Luận văn Tuổi bền tối ưu của vòi phun trong làm sạch bề mặt bằng phun cát

1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong công nghiệp, để làm sạch bề mặt chi tiết có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: làm sạch bề mặt bằng tia nước áp suất cao, làm sạch bằng phương pháp phun bi, phun cát . Trong các phương pháp đó, làm sạch bằng phun cát là phương pháp làm sạch được dùng phổ biến nhất. Phương pháp làm sạch bằng phun cát được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là công nghiệp đóng tầu để làm sạch bề mặt kim loại tấm, làm sạch bề mặt vật đúc hoặc các chi tiết máy vv . Chính vì vậy, việc nghiên cứu về chế độ phun cát tối ưu cũng như tuổi bền tối ưu của vòi phun là rất quan trọng. Cho đến nay, các nghiên cứu về chế độ phun cát và đặc biệt về tối ưu hóa trong làm sạch bằng phun cát còn rất hạn chế. Việc xác định chế độ phun cát chủ yếu dựa vào các bảng tra của các hãng cung cấp hệ thống làm sạch (ví dụ hãng Clemco, hãng Kennametal vv .). Tuổi bền của vòi phun thường xác định theo kinh nghiệm [1]. Cho đến nay cũng đã có một số nghiên cứu về giá thành làm sạch của hệ thống phun cát [2], [3] và nghiên cứu về tuổi bền tối ưu của vòi phun theo chỉ tiêu giá thành nhỏ nhất [4]. Tuy nhiên bài toán giá thành mới xây dựng ở dạng đơn giản, nhiều yếu tố còn chưa kể đến (chi phí nhà xưởng, lãi suất đầu tư .). Một số thông số tính toán mới dừng ở dạng đơn giản, độ chính xác chưa cao. Thêm vào đó, bài toán tối ưu đa mục tiêu còn chưa được đề cập đến. Do vậy cần thiết phải nghiên cứu một số vấn đề sau: -Xác định tuổi bền tối ưu của vòi phun theo các hàm đơn mục tiêu và đa mục tiêu. -Các bài toán giá thành, bài toán lợi nhuận phải được xây dựng cho trường hợp tổng quát, trong đó kể đến ảnh hưởng của các thông số của quá trình phun cát với độ chính xác cao. Vì những lý do kể trên nên tác giả đã chọn đề tài luận văn thạc sĩ là: “Tuổi bền tối ưu của vòi phun trong làm sạch bề mặt bằng phun cát” 2. Mục đích nghiên cứu. - Xây dựng tổng quát các bài toán tối ưu đơn mục tiêu như (hàm giá thành phun cát là nhỏ nhất, hàm lợi nhuận phun cát là lớn nhất) đã được nghiên cứu và bài toán đa mục tiêu (với các hàm đơn mục tiêu đã kể trên). - Nghiên cứu và lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu. Từ đó xác định tuổi bền tối ưu của vòi phun theo các hàm đơn và đa mục tiêu. - Xây dựng các công thức tính toán tuổi bền tối ưu theo các hàm đơn mục tiêu và đa mục tiêu. 3. Đối tượng nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tuổi bền tối ưu của vòi phun cho quá trình phun cát với các bài toán đơn và đa mục tiêu. 4. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết: - Dựa trên các bài toán tối ưu đơn mục tiêu đã nghiên cứu xây dựng các bài toán tối ưu đơn mục tiêu dưới dạng tổng quát và xây dựng bài toán đa mục tiêu. - Phân tích các phương pháp giải bài toán tối ưu để lựa chọn phương pháp thích hợp giải bài toán tối ưu tuổi bền của vòi phun. - Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy để xây dựng các công thức tính tuổi bền tối ưu của vòi phun. 5. Ý nghĩa của đề tài. a. Ý nghĩa khoa học. Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển công nghệ trong và ngoài nước về làm sạch bề mặt vật liệu bằng phun cát. Xác định tuổi bền tối ưu của vòi phun cát trong công nghệ làm sạch bằng phun cát là một công việc mang tính chất khoa học. Tuổi bền tối ưu của của vòi phun là thông số rất quan trọng. Nó có ảnh hưởng nhiều đến năng suất và hiệu quả của quá trình phun cát. Thêm vào đó việc tính toán tuổi bền tối ưu của vòi phun còn dùng làm cơ sở cho các nghiên cứu về công nghệ phun cát sau này, đặc biệt là trong việc tối ưu hoàn chỉnh các thông số của chế độ phun cát. b. Ý nghĩa thực tiễn. Như đã nêu ở trên, phương pháp phun cát được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp đóng tàu, làm sạch các vật đúc kim loại, thép tấm, kết cấu thép .Việc đưa ra các công thức xác định tuổi bền tối ưu của vòi phun sẽ góp phần nâng cao năng suất, hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận trong thực tiễn phun cát của các ngành công nghiệp như đã nêu trên. 6. Nội dung của đề tài. Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của đề tài gồm 6 chương. Nội dung chính của các chương như sau: Chương 1:Nghiên cứu tổng quan về làm sạch bằng phun cát. Nội dung chính là tìm hiểu về công nghệ làm sạch bằng phun cát. Tìm hiểu tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã công bố và từ các nghiên cứu đã có, định hướng vấn đề nghiên cứu Chương 2:Xây dựng các bài toán tối ưu. 1. Xây dựng các bài toán đơn mục tiêu với các hàm đơn mục tiêu sau: - Giá thành làm sạch bằng phun cát là nhỏ nhất. - Lợi nhuận của làm sạch bằng phun cát là lớn nhất. - Xác định các ràng buộc của các bài toán đơn. 2. Xây dựng bài toán đa mục tiêu với các hàm đơn mục tiêu trên Chương 3:Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu đơn và đa mục tiêu. - Nghiên cứu các phương pháp giải bài toán tối ưu đơn và đa mục tiêu. - Đưa ra phương pháp giải bài toán đơn và đa mục tiêu. Chương 4: Lập trình giải các bài toán tối ưu. Sử dụng các phần mềm Pascal for Win để lập trình giải các bài toán tối ưu đơn và đa mục tiêu. Chương 5: Phân tích kết quả và xây dựng công thức tính tuổi bền tối ưu. - Phân tích các kết quả đạt được sau khi giải các bài toán tối ưu. - Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy để đưa ra các công thức tính toán tuổi bền tối ưu. Chương 6:Kết luận và kiến nghị 7. Kết quả của đề tài. Mục Lục Lời nói đầu 3 Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về làm sạch bằng phun cát. . 7 1.1. Tìm hiểu về công nghệ làm sạch bằng phun cát . 7 1.1.1. Giới thiệu chung . 7 1.1.2. Các phương pháp làm sạch bằng phun cát 11 1.1.3. Các loại hạt mài dùng trong phun cát 15 1.1.4. Vòi phun . 17 1.1.5. Các thông số của quá trình phun cát 19 1.2. Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu về chế độ phun cát và tuổi bền của vòi phun. 20 1.2.1. Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu về chế độ phun cát 20 1.2.2. Tìm hiểu về các kết quả nghiên cứu về tuổi bền của vòi phun . 20 1.3. Kết luận . 26 Chương 2: Xây dựng các bài toán tối ưu 27 2.1 Xây dựng các hàm đơn mục tiêu . 27 2.1.1. Hàm mục tiêu giá thành làm sạch bằng phun cát là nhỏ nhất. . 27 2.1.2. Hàm mục tiêu lợi nhuận làm sạch bằng phun cát là lớn nhất. 29 2.2. Bài toán tối ưu . 31 2.2.1. Các bài toán tối ưu đơn mục tiêu 31 2.2.2. Bài toán tối ưu đa mục tiêu . 31 Chương 3. Phương pháp giải bài toán tối ưu 32 3.1. Các phương pháp giải bài toán tối ưu . 32 3.1.1. Các phương pháp giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu. . 32 3.1.2. Phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu: 36 3.2. Lựa chọn phương pháp giải . 39 3.2.1. Bài toán tối ưu đơn mục tiêu . 39 3.2.2. Bài toán tối ưu đa mục tiêu. 39 Chương 4. Lập trình giải các bài toán tối ưu 40 Chương 5. Phân tích kết quả và xây dựng công thức tính tuổi bền tối ưu 42 5.1. Phân tích các kết quả đạt được sau khi giải các bài toán tối ưu. . 42 5.2. Kết luận. 47 Chương 6. Kết luận và kiến nghị . 49 6.1. Kết luận. 49 6.2. Kiến nghị . 50 Tài liệu tham khảo 52 Phụ lục A. Chương trình xác định số liệu để xây dựng công thức tính đường kính tối ưu của vòi phun 54 Phụ lục B. Bài báo đã xuất bản 61