Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho thiết bị rửa các chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xác định một số thông số tối ưu cho thiết bị rửa các chi tiết máy sử dụng sóng siêu âm

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
1 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.
2 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.
3 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 ”.
4 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 lý cho thiết bị rửa sử dụng sóng siêu âm.
5 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.
6 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.
7 Hình 1.4. Các máy rửa siêu âm của hãng Telsonic AG – Thụy Sỹ. Hình 1.5. Module máy rửa của SONOREK TECHNIK.
8 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 Sóng Nhiệt độ siêu âm Thời gian Hóa chất rửa 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:
9 Bồn rửa: Làm bằng các tấm thép không gỉ, độ dày 2 mm, được hàn lại với nhau. Có rãnh tràn nước thải và đường xả nước thải. Tích hợp RM 40 UH bộ phát sóng siêu âm. Mặt trong bồn có góc vuông. Bồn rửa: Cấu tạo như trên. Bộ phát sóng siêu âm nằm bên ngoài. ZM 112 UHL 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. MB Khung đỡ: Có thể đặt thêm thiết bị tạo dao động Bộ lọc: Được kết nối với các bồn rửa siêu âm. Các thành phần bị loại bỏ được giữ lại bởi bộ lọc. Điều này kéo dài việc sử dụng các dung dịch rửa trong khi khả năng làm sạch của nó vẫn không thay đổi.
10 Bộ tách dầu: Được kết nối với các bể làm sạch siêu âm, nếu thành phần chất bẩn có dầu hoặc mỡ sẽ được làm sạch. Các chất bản tích lũy nổi trên bề mặt được dẫn qua các rãnh tràn vào bộ tách dầu và phân tách bằng các phương thức của lực hấp dẫn. Xử lý nước: Được kết nối với bồn rửa để loại bỏ các vết nước còn đọng lại trên sản phẩm đã rửa. Bồn sấy: Các bộ phận sau khi rửa sạch được sấy khô để nhanh chóng loại bỏ hơi ẩm còn lại. Rổ đựng sản phẩm: Bảo vệ sản phẩm rửa và tránh va đập với bồn rửa. Nắp đậy: Bảo vệ dung dich rửa không bị nhiễm bẩn.
11 Máy phát sóng siêu âm: Tần số 25kHz, 40kHz Biến tử siêu âm 1.1.2.4. Cách lắp đặt biến tử siêu âm - Biến tử siêu âm 1,2,3,4 đặt ở mặt đáy và mặt bên của thùng chứa. 1 5 4 3 2 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
12 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.
13 - 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.
14 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.
15 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 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
16 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
17 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
18 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.