Đồ án: tốt nghiệp thiết kế nhà máy sản xuất lốp xe máy không săm năng suất

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế nhà máy sản xuất lốp xe máy không săm năng suất 2 000 000 lốpnăm, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Huyết Thủ
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Lê Thanh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Thiết Kế Nhà Máy Sản Xuất Lốp Xe Máy Không Săm Năng Suất 2,000,000 Lốp/Năm
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Thiết Kế Nhà Máy Sản Xuất Lốp Xe Máy

Thiết kế nhà máy sản xuất lốp xe máy là một đề tài tốt nghiệp quan trọng trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật hóa học, đặc biệt là chuyên ngành polymer. Đây là quá trình toàn diện từ khảo sát thị trường, lựa chọn địa điểm, thiết kế quy trình sản xuất cho đến tính toán cân bằng vật chất. Lốp xe máy không săm là sản phẩm tiêu dùng thiết yếu với nhu cầu cao trên thị trường, đòi hỏi công nghệ sản xuất hiện đại và chất lượng ổn định. Bài viết này sẽ giới thiệu toàn bộ quá trình thiết kế nhà máy lốp xe máy với năng suất 2,000,000 sản phẩm/năm, bao gồm các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và quản lý. Việc thực hiện đề án này giúp sinh viên vận dụng kiến thức học được vào thực tiễn sản xuất công nghiệp.

1.1. Định Nghĩa và Tầm Quan Trọng

Khóa luận tốt nghiệp thiết kế nhà máy là công việc tốt nghiệp bắt buộc của sinh viên khối kỹ thuật. Nó đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức sâu về công nghệ sản xuất, quy trình hóa học, và khả năng thiết kế hệ thống sản xuất toàn diện. Lốp xe máy không săm đòi hỏi các lớp nguyên liệu khác nhau, từ inner-liner đến mặt lốp, yêu cầu độ chính xác cao trong từng bước sản xuất.

1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Cơ Bản

Để hoàn thành thiết kế nhà máy sản xuất lốp, sinh viên cần thực hiện: phân tích thị trường và lựa chọn địa điểm xây dựng; thiết kế sản phẩm và đơn pha chế hỗn hợp cao su; xây dựng quy trình sản xuất chi tiết gồm 12 bước từ chuẩn bị nguyên liệu đến kiểm tra chất lượng; tính toán cân bằng vật chất cho năng suất 2,000,000 lốp/năm; và thiết kế layout nhà máy phù hợp.

II. Cấu Trúc Sản Phẩm Lốp Xe Máy Không Săm

Lốp xe máy không săm là sản phẩm cao su composite gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau, mỗi lớp có chức năng riêng. Cấu trúc này được thiết kế để đảm bảo độ bền, độ đàn hồi, khả năng chịu lực và tuổi thọ của sản phẩm. Thiết kế sản phẩm trong đề án tốt nghiệp yêu cầu tính toán chính xác kích thước, khối lượng từng lớp cao su. Việc lựa chọn nguyên liệu thích hợp và thiết kế đơn pha chế hỗn hợp cao su là yếu tố then chốt quyết định chất lượng sản phẩm cuối cùng. Mỗi thành phần từ vùng mặt lốp, thân lốp, hông lốp đến lớp inner-liner đều được tính toán cẩn thận.

2.1. Các Lớp Cấu Thành Chính

Lốp xe máy không săm bao gồm: vùng mặt lốp (tread), vùng thân lốp (sidewall), vùng hông lốp (bead), và lớp inner-liner. Mỗi vùng sử dụng hỗn hợp cao su khác nhau với công thức riêng. Inner-liner là lớp lót bên trong chống rò rỉ khí; thân lốp chịu uốn cong; mặt lốp tiếp xúc với mặt đường; hông lốp kết nối với mâm xe.

2.2. Quy Cách và Yêu Cầu Kỹ Thuật

Thiết kế lốp xe máy yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về kích thước, khối lượng, độ cứng cao su (Shore A), độ bền kéo và độ dãn dài. Quy cách sản phẩm của nhà máy được xác định dựa trên nhu cầu thị trường và tiêu chuẩn ngành. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) phải thực hiện ở từng bước sản xuất để đảm bảo tuân thủ yêu cầu.

III. Quy Trình Sản Xuất Chi Tiết

Quy trình sản xuất lốp xe máy không săm là một hệ thống phức tạp gồm 12 bước liên tiếp, từ chuẩn bị nguyên liệu cho đến kiểm tra chất lượng và đóng gói. Mỗi bước trong quy trình chi tiết đòi hỏi điều kiện nhiệt độ, áp suất, và thời gian chính xác. Thiết kế nhà máy sản xuất phải sắp xếp các máy móc theo trình tự logic để tối ưu hóa dòng vật liệu. Công đoạn luyện kín và luyện hở là nền tảng để chuẩn bị hỗn hợp cao su có tính chất phù hợp. Sau đó, các công đoạn tạo lớp, cán tráng, cắt vải, ép suất, bọc tanh và thành hình được thực hiện tuần tự, cuối cùng là lưu hóa để giúp cao su đạt tính chất cuối cùng.

3.1. Chuẩn Bị Nguyên Liệu và Luyện Kín

Chuẩn bị nguyên liệu là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất lốp. Tất cả các nguyên liệu như cao su, carbon black, chất trợ xúc tiến, chất phòng lão phải được kiểm tra chất lượng. Luyện kín là quá trình trộn lẫn cao su với các phụ gia ở nhiệt độ cao (150-180°C) để tạo hỗn hợp cao su đồng nhất. Công đoạn này sử dụng máy luyện Banbury hoặc máy luyện cam để đạt độ trộn lẫn tối ưu.

3.2. Thành Hình Lưu Hóa và Kiểm Tra Chất Lượng

Thành hình (vulcanization molding) là công đoạn ghép các lớp cao su lại với nhau và nung lúc dưới áp suất cao. Lưu hóa xảy ra trong khuôn nóng ở nhiệt độ 150-170°C trong 15-25 phút, tạo liên kết chéo giữa các phân tử cao su. Kiểm tra chất lượng sản phẩm (KCS) kiểm tra kích thước, độ cứng, độ bền kéo, và các khuyết tật bề mặt trước khi đóng gói.

IV. Cân Bằng Vật Chất và Thiết Kế Nhà Máy

Cân bằng vật chất là phần tính toán quan trọng trong đề án thiết kế nhà máy sản xuất lốp xe máy với năng suất 2,000,000 sản phẩm/năm. Bước này xác định khối lượng chính xác của từng thành phần: inner-liner, lớp vải mành cán tráng, cao su bọc tanh, mặt lốp, và hông lốp. Tính toán cân bằng vật chất dựa trên kích thước lốp, khối lượng riêng của cao su (0.92 g/cm³), và hệ số lạm phát. Ví dụ, lớp inner-liner cần 200-250g cao su, mặt lốp cần 400-500g, vải mành cần 100-150g/lớp. Tổng khối lượng một lốp khoảng 1.2-1.5kg. Với năng suất 2,000,000 lốp/năm, nhà máy cần tiêu thụ khoảng 2,400-3,000 tấn cao su nguyên liệu và các phụ gia tương ứng mỗi năm.

4.1. Tính Toán Năng Suất Hàng Ngày

Năng suất sản xuất trong 1 ngày được tính từ công suất hàng năm: 2,000,000 lốp/năm ÷ 300 ngày làm việc = 6,667 lốp/ngày. Mỗi ca làm việc 8 giờ có thể sản xuất ~2,800 lốp. Cân bằng vật chất hàng ngày xác định lượng nguyên liệu cần chuẩn bị: cao su, carbon black, dầu khoáng, chất trợ xúc tiến. Tính toán này giúp thiết kế nhà máy xác định dung tích các bồn chứa, cơ cấu vận chuyển vật liệu.

4.2. Thiết Kế Layout và Công Suất Máy Móc

Layout nhà máy sản xuất lốp phải bố trí máy móc theo trình tự công đoạn, từ kho nguyên liệu đến kho sản phẩm thành phẩm. Số lượng máy luyện, máy ép, máy vulcanize được tính dựa trên năng suất thiết kế. Ví dụ, cần 2-3 máy luyện Banbury, 4-5 máy ép, 10-15 máy vulcanize để đạt năng suất 2,000,000 lốp/năm. Thiết kế nhà máy cũng phải xem xét an toàn lao động, bảo vệ môi trường, và hệ thống tiêu thoát khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Thị trường lốp xe máy 1.1 Thị trường lốp xe máy trên thế giới Lịch sử phát triển của ngành lốp xe máy đã hơn một trăm năm, bắt đầu từ việc John Boyd Dunlop phát minh ra lốp bơm căng vào năm 1988 áp dụng cho các loại xe đạp cơ bản và các mẫu xe máy đơn giản. Sau đó, nhờ vào bộ phận nghiên cứu và phát triển của các nhà sản xuất nên chúng được sử dụng rộng rãi trên tất cả các loại xe máy chuyên dụng và bình thường. Ngoài ra, thị trường lốp xe máy đã tăng mạnh do nhu cầu của người tiêu dùng đòi hỏi sự an toàn và trải nghiệm được nâng cao. Theo kết quả nghiên cứu mới nhất của các nhà phân tích thị trường hàng đầu TechSci Research, sự gia tăng doanh số bán xe hai bánh và các sáng kiến của của chính phủ nhằm bổ sung sự phát triển của xe hai bánh chạy điện đang thúc đẩy sự phát triển của thị trường lốp xe hai bánh trên toàn cầu.

Sự gia tăng nhu cầu về xe hai bánh ngày càng phát triển và mở rộng. Một phần do thu nhập bình quân đầu người của người dân trên toàn cầu ngày càng tăng, là phương tiện giao thôn phù hợp hơn so với giao thông công cộng và việc các công ty kinh doanh thương mại điện tử sử dụng rộng rãi là các yếu tố chính thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường săm lốp xe hai bánh. Việc sử dụng xe hai bánh thường xuyên và nhu cầu ngày càng tăng sẽ làm gia tăng tỷ lệ thay thế lốp xe, săm xe do đó sẽ tác động tích cực đến nhu cầu thay thế. Trên thế giới, thị trường xe hai bánh chủ yếu tập trung tại Châu Á Thái Bình Dương.

Hai trong số các quốc gia lớn có vai trong quan trọng trong khu vực Châu Á Thái Bình Dương là Ấn Độ và Trung Quốc. Do đó, các quốc gia này chiếm số lượng cao nhất về doanh số bán xe hai bánh (doanh số năm 2019 của Ấn Độ là 21 triệu chiếc và doanh số năm 2019 của Trung Quốc là 16 triệu chiếc). Cả hai quận đều chiếm hơn 80% thị trường lốp xe hai bánh toàn cầu. Các thị trường mới nổi khác về lốp xe hai bánh bao gồm indonesia, Việt Nam, Nhật Bản, Thái Lan[1], v.1: Thị trường lốp xe máy toàn cầu năm 2015 – 2025 (triệu chiếc) Một yếu tố chính nữa đang làm tăng nhu cầu về xe hai bánh trên toàn cầu là điều kiện đường xá kém ở nhiều quốc gia trong khu vực châu Á và châu Phi.

Các nước sử dụng xe hai bánh lớn nhất là Ấn Độ, Trung Quốc, indonesia, Việt Nam. Nơi có cơ sở hạ tầng đường bộ chưa phát triển đúng mức, điều này đang thúc đẩy việc sử dụng xe máy so với xe ô tô và các phương tiện giao thông khác. Đường thi công kém, hỏng hóc cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc thay lốp trước thời gian dự kiến. Báo cáo nghiên cứu chỉ ra rằng đây yếu tố thúc đẩy nhu cầu cao về lốp xe hai bánh ở những khu vực này.2: Nhu cầu thị trường lốp xe máy năm 2015 – 2025 2 Nhu cầu về lốp xe hai bánh bắt nguồn từ hai hoạt động chính là từ nhà sản xuất xe máy (OEM) và nhu cầu thay thế lốp xe.

Ngoài ra việc mở rộng mạng lưới bán xe hai bánh trên toàn cầu của các nhà sản xuất xe hai bánh lớn nhằm hướng đến những quốc gia mà hộ ít hiện diện hơn, làm tăng sức mua của người dân ở các nước đang phát triển và ưa chuộng xe hai bánh hơn các phương tiện khác do cơ sở hạ tầng đường bộ chưa phát triển, đặc biệt ở các nước đang phát triển dự kiến sẽ thúc đẩy nhu cầu về lốp OEM khi doanh số bán xe hai bánh tăng lên. Mặt khác, do quy mô đội xe mô tô, xe tay ga và xe gắn máy tăng đều đặn, dự kiến sẽ thúc đẩy nhu cầu thay thế lốp xe cho xe hai bánh[1]. Ngoài ra các sự kiện như MotoGP, British Grand Prix và các giải đua xe máy chuyên nghiệp khác cũng sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường săm lốp xe máy trong tương lai gần.2 Thị trường lốp xe máy của việt nam Theo số liệu của chuyên trang thống kê Motorcyclesdata.com, trong nửa đầu năm 2019, bất chấp sự sụt giảm 5.3% doanh số so với cùng kỳ năm ngoái, thị trường xe máy Việt Nam vẫn đứng thứ 4 trên thế giới, với khoảng 1.5 triệu xe bán ra. Viện nghiên cứu chiến lược Chính sách Công nghiệp (IPSI) thuộc Bộ Công nghiệp cho biết, hiện tiềm năng phát triển ngành xe máy trong nước vẫn còn rất lớn, nhất là đối với các dòng xe cao cấp.

Theo dự báo của IPSI, đến năm 2020 tại hai thành phố lớn là Hà Nội và TP.HCM, tỷ lệ xe máy trên tổng số các phương tiện giao thông chiếm từ 30% đến 35%. Đặc biệt, nhu cầu về xe máy tại các vùng nông thôn VN sẽ tăng mạnh do đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Đến cuối năm 2019 có khoảng 60 triệu xe đang lưu thông, theo thống kê của bộ giao thông vận tải.3 Thị trường tiêu thụ ô tô, xe máy ở các nước thuộc khu vực ASEAN 2019 Hiện tại, các doanh nghiệp nội địa có khả năng cạnh tranh tốt, chiếm lĩnh thị trường săm lốp thay thế dành cho xe máy: CSM tiêu thụ được 28.5 triệu chiếc, DRC tiêu thụ được 6.4 triệu chiếc và SRC 7.2 triệu chiếc săm lốp xe máy. Theo ước tính, các doanh nghiệp nội địa chiếm khoảng 70% thị phần săm lốp xe máy[2].

Theo ước tính, tỉ lệ thay thế đối với lốp xe máy là khoảng 0.85, tức là hàng năm mỗi 1,000 chiếc xe máy thay trung bình 850 chiếc lốp xe; và mỗi chiếc xe máy mới tiêu thụ 2 chiếc lốp OEM. Kết hợp với dự báo về doanh số bán xe và số lượng xe máy trong lưu thông như trên, chúng tôi ước tính nhu cầu lốp xe máy năm 2020 sẽ đạt 57 triệu chiếc, trong đó 6 triệu chiếc được tiêu thụ qua kênh OEM (chưa tính lốp xe lắp ráp trên xe máy xuất khẩu) và 51 triệu chiếc phục vụ cho nhu cầu thay thế. Tổng nhu cầu lốp xe máy đạt tăng trưởng bình quân hàng năm khoảng 6.5% trong giai đoạn 2016 – 2020. Trên thị trường hiện nay cũng có khá nhiều đơn vị cung cấp loại lốp không săm cho xe máy.

Một số hãng uy tín từ nước ngoài như Bridgestone, duro… tới những hãng liên doanh ở trong nước như kenda, casumina,…[3] 4 Hình 1.4: Top doanh nghiệp lốp xe máy đạt được sự hài lòng của khách hàng (%) Hình 1.5: So sánh Doanh thu của các doanh nghiệp trong nước năm 2019 - 2020 Tuy nhiên thị trường xe máy trong nước vẫn là thị trường có tiềm năng phát triển rất lớn, với lượng tiêu thụ ngày càng tăng. Nhận thấy được điều đó, nên nhà máy chọn năng suất sản xuất là 2000000 lốp/năm. Các sản phẩm chủ yếu cung cấp cho thị trường trong nước[4]. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm tọa lạc của nhà máy có ý nghĩa quan trọng với sự phát triển của doanh nghiệp.

Cho nên cần phải lựa chọn đúng một khu vực có đầy đủ các yếu tố phù hợp với hướng phát triển của doanh nghiệp.1 Nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy có thể dựa vào những nguyên tắc cơ bản sau đây: ✓ Địa điểm xây dựng nhà máy phải gần với nguồn cung cấp vật tư, nguyên liệu, năng lượng (điện, nhiên liệu, khí…), nguồn lao động và gần với nguồn tiêu thụ sản phẩm trước mắt và lâu dài. ✓ Địa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch dài hạn, phân vùng kinh tế, phân vùng khu dân cư và quốc phòng của trung ương và địa phương. ✓ Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy phải có điều kiện thiên nhiên (khí hậu, địa chất, thủy văn…) thuận lợi cho quá trình sản xuất của nhà máy, đảm bảo chất lượng sản phẩm, phát huy năng lực và hiệu quả sản xuất theo thiết kế. ✓ Nắm rõ điều kiện khí hậu tại địa điểm xây dựng nhà máy.

Quá trình bố trí mặt bằng phải đảm bảo thông gió, chiếu sáng tự nhiên cho nhà máy. ✓ Nhà máy được thiết kế xây dựng và sửa chữa, bảo dưỡng phù hợp với các thao tác sản xuất sẽ diễn ra. ✓ Bố trí mặt bằng và thiết kế của nhà máy phải nhằm mục đích giảm tối đa nguy cơ sai sót và đảm bảo làm vệ sinh cũng như bảo dưỡng có hiệu quả. ✓ Vị trí khu vực phụ cận xung quanh của nhà máy cũng rất quan trọng: mặt đường phải đủ rộng và tốt để các xe vận tải chuyên chở nguyên liệu có thể ra vào dễ dàng.

Và phải đảm bảo biện pháp phòng chống ô nhiễm tốt cho nhà máy và khu vực xung quanh.2 Địa điểm được chọn Chọn KCN Phước Đông – Tây Ninh để lắp đặt nhà máy.6: Vị trí khu công nghiệp Phước Đông – Tây ninh Từ các yêu cầu trên, lựa chọn một số địa điểm xây dựng nhà máy chủ yếu tập trung ở những nơi gần nguồn cung cấp cao su nguyên liệu.7: Vị trí đặt nhà máy tại Khu Công nghiệp Phước Đông – Tây Ninh Dưới đây là một số thông tin về KCN Phước Đông – Tây Ninh.1: Sơ lược về Khu công nghiệp Phước Đông – Tây Ninh KCN Phước Đông Vị trí Đường tỉnh lộ 782, xã Phước Đông, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh Nằm ở trung tâm kết nối Tây Ninh với TP.HCM Đặc điểm Cách trung tâm TP.HCM 55 km địa lý Cách thị xã Tây Ninh 32 km Cách của khẩu quốc tế nội bài 20 km Diện tích Diện tích sở hữu 2,190 ha và nằm trong khu phức hợp tổng quy mô 3,285ha Cơ sở hạ Hệ thống trục chính rộng 60 m, 6 làn xe tầng Hệ thống trục nội bộ rộng từ 29 – 35 m có 2 – 4 làn xe Khí hậu tương đối ôn hòa thuộc dạng khí hậu nhiệt đới gió mùa, chia làm Khí hậu 2 mùa rõ rệt là mùa mưa (từ tháng 5 – tháng 11) và mùa khô (từ tháng 12 – tháng 4 năm sau). Nhiệt độ trung bình năm là 25.5 – 27 oC Cấp điện Lưới điện quốc gia cung cấp tuyến điện 22 kV, cấp điện 24/7 bởi 4 trạm nội khu với tổng công suất 500MVA Cấp nước Hệ thống cung cấp nước bởi nhà máy nước sạch nội khu có tổng công suất 220,000 m3/ngày – đêm Dịch vụ Đáp ứng các nhu cầu viễn thông với nhiều loại hình dịch vụ: cáp quang, viễn thông Leased Line, ADSL, fax, điện thoại, truyền số liệu, chuyển mạch gói,… Thuê đất: 1,610,000 VNĐ/m2/50 năm Thuê nhà xưởng 2.4 USD/m2/tháng Giá thuê Giá điện 0.