Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên

• Tác giả: Vũ Quý Đa Đệ
• Người hướng dẫn: Trương Hoàng Anh
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tình trạng thiết kế của đề tài
• 1.2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
• 2. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĂN KHỚP CỦA CƠ CẤU GẦU TẢI XIẾC KÉO TRONG HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG
• 2.1. Đặc điểm ăn khớp của cơ cấu gầu tải xiếc kéo trong hệ thống dẫn động
• 2.2. Kiểm nghiệm cơ cấu gầu tải xiếc kéo
• 3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH SỨC BỀN VÀ TÍNH THIẾT KẾ CỦA CƠ CẤU GẦU TẢI XIẾC KÉO
• 3.1. Kiểm nghiệm tính bền mòn của cơ cấu gầu tải xiếc kéo
• 3.2. Khảo sát hệ thống gầu tải xiếc tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại
• 4. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ DẠNG HÌNH VÀ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA CƠ CẤU GẦU TẢI XIẾC KÉO
• 4.1. Khảo sát dạng hình hỏng của cơ cấu gầu tải xiếc kéo
• 4.2. Nguyên nhân hư hỏng của cơ cấu gầu tải xiếc kéo
• 5. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC VÀ PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO ĐỘ BỀN CỦA CƠ CẤU GẦU TẢI XIẾC KÉO
• 5.1. Đề xuất giải pháp khắc phục
• 5.2. Phương án nâng cao độ bền của cơ cấu gầu tải xiếc kéo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Công Nghệ Chế Tạo Máy tại ĐHTN

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo máy trở nên vô cùng quan trọng. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên (ĐHTN) đóng vai trò then chốt trong việc đào tạo kỹ sư và thực hiện nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực này. Các dự án nghiên cứu tại trường tập trung vào nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa sản xuất và áp dụng các xu hướng công nghệ mới. Mục tiêu cuối cùng là góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành cơ khí Việt Nam. Theo luận văn Thạc sỹ kỹ thuật của Trương Hoàng Anh (2012), việc sử dụng thiết bị máy móc trong sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng, đẩy nhanh tiến độ công việc.

1.1. Vai Trò của Nghiên Cứu Khoa Học trong Ngành Cơ Khí

Nghiên cứu khoa học là nền tảng cho sự phát triển của mọi ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành cơ khí. Các nghiên cứu giúp khám phá ra những vật liệu mới, quy trình sản xuất hiệu quả hơn, và các giải pháp kỹ thuật tiên tiến. Tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên, các nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực chế tạo máy đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Hoạt động này giúp sinh viên và giảng viên tiếp cận với công nghệ sản xuất hiện đại, từ đó đóng góp vào sự phát triển chung của đất nước.

1.2. Đánh Giá Tiềm Năng của Ngành Cơ Khí tại Thái Nguyên

Thái Nguyên là một trung tâm công nghiệp lớn của Việt Nam, với nhiều khu công nghiệp và doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực cơ khí. Điều này tạo ra nhu cầu lớn về kỹ sư cơ khí có trình độ cao và khả năng nghiên cứu phát triển. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên có vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu này, thông qua việc cung cấp đào tạo kỹ sư chất lượng cao và thực hiện các nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn. Sự hợp tác giữa trường và các doanh nghiệp trong khu vực là yếu tố then chốt để thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí.

II. Thách Thức và Cơ Hội Phát Triển Công Nghệ Chế Tạo Máy

Mặc dù có nhiều tiềm năng, công nghệ chế tạo máy tại Việt Nam nói chung và tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên nói riêng vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Các doanh nghiệp cơ khí còn hạn chế về vốn đầu tư, thiết bị máy móc lạc hậu, và thiếu hụt nguồn nhân lực chất lượng cao. Tuy nhiên, sự hội nhập kinh tế quốc tế và sự phát triển của công nghệ 4.0 cũng mang lại nhiều cơ hội mới. Việc áp dụng tự động hóa, robot công nghiệp, và các công nghệ CAD/CAM/CNC có thể giúp nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành. Theo luận văn, việc nhập khẩu những phụ tùng thay thế nguyên chiếc là không hiệu quả về kinh tế.

2.1. Hạn Chế về Thiết Bị và Cơ Sở Vật Chất Nghiên Cứu

Một trong những thách thức lớn nhất đối với nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên là sự hạn chế về thiết bị máy móc và cơ sở vật chất. Nhiều phòng thí nghiệm còn thiếu thiết bị hiện đại, gây khó khăn cho việc thực hiện các dự án nghiên cứu có tính đột phá. Việc đầu tư nâng cấp phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu là rất cần thiết để nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo kỹ sư.

2.2. Thiếu Hụt Nguồn Nhân Lực Chất Lượng Cao Ngành Cơ Khí

Một vấn đề khác là sự thiếu hụt nguồn nhân lực chất lượng cao trong ngành cơ khí. Các kỹ sư tốt nghiệp từ các trường đại học thường thiếu kinh nghiệm thực tế và kỹ năng mềm cần thiết để đáp ứng yêu cầu của doanh nghiệp. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên cần tăng cường hợp tác với doanh nghiệp để cung cấp cho sinh viên cơ hội thực tập và học hỏi kinh nghiệm thực tế. Bên cạnh đó, việc chú trọng phát triển kỹ năng mềm cho sinh viên cũng rất quan trọng.

III. Phương Pháp Nâng Cao Độ Bền Mòn Cấu Kiện Máy tại ĐHTN

Các nghiên cứu về độ bền mòn và sức bền vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ của máy móc thiết bị. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên tập trung vào nghiên cứu các phương pháp xử lý bề mặt, sử dụng vật liệu mới, và thiết kế tối ưu để giảm thiểu mài mòn và tăng cường sức bền vật liệu. Các phương pháp này có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ chế tạo cơ khí đến công nghệ sản xuất.

3.1. Ứng Dụng Công Nghệ Phủ Bề Mặt Nâng Cao Độ Bền Mòn

Công nghệ phủ bề mặt là một phương pháp hiệu quả để nâng cao độ bền mòn của các chi tiết máy. Các lớp phủ có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, như gốm, kim loại, hoặc polymer. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên nghiên cứu và phát triển các công nghệ phủ bề mặt tiên tiến, như phủ PVD, CVD, và phun nhiệt. Các công nghệ này giúp tạo ra các lớp phủ có độ cứng cao, khả năng chống ăn mòn tốt, và hệ số ma sát thấp.

3.2. Nghiên Cứu Vật Liệu Mới Chịu Mài Mòn Tốt

Việc sử dụng vật liệu mới có khả năng chịu mài mòn tốt cũng là một giải pháp quan trọng. Các vật liệu này có thể là các hợp kim đặc biệt, vật liệu composite, hoặc vật liệu nano. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên tiến hành nghiên cứu về các vật liệu mới này, tập trung vào đánh giá tính chất cơ học, hóa học, và khả năng chịu mài mòn. Kết quả nghiên cứu giúp lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

IV. Ứng Dụng CAD CAM CNC Tối Ưu Quy Trình Chế Tạo Máy tại ĐHTN

Việc ứng dụng các công nghệ CAD/CAM/CNC đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa sản xuất và nâng cao năng suất trong công nghệ chế tạo máy. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên chú trọng đào tạo sinh viên về các công nghệ này và ứng dụng chúng vào các dự án nghiên cứu. Các công nghệ CAD/CAM/CNC giúp giảm thiểu sai sót, rút ngắn thời gian sản xuất, và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4.1. Đào Tạo Kỹ Năng Sử Dụng Phần Mềm CAD CAM Cho Sinh Viên

Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên trang bị cho sinh viên kiến thức và kỹ năng sử dụng các phần mềm CAD/CAM phổ biến, như AutoCAD, SolidWorks, Mastercam, và Siemens NX. Sinh viên được thực hành thiết kế và lập trình gia công trên các máy CNC hiện đại. Điều này giúp họ có thể đáp ứng yêu cầu của doanh nghiệp sau khi tốt nghiệp.

4.2. Ứng Dụng CAD CAM CNC Trong Nghiên Cứu Phát Triển Sản Phẩm Mới

Các công nghệ CAD/CAM/CNC được ứng dụng rộng rãi trong các dự án nghiên cứu phát triển sản phẩm mới tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên. Chúng giúp thiết kế và mô phỏng sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác, đồng thời cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Điều này giúp rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và nâng cao chất lượng sản phẩm.

V. Hợp Tác Quốc Tế và Chuyển Giao Công Nghệ Chế Tạo Máy

Để nâng cao năng lực cạnh tranh và tiếp cận với xu hướng công nghệ mới, Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên tích cực mở rộng hợp tác quốc tế với các trường đại học và viện nghiên cứu hàng đầu trên thế giới. Các hoạt động chuyển giao công nghệ và trao đổi sinh viên, giảng viên giúp nâng cao trình độ nghiên cứu và đào tạo của trường. Hợp tác quốc tế cũng tạo cơ hội để các doanh nghiệp Việt Nam tiếp cận với công nghệ sản xuất tiên tiến.

5.1. Xây Dựng Mối Quan Hệ Với Các Trường Đại Học Nước Ngoài

Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên đã thiết lập mối quan hệ hợp tác với nhiều trường đại học danh tiếng trên thế giới, như Đại học Bách khoa Paris (Pháp), Đại học Quốc gia Singapore, và Đại học Tokyo (Nhật Bản). Các chương trình trao đổi sinh viên và giảng viên giúp nâng cao trình độ chuyên môn và khả năng ngoại ngữ.

5.2. Tham Gia Các Dự Án Nghiên Cứu Quốc Tế về Chế Tạo Máy

Các giảng viên và sinh viên của Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên tham gia vào các dự án nghiên cứu quốc tế về chế tạo máy. Điều này giúp họ tiếp cận với các công nghệ mới nhất và học hỏi kinh nghiệm từ các nhà khoa học hàng đầu thế giới.

VI. Xu Hướng và Tương Lai Nghiên Cứu Chế Tạo Máy tại ĐHTN

Trong tương lai, nghiên cứu công nghệ chế tạo máy tại Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên sẽ tập trung vào các lĩnh vực như công nghệ in 3D, vật liệu thông minh, và internet of things (IoT). Các nghiên cứu này sẽ góp phần vào việc phát triển các hệ thống sản xuất thông minh, linh hoạt, và hiệu quả. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành cơ khí Việt Nam.

6.1. Phát Triển Công Nghệ In 3D Trong Chế Tạo Cơ Khí

Công nghệ in 3D đang tạo ra cuộc cách mạng trong ngành cơ khí, cho phép sản xuất các chi tiết phức tạp với chi phí thấp và thời gian ngắn. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên đang nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của công nghệ in 3D trong chế tạo cơ khí.

6.2. Ứng Dụng IoT và Trí Tuệ Nhân Tạo trong Sản Xuất

Việc ứng dụng IoT và trí tuệ nhân tạo trong sản xuất giúp tạo ra các hệ thống thông minh có khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình. Đại học Kỹ thuật Thái Nguyên đang nghiên cứu và phát triển các giải pháp IoT và trí tuệ nhân tạo cho ngành cơ khí.

## Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp hiện đại, việc nâng cao độ bền mòn và sự bền kéo của các chi tiết máy là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Theo ước tính, các hệ thống vận chuyển vật liệu rời bằng gầu tải có thể đạt năng suất lên đến 500 tấn/giờ với chiều cao nâng từ 50 đến 55 mét. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, các chi tiết như đĩa xích và số răng xích thường xuyên chịu tải trọng lớn, va đập mạnh dẫn đến mài mòn và biến dạng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất và chi phí bảo trì.

Luận văn tập trung nghiên cứu nâng cao độ bền mòn và sự bền kéo của cơ cấu gầu tải xích vận tải nhằm vận chuyển hạt khô nhỏ có tính mài mòn cao. Mục tiêu cụ thể là phân tích đặc điểm ăn khớp của cơ cấu, khảo sát tính bền và thiết kế tối ưu các chi tiết chịu lực trong hệ thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các hệ thống gầu tải xích vận tải tại các nhà máy nhiệt điện và khai thác khoáng sản trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2012.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sự cố kỹ thuật và kéo dài tuổi thọ thiết bị, từ đó góp phần tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất trong ngành công nghiệp khai thác và chế tạo máy.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Lý thuyết cơ học vật liệu:** Phân tích ứng suất, biến dạng và mài mòn trên các chi tiết cơ khí chịu tải trọng động và tĩnh.
- **Mô hình ăn khớp cơ cấu xích:** Nghiên cứu đặc điểm ăn khớp giữa đĩa xích và số răng xích, ảnh hưởng đến sự phân bố tải trọng và mài mòn.
- **Lý thuyết truyền động xích:** Xác định các thông số kỹ thuật như số răng, bước xích, hệ số ma sát và hệ số phụ thuộc vào tốc độ vận hành.
- **Khái niệm chính:** Độ bền mòn, độ bền kéo, tải trọng va đập, hệ số an toàn, tuổi thọ thiết bị.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Thu thập số liệu thực nghiệm từ các hệ thống gầu tải xích vận tải tại nhà máy nhiệt điện Phả Lại và các mỏ khai thác khoáng sản.
- **Phương pháp phân tích:** Kết hợp phân tích lý thuyết với mô phỏng số và thử nghiệm thực tế. Sử dụng phương pháp kiểm nghiệm mài mòn theo số lần va đập và tải trọng trên chi tiết.
- **Cỡ mẫu:** Thực hiện kiểm nghiệm trên khoảng 50 chi tiết xích và đĩa xích với các điều kiện vận hành khác nhau.
- **Phương pháp chọn mẫu:** Lựa chọn mẫu đại diện theo tiêu chí tuổi thọ, mức độ mài mòn và tải trọng vận hành.
- **Timeline nghiên cứu:** Nghiên cứu được tiến hành trong vòng 18 tháng, từ tháng 1/2011 đến tháng 6/2012, bao gồm giai đoạn khảo sát, thử nghiệm và phân tích kết quả.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Đặc điểm ăn khớp của cơ cấu gầu tải xích có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố tải trọng, trong đó tỷ lệ mài mòn trên đĩa xích tăng khoảng 15% khi số vòng quay tăng từ 0,8 m/s lên 3,5 m/s.
- Tải trọng va đập trung bình trên đĩa xích đạt khoảng 300 kN, gây ra biến dạng và mài mòn nhanh chóng nếu không có biện pháp bảo vệ.
- Hệ số bền kéo của vật liệu chế tạo đĩa xích được cải thiện lên đến 20% khi áp dụng thiết kế tối ưu với khoảng cách giữa các răng xích được điều chỉnh hợp lý.
- So sánh với các nghiên cứu trước đây, mức độ mài mòn giảm 10-12% nhờ vào việc sử dụng vật liệu có độ cứng cao và thiết kế ăn khớp chính xác hơn.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng mài mòn và biến dạng là do tải trọng va đập lớn và sự không đồng đều trong phân bố lực trên các chi tiết xích. Kết quả thử nghiệm cho thấy việc điều chỉnh thiết kế đĩa xích và số răng xích giúp phân bố tải trọng đều hơn, giảm áp lực lên từng điểm tiếp xúc, từ đó kéo dài tuổi thọ thiết bị. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này khẳng định hiệu quả của việc kết hợp lý thuyết cơ học vật liệu với mô hình ăn khớp cơ cấu xích.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức độ mài mòn theo tốc độ vận hành và bảng phân tích tải trọng va đập trên các chi tiết. Điều này giúp minh họa rõ ràng tác động của các yếu tố kỹ thuật đến độ bền của hệ thống.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Tối ưu hóa thiết kế đĩa xích và số răng xích:** Điều chỉnh khoảng cách và hình dạng răng để phân bố tải trọng đều, giảm mài mòn, thực hiện trong vòng 6 tháng, do bộ phận thiết kế kỹ thuật đảm nhiệm.
- **Sử dụng vật liệu có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt:** Áp dụng vật liệu hợp kim đặc biệt cho chi tiết chịu lực, triển khai trong 12 tháng, phối hợp với phòng vật liệu và nhà cung cấp.
- **Thiết lập quy trình bảo trì và kiểm tra định kỳ:** Giám sát tình trạng mài mòn và biến dạng chi tiết, giảm thiểu sự cố, thực hiện liên tục, do bộ phận vận hành và bảo trì chịu trách nhiệm.
- **Áp dụng công nghệ bôi trơn và phủ chống mài mòn:** Nâng cao hiệu quả bôi trơn, giảm ma sát, kéo dài tuổi thọ thiết bị, triển khai trong 9 tháng, do phòng kỹ thuật và bảo trì phối hợp thực hiện.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Kỹ sư thiết kế máy:** Nắm bắt các giải pháp tối ưu thiết kế cơ cấu xích, nâng cao độ bền và hiệu suất vận hành.
- **Chuyên viên bảo trì và vận hành:** Áp dụng các phương pháp kiểm tra, bảo dưỡng hiệu quả, giảm thiểu sự cố kỹ thuật.
- **Nhà quản lý sản xuất:** Hiểu rõ tác động của thiết kế và vật liệu đến năng suất và chi phí bảo trì, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.
- **Giảng viên và sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy:** Tài liệu tham khảo chuyên sâu về nghiên cứu cơ cấu truyền động xích và các phương pháp nâng cao độ bền thiết bị.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao cần nghiên cứu nâng cao độ bền mòn của gầu tải xích?**  
   Vì gầu tải xích chịu tải trọng lớn và va đập liên tục, mài mòn nhanh gây giảm hiệu suất và tăng chi phí bảo trì.

2. **Phương pháp nào được sử dụng để đánh giá độ bền?**  
   Kết hợp phân tích lý thuyết, mô phỏng số và thử nghiệm thực tế với cỡ mẫu khoảng 50 chi tiết.

3. **Vật liệu nào được khuyến nghị sử dụng?**  
   Vật liệu hợp kim có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, phù hợp với điều kiện vận hành nặng.

4. **Làm thế nào để giảm tải trọng va đập trên chi tiết?**  
   Thiết kế ăn khớp chính xác, điều chỉnh số răng và khoảng cách giữa các chi tiết, đồng thời áp dụng công nghệ bôi trơn hiệu quả.

5. **Nghiên cứu có thể áp dụng cho ngành nào?**  
   Ngành khai thác khoáng sản, sản xuất xi măng, nhiệt điện và các ngành công nghiệp sử dụng hệ thống vận chuyển vật liệu rời.

## Kết luận

- Nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng chính đến độ bền mòn và bền kéo của cơ cấu gầu tải xích vận tải.  
- Thiết kế tối ưu và lựa chọn vật liệu phù hợp giúp giảm mài mòn từ 10-20%, nâng cao tuổi thọ thiết bị.  
- Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm đảm bảo tính chính xác và khả thi trong ứng dụng thực tế.  
- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quy trình bảo trì phù hợp với điều kiện vận hành hiện nay.  
- Tiếp tục nghiên cứu mở rộng về công nghệ phủ chống mài mòn và tự động hóa trong giám sát tình trạng thiết bị là bước đi tiếp theo cần thực hiện.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất trong thực tế sản xuất nhằm đánh giá hiệu quả và điều chỉnh phù hợp, đồng thời phát triển nghiên cứu sâu hơn về vật liệu và công nghệ mới.