Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy

Luận văn thạc sĩ thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghệ nguồn cobalt 60 cho giáo dục đào tạo chuyên nghiệp

• Tác giả: Trần Danh Vũ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt - 60
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế chế tạo hệ công nghệ chính

Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong kỹ thuật cơ khí hiện đại. Đối với máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60, việc thiết kế và chế tạo các hệ thống này đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết vật lý bức xạ và ứng dụng kỹ thuật cơ khí. Luận văn Thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế những hệ công nghệ chính nhằm đảm bảo an toàn, hiệu quả và độ chính xác cao trong quá trình chiếu xạ công nghiệp. Đây là một công trình có ý nghĩa khoa học sâu sắc và ứng dụng thực tiễn rất lớn đối với lĩnh vực công nghiệp, y tế và nghiên cứu khoa học tại Việt Nam.

1.1. Khái niệm và vai trò của hệ công nghệ chính

Hệ công nghệ chính bao gồm các thành phần cơ khí thiết yếu như hệ đảo hàng, hệ nạp-dỡ-vận chuyển và các bộ phận điều khiển. Những hệ thống này đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo vật liệu được xử lý đúng vị trí, với liều xạ đồng đều và an toàn tuyệt đối. Chúng là nền tảng để máy chiếu xạ hoạt động hiệu quả.

1.2. Ứng dụng của máy chiếu xạ Cobalt 60

Máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 được ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra chất lượng sản phẩm công nghiệp, khử trùng thiết bị y tế, xử lý vật liệu và nghiên cứu khoa học. Việc thiết kế hệ công nghệ chính tối ưu giúp nâng cao hiệu suất công nghệ, giảm thời gian xử lý và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

II. Cơ sở lý thuyết cho thiết kế hệ công nghệ chính

Thiết kế hệ công nghệ chính phải dựa trên nền tảng lý thuyết vững chắc bao gồm các kiến thức về bức xạ ion hóa, vật lý hạt nhân, cơ học kỹ thuật và kỹ thuật cơ khí. Các tính toán về thông số vật lý, phân bố liều xạ và an toàn bức xạ là những yếu tố then chốt. Luận văn này áp dụng các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật cơ khí kết hợp với các yêu cầu đặc thù của công nghệ bức xạ để thiết kế những hệ thống tối ưu. Việc hiểu rõ tương tác giữa bức xạ và vật liệu, cũng như động lực học của các bộ phận chuyển động là rất cần thiết.

2.1. Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng

Tính toán thông số vật lý của hệ đảo hàng bao gồm xác định tốc độ quay, mô men xoắn cần thiết, tính cân bằng động và tĩnh của các bộ phận quay. Phải đảm bảo vật liệu được đảo đều đặn, không bị rơi rớc và chịu được lực ly tâm lớn. Những tính toán này sử dụng các công thức cơ học và động lực học tiên tiến.

2.2. Phân bố liều xạ và các yếu tố ảnh hưởng

Phân bố liều xạ phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn, thời gian chiếu xạ, vị trí các vật liệu trong buồng và khả năng che chắn. Hệ công nghệ chính phải được thiết kế sao cho đạt được phân bố liều đồng đều trên toàn bộ lô hàng, tránh những vùng liều quá cao hoặc quá thấp.

III. Quá trình thiết kế và chế tạo hệ đảo hàng

Hệ đảo hàng là một trong những hệ công nghệ chính quan trọng nhất của máy chiếu xạ công nghiệp. Quá trình thiết kế bắt đầu từ xác định yêu cầu kỹ thuật, tính toán các thông số cơ học, vẽ bản thiết kế chi tiết và lựa chọn vật liệu phù hợp. Chế tạo hệ đảo hàng đòi hỏi độ chính xác cao, gia công tâm, cân bằng động lực học và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt. Các bộ phận như trục quay, vòng bi, bánh răng phải được chọn từ những nhà cung cấp uy tín. Việc lắp ráp phải tuân theo quy trình kỹ thuật chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất và độ bền của thiết bị.

3.1. Thiết kế cơ cấu đảo hàng

Cơ cấu đảo hàng bao gồm motor điện, hộp giảm tốc, trục chính, vòng bi và các khớp nối. Thiết kế phải xem xét tải trọng tối đa, tốc độ quay tối ưu, mô men quay và độ bền của vật liệu. Bản vẽ chi tiết phải đảm bảo tính khả thi và dễ gia công.

3.2. Gia công lắp ráp và kiểm thử

Quá trình chế tạo bao gồm gia công các bộ phận trên máy CNC, kiểm tra kích thước, lắp ráp theo thứ tự đúng và cân bằng động lực. Kiểm thử bao gồm chạy thử tải, kiểm tra độ rung động, kiểm tra hệ thống điều khiển và đảm bảo an toàn hoạt động.

IV. Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn

Luận văn về thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc. Về mặt khoa học, công trình này góp phần mở rộng kiến thức về ứng dụng kỹ thuật cơ khí trong lĩnh vực công nghệ bức xạ, đặc biệt là trong thiết kế các hệ thống chuyển động phức tạp. Về mặt thực tiễn, những kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp tại Việt Nam, giảm chi phí nhập khẩu, nâng cao độc lập công nghệ và tạo cơ hội cho phát triển công nghiệp. Những kiến thức này cũng có giá trị bồi dưỡng cho các kỹ sư trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí.

4.1. Đóng góp khoa học trong thiết kế kỹ thuật

Luận văn cung cấp phương pháp tính toán, công thức thiết kế và quy trình chế tạo chi tiết cho hệ công nghệ chính. Những kết quả này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các dự án tương tự, góp phần phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ bức xạ tại Việt Nam.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp và y tế

Máy chiếu xạ công nghiệp với hệ công nghệ chính được thiết kế tối ưu có thể ứng dụng trong kiểm tra chất lượng sản phẩm, khử trùng thiết bị y tế và xử lý nông sản. Việc nắm vững công nghệ thiết kế này giúp Việt Nam giảm phụ thuộc vào nhập khẩu và nâng cao năng lực sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 4 3 8 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HIẾU GIANG ThS. LÊ MINH TUẤN Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ và tên: Trần Danh Vũ Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh: 29/10/1980 Nơi sinh: Thái Bình Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 309/21, Tổ 54, Khu phố 5, Đường Võ Văn Ngân, P.Thủ Đức, Tp. Điện thoại cơ quan: [phone] Điện thoại riêng: 0975080003 E-mail: [e-mail] Fax : II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1.

Trung học chuyên nghiệp Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1998 đến 09/1999 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật .Tp HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy 2. Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 02/2003 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật .Tp HCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế quy trình công nghệ gia công tròng kính cận - Thiết kế máy gọt tròng kính. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Luận án tốt nghiệp được bảo vệ ngày 22 - 02 - 2003 tại Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật .Tp HCM Người hướng dẫn: Thạc sĩ Phan Minh Thanh i III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 03/2003 đến Nhân viên phân xưởng ép Nhà máy Sữa Sài Gòn 02/2004 nhựa Trường CĐ Công Thương Từ 02/2004 đến nay Giảng Viên khoa Cơ Khí TPHCM ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp.

Hồ Chí Minh, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, các tính toán và thiết kế chế tạo dưới sự hướng dẫn khoa học của Thầy PGS. Lê Hiếu Giang và ThS. Lê Minh Tuấn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2014 Trần Danh Vũ iii LỜI CẢM ƠN Qua thời gian thực hiện luận văn: “Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt - 60”, ngoài những cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ nhà trường, Thầy, Cô, gia đình và bạn bè. Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trước tiên tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS. Lê Hiếu Giang, thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua.

Cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa cơ khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành. Lê Minh Tuấn, Phó Giám đốc, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp. Hồ Chí Minh đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn của mình. Cảm ơn Ban Giám Hiệu, cùng quý Thầy, Cô Trường Cao Đẳng Công Thương TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình.

Cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn. iv MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan.

iii Lời cảm ơn. vi Danh sách các cá nhân tham gia thực hiện đề tài. x Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. xi Danh sách các bảng.

xii Danh sách các hình. xi v Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .2 Hiện trạng các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 ở Việt Nam .3 Mô tả thiết bị máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 .4 Tình hình nghiên cứu ngoài nước .5 Tình hình nghiên cứu trong nước .6 Phạm vi nghiên cứu .7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .1 Về mặt khoa học .2 Về mặt thực tiễn .8 Mục đích của đề tài .9 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn của đề tài.10 Phương pháp nghiên cứu .11 Kết cấu luận văn. 10 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Tính an toàn của thiết bị .2 Đối tượng chiếu xạ .3 Hệ công nghệ .1 Hệ đảo hàng .2 Hệ nạp-dỡ-vận chuyển hàng. 16 Chƣơng 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ ĐẢO HÀNG .1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng và phân bố liều thùng hàng .1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng để tìm phương án tối ưu .1 Trường hợp nguồn bao phủ hàng .2 Trường hợp hàng bao phủ nguồn .2 Tính toán phân bố liều thùng hàng để tìm kích thước tối ưu .2 Thiết kế cơ khí và chế tạo thùng hàng .3 Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng .4 Thiết kế chu trình hệ đảo hàng .5 Tính kết cấu của hệ đảo hàng .1 Tính độ bền thanh dẫn dọc 1R .2 Tính độ bền cho hệ đảo hàng .1 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với phần mềm Inventor .2 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với Ansys 14 .3 So sánh kết quả .6 Chọn thiết bị nâng và đẩy thùng hàng trong hệ đảo hàng .1 So sánh 3 thiết bị và chọn thiết bị nâng, đẩy thùng hàng cho hệ đảo hàng51 3.2 Tính toán đường kính xy lanh khí nén .1 Tính lực nâng cho khung nâng hạ (C10N, C20N) .2 Tính lực đẩy cho các thùng hàng theo hàng dọc (C1D, C3D….3 Tính lực đẩy các thùng hàng theo hàng ngang (C5D, C15T).

56 Chƣơng 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ VẬN CHUYỂN THÙNG HÀNG .1 Nguyên lý hệ vận chuyển thùng hàng .2 Thiết kế, chế tạo hệ vận chuyển thùng hàng .1 Hệ trống quấn cáp .2 Xe chở thùng hàng. 65 Chƣơng 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ NẠP - DỠ HÀNG .1 Nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng .2 Thiết kế, chế tạo hệ hệ nạp-dỡ hàng. 69 Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

77 viii Chƣơng 1 TỔNG QUAN Ứng dụng công nghệ bức xạ là một trong các ứng dụng thành công nhất của ngành hạt nhân nước ta đóng góp vào nền kinh tế đất nước. Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm đã phát triển thành một ngành với quy mô công nghiệp. Do mục tiêu phát triển bền vững, giữ gìn môi trường, nâng cao điều kiện sống của con người, công nghệchiếu xạ sử dụng các nguồn ion hóa đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và trong khu vực Đông Nam Á. Tính đến 2010, trên thế giới có hơn 200 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60[8].

Riêng Trung Quốc có khoảng 90 máy chiếu xạ với hoạt độ nguồn lớn hơn 300 kCi, 44 máy chiếu xạvới hoạt độ nguồn lớn hơn 1 MCi [1]. Các máy chiếu xạ này chủ yếu sử dụng cho mục đích khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm. Chiếu xạkhử trùng các vật phẩm y tếvà thanh trùng hàng thực phẩm là một công nghệ tiên tiến có độ tin cậy cao và thân thiện với môi trường. Hiện nay, thế giới đang tiến tới cấm hoàn toàn sử dụng khí EtO trong khử trùngcác vật phẩm y tế, hạn chế dần các phương phápthanh trùng bằng ủ khí do có hại cho người tiêu dùng và có hại cho môi trường và chiếu xạ là lựa chọn thay thế không thể tránh khỏi.

Công nghệchiếu xạ được phát triển ở nước ta từ năm 1991 (thiết bị chiếu xạ ở trung tâm chiếu xạ Hà Nội thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam). Tính đến cuối năm 2013[1], nước ta có 09 máy chiếu xạ công nghiệp nhập ngoại: 07 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 và 01 máy gia tốc chùm tia điện tử sử dụng tia X cho chiếu xạ và 01 máy gia tốc chùm tia điện tửsử dụng chùm tia điện tử cho chiếu xạ (02 cơ sở nhà nước và 03 cơ sơ tư nhân). Hiện nay, ở nước ta các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 đều hoàn toàn nhập ngoại. Vấn đề nội địa hóa, tiến tới tự sản xuất các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 là nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chiếu xạ vừa có trình độ khoa học, kỹ thuật và kinh nghiêm vận hành.

-1- Các thiết bị do Việt Nam thiết kế và chế tạo sẽ đáp ứng thực tế các mặt hàng chiếu xạ của chính mình; tránh sự phụ thuộc vào nhà cung cấp máy trong việc bảo dưỡng, khi cần cải tiến, mở rộng công suất thiết bị, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn của Việt Nam; đảm bảo tính hiện đại trong thiết kế. Giá thành chế tạo chắc chắn sẽ rẻ hơn nhiều so với nhập ngoại nhưng chất lượng, độ tin cậy chắn chắn cao hơn máy nhập ngoại. Nhu cầuchiếu xạ khử trùngcác vật phẩm y tế và chiếu xạ thanh trùng thực phẩm ngày càng tăng nên sẽ có thêm các máy chiếu xạ công nhiệp được đầu tư. Đáp ứng nhu cầu phát triển này, những thiết bị chiếu xạ của Việt Nam chế tạo với chất lượng cao, giá thành thấp sẽ là hướng phát triển đúng.