Luận văn thạc sĩ xây dựng mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP ******&****** NGUYỄN ĐẠI PHONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG CỦA LỒNG QUAY MÁY GIẶT CỬA TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ NHƯ KHOA Thái Nguyên, 11/2017 ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** NGUYỄN ĐẠI PHONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG CỦA LỒNG QUAY MÁY GIẶT CỬA TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHOA CHUN MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGƠ NHƯ KHOA PHỊNG ĐÀO TẠO Thái Ngun, 11/2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Đại Phong Học viên: Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Trường Trung Cấp nghề Nam Thái Nguyên Tên đề tài: “Xây dựng mơ hình thực nghiệm phân tích rung động lồng quay máy giặt cửa trước” Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân Các ý tưởng, thiết kế, chế tạo số liệu hoàn toàn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Thái Nguyên, ngày 29 tháng 11 năm 2017 Người cam đoan Nguyễn Đại Phong iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, em nhận nhiều giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Đại Học Thái Nguyên Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phịng Đào tạo, thầy giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho em hoàn thành chương trình học Xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Ngô Như Khoa định hướng, theo dõi truyền đạt kiến thức để em hồn thành luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Trường Trung Cấp nghề Nam Thái Nguyên tạo điều kiện cho học nâng cao trình độ Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung Do vậy, kính mong q thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè đóng góp để em tiếp tục bổ sung kiến thức ứng dụng kiến thức học vào thực tế Trân trọng! iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC .iv DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu Nội dung Phương pháp nghiên cứu .5 CHƯƠNG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG I KẾT CẤU THỰC CỦA MÁY GIẶT II MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU .10 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 12 I CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG GIẢM RUNG CỦA MÁY GIẶT 12 II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUNG ĐỠ 14 III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO 15 Thiết bị đo 15 Các thiết bị khuếch đại, thu nhận chuyển đổi tín hiệu 23 Sơ đồ khối hệ thơng đo xử lý tín hiệu 26 IV GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO 27 Hiệu chuẩn hệ thống đo lực loadcell 27 Hiệu chuẩn hệ thống đo rung động Accelerometer 31 Thiết lập thông số phần mềm Quick DAQ 32 v CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ BÌNH LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 PHỤ LỤC 48 vi DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT STT 10 11 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Một số máy giặt thông dụng Hình Sơ đồ cấu tạo máy giặt cửa ngang Hình Phần phía sau máy giặt Hình Nhóm rung động, đệm cửa ống cấp nước Hình Hệ thống treo máy giặt Samsung Hình Hệ thống treo máy giặt Electrolux Hình Hệ thống treo máy giặt LG Hình Hệ thống máy giặt Hitachi 10 Hình 9: Đồ thị quan hệ lực độ giãn lò xo 13 Hình 10 Strain gauge 15 Hình 11 Nguyên lý làm việc loadcell 16 Hình 12 Mạch cầu Wheatstone 16 Hình 13 Cảm biến loadcell model: MT 1260-50 đo lực 17 Hình 14 Cảm biến loadcell model MT 1041- 100 đo lực 17 Hình 15 Cấu tạo gia tốc kế 18 Hình 16 Gia tốc kế dạng nén 19 Hình 17 Máy đo độ rung 4151HL 20 Hình 18 Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04 23 Hình 19 Sơ đồ khối SCC-SG04 23 Hình 20 Bộ thu thập liệu (DAQ) model DT9806 24 Hình 21 Sơ đồ khối model DT9806 25 Hình 22 Nguyên lý hoạt động thiết bị thí nghiệm đo tải trọng tác dụng gối liên kết lò xo treo, giảm chấn 26 Hình 23 Nguyên lý hoạt động thiết bị thí nghiệm đo chuyển dịch lồng giặt 26 Hình 24 Sơ đồ ghép nối thiết bị đo 27 Hình 25 Một số hình ảnh hiệu chuẩn hệ thống đo lực 30 Hình 26 Gia tốc kế 31 Hình 27 Hình ảnh hiển thị Quick DAQ 31 viii Hình 27 Hình ảnh khởi động Quick DAQ 32 Hình 29 Một số hình ảnh thiết lập Quick DAQ 33 Hình 30 Hình ảnh Quick DAQ chế độ view 34 Hình 31 Hình ảnh offset zero Quick DAQ 34 Hình 32 Hình ảnh sau offset zero Quick DAQ 34 Hình 33 Phản lực liên kết với tải lệch tâm 2N, tốc độ quay 400 vịng/phút 36 Hình 34 Trích phản lực gối chu kỳ tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 37 Hình 35 Đồ thị lực tác dụng lên lò xo ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 37 Hình 36 Đồ thị lực tác dụng lên lò xo ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 38 Hình 37 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 38 Hình 38 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 39 Hình 39 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 39 Hình 40 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút,các tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn định 40 Hình 41 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn định 40 Hình 42 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn 41 CHƯƠNG 2: MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Rung động tượng phổ biến tự nhiên kỹ thuật Bất kì chuyển động lặp lặp lại sau khoảng thời gian gọi rung động dao động Lý thuyết dao động liên quan đến việc nghiên cứu chuyển động rung lắc vật thể lực liên quan đến chúng Các học giả thời kì đầu lĩnh vực rung động tập trung nỗ lực họ vào việc hiểu tượng tự nhiên phát triển lý thuyết toán học để mô tả rung động hệ thống vật lý Trong thời gian gần đây, nghiên cứu tập trung vào ứng dụng rung động kỹ thuật, thiết kế máy, kết cấu, tuabin hệ thống điều khiển Hầu hết máy động lực gặp vấn đề rung động cân cố hữu động Sự cân lỗi thiết kế, sai xót q trình gia cơng Sự cân động diesel gây rung động đủ mạnh mặt đất để tạo nguy hiểm khu vực Trong tuabin, rung động gây hỏng hóc học khơng thể dự đốn trước Trong tất trường hợp, kết cấu máy bị rung động dẫn đến bị hỏng, hoạt động không hiệu mỏi vật liệu gây biến đổi theo chu kì ứng suất Hơn nữa, rung động gây mài mịn nhanh chóng phận máy vòng bi, bánh răng, tạo tiếng ồn mức cho phép Bất nào, tần số dao động tự nhiên máy kết cấu trùng với tần số kích động gây tượng cộng hưởng, dẫn đến biên động rung động cực đại gây hỏng máy kết cấu Do ảnh hưởng phá hủy mà rung động gây cho máy kết cấu, kiểm tra độ rung trở thành quy trình chuẩn việc thiết kế phát triển hầu hết hệ thống kỹ thuật 34 Đóng panel chọn chế độ view đại lượng giá trị ngẫu nhiên: Hình 30 Hình ảnh Quick DAQ chế độ view Vậy phải offset zero thơng số cột EU offset: Hình 31 Hình ảnh offset zero Quick DAQ Kết thu là: Hình 32 Hình ảnh sau offset zero Quick DAQ 35 Đến trình thiết lập đại lượng, đơn vị, phạm vi đo, set zero hoàn thành sử dụng liệu thu phần mềm để tính tốn 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ BÌNH LUẬN Một số kết thử nghiệm hệ thống Kết chạy thử nghiệm thiết bị đo ghi nhận suốt chu trình máy thực chế độ quay vắt Thí nghiệm Tải trọng lệch tâm 2N, thiết lập chế độ vắt tốc độ khác nhau: 400, 600 800 v/p Kết biểu diễn đồ thị đây: Hình 33 Phản lực liên kết với tải lệch tâm 2N, tốc độ quay 400 vòng/phút Ghi chú: Các ký hiệu: F_lx_1,2 – lực lò xo số 1, số 2; F_dp_1,2,3 – lực giảm chấn 37 A T T Hình 34 Trích phản lực gối chu kỳ tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định Hai đại lượng quan trọng để mơ tả rung động tần số biên độ Biên độ mô tả mức độ rung động cịn tần số mơ tả tốc độ rung động Với tốc độ quay n=400 vịng/phút, chu kì dao động hệ thống treo T = 2π / ω = 60 / n = 0.15( s) tần số dao động hệ thống f = 1/ T = 6.67Hz Biên độ rung động gối giảm chấn 70.05N, gối giảm chấn 39.75N gối giảm chấn 25.13N Đồ thị tổng hợp phản lực gối ứng với tốc độ quay khác nhau: Hình 35 Đồ thị lực tác dụng lên lò xo ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 38 Hình 36 Đồ thị lực tác dụng lên lò xo ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định Hình 37 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 39 Hình 38 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định Hình 39 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N giai đoạn quay ổn định 40 Thí nghiệm Tải trọng lệch tâm 4N, thiết lập chế độ vắt tốc độ khác nhau: 400, 600 800 v/p Thí nghiệm Tải trọng lệch tâm 7N, thiết lập chế độ vắt tốc độ khác nhau: 400, 600 800 v/p Kết biểu diễn đồ thị đây: Với tốc độ quay 400 vòng/phút, lực gối giảm chấn ứng với tải khác nhau: Hình 40 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút,các tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn định Hình 41 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn định 41 Hình 42 Đồ thị lực tác dụng lên Damper ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N giai đoạn quay ổn Thí nghiệm Thay giảm chấn giảm chấn cũ có dấu hiệu hư hỏng nhằm đánh giá hệ thống sử dụng giảm xuống cấp Dưới số đồ thị thể thay đổi lực gối sử dụng giảm chấn giảm chấn qua sử dụng ứng với tải 2N, tốc độ quay 400 vòng/phút tải 7N, tốc độ quay 600 vòng/phút 42 - Đồ thị lực tác dụng lên giảm chấn tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 2N Hình 43 Đồ thị lực tác dụng lên giảm chấn tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 2N 43 - Đồ thị lực tác dụng lên giảm chấn tốc độ quay 600 vòng/phút, tải trọng 7N Hình 44 Đồ thị lực tác dụng lên giảm chấn tốc độ quay 600 vòng/phút, tải trọng 7N Từ đồ thị so sánh phản lực gối đỡ giảm chấn đo chế độ làm việc hình đây, cho thấy: với phản lực giảm chấn có dấu hiệu hỏng (được mơ tả đường dpx_o) có giá trị khoảng 70-75% so với phản lực giảm chấn (được mô tả đường dpx_n) Điều phản ánh vấn đề thực tiễn sử dụng máy 44 giặt cũ, xuống cấp giảm chấn thường bị rung động bất thường khả hấp thụ lượng dao động kém, dẫn đến lượng dao động truyền thành máy giặt lò xo treo vị trí cao so với chân đế tăng, làm cho rung động thành máy giặt tăng, chí phát sinh tượng máy giặt di chuyển sàn Trên thực tế, số nhà sản xuất máy giặt loại bỏ hệ thống treo cao chuyển thành lị xo đỡ (chịu nén) bố trí phần đáy máy giặt nhằm khắc phục tượng Đánh giá hệ thống - Hệ thống đo lường đồng thời tất phản lực liên kết lồng giặt với khung máy giặt với tốc độ đáp ứng cài đặt tùy ý từ 0.15Hz đến 10kHz Toàn việc thiết lập hệ thống đo cách xuất liệu thực phần mềm dễ dàng - Độ xác tính tốn hệ thống đo phụ thuộc vào độ xác phần tử hệ thống đo Cụ thể là:  Loadcell MT1041 MT1260 có độ sai lệch tổ hợp ≤ 0,01% (bao gồm độ phi tuyến độ trễ học) [9];  Bộ khuếch đại loadcell SCC-SG04 có hệ số khuếch đại 100, độ sai lệch khuếch đại ±0,8% [10];  Bộ thu thập chuyển đổi liệu DT9806, DAC ADC 16 bit, độ sai lệch toàn dải từ 0,01% (ở hệ số khuếch đại =1 đến 0,04% hệ số khuếch đại 500) Ở ta sử dụng hệ số khuếch đại = [11] ⇒ Error = - Độ xác độ tin cậy thực tế hệ thống thể phần calip hệ thống đo thu thập liệu máy tính phù hợp với độ xác tính tốn 45 - Khả mở rộng hệ thống đo để đo chuyển vị trực tiếp lồng giặt loại cảm biến dịch chuyển tuyến tính, thay sử dụng gia tốc kế phép lấy tích phân dễ dàng nhờ DAQ trang bị - Đánh giá kết Qua đồ thị mô tả mối quan hệ tải trọng lệch tâm, vận tốc quay với phản lực liên kết chế độ làm việc khác phần cho thấy:  Xuất tính đối xứng (qua mặt phẳng đối xứng thẳng đứng) phản lực giảm chấn đơn bên phải (dp1) hai giảm chấn bên trái (dp2 dp3) Đây nguyên nhân gây tình trạng tuổi thọ giảm chấn bên phải ngắn so với bên trái nhiều lần thực tế Đây nguyên nhân đáng kể gây rung động máy giặt, tải trọng không nằm mặt phẳng đối xứng theo chiều ngang lồng giặt  Khi giảm chấn bị mòn (thường bắt đầu với giảm chấn dp1) đến thời kỳ phải thay thế, khả cản nhờ ma sát ướt suy giảm mà khả hấp thụ xung lực giảm chấn giảm, dẫn đến xung lực gây rung động lò xo tăng, đồng thời làm giảm tính cân tương quan ban đầu lực giảm chấn, điều dẫn đến khả rung động máy tăng tiếp tục dẫn đến tượng di chuyển máy giặt xuất thành phần momen lật - Kết thu nhờ phần mềm Quick DAQ xuất dạng file liệu dạng xml hay exel thuận tiện cho việc biểu diễn, phân tích tổng hợp, phục vụ cho mục đích khác 46 KẾT LUẬN Các nội dung thực luận văn gồm: - Thiết kế, chế tạo lắp đặt thiết bị thí nghiệm đo đặc tính rung động cho lồng giặt máy giặt LG WD 8990TDS - Đã tiến hành hiệu chuẩn hệ thống đo thiết bị, kết hiệu chuẩn hồn tồn phù hợp với kết tính tốn dựa đặc tính nhà sản xuất thiết bị cung cấp - Chạy thử nghiệm, kiểm nghiệm thiết bị thí nghiệm đảm bảo hệ thống đủ độ xác, tin cậy cho nghiên cứu thực nghiệm làm sở cho nghiên cứu xây dựng mô hình rung động máy giặt - Thử nghiệm xác định thông số rung động máy giặt số chế độ vắt đặc trưng, với tải trọng lệch tâm từ 2-7 N tốc độ 400, 600 800v/p Dữ liệu thu được mô tả dạng đồ thị để thực bước phân tích ban đầu nhằm đánh giá đặc tính rung động máy giặt - Các số liệu thu thập sử dụng cho nghiên cứu sâu rung giảm rung cho máy giặt Một số hạn chế luận văn: - Thiết kế chưa tính đến tính vạn năng, thiết bị thí nghiệm phù hợp với loại máy giặt Tuy nhiên, hồn tồn phát triển từ ngun tắc thiết kế để áp dụng cho loại máy giặt khác, hệ thống đo hồn tồn dùng chung, thay đổi kết cấu hệ thống khung giá - Công tác hiệu chuẩn thiết bị (calib) cịn tương đối thơ sơ thiếu thiết bị calibrator chuyên dụng (chuẩn) cho hiệu chuẩn hệ thống đo lực, đặc biệt hệ thống đo gia tốc - Thiết bị giả lập tải trọng lệch tâm thô sơ, chưa thuận tiện vận hành, đặc biệt việc thiết lập vị trí tải trọng lồng quay 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Singiresu S Rao, Mechanical Vibrations, 5th ed, Prentice Hall [2] http://www.cesti.gov.vn/khong-gian-cong-nghe [3] http://www.technovolt.ro/cataloage/kistler/ACCELEROMETRE.pdf [4] Phạm Hà Phương, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ, luận văn cao học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [5] [6] Giáo triǹ h sử lýrung đôngg̣ máy, tác giảNguyêñ Thanh Sơn Phương pháp nghiên cứu khoa học, Học viên Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình, NXB khoa học kỹ thuật, 2010 [7] Quy hoạch thực nghiệm kỹ thuật, NXB khoa học kỹ thuật, 2011 [8] Nguyễn Văn Khang, Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, 2004 [9] METTLER TOLEDO Data Sheet MT1041 Load Cell [10].USER GUIDE SCC-SG Series Strain Gage Modules National Instruments Corporation [11] DT9800 Series UM-17473-AC User’s Manual Data Translation, Inc 100 Locke Drive Marlboro, MA 01752-1192 (508) 481-3700 48 PHỤ LỤC Bản vẽ kèm theo ... THUẬT CƠNG NGHIỆP ******&****** NGUYỄN ĐẠI PHONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG CỦA LỒNG QUAY MÁY GIẶT CỬA TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHOA CHUN... Lớp Cao học K16 Đơn vị công tác: Trường Trung Cấp nghề Nam Thái Nguyên Tên đề tài: ? ?Xây dựng mơ hình thực nghiệm phân tích rung động lồng quay máy giặt cửa trước? ?? Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã... CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Một số máy giặt thơng dụng Hình Sơ đồ cấu tạo máy giặt cửa ngang Hình Phần phía sau máy giặt Hình Nhóm rung động, đệm cửa ống cấp nước Hình