo yêu cầu Phương pháp này thường được áp dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
Phôi đúc là phương pháp chế tạo phôi bằng cách rót kim loại nóng chảy vào khuôn có hình dạng phù hợp Phôi đúc phổ biến nhất là phôi gang, bên cạnh đó còn có phôi thép và kim loại màu Phương pháp đúc cho phép tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp khác như rèn hay dập khó có thể thực hiện.
Thường dùng cho các loại chi tiết như :chi tiết dạng hộp, chi tiết dạng càng ,các gối đỡ, Dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt
Phôi cán là sản phẩm được tạo ra thông qua phương pháp biến dạng dẻo tại các nhà máy luyện kim Chúng thường có hình dạng và kích thước tiêu chuẩn, bao gồm phôi hình U, I, L, cũng như phôi cán tròn, vuông và ống.
Phôi cán ứng dụng phổ biến trong ngành chế tạo máy Cơ tính của phôi cán thì thấp hơn phôi dập, rèn
Ta lựa chọn dạng phôi cán
- Phù hợp với chi tiết dạng trục
- Thích hợp với dạng sản xuất hàng loạt
- Phôi cán có nhiều hình dạng khác nhau, có chiều dài và kích thước tiết diện ngang theo tiêu chuẩn, chất lượng bề mặt cao, độ chính xác cao
- Quá trình cán dễ cơ khí hóa và tự động hóa, năng suất cao
Phương pháp chế tạo phôi
Các sản phẩm phôi cán đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm xây dựng, ôtô, điện và chế tạo máy, với hai loại chính là kim loại màu và kim loại đen Sản phẩm cán được phân loại chủ yếu dựa trên tiết diện ngang và hình dáng, chia thành bốn loại cơ bản.
Thép này được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, cầu đường và chế tạo máy, và được phân loại thành hai nhóm chính: a) Thép cán hình với tiết diện đơn giản.
Hình dạng sản phẩm được mô tả như hình 4.7 [52]
Hình 4.7: Các loại tiết diện cán đơn giản [52]
- Thép cán lục giác có đường kính đường tròn nội tiếp D = 6 ÷ 100 mm
- Thép cán tam giác có 2 loại:
+Tam giác cạnh không đều: (30 x 20 x 20) + (200 x 150 x 150) mm
+Tam giác cạnh đều: (20 x 20 x 20) + (200 x 200 x 200) mm b) Thép cán hình có tiết diện phức tạp:
Hình dạng sản phẩm được mô tả như hình 4.8 [52]
Hình 4.8: Cán tiết diện phức tạp[52]
- Loại thép cán này có một số kiểu dạng chữ như: U,T, I, một trong số đó được sử dụng trong việc xây dựng đường sắt
Sản phẩm cán là một yếu tố quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm công nghiệp ôtô, chế tạo vỏ tàu thuỷ và chế tạo máy bay, và được phân chia thành ba nhóm chính.
- Thép cán lá S = 0,001 ÷ 0,2 mm, B = 200 ÷ 1500 mm, L = 4000 ÷ 60000 mm
- Thép cán tấm mỏng: S = 0,2 ÷ 4 mm, B = 600 ÷ 2200 mm
- Thép cán tấm dày: S = 4 ÷ 60 mm, B = 600 ÷ 5000 mm, L= 4000 ÷ 12000 mm
Thép cán này chủ yếu được sử dụng trong ngành thủy lợi để làm ống cấp thoát nước, trong ngành dầu khí để vận chuyển dầu, và trong các công trình xây dựng Nó bao gồm hai nhóm chính.
- Thép cán ống không hàn: các dạng ống này thì được cán từ phôi thỏi, có D 200 ÷ 350 mm, L= 2000 ÷ 4000 mm
Thép cán ống có hàn được sản xuất từ thép cán tấm, sau đó cuốn thành ống và hàn cố định Kích thước của loại thép này có đường kính từ 4000 đến 8000 mm và độ dày 14 mm.
Thép cán có hình dáng đặc biệt được sản xuất theo yêu cầu riêng của từng ngành và phương pháp chế tạo, như cán vỏ ôtô, cán bi, và các loại thép có tiết diện thay đổi theo chu kỳ.
Hình 4.9: Cán tiết diện đặc biệt
=> Ta chọn phương pháp chế tạo phôi là thép cán hình tiết diện đơn giản
Vì phù hợp với tiết diện chi tiết trục gia công và dạng sản xuất hàng loạt
4.1.5 Quy trình công nghệ chế tạo chi tiết
Chọn phương án gia công bề mặt
Phương án 1: Dùng 2 mũi chống tâm
Bước 2: Phay mặt khống chế chiều dài phôi đạt chiều dài L10+0,2 mm, khoan tâm đồng thời 2 mặt đầu
+ Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L0+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài LP+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm
+ Nguyên công 4: Xử lý nhiệt
+ Nguyên công 5: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6 mm, có độ nhám 𝑅 = 1,6𝜇𝑚
Phương án 2: Dùng 1 mũi chống tâm và mâm cặp 3 chấu
Bước 1: Cắt trên máy cắt đĩa để đạt chiều dài L12+0,3 mm
Bước 2: Phay mặt khống chế chiều dài phôi đạt chiều dài L10+0,2 mm, khoan tâm đồng thời 2 mặt đầu
+ Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L0+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài LP+0,1 mm, có độ nhám 𝑅 = 3,2𝜇𝑚
+ Nguyên công 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm
+ Nguyên công 4: Xử lý nhiệt
+ Nguyên công 5: Mài bề mặt trụ bậc để đạt ∅20h6 mm, có độ nhám 𝑅 = 1,6𝜇𝑚
Bảng 4.2: So sánh phương án 1 và 2
Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Đảm bảo độ đồng tâm cao qua nhiều lần gá
- Khi di chuyển qua lại giữa các nguyên công giúp tiết kiệm nhiều thời gian gá đặt
- Chọn chuẩn tinh là hai mũi chống tâm có thể sửa chữa, kiểm tra một cách nhanh chóng
- Định vị được 5 bậc tự do
- Định vị được 4 bậc tự do
- Phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc
Nhược điểm của quá trình này là dễ gây ra mài mòn và sinh nhiệt do ma sát, dẫn đến biến dạng giữa lỗ tâm và mũi chống tâm Do đó, cần phải sửa chữa lỗ tâm khi bị mòn.
- Độ cứng vững thấp và phải dùng tốc kẹp
- Lực kẹp lớn gây ảnh hưởng đến bề mặt trục
- Vì trục lục giác nên quá trình gá kẹp lâu
- Độ đồng tâm không cao khi di chuyển qua giữa các nguyên công
- Khi di chuyển qua lại giữa các nguyên công mất nhiều thời gian gá đặt
Năng suất và kinh tế
Sử dụng hai mũi chống tâm trong quá trình gá đặt giúp tăng tốc độ gia công, từ đó nâng cao năng suất và giảm giá thành sản xuất.
=> Ta chọn phương án 1: Dùng 2 mũi chống tâm
Qui trình công nghệ gia công chi tiết trục
Bước 1: Cắt trên máy cưa sắt để đạt chiều dài L12+0,3 mm
Hình 4.10 mô tả nguyên công chuẩn bị với bề mặt A (chuẩn thô) Định vị được thực hiện bằng phiến tì, hạn chế 3 bậc tự do (2 bậc xoay và 1 bậc tịnh tiến), cùng với 2 chốt tì, hạn chế 2 bậc tự do (1 bậc xoay và 1 bậc tịnh tiến).
Kẹp chặt: Bằng khí nén mặt B
Chọn máy: Chọn máy MP-71M
Tốc độ quay của trục chính khi phay n = 120 ÷ 712 (vòng/phút)
Công suất động cơ N = 2,2 ÷ 7,5kW
Chọn dao: Dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng bảng 4-94 trang 376 [53] Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6
Bảng 4.3: Thông số dao phay mặt đầu
D (mm) B (mm) d(h7) (mm) Số răng
Bảng 4.4: Thông số mũi khoan tâm
Ds(mm) L(mm) l(mm) Dc(mm)
Vật liệu phần mũi khoan: thép gió P18
Nguyên công 1: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài L0+0,1 mm Bước 1: Tiện thô
Hình 4.13: Tiện tinh nguyên công 1 Chuẩn: Mặt C và hai mũi chống tâm Định vị: Hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do 3 tịnh tiến 2 xoay hình 4.12 và hình 4.13
Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động
Chọn máy: Máy tiện vạn năng 1k62 (trang 217 [54])
Tốc độ quay của trục chính: n (vòng/phút): 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500
Công suất động cơ N = 10 kW
Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6
Chọn dạo tiện ngoài thân thẳng có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số như bảng 4.5
Bảng 4.5: Thông số dao tiện h (mm) b(mm) L(mm) n(mm) l(mm) R(mm)
Nguyên công 2: Tiện thô, tinh đạt ∅20,3 mm đạt chiều dài LP+0,1 mm Bước 1: Tiện thô
Hình 4.14: Tiện thô nguyên công 2
Hình 4.15: Tiện tinh nguyên công 2
Chuẩn: Mặt D và hai mũi chống tâm Định vị: Hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do 3 tịnh tiến 2 xoay như hình 4.14 và hình 4.15
Kẹp chặt: Mũi chống tâm di động
Chọn máy: Máy tiện vạn năng 1k62 trang 217 [54]
Tốc độ quay của trục chính: n (vòng/phút): 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630
Công suất động cơ N = 10 kW
Vật liệu phần lưỡi cắt: T15K6
Chọn dạo tiện ngoài thân thẳng có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số như bảng 4.6
Bảng 4.6: Thông số dao tiện h (mm) b(mm) L(mm) n(mm) l(mm) R(mm)
Nguyên công 3: Phay rãnh then 6x6x40 mm
Hình 4.16: Phay rãnh then nguyên công 3
QUY TRÌNH LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM
NGHIỆM 5.1 Quy trình lắp ráp
Bước 1: Lắp bộ dao động:
Lắp trục + dao động 1 + dao động 2 + dao động 3+ chêm dao động + chêm dao động bìa + bạc định vị hình 5.1
Yêu cầu lắp dao vào trục cần phải dễ dàng, tránh việc đóng mạnh hoặc đóng nặng gây loe lỗ dao và hư hỏng vị trí lắp ráp Cần đảm bảo rằng các dao động và chêm dao được sắp xếp đúng thứ tự và góc độ Các lưỡi dao phải tạo thành hình xoắn ốc đúng theo biên dạng thiết kế của bộ dao động.
Bước 2: Lắp gối đỡ vòng bi vào tấm lắp gối đỡ hình 5.2
Hình 5.2: Gối đỡ và tấm lắp gối đỡ
Yêu cầu: đảm bảo ổ lăn được cố định trên tấm đỡ
Bước 3: Lắp 2 bộ dao Tĩnh
Lắp 2 ty ren + dao tĩnh lớn+ dao tĩnh nhỏ hình 5.3
Lắp ráp xen kẽ dao tĩnh lớn và dao tĩnh nhỏ, sau đó lắp hai ty ren, đảm bảo bộ dao tĩnh được lắp đúng thứ tự các loại dao.
Bộ dao động + gối đỡ và tấm lắp gối đỡ + bộ dao tĩnh +tấm đứng + tấm ngang + tấm sàng lọc+ tấm bản lề trên và dưới hình 5.4
Khi lắp ráp, cần đảm bảo độ đồng tâm giữa 2 ổ lăn và trục dao Cần kiểm tra để bộ dao tĩnh và bộ dao động không cạ nhau trong quá trình quay thử Khung hộp dao phải chắc chắn, và các tấm hộp dao cần được cố định chặt chẽ, không để hở quá nhiều.
Bước 5: Lắp hoàn chỉnh hộp dao
Lắp hộp dao + phễu+ khớp nối
Lắp động cơ giảm tốc + khớp nối+ hộp dao + khung + CB
Thiết bị băm chai nhựa hoàn chỉnh hình 5.5
Khi lắp hộp dao và động cơ lên khung máy, cần đảm bảo trục dao băm và trục động cơ đồng tâm Đồng thời, vị trí của hộp dao và mô tơ trên khung phải chính xác để đảm bảo sự ăn khớp giữa hai khớp nối.
Hoàn thiện máy đi dây và lắp CB đảm bảo an toàn điện ba pha Vệ sinh sạch sẽ kiểm tra máy kĩ lưỡng trước khi vận hành
Hình 5.5: Thiết bị băm nhựa
5.2 Vận hành và thử nghiệm
Quy trình vận hành và thử nghiệm:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Chuẩn bị chai nhựa PET bằng cách rửa sạch, lột nhãn và loại bỏ nắp chai để đảm bảo chỉ có nhựa PET, không bị lẫn tạp chất từ các loại nhựa khác Điều này giúp thuận lợi cho việc thu gom và xử lý sản phẩm theo yêu cầu.
Trước khi vận hành máy, cần thực hiện kiểm tra kỹ lưỡng các bộ phận như dây cấp nguồn và phích cắm để đảm bảo không bị rò rỉ điện Đảm bảo các bu lông, đai ốc được siết chặt, động cơ và khớp nối hoạt động bình thường, và hộp dao cùng khung máy chắc chắn Cần kiểm tra hoạt động của bộ dao để tránh tình trạng cạ, kẹt hay vướng dao Cuối cùng, kiểm tra lưới lọc để đảm bảo khe hở giữa lưới và dao đúng tiêu chuẩn.
Môi trường xung quanh máy vận hành an toàn ổn định để không gián đoạn trong quá trình máy băm nhựa
Kiểm tra đảm bảo an toàn yêu cầu khi sử dụng điện 3 pha
Sau khi kiểm tra tổng quan máy, an toàn điện và điều kiện môi trường, tiến hành cắm điện 3 pha và bật CB để vận hành máy Cần đảm bảo trục dao quay đúng chiều để lưỡi cắt hoạt động hiệu quả, tránh tình trạng chai nhựa bị trượt Kiểm tra khớp nối truyền động phải ổn định và ăn khớp, đảm bảo trục và khớp nối đồng tâm, không bị trượt hay lệch bên Bộ dao cần hoạt động ổn định, không bị cạ hay kẹt.
Bước 4: Cho nhựa vào băm
Chai nhựa PET được đưa vào phễu máy, sau đó dẫn trực tiếp vào buồng băm Tại đây, dao sẽ băm chai thành nhiều mảnh nhỏ, giúp quá trình tái chế diễn ra hiệu quả hơn.
Bước 5: Lấy mẫu nhựa và kiểm tra đo đạt kích thước
Sau khi băm 1kg nhựa PET, nhóm tiến hành rút điện và lấy mẫu nhựa qua lưới lọc và thùng chứa Mẫu nhựa cần đạt kích thước từ 2-8mm, được đo bằng thước cặp Nếu mẫu nào không đạt yêu cầu, sẽ được băm lại, trong khi những mẻ đạt kích thước sẽ được ghi lại để phân tích và xử lý số liệu phục vụ cho thực nghiệm.
Sau khi hoàn tất giai đoạn vận hành thử nghiệm, máy đã hoạt động ổn định Nhóm nghiên cứu tiến hành lấy mẫu nhựa đã băm để thực hiện các thí nghiệm, bắt đầu từ việc lấy mẫu ngẫu nhiên.
Đã tiến hành băm 100 mẫu nhựa và đo kích thước chiều dài, chiều rộng của từng mẫu bằng thước cặp 1/20 để thu thập dữ liệu Sau đó, dữ liệu được phân tích bằng phần mềm Statgraphics.
100 mẫu nhựa đo có kích thước như bảng 5.1:
Bảng 5.1: Số liệu 100 mẫu nhựa
Kết quả xử lý số liệu chiều dài và chiều rộng mẫu
Hình 5.10: Kết quả xử lý số liệu
Hai dữ liệu có phân bố chuẩn vì hai thông số skewness và kurtosis có giá trị nằm trong đoạn [-2;2] như hình 5.10
Các biểu đồ tần suất như hình 5.11, biểu đồ Box & Whisker hình 5.12 và biểu đồ phân tán của hai mẫu hình 5.13
Hình 5.11: Biểu đồ tần suất
Hình 5.12: Biểu đồ Box & Whisker
Hình 5.13: Biểu đồ phân tán
Biểu đồ tần suất cho thấy rằng các mẫu có chiều dài 5,3mm và chiều rộng 3,2mm là phổ biến nhất Hai kích thước này đều nằm trong khoảng yêu cầu từ 2-8mm.
Biểu đồ Box & Whisker cho thấy chiều dài mẫu nhựa có giá trị trung bình là 5,0785mm, chủ yếu nằm trong khoảng 2-8mm, với sự tập trung nhiều ở khoảng 3,5÷6,5mm Mặc dù kích thước chiều dài bị ảnh hưởng bởi kích thước lưới lọc, vẫn có một số mẫu ngoại lệ lớn hơn 8mm Về chiều rộng mẫu, giá trị trung bình là 3,139mm, và chiều rộng này ổn định, hoàn toàn nằm trong khoảng yêu cầu 2-8mm, với sự tập trung chủ yếu ở khoảng 2,5÷4mm.
Biểu đồ phân tán cho thấy mối liên hệ giữa chiều rộng và chiều dài của mẫu Tuy nhiên, trong trường hợp này, biểu đồ chỉ ra rằng không có sự liên hệ giữa hai yếu tố này, cho thấy chiều dài và chiều rộng của mẫu là độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau.
5.4 Tiểu kết Ở chương này nhóm đã trình bày về quy trình lắp ráp sau khi hoàn thành mô hình máy băm chai nhựa thực tế, đưa ra các yêu cầu kỹ thuật khi lắp ráp Sau đó là công việc vận hành thử nghiệm, nhờ việc áp dụng ADT vào thiết kế và chế tạo, việc vận hành thử nghiệm diễn ra khá trơn tru, máy không gặp nhiều sự cố, đã băm cho ra mẫu nhựa Các mẫu nhựa này được lấy ngẫu nhiên, tiến hành đo lấy kích thước chiều dài và rộng để làm dữ liệu xử lý số liệu, kết quả cho thấy các mẫu nhựa phần lớn nằm trong kích thước cho phép Tuy nhiên còn số ít mẫu có kích thước chiều dài chưa phù hợp, điều này xảy ra do kích thước lỗ sàng lọc còn lớn, cần làm nhỏ hơn để đạt mẫu nhựa tốt hơn.
ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Máy băm chai nhựa PET sau khi chế tạo và thử nghiệm đã hoạt động ổn định, băm được các chai có dung tích lên đến 500ml và cho ra các mảnh nhựa đạt yêu cầu kích thước Việc ứng dụng ADT đã đóng vai trò quan trọng trong việc phân tách các yêu cầu chức năng, từ đó xác định các tham số thiết kế phù hợp cho các chi tiết vật lý, giúp hạn chế sai sót trong thiết kế và đảm bảo máy vận hành trơn tru Sự thành công trong việc chế tạo và vận hành máy băm chai nhựa PET chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả cao của việc ứng dụng ADT trong thiết kế thực tiễn.
Việc ứng dụng ADT trong thiết kế máy băm nhựa hiện chỉ dừng lại ở tiên đề 1, tập trung vào việc phân tích chức năng và đưa ra tham số thiết kế cho các chi tiết vật lý Các phân tích này tuân thủ tính độc lập của tiên đề 1, với mỗi yêu cầu chức năng tương ứng với một tham số thiết kế Tuy nhiên, thiết kế theo tiên đề 2 có thể chưa phải là giải pháp tối ưu nhất cho máy băm nhựa.
Trong khi vận hành thử nghiệm máy vẫn còn một số hạn chế khi máy hoạt động như:
- Máy còn rung lắc khi tải nặng, do khung máy và chân đế chưa cứng vững
- Chiều dài của số ít mảnh nhựa chưa đạt đúng kích thước (>8mm)
- Vẫn còn một số mảnh nhựa bị văng ra bên ngoài thùng chứa
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một máy băm chai nhựa PET dựa
Máy vận hành ổn định, băm được chai nhựa PET thành các mảnh nhựa phần lớn có kích thước đạt yêu cầu (mảnh nhựa từ 2-8mm)
Việc ứng dụng ADT trong thiết kế thực tiễn không chỉ khả thi mà còn mang lại hiệu quả cao Đề tài đã tham gia nhiều sự kiện quan trọng như cuộc thi EUREKA, hội nghị Khoa học trẻ lần thứ ba, và Hội nghị cơ khí toàn quốc lần thứ VI – 2021.
Sau khi hoàn thiện chế tạo và thử nghiệm máy, nhóm nhận thấy một số hạn chế Do đó, chúng em đã đề xuất các cải tiến, với điều kiện vẫn đảm bảo về kinh phí và thời gian.
- Tăng bề dày thành hộp, đưa ổ lăn vào trong thành hộp để tăng độ đồng tâm của trục và khớp nối khi tải nặng
- Hoàn thiện bộ điều khiển điện trên máy
- Sử dụng đúng vật liệu làm trục và dao trong bản thiết kế
- Thiết kế phần thu liệu, cải tiến chân máy để giảm rung động khi vận hành
Phương hướng nghiên cứu tiếp theo:
Việc ứng dụng ADT trong nghiên cứu hiện tại chỉ dừng lại ở tiên đề 1, do đó cần tiếp tục phát triển theo tiên đề 2, nhằm hoàn thiện thiết kế máy Mục tiêu là tạo ra một thiết kế tối ưu nhất cho máy băm nhựa.
- Nâng cao năng suất máy, đưa ra môi trường sản xuất công nghiệp
5 Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
- 01 bài báo tạp chí IUH;
- 01 bài báo Tạp chí Cơ khí Việt nam số đặc biệt 12/2021;
- 01 giải pháp hữu ích (đã nộp hồ sơ);
- 01 thiết bị nhiệt băm chai nhựa;
- 01 tập bản vẽ thiết kế;
- 01 giản đồ phân tích ánh xạ các miền chức năng của thiết bị băm nhựa
Như vậy, các kết quả trên đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu về các kết quả nghiên cứu và công bố của đề tài
6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh) Đề tài nhằm mục tiêu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm một thiết bị băm chai nhựa dùng phương pháp thiết kế theo tiên đề kết hợp với phương pháp Taguchi Đồng thời, biên dạng dao băm cũng được nghiên cứu và tối ưu hóa dùng một phương pháp tối ưu hóa kép, kết hợp giữa mảng trực giao và phương pháp bề mặt đáp ứng Đầu tiên, những công trình nghiên cứu trên thế giới dùng lý thuyết thiết kế theo tiên đề (ADT) được tổng hợp và phân tích, cả về phạm vi áp dụng và những ưu nhược điểm Sau khi những lợi ích mà ADT có thể mang lại cho việc thiết kế nói riêng và nghiên cứu khoa học nói chung được hiểu rõ, lý thuyết ADT được chuyển ngữ, biên dịch từ sách gốc của tác giả Theo đó, thiết kế theo tiên đề là xem xét thiết kế một cách khoa học, để từ đó cung cấp một khung nền cơ bản để hiểu các hoạt động thiết kế Sau đó, lý thuyết ADT được vận dụng để thiết kế một thiết bị băm chai nhựa cũng như phân tích và khắc phục những lỗi thiết kế Ở bước tiếp theo, các thông số hình dạng hình học của dao băm được tối ưu hóa dùng phương pháp Taguchi, RSM Cuối cùng, phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm được sử dụng để nghiên cứu, xem xét những đặc tính của dao băm cải tiến để rút ra những kết luận bổ ích cho nghiên cứu lẫn cho thực tiễn sản xuất
The purpose of this study is to design, fabricate and test a device for shredding plastic bottles utilizing the axiomatic design theory (ADT) combined with the Taguchi
ADT was synthesized and analyzed for its applications, advantages, and disadvantages in design and scientific research After understanding the benefits of ADT, the theory was compiled from the author's original work, establishing a framework for comprehending design activities ADT was then utilized to design a plastic bottle shredding device, focusing on identifying and correcting design errors The geometrical parameters of the shredder blade were optimized using the Taguchi and RSM methods Finally, empirical analysis was conducted to evaluate the characteristics of the improved blade, yielding valuable insights for research and production practices.
III SẢN PHẨM ĐỀ TÀI, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO 3.1 Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)
Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt được
1 Thiết bị băm chai nhựa Kích thước: ~
Kích thước: ~ 1153×783.5×340 mm, công suất 750W
2 Nhựa băm Kích thước: 2 – 8 mm
3 Tập bản vẽ thiết kế 2D và 3D Đầy đủ dung sai kích thước và yêu cầu kỹ thuật Đầy đủ dung sai kích thước và yêu cầu kỹ thuật
4 Giản đồ phân tích ánh xạ các miền chức năng của thiết bị băm nhựa
Rõ ràng, đúng thực tế
Rõ ràng, đúng thực tế
5 Bài báo Tạp chí IUH Chấp nhận đăng Chấp nhận đăng
Chấp nhận đăng Chấp nhận đăng
7 Bài báo tạp chí Cơ khí
Việt Nam số đặc biệt
8 Bằng giải pháp hữu ích Không Nộp hồ sơ
Các ấn phẩm (bản photo) được đính kèm trong phần phụ lục ở cuối báo cáo Đối với các ấn phẩm như sách và giáo trình, cần cung cấp bản photo của trang bìa, trang chính và trang cuối, kèm theo thông tin về quyết định và số hiệu xuất bản.
Thời gian thực hiện đề tài
Tên đề tài Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học Đã bảo vệ
VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ BĂM CHAI NHỰA DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO TIÊN ĐỀ
Kèm theo bản photo trang bìa của chuyên đề nghiên cứu sinh, luận văn hoặc khóa luận, cùng với bằng hoặc giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án hoặc luận văn, sẽ được thể hiện ở phần cuối trong báo cáo khoa học.
IV TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ
Kinh phí được duyệt (đồng)
Kinh phí thực hiện (đồng)
2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con, 44,225,000 44,225,000
6 Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu giữa kỳ
7 In ấn, Văn phòng phẩm 2,184,400 2,184,400
V KIẾN NGHỊ (về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài) Đề xuất Khoa Công nghệ Cơ Khí cho phép sử dụng thiết bị băm chai nhựa cho các nghiên cứu tiếp theo
VI PHỤ LỤC SẢN PHẨM (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)
1 Tập bản vẽ thiết kế 2D và 3D
2 Bài báo Tạp chí IUH
4 Bài báo tạp chí Cơ khí Việt Nam
5 Hồ sơ giải pháp hữu ích
6 Bản photo trang bìa khóa luận tốt nghiệp đại học + Giấy khen Eureka 2021
Tp HCM, ngày tháng năm
Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT
(ĐƠN VỊ) Trưởng (đơn vị) (Họ tên, chữ ký)