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


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

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

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.


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


1.2.1.2. 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
16


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.
19
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
20


50
Thép
Rửa các chi
tiết rất bẩn
Thủy tinh
lỏng Na
3
PO
4
20
30
50
Thép
Rửa các chi
tiết rất bẩn
Thủy tinh
lỏng
20
50
Thép
Rửa các chi
tiết rất bẩn
Na
3
PO
4
Na
2
CO

HNO
3

HCl
H
2
O
49
13
14
-
50
Hợp kim thép,
Crôm, Niken,
Modiplen
Rửa các chi
tiết rất bẩn
NaOH
NaF

100
50
40 – 60
Nhôm
Làm bóng bề
mặt của nhôm
21 1.2.3. Các phương pháp tạo ra sóng siêu âm
Hình 1.19. Bộ phát siêu âm của thiết bị rửa được đặt trong tủ điều khiển. 24 Chương 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu tổng quát
Bước đầu nghiên cứu công nghệ và thiết bị rửa chi tiết máy sử dụng
sóng siêu âm làm cơ sở cho các ứng dụng và nghiên cứu khoa học.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
+ Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị rửa sử dụng sóng

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.
2.5.1.2. Phương pháp vật lý
Sử dụng lý thuyết sóng siêu âm để nghiên cứu nguyên lý làm việc cho
thiết bị làm sạch bề mặt vật liệu bằng phương pháp rửa bằng sóng siêu âm.
2.5.1.3. Phương pháp giải tích
Sử dụng các phương pháp giải tích toán học để biến đổi, khảo sát các
phương trình mô tả quá trình rửa bằng sóng siêu âm được lập bằng phương
pháp vật lý.
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).