NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG MÁY GIẶT CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIẢM RUNG CHO MÁY GIẶT LỒNG NGANG DÂN DỤNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG MÁY GIẶT CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ THỬ NGH

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG MÁY GIẶT

CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIẢM RUNG

CHO MÁY GIẶT LỒNG NGANG DÂN DỤNG

Mã số: B2016 – TNA - 05

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Ngô Như Khoa

THÁI NGUYÊN, NĂM 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG MÁY GIẶT CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIẢM RUNG

CHO MÁY GIẶT LỒNG NGANG DÂN DỤNG

Mã số: B2016 – TNA - 05

Xác nhận của cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài

PGS.TS Ngô Như Khoa

Thái Nguyên, năm 2018

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Stt Họ tên/Chức danh Cơ quan công tác và lĩnh vực chuyên môn

Ngô Như Khoa

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN Ngành Cơ kỹ thuật

2 NCS Nguyễn Thị Hoa Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH TN Ngành Cơ kỹ thuật

3 TS Lê Văn Quỳnh Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN Ngành Cơ học máy

4 KS Nguyễn Đại Phong Trường Trung cấp nghề Nam Thái Nguyên

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU i

DANH MỤC HÌNH VẼ ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS viii

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 TÓM TẮT MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2

1.3 KẾT LUẬN 7

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG 9

2.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TREO 9

2.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC 10

2.2.1 Sơ đồ hóa hệ thống treo 10

2.2.2 Mô hình 1 11

2.2.3 Mô hình 2 14

2.2.4 Mô hình 3 14

CHƯƠNG 3 22

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐẶC TÍNH CẢN NHỚT 22

3.1 LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ 22

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị: 22

3.1.2 Thành phần của thiết bị: 23

3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 23

3.2.1 Nguồn động lực và hệ truyền, dẫn động: 23

2.3.2 Hệ thống đo lường, điều khiển và thu thập số liệu 23

3.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CÁC THÀNH PHẦN CỦA THIẾT BỊ 24

3.3.1 Hệ dẫn – truyền động 24

3.3.2 Hệ đo lực 31

3.3.3 Hệ cảm biến hành trình 31

3.3.4 Hệ điều khiển 32

3.4 CHẾ TẠO, LẮP RÁP, KIỂM THỬ THIẾT BỊ 33

3.4.1 Thiết kế và mô phỏng 3D thiết bị 33

3.4.2 Chế tạo, lắp ráp thiết bị: 33

3.4.3 Đánh giá thông số kỹ thuật, hiệu chuẩn hệ thống: 33

3.5 THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN 35

3.5.1 Lựa chọn chế độ làm việc cho hệ động cơ – bộ điều khiển servo 35

3.6 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH CẢN CỦA GIẢM CHẤN MÁY GIẶT 42

3.6.1 Mẫu đo 42

3.6.2 Số liệu đo và đánh giá: 43

3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 52

3.7.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu đạt được gồm: 52

3.7.2 Khả năng ứng dụng của thiết bị: 52

3.7.3 Một số hạn chế của thiết bị 52

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 53

XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH RUNG ĐỘNG MÁY GIẶT 53

4.1 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUNG ĐỠ 53

4.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO 55

4.2.1 Sơ đồ khối các hệ thống đo và xử lý tín hiệu 55

4.2.2 Hệ đo lực 56

4.2.3 Hệ đo gia tốc 58

3.2.4 Hệ đo dịch chuyển lồng giặt 60

4.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ RUNG ĐỘNG 61

4.3.1 Chương trình đo, xác định phản lực gối đỡ và dịch chuyển lồng giặt 61

4.3.2 Chương trình đo, xác định gia tốc 63

4.4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT 67

4.4.1 Thiết lập các thông số thí nghiệm 67

4.4.2 Kết quả thí nghiệm 68

4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 74

4.5.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu đạt được gồm: 74

4.5.2 Khả năng ứng dụng của thiết bị: 74

4.5.3 Một số hạn chế của thiết bị: 74

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 75

5.1 ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG 75

5.1.1 Kết quả mô phỏng đối với các mô hình 75

5.1.2 Nhận xét 75

5.1.3 Kết luận 1 về phạm vi ứng dụng của các mô hình 76

5.2 ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN HỆ THỐNG TREO GIẢM RUNG ĐỘNG 83

5.2.1 Phân tích nguyên nhân gây rung động 83

5.2.2 Phương án 1 Giảm lực Fx, chuyển một phần lực Fx về chân đế 85

5.2.3 Phương án 2 Dịch vị trí đặt của gối đỡ giảm chấn về tâm máy 85

5.2.4 Kết luận 2 – về phương án giảm rung 87

5.3 KẾT LUẬN CHUNG 87

5.3.1 Các kết quả chính đạt được 87

5.3.2 Một số hạn chế của đề tài 88

5.3.2 Một số hướng phát triển của đề tài 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Phân tích dữ liệu tốc độ trong 10 tốc độ đầu tiên (từ 16 mm/s đến 160 mm/s) 46

Bảng 3.2 Dữ liệu lực cản – vận tốc trong chu trình kéo/nén 49

Bảng 4 1 Thông số kỹ thuật tham khảo PCB Accelerometor 355B04 59

Bảng 4 2 Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt 68

Bảng 5.1 Các thông số hệ thống 75

Bảng 5.2 Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Máy giặt lồng đứng 1

Hình 1 2 Máy giặt lồng ngang 2

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của O.S Turkay 3

Hình 1 4 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình của Hee-Tae Lim 4

Hình 1 5 Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E Papadopoulos 4

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của C D Carroll 5

Hình 1 7 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của Thomas Nygårds 5

Hình 1 8 Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T Argentini 6

Hình 1 9 Các bậc tự do của lồng chứa và motor trong mô hình của F Wagne 6

Hình 1 10 Sơ đồ hệ thống treo 2D trong mô hình động lực của Ahmet Yörükoğlu 7

Hình 1 11 Sơ đồ hệ thống treo của mô hình Pınar Boyraz 7

Hình 2 1 Các chi tiết cấu tạo điển hình của máy giặt lồng ngang 9

Hình 2 2 Cấu tạo hệ thống treo trên máy giặt LG WD 8990TDS 9

Hình 2 3 Mô hình thực của hệ thống treo máy giặt lồng ngang [] 10

Hình 2 4 Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang [13] 10

Hình 2 5 Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang [] 11

Hình 2 6 Sơ đồ 2D tuyến tính của hệ thống treo máy giặt lồng ngang 12

Hình 2 7: Sơ đồ phân tích biến dạng và lực đàn hồi của các lò xo 12

Hình 2 8: Sơ đồ phân tích dịch chuyển và lực cản trên các giảm chấn 13

Hình 2 9 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của hệ thống treo máy giặt lồng ngang 15

Hình 2 10 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo bên phải 15

Hình 2 11 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo bên trái 16

Hình 2 12 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của giảm chấn bên phải 17

Hình 2 13 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của giảm chấn bên trái 18

Hình 2 14: Sơ đồ Simulink của mô hình 1 – mô hình 2D tuyến tính 19

Hình 2 15: Sơ đồ Simulink của mô hình 2 – mô hình 2D với quan hệ F-V phi tuyến 20

Hình 2 16: Sơ đồ Simulink của mô hình 3 – mô hình 2D phi tuyến hình học 21

Hình 3 1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm 22

Hình 3 2 Thông số điện-cơ động cơ servo 24

Hình 3 3 Sơ đồ nối dây tín hiệu và thiết bị với bộ điều khiển servo 25

Hình 3 4 Sơ đồ các tín hiệu vào/ra của modul điều khiển động cơ servo AC 26

Hình 3 5 Chân tín hiệu (CN1) và chức năng của chân tín hiệu 27

Hình 3 6 Tham số cho chế độ điều khiển và chiều quay 28

Hình 3 7 Tham số ngầm định cho các chân số 29

Hình 3 8 Xung điều khiển và tốc độ xung max 29

Hình 3 9 Tham số INHP cho chế độ điều khiển bằng xung 29

Hình 3 10 Mô phỏng 3D thiết bị trên phần mềm SolidWorks 33

Hình 3 11 Lắp ráp hoàn chỉnh cơ cấu thiết bị phần cơ 33

Hình 3 12 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 38

Hình 3 13: Cấu trúc chương trình điều khiển 39

Hình 3 14: Giao diện điều khiển trên Labview 40

Hình 3 15: Cấu trúc điều khiển LabView 40

Hình 3 16 Kết nối với DAQ USB-6221 LabView 41

Hình 3 17: Giao diện của chương trình điều khiển trên Labview 41

Hình 3 18: Giao diện phần thu thập số liệu SignalExpress 42

Hình 3 19: Xi lanh giảm chấn trong máy giặt LG 42

Hình 3 20 Can nhiễu lên tín hiệu vận tốc thu trực tiếp từ encorder động cơ 43

Hình 3 21 Đồ thị vận tốc và lực đối với 1 mẫu giảm chấn với các mức tốc độ 16*lần chạy (mm/s) trong mỗi giai đoạn 3 chu kỳ kéo-nén 44

Hình 3 22 Đồ thị vận tốc và lực ở 2 tốc độ 16 và 32 mm/s 45

Hình 3 23 Đồ thị vận tốc và lực ở dải tốc độ 144 - 192 mm/s 46

(1) Mẫu 1 (giảm chấn mới), Hình 3 24 47

(2) Mẫu 2 (giảm chấn mới), Hình 3 25 47

(3) Mẫu 3 (giảm chấn đang sử dụng, còn mới), Hình 3 26 48

(4) Mẫu 4 (giảm chấn đang sử dụng, còn mới), Hình 3 27 48

Hình 3 28 Xấp xỷ tuyến tính đường F-V theo trung bình hóa dữ liệu các bộ giảm chấn 50

Hình 3 29 Xấp xỷ bậc 2 quan hệ F-V theo trung bình hóa dữ liệu các bộ giảm chấn 50

Hình 3 30 Xấp xỷ bậc 4 quan hệ F-V theo trung bình hóa dữ liệu các bộ giảm chấn 51

Hình 3 31 Xấp xỷ bậc 6 quan hệ F-V theo trung bình hóa dữ liệu các bộ giảm chấn 51

Hình 4 1 Hình ảnh hệ giá đỡ thay thế khung máy giặt 54

Hình 4 2 Sơ đồ nguyên lý hệ đo phản lực tại các gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn 55

Hình 4 3 Sơ đồ nguyên lý hệ đo gia tốc 55

Hình 4 4 Sơ đồ nguyên lý hệ đo dịch chuyển 55

Hình 4 5 Cảm biến loadcell model MT 1041- 100 56

Hình 4 6 Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04 56

Hình 4 7 Sơ đồ khối của SCC-SG04 57

Hình 4 8 Chức năng bộ ghép nối các modul SCC, NI SCC-68 57

Hình 4 9 Thông số kỹ thuật K-Shear 8702B50M 59

Hình 4 10 Thiết lập các cổng vào trên DAQ USB-6251 61

Hình 4 11 Thiết lập bộ lọc thông thấp cho các tín hiệu vào 62

Hình 4 12 Thiết lập hệ thức quy đổi tín hiệu (dữ liệu) sang số liệu đo 62

Hình 4 13 Thiết lập các kênh AI0-AI3 cho giao diện thu thập dữ liệu từ các gia tốc kế trên U-Test 64

Hình 4 14 Dữ liệu thu thập được trên 4 gia tốc kế được hiển thị trên U-Test 65

Hình 4 15 Dữ liệu gia tốc gốc (hình trái) và dữ liệu qua bộ lọc thông thấp FIR, tần số cắt 50Hz (Hình phải) của 4 kênh gia tốc kế 66

Hình 4 16 Khối lượng lệch tâm giả lập 67

Hình 4 17 Giao diện thiết lập các chế độ, thông số đo lường và hiển thị, giám sát kết quả đo 69 Hình 4 18 Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s 70

Hình 4 19 Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s 71

Hình 4 20 LVDT 1,2 - Số liệu dịch chuyển theo 2 phương x (LVDT 2) và y (LVDT 1) trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s 72

Hình 4 21 Đồ thị lực cản trên 3 bộ giảm chấn trong chế độ vắt ở tốc độ 400 RPM 73

Hình 5.1 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611RPM (M1) 77

Hình 5.2 Đồ thị các lực đàn hồi và cản nhớt theo phương y ở 611RPM 77

Hình 5.3 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 764.77RPM (M1) 78

Hình 5.4 Đồ thị các lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77RPM (M1) 78

Hình 5.5 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611RPM (M2) 79

Hình 5.6 Đồ thị các lực đàn hồi và cản nhớt theo phương y ở 611RPM 79

Hình 5.7 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 764.77RPM (M2) 80

Hình 5.8 Đồ thị các lực đàn hồi và cản theo phương y ở 764.77RPM (M2) 80

Hình 5.9 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 611RPM (M3) 81

Hình 5.10 Đồ thị các lực đàn hồi và cản theo phương y ở 611RPM (M3) 81

Hình 5.11 Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 764.77RPM (M3) 82

Hình 5.12 Đồ thị các lực đàn hồi và cản theo phương y ở 764.77RPM (M3) 82

Hình 5.13 Sơ đồ phân tích lực gây rung, lắc thân và vỏ máy 83

Hình 5.14 Đồ thị mô men lật đối với 1 bên chân đế 84

Hình 5.15 Sơ đồ bổ sung dây đàn hồi mềm vào hệ thống treo, giảm rung 85

Hình 5.16 Sơ đồ bố trí giảm chấn cải tiến 86

Hình 5.17 Sơ đồ bố trí các cảm biến đo gia tốc 86

Hình 5.18 Đồ thị so sánh gia tốc (rung động) giữa cấu hình gốc và cấu hình cải tiến 87

 Vận tốc góc của lồng giặt VLD Vận tốc của giảm chấn trái

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Nghiên cứu xây dựng mô hình rung động máy giặt, cải tiến thiết kế và thử nghiệm hệ thống

giảm rung động cho máy giặt lồng ngang dân dụng

- Mã số: B2016 – TNA - 05

- Chủ nhiệm: Ngô Như Khoa

- Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp

- Thời gian thực hiện: 2016 - 2018

2 Mục tiêu đăng ký:

- Xây dựng mô hình phân tích rung động cho máy giặt lồng ngang chịu liên kết mềm

- Đề xuất phương án cải tiến thiết kế hệ thống giảm rung, lắp đặt và thử nghiệm hệ thống treo bị động cải tiến nhằm giảm mức độ rung động (tới 10%) trong cùng chế độ và đặc tính làm việc của máy nguyên mẫu

3 Tính mới, tính sáng tạo:

Đã đề xuất được phương án bố trí hệ thống treo cải tiến giảm rung hiệu quả cho máy giặt cửa ngang, gần như không làm tăng chi phí của nhà sản xuất do chỉ thay đổi đáng kể không đáng

kể kết cấu hiện tại của máy

4 Kết quả nghiên cứu:

- Xây dựng thành công 03 mô hình phân tích rung động cho máy giặt lồng ngang;

- Thiết kế và chế tạo thành công thiết bị đo đặc tính cản nhớt của xi lanh giảm chấn ma sát ướt của hệ thống treo, được áp dụng trực tiếp để xác định đặc tính cản nhớt của xi lanh giảm chấn

ma sát ướt sử dụng trong máy giặt;

- Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống đo rung động của máy giặt dựa trên đối tượng thực (máy giặt LG WD 8990TDS) Hệ thống cho phép xác định đầy đủ các phản lực tại các điểm treo, gỗi đỡ và chuyển dịch theo 2 phương của lồng giặt theo thời gian thực

- Thiết kế và thử nghiệm hệ thống treo cải tiến giảm rung hiệu quả cho máy giặt cửa ngang, gần như không làm tăng chi phí của nhà sản xuất do chỉ thay đổi không đáng kể kết cấu hiện tại

5 Sản phẩm:

5.1 Sản phẩm ứng dụng

1) 01 thiết bị đo đặc tính cản nhớt của xi lanh giảm chấn ma sát ướt của hệ thống treo Lực kéo, nén: 0-500N, độ phân giải 0,02N; Tốc độ dịch chuyển: 0 - 0,8m/s, độ phân giải 0,064 mm/rpm, độ sai lệch tốc độ không lớn hơn -1,0% /+4% toàn dải; biên độ dịch chuyển tới 600 mm,

độ phân giải 0,0015 mm; độ sai lệch không lớn hơn ± 1%;

2) 01 hệ thống đo rung động của máy giặt trong chế độ thực, xác định phản lực tại các điểm treo, gối đỡ của lồng quay, độ phân giải đến 0,1N theo thời gian thực; Xác định gia tốc, tần số rung động theo các phương của lồng quay, độ phân giải đến 0,01g, 1Hz theo thời gian thực; 3) Hệ thống treo cải tiến giảm rung động cho máy giặt cửa ngang, có khả năng giảm rung động (tới 14,5% so với hệ thống cũ) trong cùng chế độ làm việc

5.2 Sản phẩm khoa học

Đăng tải được 01 bài báo trên tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Thái Nguyên và 02 bài báo khoa học được chấp nhận đăng trên tuyển tập Hội nghị quốc tế

1) Nguyễn Thị Hoa, Nguyễn Đại Phong (2017) Mô hình và mô phỏng động lực của máy giặt cửa ngang Tạp chí Cơ khí Việt Nam Số đặc biệt tháng 3 năm 2017 ISSN 0866 – 7056

2) Ngo Nhu Khoa, Nguyen Thi Hoa, Nguyen Thi Bich Ngoc (2018) Numerical modeling and experimental study on vibration of a horizontal washing machine Advances in Engineering

Research and Application - Proceedings of the International Conference, ICERA 2018 (accepted).

3) Ngo Nhu Khoa, Nguyen Thi Hoa, Nguyen Thi Bich Ngoc (2018) The effect of damper configurations on the vibration of horizontal washing machines Advances in Engineering

Research and Application - Proceedings of the International Conference, ICERA 2018 (accepted).

3) Nguyễn Thị Bích Ngọc (2018), Mô hình hóa rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang

– Luận văn thạc sĩ (đang hướng dẫn)

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

1) Thiết bị đo đặc tính cản nhớt của xi lanh giảm chấn ma sát ướt nói riêng, đo đặc tính ma sát ướt nói chung đã chế tạo được, với dữ liệu thu thập được cho phép xây dựng quan hệ cản nhớt F-V của cặp ma sát ướt bất kỳ, với biên độ dịch chuyển tới 600 mm, tốc độ dịch chuyển tới 800mm/s, lực ma sát tới 500N Thiết bị phù hợp cho nghiên cứu về lĩnh vực ma sát ướt trong cơ học và trong thực hành đo lường, điều khiển cho sinh viên

2) Thiết bị thí nghiệm đo lường đầy đủ các thông số rung động của hệ thống lồng chứa treo mềm của máy giặt (2 thành phần dịch chuyển lồng giặt và gia tốc của 4 điểm; 02 phản lực tại các gối treo lò xo và 03 phản lực tại các gối đỡ của giảm chấn) Thiết bị này phù hợp cho nghiên cứu kiểm nghiệm mô hình rung động của máy giặt, cho các nghiên cứu kiểm thử đối với các hệ thống treo cho máy giặt; có ý nghĩa trong thực hành sinh viên cơ điện tử; trong thí nghiệm rung động

kỹ thuật của học viên sau đại học

3) Các mô hình động lực của máy giặt có thể được ứng dụng đề nghiên cứu, phân tích rung động của máy giặt lồng ngang nói riêng, của vật quay với hệ treo mềm nói chung ở 1 số phạm vi nhất định; đặc biệt, có thể áp dụng để mở rộng các nghiên cứu về cải tiến hệ thống treo nhằm giảm rung trong các bài toán này

4) Phương án giảm rung đã đề xuất cho phép giảm đáng kể rung động của máy giặt lồng ngang với khả năng ứng dụng trong thực tiễn là rõ ràng

Thái nguyên, tháng 10 năm 2018

PGS TS Ngô Như Khoa

THAI NGUYEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

- Project title: A study on horizontal washing machine vibration model, design improvement and testing vibration reduction system for household horizontal washing machine

- Code number: B2016 – TNA - 05

- Lead researcher: Ngo Nhu Khoa

- Project implement organization: TNUT – Thai Nguyen University of Technology

- Duration: from 2016 to 2018

2 Objective(s):

- Construction of horizontal washing machine vibration model suffered flexible link

- Suggested improvement of vibration reduction system design, installation and testing of passive suspension to reduce the vibration level (up to 10%) in the same mode and working characteristics of the prototype washing machine

3 Creativeness and innovativeness:

A new dampers arrangement for the suspension proposed to reduce the horizontal washing machine effectively This design is a small changes present structure so it do not increase budget

to produce the washing machine

4 Research results:

- 03 vibration models of horizontal washing machines;

- Design and manufacture of an instrument used to measure the frictionof the damper of the suspension system, and then was used in the washing machine;

- Design and manufacture of vibration measuring systems of washing machines based on washing machine modelled LG WD 8990TDS The system can identify the reaction forces at suspension points, supports and displacement in 2 directions of the drum in real time

- Design and testing of ancillary equipment to effectively reduce vibration for horizontal washing machines, the equipment is very low cost, simple installation and do not change the current structure of the washing machine

5 Products:

5.1 Application products

- An instrument used to measure the of the damper of the suspension system with compression and tension forces of 0-500N, resolution of 0.02N; Speed: 0-0.8 m/s, resolution 0.064

mm / rpm; speed error of less than -1,0%/+4% of the whole range; Displacement amplitude of up

to 600mm, resolution of 0,0015mm; error of less than ± 1%;

- 01 vibration measuring system of the washing machine in real mode, determining reaction

in the suspension points, the support of the drum with resolution to 0.1N in real time; Determine the acceleration, vibration frequency in the direction of the drum rotation with resolution to 0.01g, 1Hz in real time;

- Improved suspension system of horizontal washing machines capable of reducing vibration (up to 10% compared to old systems) in the same working mode

5.2 Scientific products

01 paper was published in Vietnam’s Mechnical Journal and two papers was accepted to

publish on the International Conference

1) Nguyen Thi Hoa, Nguyen Dai Phong (2017) Model and dynamics simulation of horizontal

door washer Vietnam’s Mechnical Journal, Special Issue, March 2017 ISSN 0866 - 7056

2) Ngo Nhu Khoa, Nguyen Thi Hoa, Nguyen Thi Bich Ngoc (2018), “Numerical modeling and experimental study on vibration of a horizontal washing machine”, Advances in Engineering

Research and Application - Proceedings of the International Conference, ICERA 2018, December

1-2, 2018, Thai Nguyen, Vietnam, ID: ICERA 138 (accepted).

3) Ngo Nhu Khoa, Nguyen Thi Hoa, Nguyen Thi Bich Ngoc (2018), “The effect of damper configurations on the vibration of horizontal washing machines”, Advances in Engineering

Research and Application - Proceedings of the International Conference, ICERA 2018, December

1-2, 2018, Thai Nguyen, Vietnam, ID: ICERA 137 (accepted).

5.3 Training

Guide 01 PhD student; has guided two masters and is curently guiding a master:

1) Pham Ha Phuong (2018), Study, design and manufacture of testing equipment for dynamics analysis of small size dampers, Master thesis, TNU-University of Technology;

2) Nguyen Dai Phong (2017), Experimental model of vibration analysis of horizontal washing machines, Master thesis, TNU-University of Technology;

3) Nguyen Thi Bich Ngoc (2018), Modeling the vibration of the washing machine drum -

Master thesis, TNU- University of Technology (curently guiding)

6 Applicability and Mode of Transferring research results:

1) An instrument used to measure the frictionof the small dampers in particular and the friction characteristics in general have been fabricated, the data collected is used to identify the F-

wet-V relation of any wet friction, with a displacement of up to 600 mm, a speed of 800 mm/s, a friction force of up to 500 N The instrument is suitable for wet friction research in mechanics and

is meaningful in the practice of measurement and control for students

2) The laboratory equipment fully measures the vibration parameters of the drum with flexible suspension (2 displacement components of the drum and acceleration of 4 simultaneous points; 2 reaction forces at springs’ supports and 3 reaction forces at dampers’ supports) This equipment is suitable for testing the washing machine vibration or for the suspension systems, vibration reduction for washing machines as well as has significance in the measurement practice for mechatronics students; in the technical vibration experiments of M Sc and PhD students 3) The dynamic models of the washing machine can be applied to study, analyze the vibration of the rotary object with flexible suspension in general; Especially, they can be applied

to extend the research on the improvement of suspension to reduce vibration in these problems 4) The proposed vibration reduction allows a significant reduction of the horizontal washing machine vibration, and due to the simplicity and low cost, it can be applied in reality

Thai Nguyen, October 2018

Project management organization Lead researcher

Assoc.Prof Ngo Nhu Khoa

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 GIỚI THIỆU

Máy giặt là thiết bị điện gia dụng dùng cho gia đình rất phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng máy giặt ngày càng tăng nhanh, cho đến nay chiếc máy giặt trở nên không thiếu trong mỗi gia đình hiện đại Trên thị trường hiện nay phổ biến hai cấu hình máy giặt: lồng giặt đứng (còn gọi là máy giặt cửa trên), lồng giặt ngang (còn gọi

là máy giặt cửa trước), mỗi loại đều có những ưu, nhược điểm riêng

Máy giặt cửa trên có thiết kế đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng và có thể đặt được trong không gian nhỏ, hẹp; có khả năng thêm hoặc bớt quần áo trong chu kỳ giặt mà không phải hủy cả chu trình giặt Bên cạnh những ưu điểm đó máy giặt của trên có khá nhiều nhược điểm:

- Khả năng chiết xuất nước kém trong giai đoạn vắt: do số vòng quay của máy giặt cửa trên thường chỉ đạt 600 vòng/phút

- Độ ồn và rung lớn: do quần áo là một khối không định hình nên việc xoay đảo trong quá trình giặt của dòng máy này thường không hoàn hảo, trong quá trình vận hành máy giặt cửa trên khá ồn do rung lắc nhiều

- Máy tiêu tốn khá nhiều nước: khi máy giặt cửa trên hoạt động yêu cầu phải có một lượng nước khá lớn phủ hết tất cả quần áo trong lồng giặt, do đó tốn khá nhiều nước

- Vật phẩm giặt (quần, áo, vv) dễ bị vặn xoắn do trong khi giặt vật phẩm thường bị xoắn vào nhau dẫn đến chất lượng và độ bền của vật giặt có thể bị ảnh hưởng

Hình 1 1 Máy giặt lồng đứng

Đối với máy giặt lồng ngang, những tính năng ưu việt xuất phát từ cơ chế giặt, giảm tình trạng vặn xoắn vật giặt; nhờ vậy, vật giặt được bảo vệ tốt hơn, dễ dàng hơn trong việc

là ủi và sử dụng Bên cạnh đó, độ rung lắc và độ ổn của máy giặt lồng ngang thấp hơn đáng

kể so với máy giặt lồng đứng

Ngoài ra, một khía cạnh khác trong thiết kế của máy giặt là tính hiệu quả về lượng nước và năng lượng tiêu thụ Nghiên cứu [1] cho thấy máy giặt lồng ngang có công nghệ giặt hiệu quả hơn và tiêu thụ ít nước hơn so với máy giặt trục đứng Vì điều này, máy giặt

trục ngang này càng gia tăng thị phần trên thị trường

Hình 1 2 Máy giặt lồng ngang

Đối với máy giặt, nguyên nhân phổ biến của rung động và ồn là do lực ly tâm tạo bởi phân bố không đồng đều của khối lượng vật giặt trong lồng giặt khi lồng quay với tốc độ cao Biên độ dịch chuyển của lồng chứa khi rung động có thể gây ra sự va chạm với thành,

vỏ máy và gây rung động trực tiếp cho vỏ máy tạo tiếng ồn, thậm chí hiện tượng di chuyển của máy trên sàn Vấn đề này đã được giải quyết một phần theo cách truyền thống đó là lắp thêm một khối bê-tông lớn vào lồng chứa Tuy nhiên, sự mất ổn định của máy giặt còn tùy thuộc vào tốc độ quay, khối lượng của vật giặt và hệ thống kết cấu hình học của máy

Để giảm biên độ rung động, người ta có thể tăng độ cứng của lò xo và hệ số cản của giảm chấn Nhưng khi độ cứng của hệ treo quá lớn các lực truyền đến thân máy có thể tăng; hệ quả là có thể tăng độ ồn và rung động đối với thân, vỏ máy Trong thực tế, để chống lai sự

di chuyển của máy do mất cân bằng, máy giặt còn được bắt vít vào nền hoặc giữ cố định vào tường, tuy nhiên cách này có thể dẫn đến các lực quá mức truyền đến sàn gây rung động cho sàn ở mức không thể chấp nhận được

Với các yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng như giảm không gian đặt máy, giảm thời gian cho mỗi chu trình giặt, tăng dung tích mỗi mẻ giặt, giảm thiểu hiện tượng rung, ồn ;.với các yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị như giảm chi phí sản xuất, tối ưu hóa các vật liệu sử dụng trong thiết kế máy (xu hướng hiện tại là hướng tới sử dụng các thành phần nhựa và composite kết hợp), giảm khối lượng của máy,…Các yêu cầu này sẽ dẫn đến tăng khả năng mất ổn định của máy

Do vậy, để có thể đưa ra các phương án giảm rung hiệu quả cho máy giặt, tăng sự

ổn định của máy nhưng không làm tăng chi phí sản xuất thì việc xây dựng được mô hình động lực để đánh giá rung động của máy là một việc đặc biệt quan trọng và cần thiết

1.2 TÓM TẮT MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Mặc dù máy giặt dân dung và vấn đề rung động của nó là bài toán rất phổ biến, nhưng không có nhiều nghiên cứu về mô hình hóa và tối ưu hóa các đặc tính rung động của máy giặt Có lẽ lý do chính cho tình trạng này là các nghiên cứu được tài trợ bởi các nhà sản xuất máy giặt nên kết quả nghiên cứu được lưu giữ như một bí mật thương mại

Một số nghiên cứu cơ bản về mô hình hóa và tối ưu hóa đã công bố có thể kể đến dưới đây:

O.S Turkay, I.T Sumer, A.K Tugcu, B.Kiray đã phát triển một mô hình động

lực vật thể rắn với biến thời gian phi tuyến của hệ thống treo của một máy giặt trục ngang được dẫn ra bằng cách sử dụng phương pháp Newton – Euler, lập chương trình mô phỏng

và đánh giá bằng thực nghiệm Mô hình mô phỏng dự báo biên độ tức thời và trạng thái

ổn định theo chiều dọc và chiều ngang của lồng giặt với các sai số có thể chấp nhận cho một thiết kế nguyên mẫu hệ thống treo Các hiện tượng nâng lên – hạ xuống và sự trượt của vỏ máy đã được đánh giá nghiệm bằng cách sử dụng bốn đầu dò áp điện Mô hình xây dựng và mã mô phỏng được xây dựng dựa trên thuật toán Runge-Kutta đã được xác nhận bằng thực nghiệm cho phép tối ưu hóa thiết kế của máy giặt trục ngang [2] Cũng dựa trên

mô hình toán đã xây dựng này, O Türkay và cộng sự đã đưa ra các công thức khác nhau

để tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo của máy giặt trục ngang bằng cách sử dụng lưới và phương pháp tối ưu hóa lập trình bậc hai tuần tự [3]

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của O.S Turkay

Nhận xét 1:

1) Mô hình có nhiều sai lệch so với thiết kế nguyên mẫu;

2) Mô hình lực ma sát trên các giảm xóc là lực ma sát khô: f d = -c d sign(x’ d )

Hee-Tae Lim và cộng sự đã tiến hành phân tích động lực của máy giặt trục ngang

có xem xét đến hiệu ứng hồi chuyển Nghiên cứu chủ yếu quan tâm đến chuyển động tương đối giữa lồng giặt và lồng chứa trong suốt quá trình quay Mô hình toán xây dựng có 6 bậc

tự do (4 bậc tự do là quay và chuyển dịch theo phương y và z; 2 bậc tự do biểu diễn sự biếng dạng của lồng giặt và lồng chứa) trong không gian phức được chuyển đổi từ không gian thực để có thể hiểu về chuyển động xoáy Phần mềm Matlab được sử dụng để phân tích chuyển động Kết quả chính mà nghiên cứu nhận được (i) mô hình toán xây dựng trong nghiên cứu là phù hợp, có thể sử dụng để phân tích đặc tính rung động của máy giặt

và (ii) lồng giặt cứng hơn thì hiệu quả hơn so với lồng chứa cứng hơn [4]

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình của Hee-Tae Lim Nhận xét 2: Mô hình xây dựng phức tạp, tập trung vào phân tích chuyển động của

lồng giặt vào lồng chứa, không quan tâm đến phân tích giảm rung động cho máy

E Papadopoulos, I Papadimitriou nghiên cứu cho máy giặt mini di động

Trong nghiên cứu của này, các tác giả đề xuất một mô hình đơn giản với một bậc tự do để

dự đoán hành vi đi bộ của máy giặt trục ngang Thêm vào đó, các tác giả cũng đã đưa ra hai phương pháp kiểm soát sự ổn định của máy: (i) Phương pháp dựa trên thiết kế làm giảm sự bất ổn định và hiệu quả về chi phí; (2) Phương pháp dựa trên điều khiển loại bỏ tính không ổn định và rung động và được kết hợp với cân bằng hoạt động [5]

Hình 1 5 Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E Papadopoulos

C D Carroll, trong luận án tiến sĩ của mình, nghiên cứu cả hai máy giặt trục ngang

và trục đứng Ông xây dựng mô hình phẳng để kiểm tra ứng xử động lực, mô hình tính có dạng con lắc kép Trong nghiên cứu của mình, ông đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư thiết

kế tới các ràng buộc động lực của hệ thống Nghiên cứu cũng đề xuất thiết kế một thiết bị cân bằng tự động mới [6]

Hình 1 6 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của C D Carroll

Thomas Nygårds, Viktor Berbyuk cũng đưa ra một mô hình động lực của một

máy giặt trục ngang Mô hình này đã được xây dựng bằng cách sử dụng một phương pháp thực nghiệm - lý thuyết bao gồm tích hợp hệ thống nhiều vật (MBS), mô hình chi tiết các thành phần chức năng của máy và sự xác thực dựa trên dữ liệu thử nghiệm Các mô hình hoàn chỉnh của một máy giặt được thực hiện bằng phần mềm thương mại Adams/View từ MSC.Software

Hình 1 7 Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của Thomas Nygårds

Báo cáo này trình bày một số kết quả nghiên cứu số về rung động của máy giặt bao gồm nghiên cứu độ nhạy của hệ thống động lực đối với các thông số của kết cấu treo, và điều tra về tiềm năng của công nghệ cân bằng tự động để giảm rung Đặc biệt, các mô phỏng của thiết bị cân bằng hai mặt phẳng được xem xét đã cho thấy một tiềm năng đáng

kể trong việc loại bỏ tải không cân bằng ở tốc độ quay siêu tới hạn, dẫn đến giảm rung đáng kể trong máy giặt [7]

T Argentini và cộng sự phát triển một mô hình số của một máy giặt lồng ngang

sáu bậc tự do để có thể dự đoán tính chất động lực của máy trong chu kỳ quay ở trạng thái

ổn định, nghiên cứu chú trọng vào các rung động của vỏ máy Mô hình hoàn chỉnh có được

từ một mô hình nhiều vật được tuyến tính hóa các tham số dưới tác động của khối lượng

không cân bằng, đối tượng quan tâm trong mô hình là lồng giặt và mô hình phần tử hữu hạn cho cấu trúc của vỏ máy Lồng giặt và vỏ máy được kết nối bằng hệ thống treo gồm

ba lò xo dãn dài và hai bộ giảm chấn ma sát khô [8]

Hình 1 8 Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T Argentini

F Wagne xem xét mô hình cơ học của máy giặt là một hệ thống nhiều vật đàn hồi

Theo tính chất phức tạp của các bộ phận máy, các kết quả phân tích dạng riêng của một phần tử hữu hạn được sử dụng để miêu tả ứng xử đàn hồi Một thủ tục được biểu diễn để

mở rộng phương pháp phân chia Ritz để kết hợp các số hạng được thêm vào trong các phương trình chuyển động từ kết quả của các phần tử vỏ và dầm cũng như của các khối lượng gắn kết [9]

Hình 1 9 Các bậc tự do của lồng chứa và motor trong mô hình của F Wagne Nhận xét 3: Mô hình xây dựng biểu diễn thuần túy về mặt lý thuyết chưa được kiểm

chứng bằng các kết quả thực nghiệm

Ahmet Yörükoğlu, Erdinç Altuğ đề xuất một cách tiếp cận để đánh giá vị trí góc

và khối lượng của tải không cân bằng Mô hình mô phỏng của hệ thống được phát triển và các thí nghiệm khác nhau đã được thực hiện Các thuật toán được đề xuất và phát triển hệ thống thử nghiệm có thể ước tính vị trí góc của tải không cân bằng với sai số dưới 3% [10]

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống treo 2D trong mô hình động lực của Ahmet Yörükoğlu

Pınar Boyraz, Mutlu Gündüz xây dựng một mô hình động lực 2D của máy giặt

trục ngang để kiểm tra các đặc tính dao động của chu trình quay và đề xuất cải thiện thiết

kế hệ thống treo dựa trên kết quả tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (GA) Mô hình động được mô phỏng bằng số và các đầu ra được xác nhận bằng các kết quả thực nghiệm Nghiên cứu đã đóng góp một phương pháp cải tiến thiết kế mới ứng dụng GA để tối ưu hóa đặc tính rung cho máy giặt trục ngang Mặc dù đây là một phương pháp cải tiến thụ động trong lĩnh vực giảm rung cho máy giặt, nhưng phương pháp đo lường mới mở ra cách để chẩn đoán chi phí thấp và kiểm soát rung động chủ động của máy giặt [11]

Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống treo của mô hình Pınar Boyraz

Shao Ruiying và cộng sự đã dựa trên nghiên cứu lý thuyết và công nghệ nguyên

mẫu ảo, nghiên cứu và phân tích các đặc tính động lực của hệ thống cách ly rung máy giặt Thông qua việc thiết lập tham số độ cứng của mô hình nguyên mẫu ảo của hệ thống rung động, các tác giả tiến hành phân tích mô phỏng động lực trên phần mềm ADAMS và được các đặc tính động học của máy giặt [12]

1.3 KẾT LUẬN

Như vậy, mỗi công trình đã công bố đều đưa ra một cách thức mô hình hóa từ các đặc tính rung động của nhóm rung lắc (gồm lồng chứa và lồng giặt), rung động của vỏ máy, chuyển động tương đối của lồng giặt và lồng chứa, …, và chưa có mô hình tổng quát

để mô phỏng, phân tích giảm rung cho máy giặt

Đối với máy giặt trục ngang, mặc dù có nhiều nghiên cứu được thực hiện, thậm chí một vài thiết bị cân bằng tự động đã được chế tạo thử nghiệm nhưng trong thực tế, các nhà

sản xuất máy giặt phổ thông chưa thử nghiệm áp dụng các giải pháp này, chủ yếu do mức

độ phức tạp và chi phí lớn của các giải pháp

Chính vì những lý do trên, việc nghiên cứu xây dựng được mô hình rung động phù hợp cho máy giặt lồng ngang, để trên cơ sở đó tìm được các giải pháp cải tiến về mặt kết cấu hệ thống treo giảm rung cho máy giặt là mục tiêu đặt ra trong đề tài này Cụ thể là:

a Mục tiêu

1) Xây dựng được mô hình phân tích rung động cho máy giặt lồng ngang

2) Đề xuất phương án cải tiến thiết kế hệ thống giảm rung

b Nội dung nghiên cứu

1) Xây dựng các mô hình phân tích rung động;

2) Xây dựng thiết bị thí nghiệm để xác định các thông số của giảm chấn và các đặc tính rung động của máy giặt;

3) Đánh giá độ tin cậy và phạm vi áp dụng các mô hình rung động;

4) Áp dụng mô hình nghiên cứu đưa ra giải pháp giảm rung động

c Phương pháp và tiến trình thực hiện

Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm và được chia thành các bước cụ thể sau:

1) Mô hình động lực của máy giặt

Trong phần này, từ cấu tạo của hệ thống treo thực tế và quan sát hiện tượng rung động của máy để đề xuất các giả thiết nhằm đơn giản hóa mô hình rung động Trên cơ sở các giả thiết, tiến hành xây dựng các mô hình động lực cho hệ thống treo của máy giặt; Tiến hành mô phỏng số trong môi trường Simulink để thu được các kết quả số rung động trong các chế độ khác nhau

2) Đo rung động của máy giặt

Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm cần thiết nhằm xác định được các thống số của lò xo và giảm chấn; đo được các đại lượng rung động của hệ thống treo và lồng giặt, nhằm có được các thông số và số liệu thực nghiệm phục vụ cho bài toán mô phỏng số và

so sánh, đánh giá kết quả mô phỏng Làm cơ sở để đánh giá mô hình, cả về độ tin cậy và phạm vi ứng dụng

3) Đánh giá các mô hình

Tiến hành so sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả số để đánh giá tính đúng đắn của mô hình, cả về độ tin cậy và phạm vi ứng dụng

4) Đề xuất phương án cải tiến thiết kế

Thông qua việc điều chỉnh, bổ sung các thông số kết cấu hệ thống treo, sử dụng mô hình mô phỏng số để đánh giá, tìm phương án cải tiến thiết kế hệ thống treo nhằm giảm rung cho máy giặt

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG

Trong chương này, báo cáo tập trung trình bày về các mô hình động lực của máy giặt lồng ngang Mô hình toán của máy giặt thiết lập được là một hệ phương trình vi phân cấp hai tuyến tính hoặc phi tuyến Hệ phương trình này sẽ được mô phỏng số trong môi trường Simulink

2.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TREO

Đối tượng nghiên cứu trong đề tài này là máy giặt thương mại LG WD 8990TDS, hiện được sử dụng khá phổ biến trên thị trường Các chi tiết chính cấu tạo nên máy giặt được trình bày trong Hình 2.1

Hình 2.1 Các chi tiết cấu tạo điển hình của máy giặt lồng ngang

Cấu tạo hệ thống treo được thể hiện trong Hình 2.2

Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống treo trên máy giặt LG WD 8990TDS

Trong chu kì quay vắt, vậy phẩm (quần, áo) bị ép vào thành trong của lồng giặt do lực quán tính ly tâm, tạo ra một khối lượng lệch tâm, chính khối lượng lệch tâm này sẽ

Lò xo

Giảm chấn

Đối trọng lệch trục Lồng chứa

tạo ra lực ly tâm, là nguyên nhân gây ra rung động và có thể làm cho máy giặt di chuyển trên sàn Hệ thống treo gồm các lò xo và giảm chấn nhằm giảm thiểu ảnh hưởng rung động của lồng chứa cách chúng hấp thụ một phần năng lượng và phân bố lực rung động lên các vùng khác nhau của vỏ máy nhằm giảm rung và giảm ồn cho vỏ máy

2.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC

2.2.1 Sơ đồ hóa hệ thống treo

Từ mô hình thực của hệ thống rung động như được mô tả trong Hình 2.3 Sơ đồ tính được thiết lập như Hình 2.4

Hình 2 3 Mô hình thực của hệ thống treo máy giặt lồng ngang [13]

Có thể thấy, lồng chứa có 6 chuyển dịch khả dĩ Bao gồm 3 chuyển dịch theo 3

phương x, y và z; 3 góc xoay  ,  và  quanh các trục x, y và z Trong đó x là trục của lồng chứa Như vậy mô hình động lực tổng quát sẽ có 6 bậc tự do Tuy nhiên, để giảm mức độ phức tạp của mô hình và với độ chính xác, tin cậy chấp nhận được chúng ta sẽ có thể có các mô hình khác nhau, đơn giản hơn tương ứng với số bậc tự do thấp hơn

Hình 2 4 Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang [13]

Trong khuôn khổ của đề tài, sẽ tập trung xây dựng 1 số mô hình phẳng dựa trên 1 số

giả thiết phù hợp Cụ thể là:

- Trên thực tế, chuyển dịch của lồng chứa theo phương x và các chuyển động góc (quay xung quanh trục y và z) là không đáng kể Do đó, trong đề tài này sẽ không xét đến

thành phần này Ngoài những quan sát thực tế nói trên, thì 1 lý do để không xét đến 3 bậc

tự do này xuất phát từ các thành phần lực kích thích có nguồn gốc từ lực quán tính ly tâm

(Ny, Nz) đã nói trên đây không xuất hiện các lực kích thích mà gây ra các chuyển dịch

tương ứng với 3 bậc tự do này, Hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang [14]

Chú ý: Việc ký hiệu các trục trong 1 số phần của báo cáo này có thể khác nhau.

- Với những giả thiết đó, các mô hình sẽ được xây dựng dựa trên 2 bậc tự do, bao gồm 2 dịch chuyển theo trục x, y; hoặc mô hình 3 bậc tự do, bao gồm 2 dịch chuyển theo trục x, y và góc quay của lồng giặt trong mặt phẳng xy

- Một số giả thiết khác:

1) Lồng giặt có thể xoay trong lồng chứa nhưng không có ảnh hưởng hồi chuyển trên lồng giặt

2) Bỏ qua ảnh hưởng rung động và biến dạng của thân (giá) máy;

3) Khối lượng mất cân bằng là không đổi và cố định vào thành bên trong của lồng giặt tại mặt phẳng chứa cặp lò xo và giảm chấn

4) Lồng giặt quay với tốc độ không đổi;

Hình 2.6 Sơ đồ 2D tuyến tính của hệ thống treo máy giặt lồng ngang

Lồng giặt quay đều với vận tốc N (rpm), tương ứng với vân tốc góc  = N/30 (rad/s) Lực quán tính ly tâm với 2 thành phần chiếu trên hai trục x và y là:

𝐹𝑥 = 𝑚2𝑟𝑐𝑜𝑠t 𝐹𝑦 = 𝑚2𝑟𝑠𝑖𝑛t Lực đàn hồi của lò xo có độ lớn bằng sự thay đổi chiều dài lò xo nhân với hệ số đàn hồi của lò xo, do vậy, theo giải thiết, lò xo là tuyến tính

Hình 2.7: Sơ đồ phân tích biến dạng và lực đàn hồi của các lò xo

Hình 2.8: Sơ đồ phân tích dịch chuyển và lực cản trên các giảm chấn

- Giảm chấn bên trái

2.2.3 Mô hình 2

Vẫn giữ nguyên sơ đồ tính như ở mô hình 1 (các chuyển dịch của lồng chứa tương tự như mô hình 1 với phương của các lò xo và giảm chấn coi là không đổi) Tuy nhiên, ở mô hình này kể đến tính chất phi tuyến của các bộ giảm chấn Do đó, trong phương trình chuyển động của lồng chứa, sẽ xuất hiện thành phần lực cản là 1 hàm phi tuyến với vận tốc dịch chuyển Điều đó dẫn đến tính phi tuyến mạnh của hệ phương trình động lực Khi

đó, cặp phương trình rung động của lồng chứa được biểu diễn như biểu thức 2.2 với các thành phần được xác định theo các biểu thức 2.3 và 2.4 như sau:

𝑀𝑥̈ = 𝐹𝑥(𝑡) − 𝐹𝐷𝑥− 𝐹𝑆𝑥; 𝑀𝑦 ̈ = 𝐹𝑦(𝑡) − 𝐹𝐷𝑦 − 𝐹𝑆𝑦 (2.2) Trong đó:

+ F Sx và F Sy là hình chiếu các lực đàn hồi của lò xo theo các phương x và y tương ứng; Fx(t) và Fy(t) là các lực kích thích theo 2 phương tương ứng, do lực li tâm gây ra Tương tự như mô hình 1, biểu thức của các thành phần này như sau:

{ 𝐹𝑥(𝑡) = 𝑚𝜔2𝑟𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡; 𝐹𝑦(𝑡) = 𝑚𝜔2𝑟𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡

𝐹𝑆𝑥 = 2𝑘𝑥𝑠𝑖𝑛2𝜃𝑆; 𝐹𝑆𝑦 = 2𝑘𝑥𝑐𝑜𝑠2𝜃𝑆 (2.3)

+ F Dx , F Dy là hình chiếu các lực cản của giảm chấn theo các phương x và y tương

ứng Khác với mô hình 1, hệ số cản được coi là hằng số, tuy nhiên ở mô hình này, quan

hệ F-V là 1 hàm bậc cao; các thành phần này được tính toán như sau:

{

𝐹𝐿𝐷 = ∑ 𝐶𝑖

𝑛

𝑖=0(𝑉𝐿𝐷)𝑖; 𝐹𝐿𝐷𝑥 = 𝐹𝐿𝐷𝑠𝑖𝑛𝜃𝐷; 𝐹𝐷𝐿𝑦 = 𝐹𝐿𝐷𝑐𝑜𝑠𝜃𝐷

𝐹𝑅𝐷 = ∑ 𝐶𝑖

𝑛

𝑖=0(𝑉𝑅𝐷)𝑖; 𝐹𝑅𝐷𝑥 = 𝐹𝑅𝐷𝑠𝑖𝑛𝜃𝐷; 𝐹𝑅𝐷𝑦 = 𝐹𝑅𝐷𝑐𝑜𝑠𝜃𝐷

{𝐹𝐹𝐷𝑥 = 𝑛𝑜𝑑𝑙 ∗ 𝐹𝐿𝐷𝑥− 𝑛𝑜𝑑𝑟 ∗ 𝐹𝑅𝐷𝑥

Với: F DL , F DR lần lượt là các lực cản của giảm chấn bên trái và bên phải; các chỉ số

dưới x và y chỉ hình chiếu của các đại lượng chứa nó trên các trục x và y tương ứng; và

nodl và nodr lần lượt là số giảm chấn bên trái và bên phải của máy

Hình 2.9 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của hệ thống treo máy giặt lồng ngang

a Lực đàn hồi của lò xo

1) Lò xo bên phải

Hình 2.10 biểu diễn sự thay đổi kích thước của lò xo bên phải

Hình 2.10 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo bên phải

𝐿0𝑅𝑆 = √(𝑋0𝑆)2+ (𝑌0𝑆)2; 𝐿𝑅𝑆 = √(𝑋0𝑆 − 𝑥)2+ (𝑌0𝑆 + 𝑦)2; ∆𝐿𝑅𝑆 = 𝐿𝑅𝑆 − 𝐿0𝑅𝑆

{

𝐹𝑅𝑆 = 𝑘 ∗ ∆𝐿𝑅𝑆 𝑠𝑖𝑛𝑅𝑆 = 𝑋0𝑆− 𝑥

Hình 2.11 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo bên trái

Các kết quả được biểu diễn trong các phương trình sau:

𝐿0𝐿𝑆 = √(𝑋0𝑆)2+ (𝑌0𝑆)2; 𝐿𝑅𝑆 = √(𝑋0𝑆+ 𝑥)2+ (𝑌0𝑆 + 𝑦)2; ∆𝐿𝐿𝑆 = 𝐿𝐿𝑆− 𝐿0𝐿𝑆

{

𝐹𝐿𝑆 = 𝑘 ∗ ∆𝐿𝐿𝑆 𝑠𝑖𝑛𝐿𝑆 = 𝑋0𝑆 + 𝑥

𝐿𝐿𝑆 𝑐𝑜𝑠𝐿𝑆 = 𝑌0𝑆 + 𝑦

𝐿𝐿𝑆

𝐹𝐿𝑆𝑥 = 𝐹𝐿𝑆 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝐿𝑆 𝐹𝐿𝑆𝑦 = 𝐹𝐿𝑆 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝐿𝑆

Khi đó, tổng hình chiếu các lực đàn hồi của lò xo theo các phương x và y là F Sx và F Sy

được xác định theo biểu thức:

{𝐹𝐹𝑆𝑥 = 𝐹𝐿𝑆𝑥 − 𝐹𝑅𝑆𝑥

b Lực cản nhớt của giảm chấn

1) Giảm chấn bên phải

Sử dụng kỹ thuật tương tự như tính toán lực đàn hồi của lò xo Hình 2.12 biểu diễn sự thay đổi kích thước của giảm chấn bên phải trong quá trình máy giặt hoạt động

Như vậy, dịch chuyển và vận tốc tương đối của giảm chấn được xác định như sau:

{𝐿0𝑅𝐷 = √𝑋0𝐷2+ 𝑌0𝐷2; 𝐿𝑅𝐷 = √(𝑋0𝐷 − 𝑥)2+ (𝑌0𝐷 − 𝑦)2

∆𝐿𝑅𝐷 = 𝐿𝑅𝐷 − 𝐿0𝑅𝐷; 𝑉𝑅𝐷 = −(𝑉𝑥𝑠𝑖𝑛𝑅𝐷 + 𝑉𝑦𝑐𝑜𝑠𝑅𝐷)Lực cản trên giảm chấn và các thành phần hình chiếu theo phương x và y là:

Hình 2.12 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của giảm chấn bên phải

2) Giảm chấn bên trái

Hình 2.13 biểu diễn sự thay đổi kích thước của giảm chấn bên trái trong quá trình máy giặt hoạt động Tính toán tương tự như đối với giảm xóc bên phải, các kết quả nhận được ứng với giảm xóc bên trái như sau:

Dịch chuyển và vận tốc của giảm chấn:

{𝐿0𝐿𝐷 = √𝑋0𝐷2+ 𝑌0𝐷2; 𝐿𝐿𝐷 = √(𝑋0𝐷 + 𝑥)2+ (𝑌0𝐷 − 𝑦)2

∆𝐿𝐿𝐷 = 𝐿𝐿𝐷 − 𝐿0𝐿𝐷; 𝑉𝐿𝐷 = 𝑉𝑥𝑠𝑖𝑛𝐿𝐷− 𝑉𝑦𝑐𝑜𝑠𝐿𝐷Lực cản trên giảm chấn và các thành phần hình chiếu theo phương x và y:

Hình 2.13 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của giảm chấn bên trái

Cuối cùng, tổng hình chiếu các lực cản của giảm chấn theo các phương x và y được xác định tương tự như biểu thức (2.4) Cụ thể là:

xác định theo (2.5)

d Biểu diễn Simulink của mô hình

Sơ đồ Simulink của mô hình toán 1, 2 và 3 lần lượt được trình bày trên các Hình 2.14,

Hình 2.15 và Hình 2.16 Các chương trình viết trên Simulink này đi kèm với file “.m”

truyền tham số, cho phép người dùng điều chỉnh các tham số đầu vào theo mong muốn

và nhận được các kết quả số ở cả dạng đồi thị và dữ liệu trên Workspace bao gồm: chuyển dịch của lồng chứa theo 2 phương x và y; lực đàn hồi lò xo treo, tổng lực cản trên các giảm chấn ở mỗi bên (chưa cho phép tính ở từng giảm chấn nếu mỗi bên có hơn 1 giảm chấn) và hàm năng lượng tiêu tán (sẽ đề cập ở chương 5)

Hình 2.14: Sơ đồ Simulink của mô hình 1 – mô hình 2D tuyến tính

Hình 2.15: Sơ đồ Simulink của mô hình 2 – mô hình 2D với quan hệ F-V của giảm chấn là phi tuyến

Hình 2.16: Sơ đồ Simulink của mô hình 3 – mô hình 2D phi tuyến hình học

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐẶC TÍNH CẢN NHỚT

3.1 LỰA CHỌN NGUYÊN LÝ THIẾT BỊ

Bản chất của thiết bị thí nghiệm xác định cản nhớt của giảm chấn ma sát ướt nói riêng, hay đặc tính động lực học giảm chấn thủy lực nói chung là có các chức năng:

Tạo ra chuyển động tịnh tiến khứ hồi ở giá động với các giá trị vận tốc đặt trước, kiểm soát đảm bảo ổn định được vận tốc đặt trong khi lực tác động lên giá liên tục thay đổi

Đo lường được lực tác động trên giá động đồng thời với khoảng chuyển dịch của nó trong suốt hành trình chuyển động;

Thu thập tức thời các cặp giá trị lực – dịch chuyển để xây dựng được quan hệ lực ma sát – vị trí – vận tốc và lực ma sát – vận tốc

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị:

Từ yêu cầu phải xác định được lực, chuyển dịch và vận tốc, sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm được xác định như hình 3.1:

Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm

Mẫu thử là giảm chấn thủy lực, một đầu của giảm chấn (xy lanh) được gắn vào gối cố định, đầu còn lại (piston) được gắn vào gối di động, gối di động chuyển động tịnh tiến nhờ

cơ cấu tạo chuyển động và một động cơ sẽ giúp cơ cấu tạo chuyển động hoạt động

Khi động cơ quay, cơ cấu chuyển động làm gối di động di chuyển kéo theo cần pistong

di chuyển từ vị trí A1 về A2 và ngược lại Để tiến hành thí nghiệm và xác định được thông

số lực; vận tốc dịch chuyển; khoảng dịch chuyển, trên thiết bị phải được bố trí hệ thống đo lường, xử lý số liệu để:

Xác định lực cản F(t), sử dụng cảm biến đo lực gắn vào giá di động/cố định và đầu xi lanh

Xác định khoảng dịch chuyển A(t) (biên độ dao động của pistong với xi lanh): dùng cảm biến đo chiều dài, đầu đo của cảm biến gắn với gối di động

Xác định được vận tốc chuyển dịch của pistong thông qua vận tốc quay của động cơ

và cơ cấu chuyển động

Tất cả các giá trị trên đều được chuyền về bằng tín hiệu điện và được xử lý tín hiệu, phân tích dựa trên các phần mềm chuyên dụng như LabView

3.1.2 Thành phần của thiết bị:

Từ phân tích nguyên lý hoạt động nêu trên, thiết bị cần có các thành phần sau:

1 Hệ truyền động và dẫn động: tạo ra được chuyển động tịnh tiến khứ hồi ở các vận tốc hằng, điều khiển được;

2 Hệ thống đo lường gồm: đo lực và đo vận tốc dịch chuyển;

3 Hệ thống cơ khí: khung máy, đồ gá lắp mẫu thử

4 Hệ thống điều khiển và phần mềm điều khiển, thu nhận tín hiệu đo

3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

3.2.1 Nguồn động lực và hệ truyền, dẫn động:

Sử dụng động cơ servo và visme bi

- Đối với động cơ servo, có ưu điểm hệ thống đơn giản, đi cùng mạch điều khiển đồng

bộ với thuật toán điều khiển, kiểm soát chế độ làm việc được chuẩn hóa; khả năng điều chỉnh tốc độ, đảo chiều động cơ, điều khiển hành trình, vv chính xác và thuận tiện qua giao tiếp máy tính Tuy nhiên, nhược điểm: giá thành cao, khả năng kháng nhiễu cho hệ thống

đo khá phức tạp

- Đối với phương án sử dụng vít me bi, có ưu điểm hoạt động ổn định, hiệu suất truyền cao, được modun hóa, thương mại hóa trên thị trường, đủ loại để lựa chọn, giá thành rẻ

2.3.2 Hệ thống đo lường, điều khiển và thu thập số liệu

- Đo lực: sử dụng cảm biến đo lực có khả năng đo được đến tải trọng 500N (50kg), gắn trực tiếp giá đỡ cố định gắn mẫu thử;

- Đo vận tốc dịch chuyển pistong (A): sử dụng tín hiệu phản hồi vận tốc trực tiếp từ động cơ servo, quy đổi ra vận tốc dịch chuyển dựa trên thông số visme bi

- Hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu: Sử dụng modul DAQ với các đầu vào/ra số

và tương tự để điều khiển tốc độ dịch chuyển, hành trình chuyển động; thu thập dữ liệu từ các cảm biến lực và dịch chuyển Trong khuôn khổ đề tài này, sử dụng modul NI 6221 USB Phần mềm điều khiển hệ thống và thu thập dữ liệu được xây dựng trên NI Labview

và NI DataExpress, Việc xử lý dữ liệu và xây dựng biểu đồ quan hệ bằng phần mềm Microsoft Office Excel

3.3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CÁC THÀNH PHẦN CỦA THIẾT BỊ

3.3.1 Hệ dẫn – truyền động

a Động cơ servo AC và bộ điều khiển

Model ASD-A04 21 LA [15] Các thông số trên Hình 3.2: Công suất danh định, Pđc

= 0,4KW; Tốc độ vòng quay, n = 3000 vòng/phút Mô men xoắn danh định, Tdc = 1,27 N.m, max 3,8 N.m

Hình 3.2 Thông số điện-cơ động cơ servo

Trước khi thiết lập tham số cho bộ điều khiển servo đáp ứng được yêu cầu đặt ra, thì phần kết nối thiết bị và chức năng của từng modun cần được hiểu rõ Hình 3.3 là sơ đồ nối tín hiệu và thiết bị với bộ điều khiển servo

Hình 3.3 Sơ đồ nối dây tín hiệu và thiết bị với bộ điều khiển servo

Để thay đổi tốc của động cơ servo bằng xung, các kết nối và tham số cài đặt cho bộ điều khiển servo như Hình 3.4 và Hình 3.5 Ý nghĩa của các chân tín hiệu được mô tả chi tiết trong Hình 3.5

Hình 3.4 Sơ đồ các tín hiệu vào/ra của modul điều khiển động cơ servo AC