3.1.1. Hệ thống khung đỡ
Để dễ dàng điều chỉnh, gá lắp thêm các thiết bị đo rung động và phụ kiện thí nghiệm, toàn bộ phần vỏ máy giặt (trong Hình 1.3a -trang 7) được tháo gỡ và thay thế bằng hệ thống khung thép cứng vững. Ảnh chụp hệ thống khung đỡ được chỉ ra trên Hình 3.1.
Khung đỡ đã được thiết kế thỏa mãn điều kiện khi lắp thêm các thiết bị đo, vị trí của các điểm kết nối lò xo và thiết bị giảm chấn với khung thép không thay đổi so với máy giặt nguyên mẫu, điều này sẽ giúp hệ thống treo của máy giữ nguyên được các đặc tính khi làm việc.
3.1.2. Hệ thống thiết bị đo
3.1.2.1. Sơ đồ khối các hệ thống đo và xử lý tín hiệu
Để nghiên cứu, phân tích và đánh giá rung động của hệ thống treo HWM, hệ thống thí nghiệm cần đo được các thông số rung động của lồng giặt trong các chế độ khảo sát, bao gồm:
(1) Đo, xác định lực động trên 02 lò xo treo (LC1, LC2) và 03 thiết bị giảm chấn (LC3, LC4, LC5). Việc xác định các thành phần lực này thực hiện thông qua đo giá trị phản lực tại các liên kết giữa lò xo, giảm chấn với khung máy bằng các cảm biến lực thông dụng (loadcell), chỉ ra trên Hình 3.2;
Hình 3.2. Vị trí lắp đặt cảm biến lực
(2) Đo, xác định chuyển dịch của lồng giặt theo hai phương. Việc xác định các thành phần dịch chuyển này thực hiện bằng cách đo trực tiếp thông qua cảm biến dịch chuyển LVDT hoặc thông qua đo gia tốc bằng các cảm biến gia tốc theo các phương và tính toán quy đổi, chỉ ra trên Hình 3.3;
(3) Đo gia tốc theo các phương của lồng giặt, khung máy. Việc xác định các thành phần gia tốc này phụ thuộc vào số bậc tự do cần xác định để có thể bố trí các cặp cảm biến gia tốc phù hợp.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo được trình bày trên Hình 3.4 và sơ đồ kết nối với các thiết bị đo, thu thập, xử lý số liệu được trình bày trên Hình 3.5.
Hình 3.3. Vị trí lắp đặt cảm biến chuyển dịch và gia tốc 1-Cảm biến chuyển dịch (LVDT), 2- Cảm biến gia tốc
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối các thiết bị
Loadcell, cảm biến gia tốc, cảm biển dịch chuyển Bộ khuếch đại DAQ chuyển đổi dữ liệu Computer Xử lý, lưu trữ m O A20 A10 A1 A2 A3 A4,5 A30 A4,50 LVDT1 LVDT2 LC3 LC4,5 LC1 LC2 Acc2 Acc1 Ni SCC – 68 và SCC – SG 04 2 1 1 2
3.1.2.2. Các dụng cụ đo và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng trong hệ thống
a. Hệ thống đo lực
•Cảm biến lực
Nghiên cứu sử dụng loại loadcell của hãng Mettler Toledo (Hình 3.6). Tại các gối đỡ của 03 thiết bị giảm chấn trên đế máy, sử dụng 03 loadcell tải trọng 50kg, model được chọn là MT 1260-50 [29]. Tại hai giá treo lò xo trên khung máy, 02 loadcell tải trọng 100kg được sử dụng, model được chọn là MT 1041-100. Đặc tính kỹ thuật: Giới hạn đo được: F = 100kg ≈ 980N; Độ nhạy: 2mV/V [15].
Hình 3.6. Cảm biến loadcell model MT 1041- 100
•Bộ khuếch đại
Sử dụng loại SCC-SG04 của National Instruments [51] bao gồm các mô-đun khuếch đại kênh kép cho việc ghép nối theo sơ đồ Full bridge. SCC-SG04 có 2 kênh độc lập, mỗi kênh của một SCC-SG bao gồm một bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại G =100, sai số khuếch đại đạt ±0.8%; bộ lọc băng thông thấp (lowpass) với tần số cắt 1.6kHz, và một chiết áp điều chỉnh điểm không của cầu đo. Điện áp kích thích cầu đo 2.5V.
Hình 3.7. Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04 và sơ đồ khối của thiết bị
•Bộ ghép nối các mô-đun khuếch đại
Hình 3.8. Chức năng bộ ghép nối các mô-đun SCC, NI SCC-68
•Thiết bị giao tiếp DAQ ghép nối máy tính
Loại thiết bị: NI USB 6251 [52]
Hình 3.9. Thiết bị ghép nối DAQ
Ngoài ra, sử dụng phần mềm LabView để hỗ trợ lập trình điều khiển thiết bị và thu thập dữ liệu.
b. Hệ thống đo gia tốc
•Gia tốc kế
Sử dụng gia tốc kế K-Shear 8702B50M của hãng Kistler [46].
Hình 3.10. Thông số kỹ thuật K-Shear 8702B50M
•Thiết bị khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu gia tốc kế, ghép nối máy tính
1- Rãnh SCC 2- Vít nối SCC
3- Rắc nối 68-Pin I/O 4- Công tắc nguồn 5- Vít nối với nguồn
bên ngoài 6- Vít nối DIO 7- Vít nối DIO 8- Cụm đầu nối 9- Vít nối AO
Thiết bị khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu từ gia tốc kế, ghép nối máy tính ADLINK USB-2405(G) [6]. Thiết bị cho phép thu thập dữ liệu đồng thời từ 04 cảm biến gia tốc.
Hình 3.11. Thiết bị khuếch đại chuyển đổi tín hiệu ADLINK USB-2405(G) Phần mềm sử dụng để thu thập và phân tích dữ liệu: U-Test và Visual Signal DAQ Express.
c. Hệ thống đo dịch chuyển lồng giặt
•Loại cảm biến: Linear Variable Differential Transformer - LVDT ACT4000C [60].
Hình 3.12. Cảm biến LVDT
3.1.3. Xây dựng chương trình xác định các thông số rung động
3.1.3.1. Chương trình đo, xác định phản lực gối đỡ và dịch chuyển lồng giặt
Thiết lập các cổng vào trên DAQ USB-6251: (1) LC12 (loadcell 1 và 2) vào tại AI0 và AI1; (2) LC345 (loadcell 3, 4 và 5) vào tại AI2, AI3 và AI4; LVDT 1 (phương Y) vào tại AI5 và LVDT 2 (phương X) vào tại AI6. Các cổng AI được thiết lập dải điện áp vào, chế độ lấy mẫu liên tục, tần số lấy mẫu là 500Hz, như minh họa trên Hình 3.13.
Thiết lập các bộ lọc thông thấp trên DAQ USB-6251 tại các cổng vào: (1) LC12 filtered (cho LC12); (2) LC345 filtered (cho LC345); LVDT1 (phương Y) và LVDT2 (phương X) vào tại AI6. Loại bộ lọc được sử dụng là lọc thông thấp, tần số cắt 20Hz. Thông số chi tiết bộ lọc được thể hiện trên Hình 3.14.
Hình 3.13. Thiết lập các cổng vào trên DAQ USB-6251
Hình 3.15. Thiết lập hệ thức quy đổi tín hiệu (dữ liệu) sang số liệu đo
Thiết lập các hệ thức quy đổi tín hiệu (dữ liệu) đo – sang số liệu vật lý (Hình 3.15). Ứng với mỗi phần tử cảm biến (loadcell hay LVDT), dữ liệu thu nhận được từ cảm biến, thông qua các bộ khuếch đại tín hiệu thích hợp để đưa đến các cổng Analog Input (AI) của DAQ, được quy đổi sang số liệu (giá trị đo lường) vật lý thông qua biểu thức:
Số liệu quy đổi = (giá trị lệch đặt trước + dữ liệu đo)*(hệ số quy đổi) + giá trị lệch
Trong đó, các hệ số quy đổi của từng cảm biến được xác định theo sơ đồ ghép nối thực tế của từng thiết bị và cặp giá trị lệch được xác định từ việc calip phép đo. Chi tiết của công tác calip được thưc hiện trong [2].
3.1.3.2. Chương trình đo, xác định gia tốc
• Cấu hình trực tiếp trên phần mềm U-Test để thu thập dữ liệu; kết quả đo gia tốc tại 4 điểm A, B, C và D được thực hiện trên U-Test, thể hiện trên Hình 3.16, Hình 3.17 nhờ chức năng View data của U-Test.
View data
• Sử dụng chức năng View data trên U-Test là cho phép quan sát đồ thị gia tốc từ các gia tốc kế trong các khung thời gian chứ 1000 điểm lấy mẫu khác nhau. Đồng thời trên giao diện này, cho phép kết xuất dữ liệu của khung thời gian ra hai dạng: dạng đồ họa hoặc dạng text – Chức năng Copy. Để xuất dữ liệu đo cho phần mềm xử lý dữ liệu Visual Signal DAQ Express, sẽ cần sử dụng dữ liệu dạng text.
• Dữ liệu dạng text này cần xử lý sơ bộ trên Excel bằng cách xóa các cột AI1(X), AI2(X) và AI3(X). Một lần nữa dữ liệu từ Excel cần được copy trở lại file định dạng text thuần túy, được tạo trên Notepad. Dữ liệu từ file text này sẽ tiếp tục có thể đưa vào (Import) Visual Signal DAQ Express, sử dụng để phân tích.
•Dữ liệu thu trực tiếp nói chung có sự can thiệp nhiễu tần số cao (nhiều nguồn gây nhiễu khác nhau), cần được xử lý (lọc nhiễu) và tiếp tục có thể được đánh giá (trực tiếp về biên độ, giá trị tại từng khung thời gian chi tiết theo yêu cầu), phân tích (FFT, tích phân, v.v) bằng phần mềm Visual Signal DAQ Express như được trình bày trên Hình 3.18.
Copy
3.2. ĐO ĐẶC TÍNH RUNG ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO 3.2.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm 3.2.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm
Trong phần này, nghiên cứu tập trung trình bày các thông số rung động của lồng giặt ở các chế độ vắt của máy giặt thông qua các thí nghiệm được thiết lập trên hệ thống đo.
Để giả lập chế độ tải với cùng mức độ gây rung động, một quả cân có khối lượng xác định được gắn trực tiếp vào thành trong lồng quay, trong mặt phẳng chứa cặp lò xo (Hình 3.19) trong tất cả các thí nghiệm.
Hình 3.19. Khối lượng lệch tâm giả lập
1-Quả cân (khối lượng lệch tâm giả lập), 2- Thành trong lồng giặt
Trên thực tế, ở giai đoạn ban đầu của quá trình giặt hay quay vắt, các máy giặt đều trang bị chu trình xoay lắc nhằm tự phân phối vật phẩm trong lồng quay để giảm mức độ mất cân bằng và hệ thống tiến hành đánh giá mức độ mất cân bằng. Từ dữ liệu này, phần mềm điều khiển sẽ cho phép tiếp tục hay dừng chu trình kèm thông báo lỗi. Do các nhà sản xuất máy giặt không cung cấp các tài liệu liên quan đến mức độ, giới hạn không cân bằng (lệch tâm) về khối lượng trong các chế độ giặt hay quay vắt khác nhau, dựa vào đặc tính này của máy giặt, đề tài đã thử nghiệm và xác định được đối với máy giặt dung tích 7kg sẽ có khối lượng lệch tâm tối đa là 700g. Trong nghiên cứu này, để máy giặt không bị dừng chu trình làm việc khối lượng giả lập được chọn là 620g và các chế độ quay vắt của máy giặt LG WD 8990TDS được cài đặt tại các tốc độ : 600 và 800 vòng/phút.
2 1
Hình 3.21. 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 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 600 vòng/phút)
Giá trị lớn nhất (mm) 4.30 Giá trị nhỏ nhất (mm) -4.18 Biên độ (mm) 4.22 Giá trị lớn nhất (mm) 6.23 Giá trị nhỏ nhất (mm) -5.03 Biên độ (mm) 6.19
Hình 3.22. Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 600 vòng/phút) Giá trị lớn nhất (N) 29.28 Giá trị nhỏ nhất (N) -34.20 Biên độ (N) 30.88 Giá trị lớn nhất (N) 26.96 Giá trị nhỏ nhất (N) -27.55 Biên độ (N) 26.06
Hình 3.23. Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N=600 vòng/phút)
Giá trị lớn nhất (N) 50.22 Giá trị nhỏ nhất (N) -44.81 Biên độ (N) 46.66 Giá trị lớn nhất (N) 55.88 Giá trị nhỏ nhất (N) -57.21 Biên độ (N) 54.43 Giá trị lớn nhất (N) 51.51 Giá trị nhỏ nhất (N) -52.72 Biên độ (N) 51.41
c
Hình 3.24. 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 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 800 vòng/phút)
Giá trị lớn nhất (mm) 4.31 Giá trị nhỏ nhất (mm) -3.86 Biên độ (mm) 4.04 Giá trị lớn nhất (mm) 5.28 Giá trị nhỏ nhất (mm) -4.59 Biên độ (mm) 4.95
Hình 3.25. Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 800 vòng/phút) Giá trị lớn nhất (N) 30.93 Giá trị nhỏ nhất (N) -33.35 Biên độ (N) 31.29 Giá trị lớn nhất (N) 28.43 Giá trị nhỏ nhất (N) -25.68 Biên độ (N) 25.82
Hình 3.26. Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N=800 vòng/phút)
Giá trị lớn nhất (N) 57.96 Giá trị nhỏ nhất (N) -51.91 Biên độ (N) 54.07 Giá trị lớn nhất (N) 61.00 Giá trị nhỏ nhất (N) -59.67 Biên độ (N) 59.41 Giá trị lớn nhất (N) 60.23 Giá trị nhỏ nhất (N) -60.19 Biên độ (N) 58.90
3.2.2. Kết quả thực nghiệm
Với ứng dụng đo lường được xây dựng trên phần mềm Ni SignalExpress, đã trình bày ở phần trước, cho phép quan sát trực tiếp và đánh giá kết quả (Hình 3.20). Đồ thị biểu diễn cho kết quả về chuyển dịch theo phương x, y (ghi nhận từ cảm biến dịch chuyển LVDT) và các phản lực của động lực của lò xo cũng như thiết bị giảm chấn theo phương thẳng đứng (ghi nhận từ các loadcell) ở tốc độ 600 vòng/phút chọn từ bảng điều khiển biểu diễn trên các hình 3.21 ÷ hình 3.23 và ở tốc độ 800 vòng/phút biểu diễn trên các hình 3.24 ÷ hình 3.26. Các thông số về giá trị lớn nhất (max), giá trị nhỏ nhất (min) và biên độ rung động (amp) ở các chế vắt khác nhau xét trong giai đoạn ổn định được thống kê trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt
Tốc độ Chọn trên bảng điều khiển 600 vòng/phút 800 vòng/phút Thu nhận thực tế 610.99 vòng/phút 764.77 vòng/phút Chuyển dịch (mm) LVDT2 x_max 4.30 4.31 x_min -4.18 -3.86 x_amp 4.22 -4.04 LVDT1 y_max 6.23 5.28 y_min -5.03 -4.59 y_amp 6.19 4.95 Phản lực động lực (N) Loadcell 1 F_RSx_max 29.28 30.93 F_RSx_min -34.20 -33.35 F_RSx_amp 30.88 31.29 Loadcell2 F_LSx_max 26.96 28.43 F_LSx_min -27.55 -25.68 F_LSx_amp 26.06 25.82 Loadcell3 F_RDx_max 50.22 57.96 F_RDx_min -44.81 -51.91 F_RDx_amp 46.66 54.07 Loadcell4 F_LD1x_max 55.88 61.00 F_LD1x_min -57.21 -59.67 F_LD1x_amp 54.43 59.41 Loadcell5 F_LD2x_max 51.51 60.23 F_LD2x_min -52.72 -60.19 F_LD2x_amp 51.41 58.90
Nhận xét:
✓ Trong Bảng 3.1, vận tốc đặt trên máy giặt và vận tốc thực tế thu nhận được có sự khác nhau là do khi làm việc máy có một độ sai số nhất định của hệ thống. Để so sánh kết quả của chương trình mô phỏng với kết quả thực nghiệm thì trong chương trình mô phỏng phải nhập giá trị vận tốc thực.
✓ Kết quả đo đã chỉ ra trong Bảng 3.1 cho thấy hệ thống treo của máy giặt LG WD 8990TDS được thiết kế cho độ rung động tối ưu ở tốc độ vắt cao nhất 800 vòng/phút, vì đây là tốc độ thường dùng nhất trong chế độ vắt đối với các vật phẩm nhẹ. Các tốc độ thấp thường dùng cho vắt các vật phẩm khối lượng lớn. Bên cạnh đó, xét về mặt cơ học, khi lồng giặt quay ở tốc độ càng cao thì khả năng tự định tâm càng tốt, dẫn đến biên độ rung động theo các phương giảm so với khi quay ở tốc độ thấp hơn. Tại tốc độ quay 600 vòng/phút, biên độ rung động theo phương x, y lần lượt là 4.22mm (LVDT2) và 6.19mm (LVDT1) còn tại tốc độ quay 800 vòng/phút biên độ x giảm còn 4.04mm (LVDT1) và biên độ y còn 4.95mm (LVDT2).
✓ Đối với các phản lực động lực là lực đàn hồi của lò xo, kết quả ghi nhận được trong Bảng 3.1 cho thấy: biên độ lực đàn hồi của lò xo bên phải lớn hơn so với lò xo bên trái. Tại tốc độ quay 600 vòng/phút, biên độ lực đàn hồi của lò xo phải và trái lần lượt là 30.88N (loadcell1) và 26.06N (loadcell2) còn tại tốc độ quay 800
vòng/phút biên độ lực đàn hồi phải là 31.29N (loadcell1) và bên trái là 25.82N
(loadcell2).
✓ Đối với các phản lực động lực là lực cản của thiết bị giảm chấn, kết quả ghi nhận được trong Bảng 3.1 cho thấy: biên độ lực cản của giảm chấn bên phải nhỏ hơn hơn so với giảm chấn bên trái. Tại tốc độ quay 600 vòng/phút, biên độ lực cản của giảm chấn phải và trái lần lượt là 46.66N (loadcell3) và 54.43N (loadcell4), 51.41N (loadcell5) còn tại tốc độ quay 800 vòng/phút biên độ lực cản phải là 54.07N (loadcell3) và bên trái là 59.41N (loadcell4), 58.90N (loadcell5). Giá trị biên độ của lực cản thu được ở loadcell 4 lớn hơn so với loadcell 5.
3.3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ THỐNG TREO
Kết quả dịch chuyển theo phương x, y và các lực đàn hồi của lò xo, lực cản