Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nâng cao mức độ tự động hóa trên dây chuyền sản xuất ống nhựa u.PVC (27/08/2024)

Ống nhựa u.PVC là ống nhựa được sản xuất chủ yếu từ nhựa PVC và một số chất phụ gia khác. Nhựa PVC là viết tắt của Polyvinylclorua, là một loại nhựa dẻo được tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylclorua. Ống u.PVC với các ưu điểm nổi bật như: Trọng lượng nhẹ, dễ dàng thi công lắp ráp trên mọi công trình, địa hình khác nhau,độ bền cao, không bị ăn mòn, ô xi hóa, chống đóng cặn…Những năm gần đây việc sử dụng ống nhựa trong các công trình xây dựng thay cho ống bê tông, gang, thép, gốm sứ đang là xu hướng mới trong ngành vật liệu xây dựng và ngày càng phổ biến do có nhiều đặc tính kỹ thuật ưu việt như: trọng lượng nhẹ, chống gỉ sét, không độc hại, và tuổi thọ trung bình có thể lên đến 50 năm nếu lắp đặt đúng kỹ thuật.

Do được ứng dụng rất rộng rãi nên đòi hỏi chất lượng ống cũng như chất lượng thi công lắp ghép phải đáp ứng về kích thước, độ bền, chịu va đập và chịu áp lực theo các tiêu chuẩn nhất định để đảm bảo không bị sự cố trong quá trình sử dụng như vỡ ống, rò rỉ nước tại các mối nối, lắp ghép. Để nối các đoạn ống với nhau thường sử dụng đầu nong. Đầu nong là một phần ở đầu cây ống nhựa, được làm loe ra với kích thước đường kính trong bằng kích thước đường kính ngoài của ống nhựa cần ghép. Kích thước của đầu nong phải đáp ứng được các yêu cầu như: đảm bảo kín khít, không bị rò rỉ nước khi sử dụng với áp suất làm việc, chịu được va đập, không biến dạng trong quá trình sử dụng… Do vậy đòi hỏi việc sản xuất, tạo đầu nong ống trong quy trình công nghệ phải chính xác đúng kích thước theo tiêu chuẩn.Với mục tiêu tạo ra sản phẩm với hệ thống thiết bị, công nghệ đồng bộ tiêu chuẩn phục vụ công đoạn gia công tạo đầu nong cho các sản phẩm ống trên dây chuyền sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế cao. Công ty cổ phần nhựa Thiếu niên Tiền Phong đã triển khai nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp thành phố “Nâng cao mức độ tự động hóa trên dây chuyền sản xuất ống nhựa u.PVC”.

Trên cơ sở thu thập thông tin về lý luận và kinh nghiệm có liên quan đến máy nong ống tự động trên dây chuyền sản xuất ống nhựa u.PVC, kết quả đã tổng hợp và xác định được những căn cứ và nội dung nghiên cứu chính để triển khai việc nghiên cứu, thiết kế máy nong ống tự động, góp phần hạn chế máy móc, thiết bị nhập ngoại, đáp ứng được mục tiêu định hướng phát triển của Ban lãnh đạo công ty.Mục đích việc nghiên cứu, thiết kế máy nong đó chính là tạo ra được thiết bị phù hợp với nhu cầu sản xuất của công ty, chất lượng đảm bảo, chi phí đầu tư thấp và chủ động trong quá trình chế tạo, sử dụng, bảo dưỡng, bảo trì, tăng tính nội địa hóa các vật tư thay thế. Độ ổn định, tính phù hợp trong các thiết kế sẽ được chứng minh trong quá trình chế tạo và sử dụng thiết bị.

Nghiên cứu cho thấy, ống nhựa PVC gồm hai loại: Ống nhựa PVC cứng hay còn gọi là ống u.PVC và ống nhựa PVC mềm. Ống nhựa PVC cứng không dùng chất hóa dẻo trong công thức phối trộn. Ngược lại ống PVC mềm phải sử dụng chất hóa dẻo trong công thức phối trộn, chất hóa dẻo thường dùng là dầu hóa dẻo DOP.Thành phần phối trộn của ống u.PVC bao gồm bột nhựa PVC với chỉ số K là 65-66, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn nội, chất bôi trơn ngoại, chất trợ gia công, chất độn, bột màu v.v...Ống nhựa PVC được sản xuất trên máy đùn, máy đùn có thể là máy đùn hai trục vít xoắn hoặc máy đùn một trục vít xoắn. Thông thường ống nhựa PVC được sản xuất trên máy đùn hai trục vít xoắn sẽ cho sản phẩm chất lượng tốt hơn hẳn so với máy đùn một trục vít xoắn. Do máy đùn hai trục vít xoắn có khả năng làm cho hỗn hợp nhựa PVC nóng chảy tốt hơn nên có thể sử dụng trực tiếp hỗn hợp sau khi trộn trên máy trộn. Ngược lại máy đùn một trục vít xoắn phải sử dụng hạt nhựa PVC tạo sẵn hoặc phải sử dụng phụ gia trong công thức phối trộn cho độ nóng chảy tốt. Nguyên liệu được cấp vào máy đùn, dưới tác dụng của nguồn nhiệt, nguyên liệu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái dẻo và nhờ chuyển động quay của vít xoắn trong xy lanh mà nguyên liệu được đẩy về phía trước. Nhựa dẻo đùn qua đầu hình được đưa vào thiết bị định hình sản phẩm và thiết bị làm mát sản phẩm. Tại đây nhựa được định hình, làm mát để trở thành cứng rắn và ổn định kích thước ống theo yêu cầu. Sản phẩm được cắt đạt chiều dài theo tiêu chuẩn, được ghi nhãn bằng máy in và được nong để tạo đầu nối sản phẩm. Quá trình nong được thực hiện bởi máy nong, ống nhựa u.PVC sau khi cắt được đưa vào băng chuyền của máy. Đầu tiên ống được đưa đến bộ phận gia nhiệt, sau khi được gia nhiệt tới nhiệt độ khoảng 200⁰C¸250⁰C thì băng truyền chuyển ống tới đầu nong. Trong quá trình nong, đầu nong được hút chân không và làm mát để định hình chính xác kích thước. Cuối công đoạn nong ống được đưa ra ngoài và quá trình tương tự với ống tiếp theo.

Kết quả sản phẩm nghiên cứu của quá trình lắp ráp, vận hành, hiệu chỉnh là máy nong MN60-160-KTSX01 tự động, bao gồm 5 cụm và hệ thống chính có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc, tính chính xác và hiệu quả của máy là: (1) Cụm di chuyển ống; (2) Cụm bàn đỡ ống nong; (3) Cụm gia nhiệt và nong ống; (4) Hệ thống điện và tự động hóa; (5) Hệ thống khí nén và thủy lực. Mỗi cụm hoặc hệ thống đều cần đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khác nhau để đảm bảo cho những yêu cầu kỹ thuật chung của toàn bộ máy như: Kết cấu máy gọn gàng, cứng vững, hoạt động trơn tru, chính xác phù hợp thực tế sản xuất và vị trí đặt máy tại dây chuyền; Máy đảm bảo tính ổn định, tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường; Phần mềm và giao diện điều khiển được xây dựng hợp lý, thuận tiện, đẹp; Máy đảm bảo năng suất, chất lượng sản phẩm.

Các thông số kỹ thuật của máy: Sản phẩm nong: Ống nhựa u.PVC F60¸F160; Nhiệt độ môi trường làm việc: 5 ¸ 45^oC; Nguồn điện: điện áp 3 pha/380v; Tần số: 50 Hz; Công suất lò gia nhiệt: 5.6 kw; Công suất động cơ thủy lực: 2.2 kw; Áp suất thủy lực lớn nhất: 250 bar; Thể tích thùng dầu thủy lực: 160 lít; Kích thước máy (D x R x C): 8016 x 2060 x 1968. Máy nong MN60-160-KTSX01 tự động có nhiều ưu điểm như: Giao diện điều khiển tiếng Việt dễ hiểu khi vận hành, cài đặt các chế độ nong ống linh hoạt, thuận tiện cho các yêu cầu công nghệ nong ống khác nhau; Cài đặt và hiển thị thời gian gia nhiệt, thời gian nong trực quan, dễ dàng theo dõi giám sát trong quá trình sản xuất; Hiển thị cảnh báo khi có sự cố về các động cơ trong quá trình sử dụng, dễ dàng kiểm tra và khắc phục nhanh chóng; Có thể nong ghé từ bên ngoài khi đang nong online, loại bỏ tình trạng tồn sản phẩm chưa nong hết trong ca sản xuất, hỗ trợ nong thêm được sản phẩm cùng loại đang sản xuất trên máy khác; Tự chủ được quy trình công nghệ nong ống và phần mềm khi cần thiết phải thay thế PLC trong thời gian ngắn nhất, giá thành thấp; Nong được cả hai loại nong thẳng và nong giăng; Tốc độ nong cao, phát huy tối đa năng suất máy; Nong thẳng: 40-150 đầu nong/giờ, nong hình sin: 25-120 đầu nong/giờ; Chất lượng và kích thước đầu nong ổn định, đảm bảo theo tiêu chuẩn ISO 1452 và DIN 19532; Các lò gia nhiệt được bảo ôn, nhiệt độ gia nhiệt cao nhất đến 350^oC, điều khiển bằng PID, ổn định và duy trì tối ưu nhiệt độ gia công. Tổn hao điện năng thấp; Giảm chi phí nhân công, tối ưu hóa giá thành sản phẩm; Hệ thống khí nén và thủy lực làm việc được ở chế độ áp suất thấp để tăng tuổi thọ của thiết bị; Các thiết bị được lắp đặt tập trung dễ thao tác và sửa chữa; Các vật tư thông dụng phổ biến, dễ thay thế; Hệ thống có chế độ giải nhiệt dầu; Các van khí nén lắp trên 01 panel và lắp đặt trong tủ gọn gàng; Đường ống đi trong máng chạy xung quanh máy và được đánh dấu để dễ sửa chữa thay thế; Các đầu cắm nhanh khí nén lắp trực tiếp trên xylanh dễ thao tác; Các đầu ra kết nối với cơ cấu chấp hành bằng các đầu nối thủy lực, đảm bảo không rò rỉ dầu và thao tác dễ dàng.

Sơ đồ động học và nguyên lý hệ thống máy nong ống tự động.

Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy nong ống tự động trên dây chuyền sản xuất ống nhựa u.PVC là rất cần thiết, đây chính là cơ sở quan trọng khâu cuối cùng quyết định chất lượng của ống nhựa, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và giảm chi phí sản xuất sản phẩm, góp phần thực hiện thành công quyết định của công ty cho việc ứng dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất, chủ động về công nghệ…Thiết bị này được công ty chế tạo trong nước có thể thay thế nhập khẩu với giá thành chỉ bằng 55-65% nhưng chất lượng hơn hẳn so với sản phẩm nhập khẩu cùng loại. Đây là nghiên cứu có tính ứng dụng thực tiễn cao, không những phục vụ hữu ích cho hoạt động sản xuất của Công ty cổ phần nhựa Thiếu niên Tiền Phong mà còn góp phần thiết thực vào công cuộc cơ giới hóa, hiện đại hóa nền sản xuất công nghiệp thành phố. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng./.