BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY RỬA SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM
DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: B2009-22-47 TĐ

S KC 0 0 3 2 0 3

Danh mục hình vẽ

v

Danh mục bảng biểu

ix

Danh mục các từ viết tắt

x

Thông tin kết quả nghiên cứu

xi

PHẦN I MỞ ĐẦU

1

I.1 Tính cấp thiết của đề tài

1

I.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3

I.3 Cơ sở lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm


I.3.2.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất rửa

7

I.3.2 Các thành phần trong máy rửa siêu âm

10

I.4 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

10

I.5 Phương pháp nghiên cứu

17

I.6 Mục tiêu đề tài

18

I.7 Phạm vi của đề tài

18

PHẦN II

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

II.1 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống rửa


II.2.2 Tính toán thiết kế thanh đỡ thùng dưới

31

II.2.3 Tính toán thiết kế thanh giằng chính

35

II.2.4 Tính toán thiết kế chân đỡ

38

II.2.5 Tính toán thiết kế các thùng rửa

42

II.2.6. Tính toán mối ghép bulông

46

II.2.7 Tính toán thiết kế hệ thống rung

46

II.2.7.1 Tính toán các thông số đầu vào của bộ truyền động

47

II.2.7.2 Tính toán hệ dẫn động xích


II.2.11 Tính toán bố trí chấn tử

80

II.2.11.1 Sắp xếp vị trí các biến tử siêu âm

80

II.2.11.2 Cơ sở giao thoa sóng

80

II.2.11.3 Yêu cầu của quy trình công nghệ

83

II.2.11.4 Các kết quả thực nghiệm thăm dò khoảng cách tác động

83

II.3 Chế tạo và lắp ráp phần cơ khí

86

II.3.1 Chế tạo

86

II.3.2 Lắp ráp phần cơ khi



KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ

104

III. 1 Kết quả

104

III.2 Kiến nghị

105

Tài liệu tham khảo

106

PHỤ LỤC:
1. Hướng dẫn sử dụng hệ thống rửa bằng sóng siêu âm
2. Bản vẽ kỹ thuật của hệ thống và chi tiết
3. Các bài báo
4. Minh chứng đào tạo
5. Đánh giá Doanh nghiệp
6. Bản sao thuyết minh đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ đã được phê duyệt

Trang iv

108



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 I.2 Các chi tiết cần rửa có hình dạng phức tạp
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%

.
Hình I.3 Ví dụ rửa đai ốc bằng siêu âm

Hình I.4 Hình ảnh trước và sau khi rửa của chi tiết
Trang 2


Những ưu điểm nổi bật ấy của kỹ thuật tẩy rửa dùng sóng siêu âm là cơ sở chính để
nhóm nghiên cứu công nghệ rửa dùng sóng siêu âm phục vụ trong công nghiệp, ứng dụng
tẩy dầu mỡ, bụi…. , hy vọng trong tương lai nhóm sẽ cho ra những sản phục vụ tẩy rửa
các chi tiết có bề mặt phức tạp.
I.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với xu hướng sử dụng những công nghệ 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. Máy rửa
siêu âm sẽ thay thế cho các phương pháp tẩy rửa truyền thống sử dụng các dung dịch tẩy
rửa công nghiệp có thành phần hoá học gây độc hại cho môi trường và cho sức khoẻ con
người. 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 kích thước nhỏ và
hình dạng phức tạp.

-

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

I. 3 Cơ sở lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm
I.3.1 Sóng siêu âm
I.3.1.1 Định nghĩa sóng siêu âm
Sóng âm là dao động của các hạt của các chất rắn, chất lỏng và chất khí; đó là các
chất đàn hồi. Nói một cách khác sóng âm thanh là một sóng đàn hồi lan truyền trong môi
trường đàn hồi cũng có nghĩa là mọi vật thể đàn hồi đều lan truyền được sóng âm thanh.
Tuỳ theo dải tần người ta phân chia sóng đàn hồi thành các vùng sau:
-

-

Chu kỳ T là khoảng thời gian thực hiện 1 nén 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.

I.3.2 Lý thuyết làm sạch dùng sóng siêu âm
I.3.2.1 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…

chất bẩn bám trên bề mặt chi tiết sẽ được tách ra và kết tủa lại.
Chất bẩn

Dung dịch
Tẩy rửa
Chi tiết cần
làm sạch

Các bọt khí
của hóa chất
chuyển động
hổn độn va
chạm vào chất
bẩn làm chất
bẩn được tách
ra khỏi chi tiết

Chất bẩn được
tách ra khỏi chi
tiết cần được làm
sạch và kết tủa lại

Hình I.6 Hiện tượng vật lý của quá trình tẩy rửa bằng sóng siêu âm
I.3.2.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất rửa
a. Sóng siêu âm
Tùy theo đối tượng rửa mà tần số của sóng được chọn cho phù hợp trong khoảng từ 20Khz
đến 40Khz
b. Nhiệt độ
Cường độ tẩy rửa cũng phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch. Khi nhiệt độ dung dịch quá cao
thì áp suất khí trong bọt khí tăng làm giảm lực va đập trong quá trình xâm thực.


Thành phần

Nhiệt độ
0

(gam/lit)(%)
Na3PO4

30g/l

Kim loại cần làm sạch

Ứng dụng

Thép

Rửa các chi tiết

C

500C

rất bẩn

5 – 25 g/l
Thủy tinh lỏng

20 g/l


5 g/l

HNO3

40%

H2SO4

10%

H2 O

50%

H2SO4

4%

HNO3

9%

HCl

13%

H2 O

74%



rất bẩn

Nhôm

Làm bóng bề mặt

Trang 9

của nhôm


I.3.3 Các thành phần trong máy rửa dùng sóng siêu âm

Bồn dung môi
gia nhiệt

Chấn tử dao
động

Máy phát cao
tần

Hình I.8 Các thành phần trong máy rửa dùng sóng siêu âm
Bồn dựng dung môi: bồn dựng dung môi phải cứng vững, vật liệu làm bồn phải không bị
hóa chất ăn mòn, chịu nhiệt, vật liệu Inox thường được sử dụng để làm bồn rửa, vì hiệu
suất truyền sóng tốt có khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn cao
Chấn tử dao động: Thường được làm từ các kim loại có tính từ giảo (dưới tác dụng của
điện trường hoặc từ trường chúng thay đổi kích thước), các vật liệu làm chấn tử dao động
có thể là sắt, nikel, cobal và các hợp kim của chúng