Thiết kế, chế tạo và điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài Thiết kế, chế tạo và điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh Mã số đề tài 171 1011 Chủ nhiệm đề tài Bùi Quốc Duy Đơn vị thực hiện Khoa Công nghệ Cơ khí TP Hồ Chí Minh, 122018 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH i LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Công Nghiệp Tp HCM, Phòng Quản lý Khoa học v.

BỘ CƠNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh Mã số đề tài: 171.1011 Chủ nhiệm đề tài: Bùi Quốc Duy Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Cơ khí TP Hồ Chí Minh, 12/2018 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH LỜI CẢM ƠN Chúng xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM, Phịng Quản lý Khoa học Hợp tác quốc tế, Khoa Cơng nghệ Cơ khí tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến PGS TS Nguyễn Hoài Sơn, PGS TS Nguyễn Xuân Hùng, TS Nguyễn Sỹ Dũng, TS Châu Minh Quang, ThS Diệp Bảo Trí cộng có ý kiến đóng góp bổ ích giúp đỡ cho chúng tơi nhiều để hồn thành nội dung giao Và lời cuối cùng, thật cảm ơn gia đình, người thân bạn bè ln động viên, chia sẻ hỗ trợ đạt kết mong muốn i Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH PHẦN I THÔNG TIN CHUNG 1.1 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh 1.2 Mã số: 171.1011 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài NCS ThS Bùi Quốc Duy Khoa Cơng nghệ Cơ khí, ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Chủ nhiệm PGS TS Nguyễn Quốc Hưng Khoa Cơng nghệ Cơ khí, ĐH Cơng Nghiệp Tp.HCM Thành viên ThS Hồng Long Vương Khoa Cơng nghệ Cơ khí, ĐH Cơng Nghiệp Tp.HCM Thành viên ThS Lê Duy Tuấn Khoa Cơng nghệ Cơ khí, ĐH Cơng Nghiệp Tp.HCM Thành viên TT Lê Đại Hiệp Nhóm nghiên cứu Cơ điện tử, Khoa Công Thành viên Nghệ Cơ Khí, ĐH Cơng Nghiệp Tp.HCM 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Cơ khí, Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.HCM 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2017 đến tháng năm 2018 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng năm 2018 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng năm 2017 đến tháng năm 2018 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Sử dụng báo Scopus thay báo ISI cho sản phẩm dạng IV đề tài Đã Ban Giám Hiệu Hội đồng khoa học phê duyệt 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 70 triệu đồng ii Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Đặt vấn đề Như biết, rung động máy giặt vấn đề thử thách cần quan tâm Rung động máy giặt chủ yếu khối lượng cân quần áo trình giặt gây Điều xảy thường xun giai đoạn vắt-sấy, trống giặt quay với tốc độ tương đối cao khiến cho quần áo bị ép chặt vào thành trống quay trở thành khối lượng cân lớn Đặc biệt, máy giặt cửa trước (máy giặt ngang), khối lượng cân quần áo dễ xuất nghiêm trọng tác dụng trọng lực Rung động lực cân từ máy giặt truyền sang nhà gây rung động tiếng ồn, khiến người sử dụng không thoải mái làm máy giặt nhanh hỏng Có nhiều nghiên cứu hệ thống treo cho máy giặt thông thường chia thành hai phương pháp tiếp cận Phương pháp thứ dựa việc kiểm soát khối lượng cân thùng giặt để loại bỏ nguồn gốc rung động Phương pháp khử tốt rung động máy giặt, nhiên kết cấu trống giặt phức tạp, chi phí sản xuất bảo trì cao Ở phương pháp tiếp cận thứ hai, rung động máy giặt loại bỏ cách sử dụng hệ thống giảm chấn Nhiều nghiên cứu trình vắt, máy giặt thường chịu cộng hưởng sở tần số thấp, khoảng 100200 vòng/phút Cộng hưởng sở xuất dạng thức rung động cứng hệ thống trống giặt Để khử tốt dạng thức rung động này, cần lực giảm chấn khoảng 100N Khi trống giặt quay với tốc độ cao, thường 1000 vịng/phút, khung vỏ máy chịu cộng hưởng gây tiếng ồn rung động truyền sang nhà Trong hệ thống giảm chấn thông thường, giảm chấn bị động (hệ số giảm chấn không đổi) sử dụng để hạn chế cộng hưởng trống giặt tần số thấp Bởi khơng thể kiểm soát hệ số giảm chấn, lực truyền từ trống giặt sang khung máy gây rung động nghiêm trọng cho máy giặt tần số cao Do đó, để hạn chế cộng hưởng cho máy giặt tần số thấp cách hiệu đồng thời rung động máy giặt tần số cao cách ly tốt, cần sử dụng hệ thống giảm chấn bán chủ động với hệ số giảm chấn thay đổi iii Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Mục tiêu Mục tiêu tổng quát Thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh Mục tiêu cụ thể  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo giảm chấn vật liệu thông minh cho máy giặt cửa trước xét đến yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế  Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm đánh giá đặc tính kỹ thuật giảm chấn  Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm điều khiển dao động máy giặt  Thực nghiệm đánh giá sản phẩm Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp kế thừa tham kiến chuyên gia  Phương pháp phân tích, phản biện  Phương pháp mơ hình hóa dùng giải tích tính tốn số  Phương pháp thống kê kinh nghiệm, thử sai  Phương pháp thực nghiệm Tổng kết kết nghiên cứu Trong đề tài này, thực công việc sau:  Thiết kế tối ưu giảm chấn MRF dựa lực giảm chấn cần thiết, lực ma sát không tải, kích thước, khả chế tạo chi phí Hai giảm chấn mẫu chế tạo đánh giá thực nghiệm  Thiết kế giảm chấn SMA dựa việc nghiên cứu mơ hình cấu trúc SMA ứng dụng vào trường hợp lò xo SMA - xem thẳng Hai giảm chấn mẫu chế tạo đánh giá thực nghiệm  Thiết kế chế tạo hệ thống kiểm tra đặc tính kỹ thuật giám chấn bán chủ động để đánh giá hiệu hoạt động giảm chấn vật liệu thông minh iv Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH  Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước điều khiển PID sử dụng để điều khiển lực giảm chấn cần thiết theo khối lượng quần áo giặt khác Sau giảm chấn mẫu vật liệu thơng minh lắp đặt vào máy giặt cửa trước điều khiển theo phương thức On-Off để đánh giá hiệu hoạt động Đánh giá kết đạt kết luận  Hai giảm chấn MRF nhỏ gọn, lực giảm chấn cực đại đạt đến 80N, lực ma sát không tải nhỏ 20N Kết tương đồng với mơ hình lý thuyết dựa FEA đạt yêu cầu đặt  Hai giảm chấn SMA nhỏ gọn, lực giảm chấn cực đại đạt 80N, lực ma sát không tải nhỏ 10N, thời gian đáp ứng khoảng 28 giây Kết phù hợp với mơ hình tính tốn dựa mơ hình cấu trúc SMA ứng dụng vào trường hợp lị xo SMA đạt yêu cầu đặt  Hệ thống kiểm tra đặc tính kỹ thuật giám chấn bán chủ động đạt yêu cầu đặt ra, đo lực giảm chấn thay đổi từ đến 120 N, độ xác 1,2 N, hành trình chuyển động 80 mm tần số dao động Hz  Hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước đạt yêu cầu đặt ra, loại máy giặt kg, tốc độ quay trống giặt thay đổi từ đến 1000 vòng/phút giao tiếp máy tính Bộ điều khiển PID sử dụng để điều khiển lực giảm chấn cần thiết theo khối lượng quần áo giặt khác Kết cho thấy rung động theo hướng máy giặt sử dụng giảm chấn vật liệu thông minh giảm đáng kể so với kiểu truyền thống, ngoại trừ rung động trục z trống giặt quay 900 vòng/phút Kết khả giảm rung theo phương x y tần số cao giảm chấn SMA tốt so với giảm chấn MRF, nhiên thời gian đáp ứng chậm Tóm tắt kết Đề tài tập trung vào thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo vật liệu thông minh cho máy giặt cửa trước để khử rung động khối lượng cân xuất v Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH lồng giặt Trước tiên, hệ thống treo sử dụng vật liệu thông minh MRF SMA đề xuất dựa yêu cầu lực giảm chấn cực đại, lực ma sát không tải, khả chế tạo, không gian lắp đặt chi phí Thiết kế chi tiết giảm chấn sau trình bày giảm chấn mẫu chế tạo Một hệ thống kiểm tra đặc tính giảm chấn thiết kế chế tạo để đánh giá hiệu hoạt động giảm chấn Kết thực nghiệm cho thấy giảm chấn mẫu có phù hợp tương đối tốt so với mô lý thuyết Sau hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước thiết kế, chế tạo giảm chấn mẫu lắp đặt vào để thử nghiệm đánh giá Kết cho thấy rung động theo hướng máy giặt sử dụng giảm chấn vật liệu thông minh giảm đáng kể so với kiểu truyền thống, ngoại trừ rung động trục z trống giặt quay 900 vòng/phút Ở phần nghiên cứu đề tài, giảm chấn vật liệu thông minh tự cấp lượng nghiên cứu, thuật toán điều khiển tốt phát triển hệ thống treo nghiên cứu bố trí để khử tốt rung động ba phương This paper focused on the design, manufacturing and control of a suspension system for front-loaded washing machines to eliminate vibration due to an unbalanced laundry mass occurring in the washing drum Firstly, a suppression system for washing machines featuring smart material dampers was proposed considering required damping force, off-state friction force, manufacturing, available space and cost of the system Detailed designs of the proposed dampers were then conducted and prototype dampers were manufactured A damper assessment system was designed, manufactured to test performance of the prototype dampers From the results, it was shown that there was a good correlation between experimental results and theoretic modeling A vibration control system for front-loaded washing machines was then designed, manufactured and the prototype dampers were applied to the suspension system for evaluation It was observed that the vibration in all directions of the washing machine featuring smart material dampers was well suppressed in comparison with that using conventional dampers, except the vibration in z-direction at the drum speed of above 900 rpm It is finally remarked that as the vi Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH second phase of this research, a self-powered smart material dampers will be investigated, a better control algorithm will be developed and the dampers of suspension system will be employed to appropriate positions in the washing machine to well eliminate vibration in all directions PHẦN III SẢN PHẨM, CÔNG BỐ VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Kết nghiên cứu TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu kinh tế - kỹ thuật Đăng ký Đạt Giảm chấn vật liệu thông giảm chấn nhỏ gọn, Fd giảm chấn nhỏ gọn, Fd minh đến 80N, F0 < 20N đến 80N, F0 < 20N Hệ thống thí nghiệm Đo lực 0-120N, độ Đo lực 0-120N, độ kiểm tra đặc tính kỹ thuật xác 1.2N, hành xác 1.2N, hành giảm chấn trình 80mm, tần số 5Hz trình 80mm, tần số 5Hz Hệ thống thí nghiệm Máy giặt 7-10kg, tốc độ Máy giặt 7kg, tốc độ 0điều khiển rung động 0-1000 vòng/phút, điều 1000 vòng/phút, điều cho máy giặt khiển máy tính khiển máy tính Tập vẽ Sơ đồ thí nghiệm kiểm sơ đồ đánh giá sơ đồ đánh giá tra đặc tính kỹ thuật đặc tính kỹ thuật đặc tính kỹ thuật giảm chấn giảm chấn giảm chấn Sơ đồ thí nghiệm điều sơ đồ đánh giá sơ đồ đánh giá khiển rung động cho khả điều khiển dao khả điều khiển dao máy giặt động máy giặt động máy giặt chuyên đề NCS NCS bảo vệ thành công chuyền đề đứng tên tất cơng bố khoa học NCS bảo vệ thành công chuyền đề đứng tên cơng bố khoa học Bài báo khoa học báo Scopus báo Scopus tập vẽ thể tập vẽ thể yêu cầu kỹ thuật yêu cầu kỹ thuật vii Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH PHẦN IV TỔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH&CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI TT Sản phẩm Bài báo công bố tạp chí khoa học quốc tế theo hệ thống ISI/Scopus Sách chuyên khảo xuất ký hợp đồng xuất Đăng ký sở hữu trí tuệ Bài báo quốc tế không thuộc hệ thống ISI/Scopus Số lượng báo tạp chí khoa học Trường, tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia báo cáo khoa học đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế Báo cáo khoa học kiến nghị, tư vấn sách theo đặt hàng đơn vị sử dụng Kết dự kiến ứng dụng quan hoạch định sách sở ứng dụng KH&CN Đào tạo/hỗ trợ đào tạo NCS Đào tạo thạc sĩ Số lượng đăng ký Số lượng hoàn thành 1 1 PHẦN V TÌNH HÌNH SỬ DỤNG KINH PHÍ TT Nội dung chi A Chi phí trực tiếp Th khốn chun môn Nguyên, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ th ngồi viii Kinh phí duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) 34 34 34.5 34.5 Ghi Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Hội nghị, Hội thảo, kiểm tra tiến độ, nghiệm thu In ấn, Văn phịng phẩm Chi phí khác B Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số 1.5 1.5 70 70 PHẦN VI KIẾN NGHỊ  Sản phẩm đề tài xin giao cho Khoa Công nghệ Cơ khí quản lý, khai thác áp dụng Phịng thí nghiệm học vật liệu để hỗ trợ cho việc học tập sinh viên nghiên cứu khoa học giảng viên  Chuyển tài sản vào tài sản cố định nhà trường năm 2018 PHẦN VII PHỤ LỤC Bài báo Scopus: D Q Bui, V L Hoang, H D Le and H Q Nguyen Design and evaluation of a shear-mode MR damper for suspension system of front-loading washing machines Proceedings of the International Conference on Advances in Computational Mechanics 2017 ACOME 2017 Lecture Notes in Mechanical Engineering Springer, Singapore, 2018 TPHCM, ngày …… tháng …… năm 20…… Đơn vị chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH & HTQT ix Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Thông thường tiết diện ngang SMA chia thành ba vùng Hình 4.3 Vùng I, vật liệu pha austenit   z  GA r với GA  EA Vùng II, 1   trình chuyển pha bắt đầu (0 < ξ < 1) mối quan hệ   z   r ,  phương trình (4.24) Ở vùng ngồi III, chuyển pha hoàn thành vật liệu pha martensit, ứng suất biểu thị mối quan hệ   z   fz  GM r    f  ,  fz  f ứng suất trượt góc xoắn trình chuyển pha kết thúc vị trí (ξ = 1) Ở tiết diện nào, tổng moment trình chuyển pha thuận T+ nghịch T- cho [32] r1 r2 R r1 r2 T  2  GA r dr  2   r ,  r dr  2   fz  GM r    f  r dr  r1* r2* R r1* r2* T  2  GA r dr  2    z  Geff r   r dr  2   r ,  r dr  (4.25) (4.26) r1, r2 bán kính ngồi vùng I vùng II Ký tự * trình chuyển pha nghịch Tham số   z biểu thị giá trị ứng suất trượt cho điểm cuối pha thuận ∆θ lượng góc xoắn đảo ngược q trình chuyển pha nghịch Chiều dài lò xo kéo thẳng xác định l  2 NRm (4.27) với N số vịng lị xo Tổng chuyển vị góc điểm cuối lị xo tính   2 NRm (4.28) Cánh tay đòn lực dọc trục FSMA Rm, chuyển vị lò xo điểm cuối (4.29)   Rm  2 NRm2 Phương trình (4.29) dùng để tìm góc xoắn đơn vị chiều dài θ Thay giá trị vào phương trình (4.24) xác định phân bố ứng suất trượt tiết diện ngang, từ tính tổng moment dựa vào (4.25) (4.26) Cuối cùng, lực phát động lò xo SMA cho FSMA  T Lực phát động sử dụng Rm để tính tốn lực giảm chấn Fd Trong nghiên cứu này, bốn miếng nêm vỏ hộp làm thép có hệ số ma sát µ 0.65, góc miếng nêm α 10° Lị xo SMA có đường kính trung bình 5.35mm, đường kính dây 1.35mm, lực phát động 12N Lực giảm chấn sinh 28 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH lị xo SMA tính tốn từ phương trình (4.4) 44.24N, để đạt lực giảm chấn cần thiết Fre 80N cần sử dụng hai lò xo SMA thiết kế 4.3 Chế tạo thực nghiệm đánh giá giảm chấn SMA Dựa kết tính tốn, giảm chấn SMA mẫu chế tạo Hình 4.4 Việc đánh giá hoạt động giảm chấn thực hệ thống thí nghiệm kiểm tra đặc tính giảm chấn Chương Động điều khiển biến tần quay với vận tốc góc số 10π rad/s Khi thí nghiệm bắt đầu, dòng điện 4A đặt vào lò xo SMA Kết thí nghiệm thể Hình 4.5 Hình 4.4: Giảm chấn SMA mẫu phận giảm chấn Hình 4.5: Kết thực nghiệm giảm chấn MRF 29 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Từ Hình 4.5 thấy lực giảm chấn khơng tải lị xo SMA khơng cấp nhiệt (khơng có dịng điện đặt vào lò xo) khoảng 7.2N Trị số nhỏ nhiều so với giảm chấn MRF nghiên cứu Chương Khi dòng điện 4A đặt vào lò xo SMA, trạng thái ổn định, lực giảm chấn cực đại đạt đến 81.8N (khoảng 92,5% so với lý thuyết tính tốn 88,48 N), đủ lớn để loại bỏ rung động máy giặt Kết thời gian chuyển đổi từ lực giảm chấn không tải sang giá trị ổn định cực đại khoảng 28s Như vậy, nhìn chung giảm chấn SMA đạt mục tiêu đề 30 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN RUNG ĐỘNG CHO MÁY GIẶT CỬA TRƯỚC DÙNG VẬT LIỆU THÔNG MINH 5.1 Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước Hình 5.1: Sơ đồ thí nghiệm điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước Hình 5.1 thể sơ đồ hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước Hệ thống gồm máy giặt cửa trước Samsung WF8690NGW lắp đặt giảm chấn vật liệu thông minh Một encoder sử dụng để đo tốc độ lồng giặt truyền liệu máy tính thơng qua DAQ Từ giá trị nhận được, máy tính điều khiển cấp nguồn để cấp dòng điện cho cuộn dây giảm chấn Một cảm biến gia tốc lắp khung máy để đo số gia tốc theo phương x, y, z 31 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Để điều khiển lực giảm chấn cho máy giặt cửa trước, điều khiển PID rời rạc sử dụng sau: k Fre (k )  K p e(k )  K iTs  e(i )  K d i 0 e(k )  e(k  1) Ts (5.1) Kp, Ki, Kd khâu tỉ lệ, tích phân, đạo hàm điều khiển PID, Ts thời gian lấy mẫu, e(k) sai lệch vị trí thứ k, Fre(k) lực giảm chấn cần thiết gây giảm chấn vật liệu thông minh Với khối lượng quần áo giặt khác nhau, lực giảm chấn cần thiết xác định phương trình (2.9) Fre  k mu r Ru 2m 1  r    2 r  2 Khi có thơng tin lực giảm chấn cần thiết để điều khiển Fre(k), dựa vào mô hình trễ giảm chấn vật liệu thơng minh, dịng điện cần thiết xác định đầu vào cho cuộn dây giảm chấn Bộ điều khiển PID Lực giảm chấn Fd Bộ giảm chấn Cảm biến lực Piezo Hình 5.2: Sơ đồ khối mơ hình điều khiển giảm chấn MRF Sơ đồ khối hệ thống điều khiển giảm chấn MRF trình bày Hình 5.2 Từ hình vẽ, thấy cảm biến lực Piezo đóng vai trị quan trọng tốn điều khiển vịng kín Lực sau điều khiển đánh giá lại cảm biến lực Piezo Từ lực giảm chấn cần thiết lực giảm chấn thực tế, sai số chúng xác định Bằng việc điều chỉnh hệ số Kp, Ki, Kd điều khiển PID, dòng điện phù hợp cung cấp cho giảm chấn vật liệu thông minh để sai lệch nhỏ 32 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài 5.2 IUH Thử nghiệm hệ thống điều khiển rung động Hình 5.3: Biểu đồ hoạt động giảm chấn máy giặt cửa trước Để đánh giá hiệu hoạt động, khối lượng đồ giặt kg đặt vào lồng giặt, giảm chấn MRF SMA lắp đặt vào máy giặt cửa trước vận hành theo biểu đồ Hình 5.3 Trong giới hạn đề tài, điều khiển hệ thống theo phương thức On-Off Khi máy giặt chuyển sang giai đoạn vắt, tốc độ lồng giặt tăng lên Khi tốc độ đạt 100 vòng/phút chuẩn bị vào vùng cộng hưởng thứ nhất, giảm chấn cấp điện để tạo lực giảm chấn lớn Khi tốc độ đạt 900 vòng/phút, giảm chấn ngắt điện Ngược lại, bắt đầu hết trình vắt, tốc độ lồng giặt giảm xuống đến gần vùng cộng hưởng, giảm chấn lại cấp điện lần hai Quá trình vắt vận hành liệu thu thập phút từ tốc độ lồng giặt đạt 100 vòng/phút Giảm chấn cấp điện lần cộng hưởng (từ giây 18 đến giây 60), trạng thái nghỉ thiết lập tốc độ lồng giặt 900 vòng/phút (giây 77) Các số gia tốc theo phương x,y z ghi nhận thể Hình 5.4, 5.5 5.6 Từ hình vẽ, thấy lần cộng hưởng đầu tiên, rung động máy giặt sử dụng giảm chấn MRF (Hình b) SMA (Hình c) hạn chế tốt so với giảm chấn truyền thống (Hình a) Điều chủ yếu lực giảm chấn giảm chấn vật liệu thông minh lớn giảm chấn truyền thống Khi lồng giặt quay 900 vòng/phút, rung động theo phương x y máy giặt sử 33 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH dụng giảm chấn MRF SMA khử tốt so với giảm chấn truyền thống, kết theo phương z khơng nhiều Ngun nhân vị trí lắp đặt giảm chấn nằm mặt phẳng x-y Bên cạnh đó, thấy rung động theo phương x y tốc độ lồng giặt 900 vòng/phút máy giặt sử dụng giảm chấn SMA nhỏ so với giảm chấn MRF Kết giải thích lực ma sát khơng tải giảm chấn SMA nhỏ MRF nên rung động truyền từ lồng giặt sang khung máy Như cách tổng quát, kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết tính tốn đạt u cầu đặt Hình 5.4: Chỉ số rung động theo phương x máy giặt 34 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Hình 5.5: Chỉ số rung động theo phương y máy giặt 35 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Hình 5.6: Chỉ số rung động theo phương z máy giặt 36 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH Chương KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Rung động máy giặt vấn đề thách thức nhà khoa học Rung động từ máy giặt truyền sang nhà gây tiếng ồn khiến người sử dụng không thoải mái làm máy giặt nhanh hỏng Ngày với phát triển khoa học công nghệ, nhiều loại vật liệu thông minh đời mở giai đoạn việc ứng dụng giải vấn đề rung động máy giặt Đề tài tập trung vào việc thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống giảm chấn cho máy giặt cửa trước, sử dụng hai loại vật liệu thông minh MRF SMA Trong đề tài này, thực công việc với kết sau:  Nghiên cứu tổng quan hệ thống giảm chấn cho máy giặt cửa trước sử dụng vật liệu thơng minh  Xây dựng mơ hình động lực học máy giặt cửa trước xác định lực giảm chấn cần thiết  Đề xuất thiết kế tối ưu giảm chấn MRF dựa lực giảm chấn cần thiết, lực ma sát khơng tải, kích thước, khả chế tạo chi phí Giảm chấn mẫu chế tạo đánh giá thực nghiệm Kết cho thấy lực giảm chấn phù hợp với mơ hình lý thuyết dựa FEA thể độ trễ phi tuyến giảm chấn vị trí biên hành trình  Đề xuất thiết kế giảm chấn SMA dựa việc nghiên cứu mơ hình cấu trúc SMA ứng dụng vào trường hợp lò xo SMA - xem thẳng Giảm chấn mẫu chế tạo đánh giá thực nghiệm Kết cho thấy lực giảm chấn đạt yêu cầu đặt thể độ trễ theo thời gian chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái ổn định  Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước điều khiển PID sử dụng để điều khiển lực giảm chấn cần thiết theo 37 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài IUH khối lượng quần áo giặt khác Sau giảm chấn mẫu vật liệu thông minh lắp đặt vào máy giặt cửa trước điều khiển theo phương thức On-Off để đánh giá hiệu hoạt động Kết cho thấy rung động theo hướng máy giặt sử dụng giảm chấn vật liệu thông minh giảm đáng kể so với kiểu truyền thống, ngoại trừ rung động trục z trống giặt quay 900 vòng/phút Kết khả giảm rung theo phương x y tần số cao giảm chấn SMA tốt so với giảm chấn MRF, nhiên thời gian đáp ứng chậm 6.2 Hướng phát triển Trong giai đoạn tiếp theo, đề tài tiếp tục nghiên cứu phát triển theo hướng sau:  Phát triển hệ thống giảm chấn tự cấp lượng cho máy giặt cửa trước sử dụng lưu chất từ biến MRF  Xây dựng mơ hình trễ phi tuyến cho giảm chấn vật liệu thơng minh  Phát triển mơ hình toán điều khiển tốt cho máy giặt cửa trước  Nghiên cứu bố trí hệ thống treo máy giặt cửa trước để khử tốt rung động ba phương x, y, z  Mở hướng nghiên cứu cho khóa luận tốt nghiệp sinh viên đại học, học viên cao học nghiên cứu sinh  Hoàn thiện sản phẩm triển khai ứng dụng thí điểm vào số hệ thống máy giặt Việt Nam 38 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Bae, J M Lee, Y J Kang, J S Kane, J R Yun Dynamic analysis of an automatic washing machine with a hydraulic balancer Sound Vib, 257(1), 3-18, 2002 [2] E Papadopoulos and I Papadimitriou Modeling, design and control of a portable washing machine during the spinning cycle Proceedings of the 2001 IEEE/ASME international conference on advanced intelligent mechatronics systems, Como, Italy, 2001, 8-12 [3] H T Lim, W B Jeong and K J Kim Dynamic modeling and analysis of drumtype washing machine International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 11(3), 407-417, 2010 [4] M C Chrzan and J D Carlson MR fluid sponge devices and their use in vibration control of washing machines Proceedings of SPIE, 4331, Newport Beach, CA, USA, 2001 [5] Q H Nguyen, N D Nguyen and S B Choi Optimal design and performance evaluation of a flow-mode MR damper for front-loaded washing machines Asia Pacific Journal on Computational Engineering, 1-3, 2014 [6] Q H Nguyen, T T N Thy and S B Choi, Development of a novel damper for front-loaded washing machines featuring SMA actuator Proceedings of International Conference and Exhibition on New Actuators and Drive Systems, Bremen, Germany, 2014 [7] R W Phillips Engineering applications of fluids with a variable yield stress PhD Thesis, University of California Berkeley, California, 1969 [8] N M Wereley and L Pang Nondimensional analysis of semi-active electrorheological and magnetorheological dampers using approximate parallel plate models Smart Materials and Structures, 7, 732–43, 1998 [9] H P Gavin, R D Hanson and F E Filisko Electrorheological dampers, part 1: analysis and design Trans ASME, J Appl Mech, 63, 669–75, 1996 39 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài [10] G M Kamath, M K Hurt and N M Wereley Analysis and testing of Bingham plastic behavior in semi-active electrorheological fluid dampers Smart Mater Struct, 5, 576–90, 1996 [11] D Y Lee and N M Wereley Quasi-steady Herschel–Bulkley analysis of electro- and magneto-rheological flow mode dampers J Intell Mater Syst Struct, 10, 761–9, 1999 [12] D Y Lee, Y T Choi and N M Wereley Performance analysis of ER/MR impact damper systems using Herschel–Bulkley model J Intell Mater Syst Struct, 13, 525–31, 2002 [13] X Wang and F Gordaninejad Study of field-controllable, electro- and magneto-rheological fluid dampers in flow mode using Herschel–Bulkley theory Smart Structure and Materials Conf (Newport Beach, CA); Proc SPIE, 3989, 232–43, 2000 [14] W W Chooi and S O Oyadiji Design, modelling and testing of magnetorheological (MR) dampers using analytical flow solutions Comput Struct, 86, 473–82, 2008 [15] S B Choi, S K Lee and Y P Park A hysteresis model for the field-dependent damping force of a magnetorheological damper J Sound Vib, 245, 375–83, 2001 [16] X B Song, M Ahmadian and S C Southward Modeling magnetorheological dampers with application of nonparametric approach J Intell Mater Syst Struct, 16, 421–32, 2005 [17] D H Wang and W H Liao Modeling and control of magnetorheological fluid dampers using neural networks Smart Mater Struct, 14, 111–26, 2005 [18] D C Lagoudas Shape memory alloys – Modeling and engineering applications Springer, 2008, 11 [19] O Ashour, C A Rogers and W Kordonsky Magnetorheological fluids: materials, characterization and devices J Intell Mater Syst Struct, 7, 123–30, 1996 40 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài [20] J D Carlson and B F Jr Spencer Magneto-rheological fluid dampers: scalability and design issues for application to dynamic hazard mitigation Proc 2nd Workshop on Structural Control: Next Generation of Intelligent Structures (Hong Kong), pp 99–109, 1996 [21] M Muriuki and W W Clark Design issues in magnetorheological fluid actuators Conf on Smart Structures and Materials 1999: Passive Damping and Isolation; Proc SPIE, 3672, 55–64, 1999 [22] J D Carlson and M R Jolly MR fluid, foam and elastomer devices Mechatronics, 10, 555–69, 2000 [23] C W Silva Vibration: Fundamentals and Practice New York, CRC Press, 2000 [24] E S Brian Research for dynamic seal friction modeling in linear motion hydraulic piston applications Dissertation, University of Texas at Arlington, USA, 2005 [25] M Zubieta, S Eceolaza, M J Elejabarrieta, et al Magnetorheological fluids: characterization and modeling of magnetization Smart Mater Struct; 18(9): Article No 095019, 1–6, 2009 [26] Q H Nguyen, Y M Han, S B Choi, et al Geometry optimization of MR valves constrained in a specific volume using the finite element method Smart Mater Struct; 16: 2242–2252, 2007 [27] Q H Nguyen, S B Choi and N M Wereley Optimal design of magnetorheological valves via a finite element method considering control energy and a time constant Smart Mater Struct; 17(2): Article No 025024, 1–12, 2008 [28] J G Boyd, D C Lagoudas A thermodynamic constitutive model for the shape memory alloy materials Part I The monolithic shape memory alloy International Journal of Plasticity 12, 805–842, 1996 [29] M A Qidwai, D C Lagoudas On thermomechanics and transformation surfaces of polycrystalline NiTi shape memory alloy material International Journal of Plasticity 16, 1309–1343, 2000a 41 Báo cáo khoa học tổng kết đề tài [30] I S Sokolnikoff Mathematical Theory of Elasticity McGraw-Hill, New York, 1956 [31] Z Bo, D C Lagoudas Thermomechanical modeling of polycrystalline SMAs under cyclic loading, Part I: Analytical derivations International Journal of Engineering Science 37, 1089–1140, 1999 [32] R Mirzaeifar, R DesRoches, A Yavari Exact solutions for pure torsion of shape memory alloy circular bars Mechanics of Materials 42 (8), 797–806, 2010 [33] G Cardano, T R Witmer, O Ore The Rules of Algebra: (ars Magna) Dover Publications, 2007 42 ... quát Thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh Mục tiêu cụ thể  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo giảm chấn vật liệu thông minh cho máy giặt cửa trước. .. Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN RUNG ĐỘNG CHO MÁY GIẶT CỬA TRƯỚC DÙNG VẬT LIỆU THÔNG MINH 5.1 Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển rung động cho máy giặt cửa trước Hình... Thiết kế, chế tạo điều khiển hệ thống treo cho máy giặt cửa trước dùng vật liệu thông minh Mục tiêu cụ thể  Nghiên cứu, thiết kế chế tạo giảm chấn vật liệu thông minh cho máy giặt cửa trước xét