Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho thiết bị rửa các chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm

+ Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của 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 khi rửa chi tiết máy. + Xác định được chu trình rửa hợp lý cho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm.

MỞ ĐẦU

Sự cấp thiết của vấn đề nghiên cứu:

Ngày nay trong các ngành cơ khí, trong lĩnh vực cơ giới hóa nông lâm nghiệp, trong lĩnh vực quốc phòng, dân dụng… các thiết bị làm sạch có vai trò quan trọng

Các phương pháp làm sạch cổ điển như sử dụng tay kết hợp các loại dung dịch không đảm bảo độ sạch của các chi tiết cần làm sạch do môi trường làm việc quá độc hại, con người luôn tiếp xúc trực tiếp với hóa chất

do đó sức khỏe không đảm bảo theo thời gian, đặc biệt đối với chi tiết có kết cấu phức tạp, có độ bám dính tạp chất cao thì phương pháp làm sạch này khó đảm bảo Làm sạch bằng phương pháp điện phân ứng dụng trong lĩnh vực xi mạ thì năng lượng tiêu hao khá lớn, bề mặt chi tiết sẽ không còn nguyên vẹn khi thời gian rửa cao (do sự ăn mòn trong quá trình điện phân)

Thống kê cho thấy các phương pháp tẩy rửa thông thường độ bẩn trên

bề mặt chi tiết còn 70% Rửa bằng phương pháp rung độ bẩn trên bề mặt chi tiết còn 50% Khi rửa chi tiết bằng tay độ bẩn trên bề mặt chi tiết còn 20% Trong phương pháp tẩy rửa bằng sóng siêu âm độ bẩn chỉ còn lại dưới 5% Với xu hướng sử dụng những công nghệ giảm tiêu hao năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường, không gây ra tác động độc hại đến sức khoẻ con người như hiện nay, các thiết bị tẩy rửa sử dụng sóng siêu âm là lựa chọn hàng đầu trong lĩnh vực làm sạch ở các ngành công nghiệp Việc sử dụng năng lượng sóng siêu âm sẽ mang lại hiệu quả tẩy rửa vượt trội hơn so với các dung dịch tẩy rửa trước đây đặc biệt đối với các vật thể có hình dạng phức tạp

Kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu

về công nghệ làm sạch được áp dụng rộng rãi trong các thiết bị tẩy rửa với hiệu quả cao, tốc độ nhanh mà các phương pháp khác không đáp ứng được

Hình a Ví dụ rửa đai ốc bằng siêu âm

Đối với các chi tiết cơ khí sau khi gia công, các chi tiết máy của các động cơ đốt trong và các thiết bị cơ khí khi tháo ra để kiểm tra sửa chữa sẽ không tránh khỏi việc bị các chất bám dính như dầu mỡ, chất bẩn… thì công đoạn rửa sạch là một công đoạn vô cùng quan trọng Đối với các chi tiết phức tạp về hình dáng cũng như kết cấu (có nhiều lỗ, rãnh…) (hình b) việc tấy rửa vô cùng khó khăn nếu sử dụng các phương pháp tẩy rửa truyền thống

Sử dụng phương pháp sóng siêu âm để rửa làm sạch bề mặt các chi tiết không chỉ đảm bảo độ sạch yêu cầu mà còn đảm bảo an toàn cho chi tiết Hình c trình bày độ sạch khi rửa bằng phương pháp siêu âm cho chi tiết bám đầy bụi than

Hình b Các chi tiết cần rửa có các hình dạng phức tạp

Hình c Hình ảnh của chi tiết bám bụi than trước và sau khi rửa

Trên cơ sở nổi trội về công nghệ làm sạch của sóng siêu âm và để triển khai ứng dụng công nghệ mới này ngày càng phổ biến và hiệu quả đã thôi thúc, tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho thiết bị rửa các chi

tiết máy sử dụng sóng siêu âm ”

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

+ Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của 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 khi rửa chi tiết máy

+ Xác định được chu trình rửa hợp lýcho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng luận về làm sạch bằng sóng siêu âm

1.1.1 Tổng luận các công trình nghiên cứu về làm sạch bằng sóng siêu

âm ở trong nước

Ở Việt Nam hiện nay thì đa số nhập máy rửa siêu âm của các hãng

Elma- Đức, Telsonic AG -Thụy Sỹ …

Năm 2013 Công ty TNHH GARAN đã đưa ra thị trường sản phẩm “bể rửa siêu âm KS-1018”

Hình 1.1 Bể rửa siêu âm KS-1018 của Công ty TNHH GARAN

Các máy rửa này chủ yếu dùng để rửa rau quả, bát đĩa ấm chén…

Ngày 12 tháng 07 năm 2013 CNC-VINA đã sản xuất máy rửa siêu âm

số 2 và bàn giao cho Công ty TNHH Denso Việt Nam

Hình 1.2 Máy rửa siêu âm số 2 được sản xuất từ CNC-VINA

Nhìn chung máy rửa siêu âm này chỉ thích hợp trong sản xuất dây chuyền công nghiệp, còn trong lĩnh vực đa dạng thì chưa phù hợp

1.1.2 Tổng luận các công trình nghiên cứu về làm sạch bằng sóng siêu

âm ở ngoài nước

Ở các nước tiên tiến trên thế giới công nghệ làm sạch bằng sóng siêu

âm được ứng dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực

1.1.2.1.Tình hình nghiên cứu về làm sạch bằng sóng siêu âm ở ngoài nước

Sử dụng sóng siêu âm để làm sạch đã được nghiên cứu và trở thành sản phẩm thương mại hóa Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hệ thống máy rửa bằng siêu âm Hình 1.3 giới thiệu dây chuyền rửa bằng sóng siêu âm của hãng OMEGASONIC, hình 1.4 giới thiệu các máy rửa siêu âm của hãng

Telsonic AG – Thụy Sỹ và hình 1.5 giới thiệu Module máy rửa của

SONOREK TECHNIK

Hình 1.3 Dây chuyền rửa bằng sóng siêu âm của hãng OMEGASONIC

Hình 1.5 Module máy rửa của SONOREK TECHNIK Hình 1.4 Các máy rửa siêu âm của hãng Telsonic AG – Thụy Sỹ

1.1.2.2 Các yếu tố chính của quá trình rửa bằng sóng siêu âm

Các yếu tố chính của quá trình rửa bằng sóng siêu âm trình bày như hình 1.6

Hình 1.6 Các yếu tố chính của quá trình rửa bằng sóng siêu âm

1.1.2.3 Các bộ phận của hệ thống rửa bằng sóng siêu âm của Sonorek Technik

Các bộ phận của hệ thống rửa bằng sóng siêu âm của Sonorek Technik trình bày như bảng sau:

Sóng

Thời gian rửa

Hóa chất

Cấu tạo như trên

Bộ phát sóng siêu âm nằm bên ngoài

MB

Thiết bị nâng và tạo dao động:

Di chuyển rổ từ bể này qua bể khác kết hợp di chuyển lên xuống theo chiều thẳng đứng

Các bộ phận sau khi rửa sạch được sấy khô

để nhanh chóng loại bỏ hơi ẩm còn lại

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 ở mặt đáy và mặt bên của thùng chứa

Hình 1.7 Cách lắp đặt biến tử siêu âm

1.1.3 Ý kiến thảo luận về vấn đề nghiên cứu

Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành cơ khí, các sản phẩm cơ khí ngày càng đa dạng về chủng loại, kích cỡ, vật liệu, độ phức tạp, các phương pháp tẩy rửa sử dụng hóa chất không đáp ứng được thời gian làm sạch, mức độ

sạch, còn hạn chế ở vật liệu chi tiết cần làm sạch, chính vì vậy không đem lại hiệu quả kinh tế cao Các nhà khoa học đã khám phá ra công dụng của sóng siêu âm là làm sạch chi tiết bằng việc kết hợp giữa việc phát sóng siêu

âm để bóc tách lớp bẩn, do đó tẩy rửa bằng sóng siêu âm không phụ thuộc vào vật liệu chi tiết cần tẩy rửa, hiệu quả kinh tế mang lại cao hơn

Kỹ thuật tẩy rửa bằng sóng siêu âm cho phép làm sạch các lỗ rỗng mà không cần cào, quét hay tẩy bỏ, làm sạch được các chi tiết có hình dạng phức tạp như các kẽ hở, lỗ kín nhỏ mà các phương pháp tẩy rửa truyền thống không làm được Thời gian làm sạch ngắn, không có thao tác bằng tay phức tạp hay nặng nề, làm sạch hiệu quả Nồng độ hóa chất thấp hơn so với phương pháp làm sạch thông thường, không gây ô nhiễm môi trường Dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa

Ưu thế của việc sử dụng công nghệ làm sạch bằng sóng siêu âm:

 Tính kinh tế:

- Sử dụng công nghệ làm sạch bằng sóng siêu âm thường xuyên sẽ tiết chi phí

- Vật liệu được làm sạch sẽ kéo dài lâu hơn do ảnh hưởng của sóng siêu

âm, do đó làm giảm phụ tùng thay thế

- Quá trình làm sạch nhanh hơn giảm thời gian nghỉ trong sản xuất

 Thân thiện với môi trường:

- Phương thức làm sạch bằng sự biến hóa sinh học được sử dụng thay

vì các dung chất độc hại đối với hệ sinh thái

- Các bộ lọc và tách dầu làm giảm lượng tiêu thụ hóa chất và nước thải

 Hiệu quả:

- Độ sạch cao

- Vật liệu sau khi làm sạch bằng sóng siêu âm không cần lau chùi lại

- Không phá hủy vật liệu và bề mặt chi tiết

- Có thể làm sạch tất cả sản phẩm dưới mọi hình dáng

 Dễ sử dụng

1.2 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu

1.2.1 Cơ sở vật lý của sóng âm

1.2.1.1 Bản chất của sóng âm

Sự hình thành sóng cơ trong môi trường chất: các môi trường chất đàn hồi (khí lỏng hay rắn) có thể coi như những môi trường liên tục gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau Lúc bình thường mỗi phần tử có một vị trí cân bằng bền Nếu tác dụng lực lên một phần tử A về vị trí cân bằng nào

đó của môi trường thì phần tử này rời khỏi vị trí cân bằng bền Do tương tác, các phần tử bên cạnh, một mặt kéo phần tử A một mặt cũng chịu lực tác dụng và do đó cũng thực hiện dao động Hiện tượng tiếp tục xảy ra đối với các phần tử khác của môi trường Những dao động cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi gọi là sóng cơ

Về bản chất sóng âm là sóng cơ học do đó tuân theo mọi quy luật đối với sóng cơ, có thể tạo ra sóng âm bằng cách tác động một lực cơ học vào môi 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 trong không khí

Hình 1.8 Ví dụ sóng âm

Hình 1.8 biểu diễn của sóng âm Nó là một tập hợp của các lần nén và dãn thay đổi tuần tự theo dạng hình sin, trong đó các đỉnh sóng thể hiện áp lực cao nhất còn các đáy sóng thể hiện áp lực thấp nhất

Biểu diễn sóng âm trình bày như hình 1.9

Hình 1.9 Biểu diễn sóng

Hình 1.10 Ảnh minh họa sóng siêu âm phát ra trong dung dịch rửa

1.2.1.2 Phân loại sóng âm

 Theo phương dao động:

- Sóng ngang: Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phần tử

của môi trường vuông góc với tia sóng Sóng ngang xuất hiện trong các môi

trường có tính đàn hồi về hình dạng Tính chất này chỉ có ở vật rắn

- Sóng dọc: Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử môi

trường trùng với tia sóng Sóng dọc xuất hiện trong các môi trường chịu

biến dạng về thể tích, do đó nó truyền được trong các vật rắn cũng như trong

môi trường lỏng và khí

 Theo tần số:

- Sóng âm tần số cực thấp, còn gọi là sóng hạ âm (Infrasound): f <16 H z

Ví dụ: sóng địa chấn

- Sóng âm tần số nghe thấy được (Audible sound): f= 16 Hz – 20 kHz

- Sóng siêu âm (Ultrasound): f > 20kHz

 Các đại lượng đặc trưng

- Chu kỳ T là khoảng thời gian thực hiện 1nén và 1 giãn, tính bằng giây

- Tần số f (Hz): số chu kỳ thực hiện được trong một giây

- Vận tốc truyền âm (m/s) là quãng đường mà sóng truyền được sau một đơn

vị thời gian

- Độ dài bước sóng λ (m) là quãng đường mà sóng truyền được sau khoảng

thời gian bằng một chu kỳ: λ = vT=v/f

Sóng siêu âm ứng dụng tảy rửa trong công nghiệp có tần số từ 20

KHz đến 50 MHz

1.2.2 Cơ sở vật lý và kỹ thuật tẩy rửa bằng siêu âm

1.2.2.1 Giới thiệu

Làm sạch bằng sóng siêu âm chính là việc sử dụng tần số sóng âm

thanh cao ( trên phạm vi thính giác của con người thường từ 20 – 40 khz) để

loại bỏ các chất bẩn bám dính vào chi tiết Sóng siêu âm tạo ra một áp lực

đủ mạnh để loại bỏ các chất bẩn có độ bám dính cao nhưng vẫn đủ nhẹ để không làm tổn hại đến chi tiết cần làm sạch Các chất bẩn có thể là dầu mỡ, bụi bẩn… Vật liệu làm sạch bao gồm kim loại, thủy tinh, gốm sứ, nhựa…

Việc sử dụng sóng siêu âm để tẩy rửa ngày càng được ứng dụng rộng rãi vì nó đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với các phương pháp tẩy rửa truyền thống sử dụng sóng siêu âm để tẩy rửa có thể rửa những chi tiết phức tạp, những chi tiết nhỏ mà các phương pháp truyền thống rửa rất khó khăn chính vì vậy sóng siêu âm ngày càng được ứng dụng rộng rãi như trong nghành công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp mạ, công nghiệp ô tô, công nghiệp máy bay…

1.2.2.2 Cơ sở vật lý của phương pháp tẩy rửa bằng siêu âm

Dưới tác dụng của sóng siêu âm, dung dịch rửa lúc bị ép lại đặc hơn, lúc bị dãn ra loãng hơn Do dung dịch rửa không chịu nổi lực kéo nên khi bị kéo ra loãng hơn đã tạo thành những chỗ trống, sinh ra rất nhiều bọt không khí nhỏ (hình 1.11)

Hình 1.11 Quá trình hình thành và phá vỡ của bọt khí

Trong quá trình chuyển động hỗn loạn các bọt khí kếp hợp tạo nên

những bọt khí có kích thước lớn hơn Khi đạt đến một giới hạn nào đó sự chênh lệch áp suất đủ lớn bọt khí sẽ bị vỡ tung ra thành nhiều hạt nhỏ tạo nên sức va đập mạnh và áp suất lớn, kèm theo nhiệt độ trong chất lỏng tăng dần Theo tính toán áp lực, nhiệt độ sinh ra hơn 10,000 PSI và 10,000°F Những bọt khí nhỏ này trong chớp mắt sẽ vỡ tan ra Quá trình vỡ bọt sinh ra những luồng sóng xung kích nhỏ rất mạnh, được gọi là “Hiện tượng tạo chân không”

Do tần số của sóng siêu âm rất cao, những bọt không khí nhỏ luân phiên xuất hiện, mất đi vô cùng nhanh chóng Sóng xung kích mà chúng tạo

ra giống như muôn nghìn chiếc “chổi nhỏ” vô hình rất nhanh và rất mạnh lan tới, chải quét mọi nơi của chi tiết

Hình 1.12 Quá trình chất bẩn bám trên bề mặt chi tiết được tách ra

nhờ tác động của sóng siêu âm

Hình 1.12 trình bày quá trình chất bẩn bám trên bề mặt chi tiết được tách ra nhờ tác động của sóng siêu âm Nếu chi tiết cần tẩy rửa được đặt trong dung dịch tẩy rửa thích hợp cùng với sự kích thích sóng siêu âm dưới

sự tác dụng của hiện tượng xâm thực sóng như đã nêu trên thì các chất bẩn bám trên bề mặt chi tiết sẽ được tách ra và kết tủa lại

Hình 1.13 Hiện tượng xâm thực của bọt khí

Hình 1.14 trình bày quá trình rửa đai ốc bằng siêu âm

Hình 1.14 Ví dụ rửa đai ốc bằng siêu âm

1.2.2.3 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình rửa

Hình 1.15 Quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian rửa

Nhiệt độ được đề cập đến như một yếu tố quan trọng để đạt được lớn nhất sự tạo các ra lỗ trống ( các bong bóng), sự hiệu quả của tẩy rửa bằng hóa chất cũng có liên quan với nhiệt độ Trên hình vẽ ta thấy mặc dù sự tạo

ra các lỗ trống (các bong bóng) lớn nhất ở trong nước tinh khiết là khoảng

1600F nhưng khi kết hợp với hóa chất thì sự hiệu quả lớn nhất là khoảng

1850F tới 1900F

1.2.2.4 Một số dung dịch tẩy rửa thông dụng

Một số dung dịch tẩy rửa thông dụng trình bày như bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số dung dịch tẩy rửa thông dụng

Dung dịch rửa Thành phần

(%)

Nhiệt độ (0C)

Kim loại cần làm sạch

Ứng dụng

tiết rất bẩn Thủy tinh

Rửa các chi tiết rất bẩn

1.2.3 Các phương pháp tạo ra sóng siêu âm

Có hai phương pháp chính hiện nay đang sử dụng là: Magnetostrictive

Đầu phát gồm một khung từ được ghép bởi các tấm niken giống nhau

và được quấn quanh bởi một cuộn dây như hình vẽ, hai đầu cuộn dây được nối với nguồn điện xoay chiều có tần số f Khi cấp điện cho cuộn dây thì sẽ tạo ra từ truờng xung quanh cuộn dây và tạo ra dao động cho khung từ với cùng tần số Như vậy một dao động cơ học đã được bức xạ ra ngoài đó chính là sóng siêu âm

1.2.3.2 Phương pháp Piezoelectric

Nguyên tắc dựa vào tinh thể áp điện (Piezoelectric) biến các tín hiệu

điện thành tín hiệu dao động sóng và ngược lại biến các dao động cơ học thành tín hiệu điện (hình 1.17)

Hình 1.17 Phương pháp Piezoelectric

Thiết bị rửa đề tài nghiên cứu dùng phương pháp Piezoelectric Bộ phát siêu âm cho phương pháp Piezoelectric trình bày như hình 1.18 Để kết cấu gọn, bộ phát siêu âm của thiết bị rửa được đặt trong tủ điều khiển (hình 1.19)

Hình 1.18 Bộ phận phát siêu âm (Ultrasonic Generator)

Hình 1.19 Bộ phát siêu âm của thiết bị rửa được đặt trong tủ điều khiển

Chương 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

+ Xác định được chu trình rửa hợp lýcho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ và thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm

+ Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết bị và công nghệ rửa sử dụng sóng siêu âm để làm sạch bề mặt chi tiết máy

2.3 Nội dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị rửa sử dụng sóng siêu

âm

2) Nghiên cứu lý thuyết xác định ảnh hưởng của thông số khoảng cách tác động từ biến tử siêu âm đến đối tượng cần rửa và thời gian rửa khi rửa chi tiết máy

3) Nghiên cứu xây dựng mô hình thống kê thực nghiệm để kiểm chứng và xác định thông số tối ưu

4) Mô phỏng hoạt động của thiết bị rửa bằng sóng siêu âm trên các phần

mềm chuyên dùng

2.4 Cách tiếp cận

+ Kế thừa các thành tựu nghiên cứu trong và ngòai nước về công nghệ và thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm để làm sạch bề mặt chi tiết máy

+ Nghiên cứu đối tượng bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

+ Tiếp cận tối ưu bằng phương pháp giải tích các mô hình thống kê thực

nghiệm

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

2.5.1.1 Phương pháp kế thừa

Sử dụng phương pháp kế thừa thông qua tham khảo tài liệu từ mạng internet, sách giáo trình về sóng siêu âm nghiên cứu về cơ chế và nguyên lý rửa bằng sóng siêu âm và các giáo trình khác nhằm phục vụ cho đề tài

2.5.1.4 Phương pháp phân tích mô hình toán học

Phân tích mô hình toán học mô tả độ sạch chi tiết máy (bu lông) được rửa trên thiết bị, làm việc theo nguyên lý sóng siêu âm với hai nội dung + Mức độ ảnh hưởng về độ lớn lẫn chiều tác động của hệ số hồi quy đến mô hình

+ Phân tích sự ảnh hưởng bằng bề mặt đáp ứng (vẽ độ thị không gian 3 chiều)

Nhận dạng bề mặt đáp ứng của mô hình thống kê thực nghiệm bằng cách đưa về phương trình chính tắc

Từ phương trình mô hình dạng đa thức bậc II:

y = b0 + b1*x1 + b2*x2 + b11* x12 + b22*x22 + b12*x1*x2 (2.1) Trong đó: y – hàm số;

2.5.1.4 Phương pháp tối ưu hóa

a) Bài toán tối ưu hóa

Bài toán tối ưu hóa là nghiên cứu tối ưu hóa hàm mục tiêu được xây dựng bằng phương pháp quy họach thực nghiệm với ràng buộc kỹ thuật là giới hạn miền thực nghiệm phát biểu ở dạng mã hóa

Như vậy, đề tài thực hiện giải bài toán tối ưu hóa đơn mục tiêu như sau:

- Bài toán:

Hàm điều kiện: + 1,414  xi  – 1,414 ; i = 1,2

Trong đó: y – hàm hồi quy độ sạch chi tiết máy (bu lông) được rửa ở

dạng mã hóa, (%);

x1 – khoảng cách ở dạng mã hóa;

x2 – thời gian rửa t ở dạng mã hóa;

b) Giải các bài toán tối ưu hóa

Bài toán tối ưu hóa được giải bằng phần mềm tối ưu hóa do TS Nguyễn Như Nam và CN Nguyễn Trí Tấn (1998) xây dựng Đây là bài toán tối ưu có các ràng buộc là các không gian siêu phẳng lấp đầy Thuật toán lập trình là thuật toán dò tìm ngẫu nhiên kết hợp dò tìm trực tiếp tại lân cận giá trị tối ưu mà quá trình dò tìm ngẫu nhiên xác định được Sử dụng hàm mục tiêu là kết quả mô hình hoá thống kê bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm làm hàm mục tiêu tối ưu hoá

Điều kiện ràng buộc là giới hạn vùng thực nghiệm Bài toán tối ưu có dạng bài toán quy hoạch phi tuyến

2.5.1.5 Phương pháp mô phỏng

+ Sử dụng các phần mềm để mô phỏng quá trình làm việc của thiết bị rửa

2.5.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Hình 2.2 Bồn rửa siêu âm với 09 biến tử mắc nối tiếp

Điều kiện thí nghiệm:

+ Đối tượng chọn để thí nghiệm là : Các bù lon sạch đưa vào thiết bị quan sát (tương ứng độ sạch 100 %) được làm bẩn (tương ứng độ sạch 0 %) + Dung dịch tẩy rửa: NaOH 100 g/l, NaF 50g/l

+ Nhiệt độ dung dịch rửa: Theo phân tích tổng quan và kết quả nghiên cứu ở nội dung 1 và 2 được cố định 600 C

2.5.2.2 Các thông số nghiên cứu

a) Các thông số nghiên cứu đầu ra

Từ mục tiêu nghiên cứu, thông số nghiên cứu đầu ra đặc trưng cho chất lượng rửa chi tiết máy (bu lông) là độ sạch chi tiết máy sau khi rửa B

b) Các thông số nghiên cứu đầu vào

Từ kết quả nghiên cứu ở phần tổng quan và nội dung nghiên cứu 1 cho thấy, các thông số ảnh hưởng đến độ sạch chi tiết sau khi rửa gồm: + Khoảng cách đặt các chấn tử d [mm]

+ Thời gian rửa t [phút]

c) Phương pháp đo đạc

 Dụng cụ đo

+ Đo các thông số hình học: Dùng các loại thước đo chiều dài như thước mét, thước lá, calip, thước đo góc, thước kẹp

+ Đo độ sạch chi tiết: Sử dụng thiết bị phóng đại đo độ màu theo thang điểm

100 (hình 2.6) để kiểm tra độ sạch chi tiết

Hình 2.6 Thiết bị phóng đại quan sát kiểm tra độ sạch của chi tiết mẫu

trước và sau khi rửa

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm

3.1.1 Qui trình rửa bằng sóng siêu âm

Qui trình rửa bằng sóng siêu âm trình bày như hình 3.1

Hình 3.1 Qui trình rửa bằng siêu âm

Đầu tiên chi tiết được đưa vào thùng rửa sơ bộ bằng nước (có thể thêm hóa chất) nhằm phân rã một phần chất bẩn khỏi chi tiết

Sau đó chi tiết được đưa qua thùng rửa bằng sóng siêu âm Ở công đoạn này thùng rửa bằng sóng siêu âm có chứa dung môi và điện trở gia nhiệt nhằm tạo cho quá trình rửa được nhanh hơn

Tiếp đến chi tiết sẽ được đưa qua thùng đựng hóa chất nhằm phủ lên

bề mặt chi tiết một lớp hóa chất bảo vệ chống lại sự tác động của môi trường xung quanh

Cuối cùng chi tiết sẽ đuợc đưa qua thùng sấy Ở công đoạn này chi tiết sau khi phun hóa chất sẽ được sấy khô và được đưa ra ngoài

3.1.2 Cấu tạo của thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm

Thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm trình bày như hình 3.1 và 3.2 Thiết bị rửa bằng sóng siêu âm gồm có các bộ phận sau: Tủ điều

khiển trung tâm, tủ diện, robot tự hành, cảm biến hành trình, cảm biến xác định vị trí, hệ thống rung vỉ đựng, hệ thống khung đỡ, thùng chứa nước, thùng rửa bằng nước, thùng rửa bằng sóng siêu âm, thùng phun hóa chất, thùng sấy

Hình 3.2 Thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm

Hình 3.3 Cấu tạo hệ thống rửa bằng sóng siêu âm

3.1.2.1 Tủ điều khiển trung tâm

Hình 3.4 Tủ điều khiển trung tâm

Trong tủ điều khiển trung tâm gồm có bộ điều khiển PLC và các mạch điện dùng để điều khiển hoạt động của con robot, thời gian phát sóng, nhiệt độ của điện trở gia nhiệt

3.1.2.2 Tủ điện

Hình 3.5 Tủ điện điều khiển

Tủ điện được kết nối với tủ điều khiển trung tâm qua hệ thống dây cáp,

tủ điện gồm có công tắc dùng để điều khiển con robot hoạt động ở hai chế

độ bằng tay và tự động

3.1.2.4 Cảm biến hành trình

Cảm biến hành trình dùng để điều khiển chuyển động của tay gắp lên xuống theo đúng khỏang cách đã xác định trước

3.1.2.5 Cảm biến xác định vị trí

Cảm biến xác định vị tri dùng để điều khiển hoạt động của con robot

đi tới các vỉ đựng và mang chúng từ thùng rửa này sang thùng rửa khác

3.1.2.6 Hệ thống rung vỉ đựng

Hình 3.8 Cấu tạo cơ cấu nâng hạ vỉ

Hình 3.9 Bộ truyền cơ cấu nâng hạ vỉ

Vỉ đựng dùng để đựng các chi tiết cần rửa và được gắn trên hệ thống khung đỡ, vỉ được rung bằng cách nâng lên và hạ xuống trong lúc rửa

Cơ cấu nâng hạ vỉ, tạo chuyển động của vỉ trong các thùng rửa là chuyển động cơ cấu tay quay con trượt Có tất cả 8 cơ cấu tay quay con trượt

3.1.2.7 Khung đỡ

Hình 3.10 Cấu tạo hệ thống khung đỡ

Khung đỡ là bộ phận chịu lực chính của dây chuyền dùng để đỡ các thùng rửa và con robot

Hệ thống khung đỡ gồm những bộ phận sau:

- Thanh đỡ đường ray: thanh này có tác dụng đỡ đường ray đồng thời liên kết các chân đỡ thành một khối Thanh được làm bằng thép V40x3

- Thanh đỡ thùng trên: có tác dụng liên kết các chân đỡ chính lại với nhau, đỡ các khối V Thanh được làm bằng thép V40x3

- Thanh định vị: dùng để định vị tấm dẫn hướng của bộ truyền động thanh được làm bằng thép thanh 40x8

- Thanh đỡ thùng dưới: có tác dụng đỡ các thùng rửa, thùng sấy, thùng phun hóa chất Thanh được làm bằng thép V40x3

- Thanh giằng: đây là thanh chịu lực nhiều nhất của hệ thống khung, có tác dụng liên kết chân đỡ tạo thành một khối vững chắc đồng thời đỡ thanh đỡ thùng dưới Thanh được làm bằng thép V40x3

- Thanh đỡ bạc đạn: dùng để đỡ ổ đỡ tự lựa của bộ truyền động Thanh được làm bằng thép V40x3

- Chân đỡ: có tác dụng đỡ các thanh giằng, thanh đỡ đường ray, thanh

đỡ bạc đạn, thanh định vị, thùng rửa, thùng sấy, thùng phun hóa chất… và tất cả các bộ phận nằm trên nó Chân đỡ gồm chân đỡ phụ thép V40x3, chân đỡ chính thép hộp 40x1.5, thanh giằng phụ thép V40x3

Các chi tiết kể trên được lắp ghép với nhau bằng bulông

3.1.2.8 Thùng chứa nước

Hình 3.11 Cấu tạo thùng chứa nước

Thùng chứa nước để thu hồi và cung cấp nước cho các thùng rửa

3.1.2.9 Thùng rửa bằng nước

Hình 3.12 Cấu tạo thùng rửa bằng nước

Thùng rửa bằng nước dùng để rửa sơ bộ chi tiết, dưới tác dụng của hóa chất, chất bẩn sẽ được tách ra, cô đọng lại và được đưa ra ngoài hệ thống lọc Do thùng chứa hóa chất nên vật liệu làm thùng là thép không gỉ

SS 304 dày 1.5mm nhằm tránh sự ăn mòn hóa học

3.1.2.10 Thùng rửa bằng sóng siêu âm

Hình 3.13 Cấu tạo thùng rửa bằng sóng siêu âm

Đây là công đoạn làm sạch chi tiết bằng sóng siêu âm, thùng gồm có 3