THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA XE MÁY

1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ÁP LỰC NƯỚC TRONG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA XE MÁY

 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1. Nghiên cứu ứng dụng tia nước áp lực cao trong quá trình rửa.
2. Nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng xoáy của tia nước áp lực cao nhằm tăng hiệu quả của quá trình rửa.
3. Thiết kế chế tạo hệ thống rửa xe máy với các tiêu chí: tiết kiệm thời gian, tiết kiệm nhân lực, giảm chi phí rửa xe, bảo vệ môi trường và có thể đặt ở những nơi công cộng.
4. Thiết kế và mô phỏng với sự trợ giúp của phần mềm thiết kế.
5. Thử nghiệm đánh giá kết quả.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội nhu cầu của con người cũng ngày càng cao hơn, đòi hỏi sự tiện lợi và nhanh chóng trong công việc nhưng cũng đồng thời phải thân thiện với môi trường, để đạt được điều đó các nhà thiết kế và chế tạo luôn tìm cách phát triển những sản phẩm đã có và thiết kế ra những sản phẩm mới để đáp ứng phần nào những nhu cầu của con người.

Trong giai đoạn hiện nay nước ta đã bắt đầu thời kỳ hội nhập với thế giới. Tuy nhiên trên lĩnh vực khoa học và công nghệ thì chúng ta đang ở một khoảng cách khá xa. Để rút ngắn khoảng  cách đó thì chúng ta cần phải ứng dụng các thành tựu kỹ thuật công nghệ của thế giới vào thực tiễn trong nước để các ngành công nghiệp nói chung và chế tạo máy nói riêng có thể phát triển một cách nhanh chóng theo kịp trình độ phát triển của các nước trong khu vực và thế giới.

Vai trò của ngành cơ khí chế tạo ngày càng được Nhà nước đánh giá đúng mức và đầu tư cho nghiên cứu cũng như cho sản xuất ngày càng tăng. Ðiều đó một mặt góp phần nâng cao trình độ cơ khí chế tạo của đất nước, mặt khác tạo ra được các sản phẩm mới cho thị trường trong nước và hướng tới xuất khẩu, đồng thời củng cố và phát triển sự gắn kết giữa nghiên cứu với sản xuất và đào tạo. Các nhà khoa học của chúng ta đã tiếp cận được với trình độ thế giới như công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ đúc, tự động hóa, công nghệ cắt Plasma, lắp ráp chính xác hệ thống xi-lanh thủy lực chịu tải trọng lớn... Cùng với các công nghệ trên thì gia công bằng tia nước, rửa boong tàu biển bằng áp lực nước cũng đã phát triển mạnh mẽ.

Với ý tưởng thiết kế một hệ thống rửa xe tự động mà bản thân tôi đã ấp ủ từ lâu và  mong muốn phát triển hệ thống này một cách tốt nhất để ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

MỤC LỤC

1.6  Mục tiêu của đề tài:

Đây là đề tài nghiên cứu của tôi trong 3 năm qua, tuy còn gặp nhiều khó khăn trong thiết kế cũng như chế tạo nhưng tôi phấn đấu đạt được các nội dung sau:

• Nghiên cứu và khái quát được công nghệ rửa bằng tia nước áp lực cao.
• Tính toán, thiết kế được hệ thống rửa bằng tia nước;  mô phỏng hoạt động của máy.
• Ứng dụng được hiệu ứng xoáy vào trong hệ thống rửa bằng tia nước áp lực cao.
• Chế tạo được hệ thống rửa cho các loại xe máy, độ sạch 70%, còn lại ta sẽ lau khô.

1.7 Các nội dung nghiên cứu:

• Nghiên cứu công nghệ rửa bằng tia nước, áp dụng vào một hệ thống cụ thể là rửa xe máy.
• Nghiên cứu ứng dụng được hiệu ứng xoáy vào trong hệ thống rửa bằng tia nước áp lực cao nhằm tăng hiệu quả và tăng năng suất khi rửa.
• Mô phỏng hoạt động và tính toán thiết kế hệ thống.
• Nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả.

1.8 Dự kiến cấu trúc đề tài:

• Phần A: Tổng quan về đề tài nghiên cứu
• Phần B: Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về công nghệ rửa bằng áp lực nước

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của công nghệ rửa bằng áp lực nước

Chương 3: Nghiên cứu tác động của hiệu ứng xoáy của tia nước trong hệ thống rửa

Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống, thiết kế bộ lọc nước.

Chương 5: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống, điều chỉnh hệ thống chọn các thông số tối ưu.

• Phần C : Kết luận & Hướng phát triển của đề tài

............................................................................................................

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG,

 THIẾT KẾ BỘ LỌC NƯỚC

1. . Đặt vấn đề:

•  Ta phải thiết kế hệ thống sao cho nó có thể mang vòi phun đi khắp các bề mặt phía ngoài của xe máy, những bề mặt bên trong ta có thể bố trí các vòi phun phụ  nhằm rửa sạch các ngóc ngách.
• Có nhiều loại xe máy và có nhiều hình dáng khác nhau nên điều khiển theo phương Y là rất khó khăn và không cần thiết do phạm vi rửa của tia nước như đã thiết kế ở chương 2 là X_v=(200X300)mm do đó ta có thể khống chế phương Y. Như vậy khoảng cách từ vòi phun tới bề mặt rửa luôn thay đổi ttrong khoảng (200X300)mm.
• Để tăng hiệu suất khi rửa, ta kết hợp tia nước có chứa dung dịch rửa. Sau khi vòi phun đưa xe vào hệ thống ta rửa qua một lần bằng nước bình thường, sau đó rửa bằng tia nước có chứa dung dịch rửa và rửa lại bằng nước sạch.
• Bộ tăng áp và máy bơm được tính toán để chọn mua theo yêu cầu của áp suất

1. . Đặc điểm của xe máy:

• Bề mặt của xe máy không bằng phẳng như của xe ô tô. Có rất nhiều ngóc ngách…Do đó ta không thể nào áp dụng phương pháp ma sát để rửa như hệ thống rửa xe tự động của ô tô.
• Chiều dài của xe máy khoảng 1,8 m; rộng: 0,7m; cao: 0,6 m; khối lượng khoảng 100kg.
• Chủng loại của xe máy rất đa dạng nên kích thước và hình dáng của chúng cũng khác nhau nên rất khó áp dụng phương pháp ma sát để áp dụng cho xe máy.     Ta có thể thiết kế hệ thống rửa này bằng cách dùng cảm biến  dò khoảng cách để tự động điều khiển vòi phun, tuy nhiên đây là môi trường  có nước và chất bẩn nên rất dễ bị nhiễu và đối tượng mua thiết bị của ta khó khắc phục điều khiển hệ thống này.

 Ta cũng có thể thiết kế hệ thống này theo phương pháp cơ nhưng phải điều khiển theo chương trình số, điều khiển cả 3 trục như máy CNC nhưng giá thành của hệ thống sẽ quá cao, không phù hợp với đối tượng là rửa xe máy.

Qua phân tích như trên để thiết kế hệ thống rửa xe máy tự động thì phải dùng phương pháp linh hoạt mới có thể rửa được xe máy. Do đó ứng dụng tia nước áp lực cao vào hệ thống này là hợp lý nhất.

1. . Các phương án có thể lựa chọn để rửa hết bề mặt của xe gắn máy.

5. Xe chuyển động theo phương X, vòi phun chuyển động theo phương  Z.

• Ưu điểm: Phối hợp các chuyển động của vòi phun dễ vì chỉ còn 1 bậc tự do duy nhất là phương Z.
• Nhược điểm: xe chuyển động thì rất dễ gây nên va quẹt nên đảm bảo độ an toàn cho xe là rất khó, vả lại xe có khối lượng lớn nên truyền động cho xe di chuyển khó. Thêm vào đó, muốn xe chuyển động  thì phải đặt xe trên bàn trượt, khi đó bàn trượt này sẽ chắn các tia nước từ dưới lên nên không rửa được các bộ phận bên dưới của xe. Phương pháp này không khuyến khích sử dụng.
• 

5. Xe đứng yên,  vòi phun chuyển động theo trục X và trục Z
   

   Hình 4-2: Phương chuyển động của vòi phun

6. Ưu điểm: Xe đứng yên nên an toàn cho xe, truyền động cho các vòi phun theo các trục sẽ nhẹ nhàng hơn truyền động cho xe di chuyển. Đồng thời khi xe đứng yên ta dễ điều khiển vòi phun phụ tới những nơi mà vòi phun chính không thể phun tới.
7. Nhược điểm: Điều khiển vòi phun đồng thời theo 2 phương là khó khăn hơn và nhất là nó mang theo các ống dây có áp suất cao ( luôn có xu hướng duỗi thẳng ra).

Qua phân tích ưu nhược điểm của hai phương án trên ta chọn phương án thứ hai tức là  xe đứng yên và vòi phun chuyển động theo phương X và phương Z.

Hình 4-3: Mô hình không gian của hệ thống

(Hình ảnh trên đã được ẩn một tấm chắn nước)

• Sau khi cho xe vào hệ thống, xe được cố định trên hệ khung 14 (hình4-3)  nước sạch từ bồn số 4 được tăng áp nhờ bộ tăng áp 16 và máy bơm 15, nước được dẫn tới vòi phun 11 qua hệ thống đường ống số 6, hai động cơ truyền động theo trục Z (số 8) chuyển động đồng thời qua hai hệ thống dây cáp 10 đến con trượt 12, con trượt này trượt trên hai thanh tròn số 13 mang vòi phun di chuyển theo trục Z. Khi con trượt 12 lên vị trí cao nhất thì công tắc hành trình 19 sẽ được kích hoạt, động cơ 8 đổi chiều, con trượt đi xuống, khi đi hết hành trình thì công tắc 18 được kích hoạt, động cơ 8 đổi chiều và hành trình được tiếp tục.
• Trong khi vòi phun chuyển động theo trục Z thì động cơ truyền động theo trục X hoạt động đồng thời, thông qua hai dây đai 3 mang hệ khung 9 chuyển động dọc trục X. Khi đi hết hành trình thì công tắc hành trình 1 được kích hoạt, động cơ truyền động trục X đổi chiều, hệ khung 9 đi ngược lại, khi đến công tắc hành trình 17 thì nó kích hoạt công tắc này làm động cơ trục X đổi chiều và hành trình được tiếp tục.
• 
•  Kết hợp giữa các chuyển động này sẽ mang vòi phun đi hết bề mặt của xe. Để làm được việc đó thì động cơ truyền động theo phương X phải mang hệ thống vòi phun đi hết chiều dài của xe đồng thời động cơ truyền động theo phương Z phải mang hai vòi phun chạy liên tục theo phương Z. Đây là quá trình rửa ban đầu.
• Khi công tắc hành trình 17 (hình4-3) được kích hoạt, hệ khung chạy được một hành trình kép, van 5 (hình4-4) của bồn nước chứa dung dịch rửa (số 3 hình4-4) mở ra, van 6 của bồn nước sạch (số 4 hình4-4) đóng lại, nước có dung dịch rửa sẽ được bơm lên vòi phun quá trình rửa chính được thực hiện.
• Tương tự cho quá trình rửa với nước có dung dịch rửa, khi công tắc hành trình 17 (hình4-3) được kích hoạt thì van 5 của bồn nước chứa dung dịch rửa đóng lại, van 6 của bồn nước sạch mở ra, nước sạch sẽ được bơm lên vòi phun để rửa lại.
• . Thiết kế và mô phỏng với sự trợ giúp của phần mền thiết kế

Để thuận lợi trong thiết kế các cơ cấu, vị trí tương quan của các chi tiết, nguyên lý hoạt động của từng cụm chi tiết và hoạt động của toàn bộ hệ thống thì cần thiết dựa vào phần mềm thiết kế. Có nhiều phần mềm phục vụ cho công việc này nhưng thông dụng nhất là phần mềm Pro Engineer.

Nói chung mục tiêu về độ sạch của hệ thống là 70% thì có thể đạt được. những nơi khó rửa (theo mũi tên trên hình 5-7) thì phải lau lại. Tôi đang tìm cách để tăng độ sạch này lên. Có thể kết hợp với phương pháp rửa bằng ma sát cho hệ thống này để tăng độ sạch khi rửa.

1. Đánh giá về tính kinh tế, bảo vệ môi trường:

  Vì hầu hết nước được thu hồi và tái sử dụng nên rất thân thiện với môi trường, mỗi xe khi rửa chỉ thải ra ngoài khoảng  20 lít nước (gồm cả đất cát) sau khi lọc.

Thời gian rửa mỗi xe là 20 phút vẫn nhanh hơn rất nhiều so với rửa xe bằng tay. Vì thời gian ngắn nên hi vọng sẽ kích thích được nhu cầu rửa xe của mọi người và nhờ tính mới của nó thì tính tò mò có thể được phát huy.

Diện tích sử dụng cho hệ thống này khoảng 10m² và không cần có mặt bằng mắc tiền.

KẾT LUẬN

        Rửa bằng tia nước là vấn đề còn khá mới mẻ đối với những người làm kỹ thuật ở nước ta. Tài liệu, thông tin về máy chưa có nhiều, phần lớn tài liệu sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài được tham khảo từ các sách, trang web nước ngoài và một số tài liệu trong nước. Sau một thời gian thực hiện tuy gặp nhiều khó khăn nhưng đề tài đã đạt được một số kết quả như sau:

•  Tìm hiểu lý thuyết, nguyên lý và thiết bị của công nghệ rửa bằng áp lực nước
• Nghiên cứu ứng dụng được hiệu ứng xoáy vào trong hệ thống rửa bằng tia nước áp lực cao nhằm tăng hiệu quả và tăng năng suất khi rửa.
•  Thiết kế và mô phỏng động học hệ thống cơ khí của hệ thống.
• Chế tạo được hệ thống rửa xe.

        Sau thời gian thiết kế và chế tạo hệ thống rửa xe, tuy không được sạch hoàn toàn nhưng có thể được coi là thành công như mục tiêu đề ra.

        Thời gian thực hiện đề tài còn ngắn để thực hiện việc thiết kế và chế tạo cho hệ thống này nên không thể tránh khỏi những sai sót nên rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để hệ thống được hoàn thiện hơn.

Trân trọng cảm ơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

-----&&&-----

1. Phạm Ngọc Tuấn - Nguyễn Văn Tường, Các phương pháp gia công đặc biệt,  Nhà xuất bản  Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2007.
2. A. K. Gupta, D. G. Lilley, N. Syred - Swirl Flows - Abacus Press, 1984.
3. Châu Kim Lang, Phương pháp nghiên cứu khoa học, Trường ĐHSPKT TP.HCM, 1989.
4. Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1999.
5. Miller, R.K., Waterjet Cutting, Technology and Industrial Applications, SEAI Technical Puplications, P.O. Box 590, Madison, GA 30650, 1985
6. Nguyễn Thanh Nam,  Cơ học lưu chất tính toán, Nhà xuất bản  Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2008.
7. Nguyễn Thanh Nam – Võ Tuyển, Bài báo về “ Nghiên cứu tác động của hiệu ứng xoáy tới thông số kỹ thuật của dòng phun trong kỹ thuật tưới phun“
8. Võ Tuyển, nghiên cứu lý thuyết dòng rối xoáy hai pha và kỹ thuật tưới phun, chuyên đề nghiên cứu sinh, đại học Bách khoa Tp. HCM
9. Trần Đình Đệ, Nghiên cứu máy cắt tia nước điều khiển CNC, Luận văn cao học Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, 2008