Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và mưa nhiều tại Việt Nam, các bề mặt sàn tại nhà ở, văn phòng, nhà xưởng sản xuất, bệnh viện cũng như các khu vực thể thao thường xuyên đối mặt với tình trạng ẩm ướt, bám bẩn, gây cản trở việc đi lại và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn lao động. Công tác vệ sinh, lau dọn sàn nhà là hoạt động bắt buộc mang tính chu kỳ cao, tiêu tốn lượng lớn thời gian và nhân lực nếu thực hiện bằng các phương pháp thủ công truyền thống. Trên thị trường thiết bị vệ sinh công nghiệp thời điểm năm 2016, phần lớn các dòng máy lau sàn chuyên dụng nhập khẩu (như máy lau sàn liên hợp, máy chà sàn ngồi lái từ Italy) tuy sở hữu chất lượng làm sạch cao và tích hợp cơ cấu hút nước bẩn nhưng lại có giá thành đầu tư rất lớn, kết cấu cồng kềnh, trọng lượng nặng, không phù hợp cho các không gian có diện tích vừa phải hoặc khu vực có bậc thang bộ. Ngược lại, các thiết bị cầm tay gọn nhẹ lại thiếu cơ cấu cấp xả nước và lau khô đồng bộ, khiến hiệu quả làm sạch chưa cao.

Nhằm giải quyết bài toán cơ giới hóa công tác lau sàn với mức chi phí đầu tư phù hợp cho điều kiện sản xuất và dân dụng tại Việt Nam, đề tài tốt nghiệp ngành Công nghệ Chế tạo Máy tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã được nhóm sinh viên Trần Văn Hải, Hoàng Quang Huy và Nguyễn Duy Khánh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Hoàng Trí với tên đề tài: "Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy lau nhà".

Theo văn bản giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu chính được xác định gồm 5 nội dung:

  1. Tính toán thiết kế cơ cấu lau.
  2. Tính toán thiết kế cơ cấu ép nước.
  3. Tính toán thiết kế cơ cấu cấp nước.
  4. Tính toán thiết kế cơ cấu làm sạch.
  5. Tính toán tính kinh tế của thiết bị.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án được xác định rõ:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu cơ khí, hệ thống truyền động và cơ cấu cấp nước của máy lau nhà bán tự động sử dụng động cơ điện.
  • Phạm vi không gian: Khảo sát và vận hành thiết bị trên các dạng bề mặt nền sàn thông dụng gồm nền gạch bông, nền gạch đá và nền xi măng tại các công ty, xí nghiệp, sân bóng, sân vận động; đồng thời có khả năng di chuyển linh hoạt qua các khu vực phức tạp như cầu thang bộ nhờ thiết kế gọn nhẹ.
  • Phạm vi đối tượng vận hành: Thiết bị được thiết kế với giao diện cơ khí tiện dụng, đảm bảo an toàn lao động, hướng đến người sử dụng là người lớn hoặc trẻ em trên 10 tuổi.
  • Thời gian và địa điểm thực hiện: Đồ án hoàn thành vào năm 2016 tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đề tài áp dụng các lý thuyết kinh điển của ngành cơ khí chế tạo máy kết hợp khảo sát thực tế và thực nghiệm kỹ thuật:

Khung lý thuyết và công thức tính toán

  • Động học và động lực học máy: Sử dụng công thức xác định lực cản ma sát giữa chổi lau và mặt sàn ($F = k \cdot N = k \cdot m \cdot g$), mô-men cản ma sát quay trên bề mặt tiếp xúc ($M = F \cdot L$) và mối quan hệ giữa công suất, mô-men xoắn và số vòng quay ($P = T \cdot n / 9{,}55 \cdot 10^6$).
  • Tính toán bộ truyền bánh răng: Áp dụng tiêu chuẩn tính toán sức bền chi tiết máy để thiết kế hộp giảm tốc hai cấp sử dụng bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng. Kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H]$ theo chu kỳ cơ sở, kiểm nghiệm ứng suất uốn cho phép $[\sigma_F]$, hệ số tải trọng động ($K_H, K_F$), cùng điều kiện an toàn khi xảy ra quá tải.
  • Thiết kế và kiểm nghiệm trục: Phương pháp phân tích lực tác dụng trong không gian (lực vòng $F_t$, lực hướng tâm $F_r$, lực dọc trục $F_a$ từ các bánh răng nghiêng), giải phương trình cân bằng mô-men và lực chiếu trên hai mặt phẳng $zOy$ và $zOx$ để xác định biểu đồ mô-men uốn và xoắn. Kiểm nghiệm trục theo tiêu chuẩn độ bền mỏi (xác định hệ số an toàn $s$) và độ bền tĩnh ($[\sigma_{tđ}]$) có xét đến ảnh hưởng của rãnh then và bán kính góc lượn.
  • Cơ sở thủy lực cấp nước: Xác định lưu lượng cấp nước dựa trên nguyên lý tiết lưu dòng chảy từ bình chứa qua ống dẫn và van tiết lưu trọng lực tương quan với diện tích làm sạch trên đơn vị thời gian.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp phân tích - so sánh sản phẩm thương mại: Tác giả tiến hành khảo sát các dòng máy lau sàn hiện có trên thị trường Việt Nam gồm: Máy lau sàn liên hợp I18B NEW (Italy), Máy lau sàn công nghiệp HiClean HC 175A và Máy chà sàn liên hợp ngồi lái Clean Maid Model TT-AC (Italy). Từ việc chỉ ra ưu và nhược điểm của từng loại về trọng lượng, chi phí, cơ cấu hút nước và phạm vi ứng dụng, nhóm nghiên cứu xác lập cấu hình máy bán tự động dung hòa giữa chi phí thấp và tính cơ động.
  • Phương pháp giải tích cơ khí: Toàn bộ kích thước hình học của bánh răng, trục, then, ổ lăn và thân vỏ đều được tính toán qua hệ thống công thức giải tích với vật liệu quy chuẩn (Thép 45 tôi cải thiện cho bánh răng và Thép C45 cho trục truyền).
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Chế tạo mô hình thực tế và tổ chức thử nghiệm trên diện tích sàn xác định ($18 \times 3{,}6\text{ m} = 64{,}8\text{ m}^2$) trong thời gian 4 phút để đo đạc năng suất làm sạch thực tế, mức tiêu hao dung dịch nước, đồng thời thử nghiệm đối chứng với chổi lau nhà gia đình và chổi lau công nghiệp.

Thiết kế kỹ thuật và thông số công nghệ

Thiết bị hoạt động theo nguyên lý bán tự động: Động cơ điện truyền chuyển động qua hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ răng nghiêng làm quay chổi lau tròn; nước sạch từ bình chứa tự chảy qua van tiết lưu xả trực tiếp vào tâm chổi để chà sạch bề mặt sàn; phía sau khung máy gắn giẻ lau khô nhằm gạt sạch vệt nước thừa, ngăn ngừa hiện tượng đọng nước vũng.

1. Thông số động lực học và chọn động cơ

  • Khối lượng máy thiết kế sơ bộ: $m = 20\text{ kg}$.
  • Hệ số ma sát giữa sàn và chổi lau: $k = 0{,}6$; gia tốc trọng trường lấy $g = 10\text{ m/s}^2$.
  • Lực ma sát bề mặt: $F = k \cdot m \cdot g = 0{,}6 \times 20 \times 10 = 120\text{ N}$.
  • Đường kính chổi lau (cánh tay đòn): $D = 400\text{ mm}$ ($40\text{ cm}$).
  • Mô-men cản ma sát: $M = 4800\text{ N.mm}$; nhóm thiết kế chọn mô-men danh nghĩa của hệ dẫn động là $10000\text{ N.mm}$.
  • Số vòng quay đầu ra của trục mang chổi lau: Chọn theo thực nghiệm là $200 - 270\text{ vòng/phút}$.
  • Động cơ được chọn: Động cơ điện công suất $P = 0{,}21\text{ kW}$, vận hành với lưới điện 1 pha hoặc 3 pha, tốc độ vòng quay đầu vào $n_{dc} = 1400\text{ vòng/phút}$, tích hợp đầu ra giảm tốc đạt tốc độ định mức $n_{lv} = 270\text{ vòng/phút}$.

2. Thông số hình học và kiểm nghiệm bền hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc hai cấp đồng trục sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng với tỉ số truyền chung $u_{tt} = n_{dc} / n_{lv} = 1400 / 270 \approx 5{,}2$. Phân phối tỉ số truyền: Cấp nhanh $u_n = 2{,}5$, cấp chậm $u_c = 2{,}08$ (thỏa mãn quan hệ $u_n = 1{,}2 \cdot u_c$).

Thông số kỹ thuật Cấp nhanh (Bộ truyền 1) Cấp chậm (Bộ truyền 2)
Dạng truyền động Bánh răng trụ răng nghiêng Bánh răng trụ răng nghiêng
Vật liệu chế tạo Thép 45 tôi cải thiện Thép 45 tôi cải thiện
Độ cứng bề mặt răng Bánh nhỏ HB 245, Bánh lớn HB 230 Bánh nhỏ HB 245, Bánh lớn HB 230
Mô-đun pháp tuyến ($m$) $1{,}25\text{ mm}$ $1{,}25\text{ mm}$
Góc nghiêng răng ($\beta$) $6{,}12^\circ$ $22{,}33^\circ$
Số răng ($Z_1 / Z_2$) $10 / 25$ $12 / 25$
Khoảng cách trục ($a_w$) $22\text{ mm}$ $25\text{ mm}$
Ứng suất tiếp xúc tính toán ($\sigma_H$) $470{,}63\text{ MPa}$ $470{,}63\text{ MPa}$
Ứng suất tiếp xúc cho phép ($[\sigma_H]$) $495{,}4\text{ MPa}$ (Thỏa mãn bền) $495{,}4\text{ MPa}$ (Thỏa mãn bền)
Ứng suất uốn tính toán bánh nhỏ ($\sigma_{F1}$) $108{,}19\text{ MPa}$ $122{,}80\text{ MPa}$
Ứng suất uốn tính toán bánh lớn ($\sigma_{F2}$) $105{,}26\text{ MPa}$ $119{,}48\text{ MPa}$
Ứng suất uốn cho phép bánh lớn ($[\sigma_{F2}]$) $250{,}69\text{ MPa}$ (Thỏa mãn bền) $276{,}70\text{ MPa}$ (Thỏa mãn bền)

3. Thông số kiểm nghiệm trục truyền động

Cả hai trục I và II đều sử dụng vật liệu Thép C45 có giới hạn bền kéo $\sigma_b = 600\text{ MPa}$ và giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 340\text{ MPa}$.

  • Trục I: Đường kính đoạn nguy hiểm (tiết diện C) $d_{2C} = 17\text{ mm}$; then lắp có chiều rộng $B = 10\text{ mm}$, chiều sâu rãnh $t_1 = 5\text{ mm}$. Kiểm nghiệm mỏi đạt hệ số an toàn tổng hợp $s = 4{,}7 > [s] = 1{,}5 - 2{,}5$; ứng suất tương đương tĩnh $\sigma_{tđ} = 54{,}78\text{ MPa} < [\sigma] = 272\text{ MPa}$.
  • Trục II: Đường kính đoạn nguy hiểm (tiết diện C) $d_{3C} = 20\text{ mm}$; then lắp có chiều rộng $b = 14\text{ mm}$, chiều sâu rãnh $t_1 = 5{,}5\text{ mm}$. Kiểm nghiệm mỏi đạt hệ số an toàn tổng hợp $s = 5{,}7 > [s]$; ứng suất tương đương tĩnh $\sigma_{tđ} = 54\text{ MPa} < [\sigma] = 272\text{ MPa}$. Cả hai trục đều thỏa mãn điều kiện bền mỏi và bền tĩnh mà không cần kiểm nghiệm độ cứng bổ sung.

4. Cơ cấu cấp nước rửa sàn

Hệ thống gồm một bình chứa nước sạch dung tích 10 lít ($10.000\text{ ml}$), hệ thống ống dẫn mềm nối đến tâm chổi lau và một van tiết lưu để người vận hành kiểm soát lưu lượng xả.

Đại lượng đo lường Tính toán lý thuyết Thử nghiệm thực tế
Năng suất lau sàn $1000\text{ m}^2/\text{h}$ $972\text{ m}^2/\text{h}$
Định mức nước tiêu thụ $10\text{ ml/m}^2$ ($10\text{ lít}/1000\text{ m}^2$) $\approx 5{,}14\text{ ml/m}^2$ ($5\text{ lít}/972\text{ m}^2$)
Thời gian sử dụng hết bình 10 lít 1 giờ 2 giờ liên tục
Lưu lượng xả qua van tiết lưu $2{,}78\text{ ml/s}$ $1{,}39\text{ ml/s}$

Nội dung chính theo từng phần của đồ án

Phần I: Tổng quan

Nội dung chương tập trung làm rõ nhu cầu xã hội đối với công tác vệ sinh sàn nhà tự động hóa và phân tích bức tranh thị trường. Nhóm tác giả tổng hợp dữ liệu kỹ thuật của ba đại diện thiết bị:

  • Máy lau sàn liên hợp I18B NEW (Italy): Ưu điểm là bề mặt lau chất lượng cao, có cơ cấu hút nước bẩn và bánh xe bo góc để lau mép tường; nhược điểm là chi phí đắt, khối lượng lớn, chỉ phù hợp khu vực đại sảnh hoặc bệnh viện.
  • Máy lau sàn công nghiệp HiClean HC 175A: Ưu điểm là khối lượng nhẹ, chổi nhỏ linh hoạt lau hốc hẹp, chi phí chế tạo thấp; nhược điểm là không có cơ cấu hút nước bẩn, chất lượng làm sạch bề mặt chưa tối ưu.
  • Máy chà sàn liên hợp ngồi lái Clean Maid Model TT-AC (Italy): Dòng máy công suất lớn nhưng tính cơ động hạn chế trong không gian hẹp.

Từ phân tích trên, nhóm tác giả định vị sản phẩm cần chế tạo: Máy bán tự động dẫn động điện qua hộp giảm tốc, cấu tạo gọn nhẹ để vận chuyển qua cầu thang, chi phí chế tạo tiết kiệm, không gây ồn, chỉ sử dụng nước sạch không cần hóa chất tẩy rửa nhằm bảo vệ môi trường. Các môi trường sàn vận hành được phân tích bao gồm: nền gạch bông, nền gạch đá và nền xi măng.

Phần II: Thiết kế máy

Đây là phần nội dung trọng tâm của đồ án, trình bày toàn bộ chu trình tính toán cơ học:

  • Nguyên lý làm việc: Mô tả cụ thể sự phối hợp giữa chuyển động quay của chổi lau do động cơ dẫn động thông qua hộp giảm tốc, dòng nước xả liên tục từ van tiết lưu và thanh giẻ lau khô kéo sau để thu gom lớp nước mỏng, chống đọng nước.
  • Tính toán động học và động lực học: Lập bảng cân bằng công suất, hiệu suất ổ lăn ($\eta_{ol} = 0{,}995$), hiệu suất bánh răng ($\eta_{br} = 0{,}98$), xác định công suất trên các trục: Trục động cơ $P_{ct} = 0{,}21\text{ kW}$, Trục I $P_I = 0{,}199\text{ kW}$, Trục II $P_{II} = 0{,}194\text{ kW}$.
  • Tính toán kiểm nghiệm hộp giảm tốc: Chi tiết các bước tính toán khoảng cách trục $a_{w1} = 22\text{ mm}$, $a_{w2} = 25\text{ mm}$, mô-đun $m = 1{,}25\text{ mm}$, góc nghiêng răng $\beta$, bề rộng vành răng, kiểm tra ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$ và ứng suất uốn $\sigma_F$ theo chu kỳ tải trọng tương đương $N_{HE}$ và $N_{FE}$ với tổng thời gian phục vụ $24.000\text{ giờ}$.
  • Thiết kế kết cấu trục và then: Tính toán các đoạn trục chịu lực phức tạp, xác định đường kính ngõng trục lắp ổ lăn và lắp bánh răng, tính then bán nguyệt/then bằng và kiểm nghiệm hệ số an toàn mỏi tại các tiết diện rãnh then.
  • Tính toán cơ cấu cấp nước và kiểm tra thực nghiệm: Thiết lập bài toán lý thuyết xác định lưu lượng xả $2{,}78\text{ ml/s}$. Tiếp đó, tiến hành thử nghiệm vận hành máy lau một diện tích sàn $18\text{ m} \times 3{,}6\text{ m} = 64{,}8\text{ m}^2$ trong 4 phút, tính ra năng suất đạt $972\text{ m}^2/\text{h}$ và lưu lượng nước điều chỉnh qua van tiết lưu thực tế chỉ cần $1{,}39\text{ ml/s}$ là bảo đảm làm sạch sàn. Kết quả này được đối chứng với thực nghiệm lau bằng chổi lau gia đình và chổi lau công nghiệp để minh chứng tính ưu việt về tốc độ và sức lao động.

Phần III: Chi tiết máy

Phần này thuyết minh các kết cấu cơ khí phụ trợ được nhóm tác giả tự thiết kế và gia công để hoàn thiện máy:

  • Cơ cấu nâng hạ: Cho phép điều chỉnh khoảng cách và áp lực đè của chổi lau xuống mặt sàn tùy theo độ nhám bề mặt.
  • Bu-lông tăng ma sát: Chi tiết trung gian dùng để hiệu chỉnh lực tì, tối ưu hóa ma sát tiếp xúc giữa sợi chổi và nền nhà.
  • Bu-lông tăng cứng lò xo: Cụm chi tiết giảm chấn và triệt tiêu rung động trong quá trình chổi lau quay đảo chiều tiếp xúc với mặt sàn gồ ghề.
  • Bích lắp chổi lau: Chi tiết dạng đĩa tròn định vị liên kết chắc chắn giữa trục ra của hộp giảm tốc và cụm đĩa gắn chổi lau, hỗ trợ tháo lắp vệ sinh hoặc thay mới dẻ lau nhanh chóng.
  • Chữ U không lật: Cơ cấu định hướng và giữ thăng bằng cho khung sườn máy, ngăn chặn hiện tượng máy bị lật hoặc mất thăng bằng do mô-men xoắn phản lực sinh ra khi chổi quay chà sát mặt sàn.

Phần IV: Tính kinh tế

Khảo sát và tính toán tổng chi phí chế tạo thiết bị dựa trên chi phí vật tư cơ khí (thép tấm, thép tròn C45, vật liệu làm khung), chi phí mua cụm động cơ điện tích hợp đầu giảm tốc, chi phí gia công cắt gọt cơ khí các cụm bánh răng, trục, bích lắp, và chi phí lắp ráp hoàn thiện. Đồ án khẳng định việc tự chế tạo trong nước giúp giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu so với các thiết bị nhập ngoại có cùng công năng.

Phần V: Kết luận

Tổng kết lại toàn bộ kết quả chế tạo thử nghiệm mô hình thực tế; đưa ra bản quy trình hướng dẫn sử dụng thiết bị an toàn cho người vận hành; đồng thời đề xuất các hướng cải tiến kỹ thuật cho máy trong giai đoạn phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả định lượng

  • Thiết bị hoàn thiện đạt năng suất làm sạch thực tế $972\text{ m}^2/\text{h}$ (chênh lệch rất nhỏ so với mục tiêu lý thuyết $1000\text{ m}^2/\text{h}$, đạt $97{,}2%$ kỳ vọng thiết kế ban đầu).
  • Hệ thống cấp nước hoạt động ổn định qua van tiết lưu, với lưu lượng tiêu thụ thực tế là $1{,}39\text{ ml/s}$ ($5\text{ lít/h}$), cho phép bình nước dung tích 10 lít duy trì hoạt động liên tục trong 2 giờ mà không cần tiếp nước, tiết kiệm hơn 50% lượng nước so với tính toán lý thuyết ($2{,}78\text{ ml/s}$).
  • Máy có khối lượng khoảng $20\text{ kg}$, sử dụng động cơ công suất nhỏ $0{,}21\text{ kW}$ tiết kiệm năng lượng, vận hành ổn định trên 3 dạng sàn: gạch bông, gạch đá và xi măng mà không gây tiếng ồn lớn.
  • Bề mặt sàn sau khi lau bằng chổi quay kết hợp tấm gạt khô phía sau đạt độ sạch đồng đều, hạn chế tình trạng đọng vũng nước bẩn.

Đóng góp kỹ thuật tự nêu

  • Đề xuất và hiện thực hóa thành công kết cấu cơ khí bán tự động tích hợp chổi lau quay với cơ cấu dẻ lau khô phía sau, giúp khắc phục nhược điểm lênh láng nước của các thiết bị chà sàn đơn giản.
  • Thiết kế thành công các cụm cơ cấu phụ trợ chuyên dụng gồm "Chữ U không lật" triệt tiêu mô-men lật của thân máy và "Bu-lông tăng cứng lò xo" triệt tiêu rung động cơ học.
  • Đưa ra giải pháp công nghệ chế tạo hoàn chỉnh với chi phí thấp, tận dụng nguồn vật liệu thép trong nước (Thép 45, C45), cho phép ứng dụng linh hoạt tại các cơ sở sản xuất, trường học, bệnh viện và khu thể thao.

Hạn chế và hướng phát triển đề tài

Hạn chế được ghi nhận

  • Do cụm chổi lau chính được thiết kế dạng đĩa tròn kích thước tương đối lớn ($D = 400\text{ mm}$), máy gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận và làm sạch triệt để tại các góc hẹp, góc tường vuông của nhà xưởng, văn phòng hoặc gầm bàn ghế thấp.
  • Máy chưa tích hợp hệ thống hút nước bẩn cưỡng bức tự động (như các dòng máy lau sàn liên hợp công nghiệp đắt tiền), việc làm khô sàn vẫn dựa trên nguyên lý kéo gạt cơ học của tấm dẻ lau khô phía sau.

Hướng phát triển máy

Trong Phần V của đồ án, nhóm nghiên cứu đề xuất các định hướng mở rộng:

  • Bổ sung cơ cấu bánh xe bo góc hoặc chổi phụ chuyên dụng ở các góc rìa để hỗ trợ làm sạch sát chân tường và các góc hẹp.
  • Nghiên cứu tích hợp thêm bơm hút chân không và bình chứa nước bẩn riêng biệt nhằm thu gom triệt để nước bẩn trên mặt sàn.
  • Nâng cấp cơ cấu điều khiển tự động hóa hoặc tăng cường khả năng tự hành để giảm thiểu tối đa sức đẩy thủ công của người sử dụng.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

  • Sinh viên ngành Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về quy trình tính toán thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, các bước lập bảng phân phối tỉ số truyền, tính toán mô-men xoắn, kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$, ứng suất uốn $\sigma_F$ và quy trình kiểm tra bền mỏi, bền tĩnh của hệ trục truyền động chịu lực không gian.
  • Kỹ sư và người nghiên cứu thiết bị dân dụng: Cung cấp phương pháp thiết kế các cụm kết cấu thực tế như cơ cấu định vị không lật, cơ cấu tăng cứng đàn hồi và phương pháp xác định lưu lượng cấp nước rửa thực nghiệm trên các loại bề mặt sàn khác nhau.
  • Các đề tài chế tạo máy vệ sinh công nghiệp: Phần đối sánh thông số lý thuyết và thực tế của cơ cấu cấp nước qua van tiết lưu là cơ sở tính toán trực quan cho các dự án phát triển thiết bị làm sạch bán tự động hoặc tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ dẫn động chính của máy lau nhà có công suất và tốc độ quay bao nhiêu?
Máy sử dụng động cơ điện công suất $P = 0{,}21\text{ kW}$ (có thể dùng nguồn 1 pha hoặc 3 pha). Tốc độ quay định mức của động cơ là $n_{dc} = 1400\text{ vòng/phút}$, qua bộ giảm tốc tích hợp cho tốc độ đầu ra đạt $n_{lv} = 270\text{ vòng/phút}$.

2. Hộp giảm tốc của máy được thiết kế với cấu hình và tỉ số truyền như thế nào?
Hộp giảm tốc gồm 2 cấp bánh răng trụ răng nghiêng với tỉ số truyền chung $u_{tt} = 5{,}2$. Tỉ số truyền được phân phối cho cấp nhanh là $u_n = 2{,}5$ (cặp bánh răng $Z_1 = 10$, $Z_2 = 25$) và cấp chậm là $u_c = 2{,}08$ (cặp bánh răng $Z_1 = 12$, $Z_2 = 25$), đảm bảo điều kiện $u_n = 1{,}2 \cdot u_c$.

3. Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo bộ truyền bánh răng và trục của máy?
Bộ truyền bánh răng ở cả hai cấp được chế tạo từ Thép 45 tôi cải thiện, độ cứng bề mặt bánh răng nhỏ đạt HB 245 và bánh lớn đạt HB 230. Các trục truyền động I và II được chế tạo từ Thép C45 có giới hạn bền kéo $\sigma_b = 600\text{ MPa}$ và giới hạn chảy $\sigma_{ch} = 340\text{ MPa}$.

4. Sự khác biệt giữa tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm của cơ cấu cấp nước là gì?
Theo lý thuyết thiết kế ban đầu, máy dự kiến cần $10\text{ lít}$ nước cho $1000\text{ m}^2$ sàn trong 1 giờ, tương ứng lưu lượng xả $2{,}78\text{ ml/s}$. Tuy nhiên qua thực nghiệm thực tế trên diện tích sàn $64{,}8\text{ m}^2$ trong 4 phút, năng suất làm sạch thực tế đạt $972\text{ m}^2/\text{h}$ và lưu lượng nước chỉ cần duy trì ở mức $1{,}39\text{ ml/s}$ ($5\text{ lít/h}$), giúp bình 10 lít có thể vận hành liên tục trong 2 giờ.

5. Cơ cấu "Chữ U không lật" và "Bu-lông tăng cứng lò xo" có vai trò gì trong máy?
Cơ cấu "Chữ U không lật" được thiết kế nhằm định hướng khung và triệt tiêu phản lực xoắn sinh ra khi chổi tiếp xúc mạnh với sàn, ngăn hiện tượng lật máy khi đang quay. Cụm "Bu-lông tăng cứng lò xo" đóng vai trò là cơ cấu giảm chấn đàn hồi, triệt tiêu hiện tượng rung động khi máy vận hành trên các bề mặt sàn có độ nhám hoặc không hoàn toàn bằng phẳng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy lau nhà" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn chu trình tính toán, thiết kế động lực học và chế tạo thử nghiệm thành công một thiết bị lau sàn bán tự động. Thiết bị vận hành ổn định với năng suất thực nghiệm đạt $972\text{ m}^2/\text{h}$, sử dụng động cơ $0{,}21\text{ kW}$, bình nước 10 lít vận hành trong 2 giờ và có khối lượng gọn nhẹ $20\text{ kg}$. Toàn bộ các bộ truyền bánh răng và hệ trục đều được kiểm nghiệm đạt độ bền mỏi, bền tiếp xúc và bền tĩnh theo quy chuẩn cơ khí, mở ra khả năng ứng dụng thực tiễn trong công tác vệ sinh sàn công nghiệp và dân dụng.