Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu cải tiến máy dán ống HDPE tại Công ty Cổ phần Nhựa Thiếu Niên Tiền Phong (09/08/2024)

Ống HDPE là ống nhựa làm bằng nguyên liệu HDPE (polyethylene mật độ cao được tăng cường ethylene) được sử dụng trong ngành kỹ thuật, xây dựng công nghiệp và dân dụng để làm hệ thống cấp, thoát nước, các hầm cầu vệ sinh tự hủy… Vật liệu này còn được sử dụng để lắp đặt hệ thống xử lý nước thải tại các khu công nghiệp. Ống HDPE rất bền, chịu được rất tốt với những chất lỏng và dung dịch thường gặp trên đường dẫn và đất thoát nước. Nó không bị rỉ, không bị tác dụng bởi các dung dịch muối, axít và kiềm, kể cả nước mưa axít cũng không ảnh hưởng tới loại ống này. Ống HDPE  chịu lửa tốt. Khi bị tác dụng dưới ngọn lửa, ống HDPE khó bắt lửa, nó chỉ mềm đi và biến dạng. Ống HDPE có đặc tính chịu uốn lệch rất tốt và có sức chịu biến dạng dưới loại tải cao.

Máy dán ống HDPE là thiết bị không thể thiếu khi thi công các hệ thống đường ống cấp thoát nước bằng ống nhựa chất lượng cao HDPE. Máy có thể khắc phục các khó khăn trong thi công các công trình cấp thoát nước phục vụ cho các khu công nghiệp, phục vụ sinh hoạt của nhân dân... trong các điều kiện môi trường khác nhau đảm bảo an toàn.

Hiện nay, hệ thống máy dán công ty đang sử dụng, các thiết bị khi sử dụng trên các công trình thường xuyên bị hư hỏng do kết cấu cơ khí yếu không chịu được va đập, hệ thống nhiệt không ổn định do sự thay đổi của khí hậu. Các yếu tố này ảnh hưởng đến chất lượng của mối dán và của toàn bộ công trình. Với mục tiêu khắc phục các tình trạng hư hỏng của thiết bị khi thi công ngoài công trường, cải tiến chế tạo máy dán ống HDPE tại công ty, 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. Năm 2015, Công ty Cổ phần Nhựa Thiếu Niên Tiên Phong đã triển khai nghiên cứu đề tài cấp thành phố: “Nghiên cứu cải tiến máy dán ống HDPE kích cỡ từ Ø315 ÷ Ø630” do Kỹ sư Trần Bá Phúc làm chủ nhiệm.

Nhóm nghiên cứu đã dựa trên cơ sở thu thập thông tin về lý luận và kinh nghiệm có liên quan đến máy ống HDPE, tìm ra những nhược điểm máy dán ống cũ của công ty đang sử dụng như: Kết cấu cồng kềnh, độ chính xác thấp, vận hành thủ công và khó thao tác, năng suất thấp, thường xuyên sửu chữa phục hồi sau một thời gian ngắn. Từ đó, nhóm đề tài tiến hành phân tích nhược điểm của các chi tiết cụ thể, sau đó có những cải tiến phù hợp cho từng chi tiết bao gồm: Sơ đồ động học và sơ đồ nguyên lý hoạt động; kết cấu khung kẹp; kết cấu bàn gia nhiệt; hệ thống điện điều khiển; hệ thống thủy lực.

Cấu tạo của máy dán ống

Đối với cụm khung kẹp ống máy dán: sau quá trình nghiên cứu đã được thiết kế hoàn thiện, với những ưu điểm: Cơ hệ cứng vững, kết cấu nhỏ, gọn nhẹ, dễ thao tác lắp đặt, độ chính xác cao. Cụm bạc kẹp bằng nhôm đúc, kiểm soát được chất lượng, tăng thêm một số chất như Cu, Si, Mg tăng cơ tính cho bích kẹp, khắc phục hiện tượng bạc kẹp hay bị vỡ trong quá trình sử dụng. Tính lắp lẫn trong các chi tiết cao, thuận tiện quá trình sửa chữa, dự phòng thay thế.

Đối với kết cấu bàn gia nhiệt : nhóm đề tài đã khắc phục được các nhược điểm của kết cấu bàn gia nhiệt cũ và đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về công nghệ của thiết bị như: Sử dụng các vật tư phổ biến trên thị trường, dễ dàng thay thế đúng chủng loại hoặc tương đương khi có sự cố hư hỏng. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra vật liệu Nhựa chịu nhiệt TefLon(là nhựa không bám dính bề mặt, chịu ma sát tốt, chịu nhiệt cao, không độc hại) để ứng dụng bộ phận cách nhiệt cho bàn gia nhiệt. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ phủ sơn chống dính cho các bàn gia nhiệt đảm bảo độ bám dính tốt, độ bền lớp phủ sơn chống dính cao. Tăng công suất dây điện trở, tăng công suất bàn gia nhiệt để tăng năng suất và phù hợp với điều kiện thi công ngoài công trường có gió lớn. Lắp thêm thiết bị Data logger giám sát tự động các thông số nhiệt độ thực tế và so sánh với thông số nhiệt độ tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng mối dán.Nhóm nghiên cứu sử dụng các chi tiết có sẵn sẽ thuận tiện trong việc thay thế, bảo trì bảo dưỡng khi sản xuất.

Đối với hệ thống Điện điều khiển: sau khi nghiên cứu nhóm nghiên cứu đã có những cải tiến như: Thiết kế được sơ đồ điện điều khiển và các tài liệu cơ sơ để tính toán các thông số có liên quan. Tích hợp đồng hồ điều khiển nhiệt độ có chế độ điều khiển PID cho nhiệt độ thực sát nhiệt độ đặt, tiết kiệm năng lượng. Tích hợp bộ Data Logger giám sát, lưu trữ dữ liệu về mối hàn tăng cường kiểm soát chất lượng mối hàn. Chuyển đổi van cơ điều khiển xi lanh thủy lực sang van điện, lắp đặt thêm chế độ bán tự động, tự động bù áp trong quá trình làm nguội, duy trì áp suất mối hàn luôn trong giới hạn cho phép. Đảm bảo chất lượng mối hàn. Chế tạo, lắp đặt, vận hành được hệ thống Điện điều khiển và kết nối với toàn bộ máy.Toàn bộ thiết bị được lắp đặt trong tủ điện đặt trên motor thủy lực của hệ thống phần điều khiển chính được kết nối với bộ Data logger qua các giắc cắm nhanh, dễ dàng vận chuyển và kết nối khi cần. Lập hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng hệ thống trong quá trình sử dụng.

Đối với Hệ thống thủy lực: nhóm đã tích hợp được một mạch điều khiển thủy lực cho máy dán ống đáp ứng được các yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật có những cải tiến như:

- Thiết kế được sơ đồ thủy lực và các tài liệu cơ sơ để tính toán các thông số có liên quan. Sơ đồ thủy lực sau khi cải tiến đã khắc phục được các nhược điểm của sơ đồ thủy lực cũ hiện có của máy: Sơ đồ thủy lực mới có chế độ bù áp tự động và có hệ thống chuông và đèn cảnh báo khi hoàn thành mới dán, người công nhân không cần phải túc trực tại máy trong thời gian làm nguội sản phẩm. Như vậy có thể tăng hiệu suất lao động và tăng chất lượng mối dán. Sơ đồ thủy lực mới của máy có chế độ giám sát và lưu các thông số kỹ thuật thực tế khi vận hành máy và so sánh với các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn để có thể đưa ra kết luận mới dán đạt hay không đạt.

- Với cánh tính chọn xylanh thủy lực đã nâng cao tiết diện làm việc so với xylanh cũ của máy( xylanh cũ D65; xylanh mới D80). Điều nay đã giảm tải cho cả hệ thống khi cần thực hiện dán với lực kẹp lớn.

- Cùng với việc chọn xylanh thủy lực lớn thì đi theo đó ta đã chọn được bơm dầu ( Bơm bánh răng: lưu lượng Q = 8l/p; áp suất P = 200bar ) có dải lưu lượng và áp suất nhỏ cũng đã đủ để đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Hệ thống tiết kiệm được năng lượng thủy lực và năng lượng điện khi làm việc ở các công trường.

- Các phần tử điều khiển như: Van điều khiển áp, van điều khiển một chiều, van đảo chiều, rơle áp suất, đồng hồ, dây dẫn, đầu nối… được quy chuẩn theo cùng một tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường. Đáp ứng được các yêu cầu về áp suất, lưu lượng của bơm bánh răng ta chọn các phần tử điều khiển có Size 01.

 Ngoài ra nhóm còn tiến hành chế tạo, lắp đặt, vận hành được hệ thống thủy lực và kết nối với toàn bộ máy Bơm thủy lực, động cơ điện và thùng dầu được lắp đặt liên hoàn thành một cụm. Cụm bơm và động cơ được lắp đặt trên khung có gắn các nút bấm, đồng hồ hiển thị…Bơm dầu chính cấp ra Panel tên đó tích hợp lắp các van điều khiển áp suất, van một chiều, van đảo chiều và các phần tử thủy lực khác. Các đầu ra kết nối với cơ cấu chấp hành bằng các đầu cắm nhanh thủy lực, đảm bảo không rò rỉ dầu và thao tác dễ dàng. Lập hướng dẫn vận hành, bảo dưỡng hệ thống trong quá trình sử dụng.

Dựa trên kinh nghiệm thực tiễn đã có, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xây dựng phương án gia công chế tạo máy dán ống HDPE kích cỡ từ phi 315-630 với những nội dung:

Nội dung 1 : Phân tích máy và các chi tiết cần gia công chế tạo. Do điều kiện làm việc của máy khó khăn nhất là tại các công trường, môi trường bụi, nắng, nước và nhiều yếu tố va đập dễ gây hỏng hóc máy. Điều đó đặt ra yêu cầu ngay từ các chi tiết nhỏ nhất cần đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe để máy sản xuất ra đảm bảo làm việc tốt, bền ngay cả tại các công trường.

Nội dung 2: Phân tích tính công nghệ trong kết cấu các chi tiết: Máy dán ống HDPE 315÷630 bao gồm 3 cụm chi tiết. Trong đó có một số chi tiết đặc biệt quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến sai số, khả năng làm việc và tính chính xác, hiệu quả của máy, bao gồm: Khung máy, chi tiết cần piston dẫn hướng, chi tiết quả piston, vỏ xylanh ép, bàn ép di động và bàn ép cố định.

Nội dung 3:  Xác định dạng sản xuất: Để đảm bảo sản lượng hàng năm ta phải xác định dạng sản xuất, từ đó làm cơ sở để ta thiết kế quy trình công nghệ và đồ gá cùng các trang thiết bị khác phù hợp nhằm giảm giá thành mà vẫn đảm bảo chất lượng và sản lượng sản phẩm. Muốn xác định quy mô và hình thức tổ chức sản xuất trước hết phải biết sản lượng hàng năm của chi tiết, sau đó đến trọng lượng của chi tiết.

Nội dung 4: Quy trình gia công, chế tạo cụm khung kẹp bao gồm: Chế tạo khung máy, cần piston, vỏ xiy lanh, bích đầu xylanh, thanh khoá khung máy, thanh trượt, vòng đệm, chốt giữ bulong, bích kẹp cố định, bích kẹp dưới cố định, bích kẹp dưới di động, Bulong kẹp ống…Các Quy trình đều đươc tiến hành với các bước cụ thể và chi tiết như: Bản vẽ thiết kế, lựa chọn phôi, Quy trình công nghệ chế tạo.

Sau khi xây dựng thành công phương án gia công chế tạo máy dán ống  HDPE kích cỡ từ phi 315-630 nhóm đã tiến hành giới thiệu về cách lắp ráp ống HPDE, cách vận hành hiệu chỉnh để tiến hành hàn dán ống HDPE, sau đó đưa ra kết quả thử nghiệm nhận xét và đánh giá kết quả từ đó đưa ra kinh nghiệm thực tiễn giúp cải tiến hoàn thiện hơn trong quá trình thao tác.

Sau 8 tháng triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cải tiến thành công máy dán ống HDPE đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm. Sự thành công của đề tài đã góp phần chủ động trong sản xuất kinh doanh của công ty và xây dựng thương hiệu của công ty trên thị trường trong và ngoài nước. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ./.