Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy hủy giấy tự động kiểu mới ứng dụng ở phòng khảo thí và đảm bảo chất lượng của các cơ sở đào tạo : Báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƢƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy hủy giấy tự

động kiểu mới ứng dụng ở Phòng Khảo thí và Đảm bảo chất lượng của các

cơ sở đào tạo

Mã số đề tài: 19.1CK01

Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Hoàng Minh

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Cơ khí

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2021

1

LỜI CÁM ƠN

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công

nghiệp Tp.HCM, phòng Quản lý Khoa học và Hợp tác Quốc tế, Phòng Khảo thí và

Đảm bảo Chất lƣợng, Khoa Công nghệ Cơ khí, đã tạo điều kiện để chúng tôi thực

hiện và hoàn thành đề tài.

Xin chân thành cảm ơn sự hợp tác nghiên cứu của Bộ môn Tự động hóa quá

trình sản xuất trƣờng Đại học Tổng hợp Kỹ Thuật Matxcơva mang tên N.E.

Bauman, GS. TSKH. Gavriuhsin S.S., đã có những đóng góp về mặt nội dung khoa

học cho đề tài.

Xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Nguyễn Đức Nam trƣờng Đại học

Công nghiệp Tp.HCM, TS. Nguyễn Hữu Thọ trƣờng Đại học Công nghiệp Thực

phẩm Tp.HCM, TS. Đào Thanh Phong trƣờng Đại học Tôn Đức Thắng, TS.

Nguyễn Khoa Triều trƣờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM, TS. Trần Ngọc Đăng

Khoa trƣờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM, TS. Nguyễn Huy Phúc trƣờng Đại

học Công nghiệp Tp.HCM cùng các đồng nghiệp khác nhƣ ThS. Nguyễn Trƣờng

Giang, ThS. Châu Ngọc Lê, ThS. Lâm Thanh Danh, ThS. Phạm Thanh Tuấn đã

góp ý cho chúng tôi về mặt chuyên môn, những thiếu sót để chúng tôi hoàn thành

đƣợc đề tài đúng tiến độ.

Cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động

viên, chia sẻ và hỗ trợ chúng tôi.

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy huỷ giấy tự

động kiểu mới ứng dụng ở Phòng Khảo thí và Đảm bảo chất lượng của các cơ

sở đào tạo

1.2. Mã số: 19.1CK01

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực

hiện đề tài

1 TS. Đặng Hoàng Minh IUH Chủ nhiệm đề tài

2 ThS.GVC. Nguyễn Thị Thuý Nga IUH Thƣ ký khoa học

3 ThS. Nguyễn Thị Mỹ Hạnh IUH Thƣ ký

4 TS. Phùng Văn Bình Học viện KTQS Thành viên

5 TS. Nguyễn Việt Đức ĐH Thủy Lợi Thành viên

6 ThS. Nguyễn Văn Biên IUH Thành viên

8

Nhóm 5 sinh viên IUH làm đồ án/luận

văn tốt nghiệp:

Nguyễn Xuân Chuyến 16076271

Hà Thanh Hiệp 16071171

Nguyễn Hoàng Nhật Tâm 16043931

Võ Quốc Sang 15090591

Lê Văn Tình 15068811

IUH Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ Cơ khí

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng 10 năm 2020

1.5.2. Gia hạn (nếu có): 6 tháng (do tình hình dịch COVID-19

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 08 năm 2018 đến tháng 12 năm 2020

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

Thay đổi một vài cơ cấu nhưng vẫn đảm bảo đúng nguyên lý cấp nhanh, cắt nhanh

của máy.

1.7. Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt của đề tài: 95 triệu đồng.

3

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Hiện nay do yêu cầu về bảo mật thông tin mà nhu cầu hủy giấy ở các văn

phòng, công sở, đơn vị quân đội, trƣờng học, v.v… là rất lớn, đặc biệt là ở phòng

khảo thí và đảm bảo chất lƣợng (PKT&ĐBCL) tại các cơ sở đào tạo. Những nơi

này cần một máy hủy đề thi với năng suất lớn (> 120 tờ / phút). Trên thị trƣờng

hiện nay có 2 loại máy phổ biến là máy huỷ giấy văn phòng và máy huỷ giấy công

nghiệp. Đối với PKT&ĐBCL thì việc sử dụng máy huỷ giấy văn phòng có nhƣợc

điểm là năng suất thấp, dễ bị kẹt giấy, động cơ dễ hƣ hỏng và xuống cấp. Việc sử

dụng máy huỷ giấy công nghiệp thì gặp khó khăn về vấn đề kinh phí do giá thành

của những loại máy này thƣờng rơi vào khoảng vài trăm triệu, vƣợt quá khả năng

đáp ứng của các cơ sở đào tạo. Ngoài ra việc sử dụng các loại máy công nghiệp sẽ

gây tốn năng lƣợng và dƣ thừa do chúng có thể nghiền đƣợc các loại vật liệu cứng

hơn nhƣ nhựa, bìa cứng, gỗ, v.v… mà PKT&ĐBCL thƣờng lại không có nhu cầu.

Đặc điểm ở PKT&ĐBCL thƣờng là cần huỷ các đề thi dƣ, hoặc đề thi hỏng,

các đề thi hoặc bài làm cần bảo mật, chúng là các tờ giấy rời rạc hoặc đƣợc ghim

lại với một số lƣợng khoảng từ 2-20 tờ, chứ không phải là các dạng quyển tập với

số lƣợng vài trăm trang, đƣợc đóng bìa cứng. Xuất phát từ đặc điểm trên, trong đề

tài này, các tác giả đề xuất thay thế cơ chế cắt-nghiền trong các loại máy huỷ giấy

hiện nay bằng cơ chế cấp nhanh và cắt nhanh từng tờ giấy. Nguyên lý này sẽ giúp

tăng năng suất huỷ giấy, giảm công suất từ đó tiết kiệm đƣợc năng lƣợng và giảm

giá thành của máy, rất phù hợp sử dụng ở PKT&ĐBCL của các cơ sở đào tạo.

Sản phẩm đầu ra là một máy hủy giấy với năng suất 120-140 tờ/phút và một

bài báo cấp trƣờng. Đề tài có ý nghĩa khoa học và ứng dụng lớn cho PKT&ĐBCL

của các cơ sở đào tạo nói riêng và xã hội nói chung.

2. Mục tiêu

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một máy huỷ giấy tự động kiểu mới và đƣa vào ứng

dụng thử nghiệm tại Phòng Khảo thí và Đảm bảo Chất lƣợng tại trƣờng Đại học

Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh.

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Quá trình thiết kế máy đƣợc thực hiện dựa trên quy trình PAMMS (Procedure for

Automation of Mathematical Modeling and Solution) đƣợc các tác giả đề xuất

- Các vấn đề kỹ thuật liên quan đến máy huỷ giấy kiểu mới, nhƣ: động lực học máy

(phản lực động tại các khớp và chân máy, tính công suất động cơ, tính toán ổ lăn và

gối đỡ, v.v…), v.v… đƣợc nghiên cứu và giải quyết bằng các phƣơng pháp Phƣơng

pháp cơ học cổ điển của sức bền vật liệu, Cơ lý thuyết, v.v..

- Chế tạo mô hình máy huỷ giấy kiểu mới, dựa trên nền tảng các môn học nguyên

lý chi tiết máy, các phƣơng pháp gia công, điều khiển máy, v.v…

- Việc tìm bộ thông số chế độ cắt phù hợp đƣợc thực hiện dựa trên phƣơng pháp

thực nghiệm mảng trực giao khi thay đổi các thông số hệ thống điều khiển để vận

hành máy.

4

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Đề tài đã hoàn thành 100% khối lƣợng công việc nhƣ trong bản thuyết minh. Cụ

thể là:

- Một bài báo cấp trƣờng

- Một mô hình máy huỷ giấy kiểu mới

- Các bản vẽ thiết kế

- Đào tạo bậc đại học

5. Đánh giá các kết quả đã đạt đƣợc và kết luận

Các tác giả đã thực hiện đề tài nghiên cứu nghiêm túc và đúng tiến độ. Trên

thực tế, công việc của đề tài đã đƣợc thực hiện trƣớc khi ký hợp đồng 1 năm. Nên

sau hơn một năm kể từ khi ký hợp đồng nhóm tác giả đã hoàn thành đề tài này.

Việc bị trễ một vài tháng là do ảnh hƣởng của dịch COVID-19 khiến cho nhóm NC

không thể tiến hành công việc trong trƣờng.

Bài báo Khoa học cấp trƣờng đã đƣợc chấp nhận đăng ngày 06/03/2020 và

đã đƣợc xuất bản trong số 40 (04-2019) vào ngày 15/12/2020.

Mô hình của máy đã đƣợc thiết kế, chế tạo đầy đủ cả phần Cơ khí và điều

khiển. Hiện máy đƣợc đặt tại PKT&ĐBCL Trƣờng Đại học Công nghiệp TPHCM

để tiến hành chạy thử nghiệm và đánh giá khả năng làm việc. Kết quả vận hành và

thực nghiệm máy cho thấy nguyên lý làm việc đúng nhƣ thiết kế ban đầu. Máy đã

huỷ đƣợc giấy với năng suất tốt hơn mức đề ra, cụ thể là 200 tờ A4/ph. và khoảng

110 tờ A3/ph. Tuy nhiên để hoàn thiện hơn mô hình máy và để có bản vẽ thiết kế

hàng loạt một cách hoàn chỉnh, đề tài này vẫn cần đƣợc đầu tƣ thêm kinh phí để

tiếp tục nghiên cứu và phát triển.

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm máy huỷ giấy tự động

kiểu mới ứng dụng ở Phòng Khảo thí và Đảm bảo chất lƣợng của các cơ sở đào

tạo” đƣợc triển khai nhằm tìm ra một cơ cấu máy huỷ giấy kiểu mới giúp tăng năng

suất huỷ giấy, tiết kiệm năng lƣợng và phù hợp với nhu cầu huỷ đề thi của

PKT&ĐBCL tại các cơ sở đào tạo. Sau khi thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã thu

đƣợc các kết quả, thể hiện trong mục 4. Các kết quả này có ý nghĩa khoa học và

thực tiễn giúp chế tạo ra những máy huỷ giấy kiểu mới có chất lƣợng và độ cạnh

tranh cao. Chi tiết nội dung của các kết quả sẽ đƣợc thể hiện ở các mục dƣới và phụ

lục.

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

3.1. Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

TT Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt đƣợc

5

1

Mô hình thực nghiệm:

- Kích thƣớc tối đa:

- Dùng để thực nghiệm

và tìm ra các thông số

900x800x600 mm 600x500x300 mm

2

Một máy thử nghiệm

huỷ giấy kiểu mới:

- Kích thƣớc:

- Năng suất:

- Công suất max

2 x 1.3 x 1.3 m

120-150 tờ/ph.

0.5 kW

Máy huỷ giấy kiểu

mới:

1.5 x 0.93 x 0.85 m

200 tờ A4/ph.; 110 tờ

A3/ph.

0.37 kW

3 Bản vẽ thiết kế

Các bản vẽ chi tiết

và bản vẽ lắp các bộ

phận máy, bản vẽ

3D của mô hình máy

huỷ giấy kiểu mới

Đã đạt đƣợc

4 Một bài báo cấp trƣờng

Dựa trên một trong

các chủ đề trong

mục nội dung của

thuyết minh

“Nghiên cứu thiết kế

máy huỷ giấy kiểu

mới sử dụng cho

Phòng Khảo thí và

Đảm bảo chất lượng

tại các cơ sở đào tạo”

5 Bằng sáng chế

“Máy huỷ giấy theo

cơ chế cấp nhanh –

cắt nhanh”

Đã đƣợc thông qua về

mặt hình thức, đang

trong quá trình thẩm

định nội dung. Không

nằm trong đăng ký đề

tài nhƣng đã làm đƣợc

trong quá trình thực

hiện đề tài

Ghi chú:

- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ đƣợc

chấp nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trƣờng ĐH Công Nghiệp Tp. HCM đã

cấp kính phí thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.

- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối

báo cáo. (đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang

chính và trang cuối kèm thông tin quyết định và số hiệu xuất bản)

3.2. Kết quả đào tạo

TT Họ và tên

Thời gian

thực hiện đề tài

Tên đề tài

Tên chuyên đề nếu là

NCS

Đã bảo vệ

6

Tên luận văn nếu là

Cao học

Nghiên cứu sinh

Học viên cao học

Sinh viên Đại học

Nguyễn Xuân Chuyến 16076271

Hà Thanh Hiệp 16071171

Nguyễn Hoàng Nhật Tâm 16043931

Võ Quốc Sang 15090591

Lê Văn Tình 15075811

8 tháng 28/12/2020

Ghi chú:

- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và

bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành

công luận án/ luận văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)

IV. Tình hình sử dụng kinh phí

T

T

Nội dung chi

Kinh phí

đƣợc duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí

thực hiện

(triệu đồng)

Ghi

chú

A Chi phí trực tiếp

1 Thuê khoán chuyên môn 7.3125 7.3125

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con..

3 Thiết bị, dụng cụ 82.6875 82.6875

4 Công tác phí

5 Dịch vụ thuê ngoài

6 Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ

7 In ấn, Văn phòng phẩm

8 Chi phí khác

B Chi phí gián tiếp

1 Quản lý phí 5 5

2 Chi phí điện, nƣớc

Tổng số 95 95

V. Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)

Đây là một loại máy huỷ giấy mới, đƣợc thiết kế và chế tạo thử nghiệm thế hệ đầu

tiên. Máy đã đảm bảo chạy đúng nguyên lý, đạt đƣợc đúng năng suất đề ra (thậm

chí vƣợt trội hơn so với năng suất đã đề ra trong thuyết minh). Tuy nhiên còn một

số yêu cầu về tính thẩm mỹ, tính tiện lợi cho ngƣời tiêu dùng, thì cần phải đƣợc

chạy thử nghiệm một thời gian để lấy ý kiến của bên liên quan (Các chuyên viên ở

PKT&ĐBCL) để từ đó phát triển các thế hệ tiếp theo sao cho máy có kích thƣớc

nhỏ gọn hơn, tiện ích hơn và giá thành rẻ hơn. Để làm đƣợc việc này, nhóm nghiên

cứu cần sự hỗ trợ kinh phí từ phía nhà trƣờng, sự tạo điều kiện thuận lợi về máy

7

móc và trang thiết bị gia công từ phía Khoa Cơ khí và cần nguồn nhân lực là các

em sinh viên khá-giỏi cùng tham gia vào các đề tài phát triển này.

VI. Phụ lục sản phẩm (liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

- Hình ảnh về mô hình máy thử nghiệm

- Minh chứng bài báo Tạp chí Khoa học và Công nghệ trƣờng Đại học Công

nghiệp TPHCM

- Bản chụp hình giấy chấp nhận hình thức của Cục sở hữu trí tuệ cho bằng

sáng chế “Máy huỷ giấy theo cơ chế cấp nhanh cắt nhanh”

Tp. HCM, ngày 25 tháng 03 năm 2021

Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT (ĐƠN VỊ)

Trƣởng (đơn vị)

(Họ tên, chữ ký)

8

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

(báo cáo tổng kết sau khi nghiệm thu, đã bao gồm nội dung góp ý của hội đồng

nghiệm thu)

II.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết tiến hành nghiên

cứu

II.1.1. Tình hình nghiên cứu Quốc tế

Xuất phát từ những nhu cầu cấp thiết trong cuộc sống nhƣ cắt dây cáp, đồng,

nghiền rác thải, đệm, lốp xe, v.v… Hill (1986) đã đƣa ra 3 phƣơng án thiết kế máy

với 2 trục dao, 4 trục dao và hệ thống băng tải cấp phôi [1]. Cơ chế tạo ra có thể

giúp cắt sợi và nghiền. Tsai (1994) đã đề xuất cải tiến biên dạng răng của dao cắt

nhờ thay đổi góc lƣợn và độ dốc. Ngoài ra các răng đƣợc gia công có độ côn hoặc

lƣỡi sắc, và các đĩa cữa đƣợc lắp ráp trên trục hình lục giác giúp dễ dàng sắp xếp

các đĩa lệch nhau theo hình xoắn ốc [2].

Ming (2002) đã chỉ ra phƣơng án cải tiến biên dạng đĩa cắt bằng cách làm

nhọn các răng và tạo răng cƣa không quá sâu trên biên dạng cong của đĩa, nhằm

giúp việc bám giấy tốt hơn [3]. Năm 2006, Bai và Shuhui trong sáng chế của mình

đã thay 1 đĩa dày bằng 2 đĩa mỏng hơn ghép lại với nhau với một khoảng trống ở

giữa. Cách làm này sẽ giúp tiết kiệm đƣợc vật liệu, giảm khối lƣợng trục đồng thời

giảm yêu cầu về độ chính xác gia công cho hệ thống. [4]. Thừa hƣởng những thành

tựu đã có, Azimi (2007) đã cho ra đời một mô hình máy nhỏ gọn, đơn giản hơn chỉ

gồm 3 bộ phận chính: Tay quay, dao cắt và thùng chứa. Máy có ƣu điểm là tiết

kiệm năng lƣợng [5].

Tuy rất nhiều cơ cấu máy hủy giấy đã đƣợc phát triển nhƣng chúng vẫn chƣa

đáp ứng đƣợc nhu cầu đa dạng của thực tế. Điều đó thôi thúc nhóm tác giả

Weidman, Klowak cùng các cộng sự (2014) cho ra đời một cơ cấu máy mới, ở đó

công việc hủy giấy đƣợc chia thành 3 giai đoạn (tƣơng ứng với 3 tầng) đảm bảo

đầu ra cuối cùng là giấy bị băm nhỏ hoàn toàn để đảm bảo tính bảo mật theo yêu

cầu. Bên cạnh đó, quá trình hủy còn đƣợc điều khiển bằng chƣơng trình để đảm bảo

các công đoạn diễn ra đồng bộ [6]. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ,

các phƣơng pháp gia công tiên tiến ngày nay đƣợc ứng dụng rộng rãi, cho phép