Với ứng dụng đo lường được xây dựng trên phần mềm Ni SignalExpress cho phép quan sát trực tiếp và đánh giá kết quả (như trên các Hình 31 - Hình 35).
- Các thông số rung động ở các chế vắt khác nhau xét trong giai đoạn ổn định, được thống kê trong Bảng 2.
Bảng 2. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt
Vận tốc đặt (vòng/phút) Vận tốc thực x_max (mm) x_min (mm) y_max (mm) y_min (mm) Fs_R (N) Fs_L (N) Fd_R (N) Fd_L (N) 400 408.958 4.8 -3.6 6.8 -7.05 +/-43.5 +/-36.8 +/-74 +/-79 600 610.998 5.16 -3.5 5.3 -5.5 +/-34 +/-29 +/-48.8 +/-56 800 764.774 4.95 -3.5 4.95 -4.95 +/-27 +/-30 +/-60.2 +/-64.5 Nhận xét
- Theo kết quả đo đã chỉ ra trong Bảng 2, 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 rung động theo các phương giảm so với khi quay ở tốc độ thấp hơn.
- Bảng 2 cho thấy có hiện tượng dịch phải (dịch ngang) của lồng giặt trong chế độ vắt, lần lượt là 0,8 mm ở tốc độ 600 vòng/phút và 0,7 mm ở tốc độ 800 vòng/phút (Hình 30). Điều này lý giải trên nguyên nhân xuất hiện 1 đối trọng đặt lệch trái trên
lồng giặt, nhằm giảm hiện tượng dịch phải của lồng giặt khi quay 1 chiều trong chế độ vắt.
- Từ bảng 2 và Hình 35 cũng chỉ ra hiện tượng bất quy tắc ở chế độ vắt 400 vòng/phút. Đây chính là chế độ rung động lớn nhất tương ứng với khối lượng lệch tâm lớn nhất cho phép, đồng thời sự phân bố lực cản trên các bộ giảm chấn DP1, DP2 và DP3 cũng không theo đúng quy luật như các chế độ 600 vòng/phút và 800 vòng/phút. Đây cũng là 1 hiện tượng thực tế cần tìm hiểu để lý giải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1. Kết quả mô phỏng và phạm vi ứng dụng của các mô hình 4.1.1. Kết quả mô phỏng
4.1.1.1. Mô hình 1
Sử dụng các thông số của máy giặt LG WD 8990TDS như được thiết lập trong mô hình thí nghiệm.
Hình 36 chỉ ra đặc tính rung động trong quá trình quay. Kết quả mô phỏng trong mười giây đầu tiên được biểu diễn trong Hình 37.
Hình 38 và Hình 39 chỉ ra kết quả dịch chuyển thực nghiệm và Simulink theo phương x và y trong một giây với N = 600 vòng/phút. Sự phù hợp giữa các đường cong được thể hiện rõ ràng. Các kết quả được lập bảng trong Bảng 3 với biên độ lớn nhất. Sai số giữa kết quả biên độ mô phỏng và thực nghiệm của chuyển dịch x ở trạng thái ổn định nhỏ hơn hoặc bằng 2,1%, trong khi dịch chuyển y trạng thái ổn định nhỏ hơn hoặc bằng 17,8% (xem Bảng 3).
(LƯU Ý: Trên thực tế, khi chọn chế độ quay của máy giặt lồng ngang ở tốc độ 600 vòng/phút và 800 vòng/phút, tốc độ thực tế lần lượt là 609 vòng/phút và 725 vòng/phút và các giá trị này phải được sử dụng trong mô phỏng. Đây cũng là điểm khác biệt đáng kể so với các công bố khoa học khác.)
Hình 36. Kết quả thí nghiệm của chuyển dịch theo phương x và y với N = 609 vòng/phút
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Hình 37. Kết quả mô phỏng của dịch chuyển x và y với N = 609 vòng/phút
Hình 38. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng với N = 609 vòng/phút
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
Bảng 3. Bảng so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển tại trạng thái quay ổn định N = 609vòng/phút N = 725vòng/phút Biên độ dịch chuyển (mm) x y x y Số liệu đo 4.610 5.899 4.487 5.369 Số liệu mô phỏng 4.574 4.852 4.581 4.739 Sai số 0.036 1.047 0.094 0.63 % Sai số 0.78091 17.7488 2.09494 11.734
Sự khác biệt giữa mô phỏng và thực nghiệm là do các giả thiết ban đầu của mô hình. Để so sánh với các mô hình được đề xuất bởi các tác giả khác, kết quả mô hình hóa ở N = 900 vòng/phút được trình bày như trong Hình 39 và cho thấy sai số nhỏ hơn mô hình động 2D do Pinar Boyraz và Mutlu Gündüz [14] (xem Bảng 4).
Bảng 4. So sánh kết quả của luận văn với kết quả đưa ra bởi P. Boyraz 's [14] tại N=900vòng/phút
Kết quả của P. Boyra [14] Luận văn
Số liệu đo Số liệu mô
phỏng Sai số Số liệu mô phỏng Sai số x ở trạng thái cân bằng (mm) ± 5.8 ± 4.45 1.35 ± 4.58 1.22 y ở trạng thái cân bằng (mm) ± 5.1 ± 4.6 0.5 ± 4.68 0.42
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
4.1.1.2. Mô hình 2
Bảng 5. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển ở trạng thái cân bằng
Áp dụng kết quả thực nghiệm về tính phi tuyến của giảm chấn vào mô hình rung động đã cho kết quả rất tốt (sai số giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm theo phương x và y nhỏ hơn 10%). Điều này là chứng tỏ rằng quan điểm việc coi thành phần lực cản là 1 hàm tuyến tính với vận tốc dịch chuyển là không phù hợp. Do đó, mô hình giảm chấn phi tuyến nên được sử dụng thay thế cho giảm chấn tuyến tính. Trong mô hình này, mô hình rung động 2D sử dụng bộ giảm chấn phi tuyến được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của góc nghiêng của bộ giảm chấn và số lượng giảm chấn đối với đặc tính rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang.
Kết quả mô phỏng gồm dịch chuyển x, y và lực đàn hồi lò xo treo, lực cản bộ giảm chấn đối với từng mô hình được trình bày dạng các đồ thị:
+ Mô hình 1 (mô hình tuyến tính): Hình 40 và 41 là các kết quả đồ ở tốc độ 611 vòng/phút; ở tốc độ 764.77 vòng/phút được trình bày trong Hình 42 và 43.
+ Mô hình 2 (mô hình tuyến tính hình học, phi tuyến thành phần cản nhớt): Hình 44 và 45 là các kết quả ở 611 vòng/phút; ở 764.77 vòng/phút được trình bày trong Hình 46 và 47.
Số liệu đo Số liệu mô phỏng Ff = c.V Số liệu mô phỏng Ff = co.V2 + c1.V + c2 600 vòng/phút 800 vòng/phút 600 vòng/phút 800 vòng/phút 600 vòng/phút 800 vòng/phút x y x y x y x y x y x y Biên độ (mm) 4.61 5.89 4.48 5.36 4.57 4.85 4.58 4.73 5.04 6.45 4.93 5.78 Sai số 0.03 1.04 0.09 0.63 0.53 0.55 0.54 0.41 % sai số 0.7 17.7 2.1 11.7 9.32 9.34 9.87 7.65
Hình 40. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 1)
Hình 41. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 1)
Hình 42. Chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 764.77 vòng/phút (Mô hình 1)
Hình 43. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút (Mô hình 1)
Hình 44. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 2)
Hình 45. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 2)
Hình 46. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 764.77 vòng/phút (Mô hình 2)
Hình 47. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút (Mô hình 2)
- Bảng so sánh giá trị dịch chuyển theo 2 phương x, y và các lực đàn hồi của lò xo treo, lực cản của giảm chấn giữa mô phỏng và thực nghiệm được trình bày trong Bảng 6.
Bảng 6. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt
Thông số
Tốc độ quay 611 vòng/phút Tốc độ quay 764,77 vòng/phút
Mô phỏng T.nghiệm Sai lệch Mô phỏng T.nghiệm Sai lệch
Mô hình 1 x_max (mm) 4.568505899 5.18 12% 4.572120889 4.915 7% x_min (mm) -4.5899866 -3.424 -34% -4.59608353 -3.479 -32% x_amp (mm) 4.579246248 4.302 -6% 4.58410221 4.197 -9% x_shift (mm) -0.01074035 0.878 -0.01198132 0.718 y_min (mm) 4.852077852 5.364 10% 4.751886265 4.855 2% y_max (mm) -4.85211554 -5.603 13% -4.7518892 -4.798 1% y_amp (mm) 4.852096695 5.4835 12% 4.751887731 4.8265 2% ± Fd_R (N) 62.70202887 53.86 -16% 76.28900562 60.705 -26% ± Fd_L (N) 109.5459761 113.34 3% 137.4265198 124.11 -11% Mô hình 2 x_max (mm) 4.2138196 5.18 19% 4.60021932 4.915 6% x_min (mm) -4.1892774 -3.424 -22% -4.4409169 -3.479 -28% x_amp (mm) 4.2015485 4.302 2% 4.52056811 4.197 -8% x_shift (mm) 0.0122711 0.878 0.07965121 0.718 y_min (mm) 5.0876239 5.364 5% 5.00694654 4.855 -3% y_max (mm) -5.0921617 -5.603 9% -5.0254781 -4.798 -5% y_amp (mm) 5.0898928 5.4835 7% 5.01621231 4.8265 -4% ± Fd_R (N) 66.639009 53.86 -24% 66.6390814 60.705 -10% ± Fd_L (N) 133.27807 113.34 -18% 133.278165 124.11 -7%
* Nhận xét
- Ở cả 2 mô hình, mô hình 1 và mô hình 2 đều không phản ánh được độ dịch phải của lồng chứa (x_shift 0), như vậy không thực sự sát với bản chất thực của rung động (x_shift 1mm).
- Về độ sai lệch giữa kết quả mô phỏng số theo các mô hình và kết quả thí nghiệm:
+ Biên độ rung động: về cơ bản ở cả 2 mô hình đều khá tốt (sai lệch lớn nhất là 12%), tuy nhiên độ sát thực và mức độ ổn định tăng dần từ mô hình 1 – mô hình 2.
+ Lực cản của các giảm chấn: ở mô hình 1 cho thấy kém tin cậy so với mô hình 2.
4.1.2. Phạm vi ứng dụng của các mô hình
Nghiên cứu đã xây dựng mô hình 2D của máy giặt lồng ngang. Với các giải thiết đề cập, mô hình giúp giảm độ phức tạp của mô hình máy giặt thực tế.
- Cả hai mô hình 1 và 2 là phù hợp đề nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số khác nhau của hệ thống treo đến biên độ rung động của máy giặt lồng ngang.
- Để tính toán sơ bộ về lực cản và khảo sát hệ giảm chấn, có thể sử dụng mô hình 2.
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số hệ thống đến rung động máy giặt
Đối với máy giặt, lý do chính gây ra rung động trong quá trình quay vắt là do quần áo trong lồng giặt bị ép vào tường bên trong của lồng và phân phối không đồng đều nên gây ra sự mất cân bằng. Khi máy giặt quay với tốc độ càng cao thì lực li tâm càng lớn và điều đó làm cho biên độ rung động lớn hơn xảy ra. Hệ thống treo phải đảm bảo 2 yêu cầu: độ cứng vững cao và khả năng hấp thụ rung động lớn. Trong phần này, dựa trên mô hình và chương trình mô phỏng đã thiết lập và kiểm chứng độ tin cậy ở phần trên, luận văn sử dụng hàm năng lượng hao tán (Ed) để đánh giá khả năng hấp thu rung động của hệ thống giảm chấn. Hàm này được xác định bằng tích của lực ma sát với chuyển dịch trên giảm chấn, cho nên nếu lồng giặt rung động càng lớn thì giá trị của hàm này càng tăng. Một trong những tiêu chí để lựa chọn các thông
số cho hệ thống treo là giá trị của hàm này nhỏ, điều này cũng tương ứng với lực truyền đến vỏ máy nhỏ, máy giặt sẽ hoạt động êm dịu.
Hình 48 chỉ ra sự thay đổi của năng lượng hao tán tại các góc lệch khác nhau của giảm chấn, cụ thể góc D thay đổi từ 0o đến 45o, ứng với hai tốc độ quay
N=600vòng/phút và N=800vòng/phút. Khi lồng giặt quay ở tốc độ 600vòng/phút, tại giây thứ 10, Ed=8.16J (D=10o), 7.38J (D=33o), 8.18J (D=40o) và khi quay ở tốc độ 800vòng/phút, tại giây thứ 10, Ed = 7.20J (D=10o), 6.85J (D=33o) và 11.6J (D=40o).
Hình 48. Đồ thị năng lượng hao tán tại các góc lệch khác nhau của giảm chấn tại N=600 vòng/phút and 800 vòng/phút
Giá trị của góc nghiêng có thể được lưa chọn dựa vào giá trị của năng lượng hao tán. Tuy nhiên, sự thay đổi góc lệch của giảm chấn không ảnh hưởng quá nhiều đến độ lớn của năng lượng hao tán nhưng ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định của hệ thống treo. Điều này được chỉ ra trên Hình 49 và Hình 50. Với D nhỏ hơn 30o hoặc lớn hơn 35o, chuyển dịch theo phương x bị giật, các điểm không còn chuyển động ổn định.
Kết quả mô phỏng số cho 10 giây đầu tiên được biểu diễn bằng đồ thị chuyển dịch theo phương x và y tương ứng với quỹ đạo chuyển động của lồng giặt. Mỗi quỹ đạo tương ứng được mô tả bởi một đường cong. Sự đồng tâm của các đường cong thể hiện sự ổn định của hệ thống. Khi D = 10o, Hình 49, 50 chỉ ra rằng quỹ đạo chuyển động là không ổn định theo phương x, với D = 40o, quỹ đạo chuyển động không ổn định theo cả hai phương x và y.
Hình 49. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N = 600 vòng/phút
Hình 50. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N = 800 vòng/phút
Như vậy, để hệ thống treo ổn định và dao động êm dịu, ta nên chọn góc lệch của giảm chấn trong khoảng từ 30o đến 33o, đây cũng là góc lệch giảm chấn được sử dụng trong các loại máy giặt trên thị trường hiện nay.
Một tham số ảnh hưởng lớn hơn tới hàm năng lượng hao tán là số lượng giảm chấn lắp đặt vào hệ thống treo. Một số cấu hình giảm chấn được xem xét như sau (R và L lần lượt là giảm chấn phía bên phải và trái).
Cấu hình giảm chấn
R2L2 R3L3 R2L4 R2L5 R1L1 R2L1
Hình 51. Đồ thị năng lượng hao tán và số lượng giảm chấn tại N=600 vòng/phút and 800 vòng/phút.
Ta thường cho rằng nếu sử dụng càng nhiều giảm chấn thì việc cách ly rung động càng hiệu quả nhưng đồ thị hình 51 chỉ ra không phải như vậy. Ứng với tốc độ quay khác nhau, hệ thống treo chỉ làm việc hiệu quả khi sử dụng hai giảm chấn (1R1L), ba giảm chấn (1R2L), hoặc bốn giảm chấn (2R2L), sáu giảm chấn (3R3L hoặc 2R4L), và bảy giảm chấn (2R5L). Hình 51 chỉ ra rằng số lượng giảm chấn có quan hệ với hàm năng lượng hao tán, sử dụng càng nhiều giảm chấn, năng lượng hao tán càng cao. Tuy nhiên, khi xét tới quỹ đạo chuyển động của lồng chứa ứng với các cấu hình giảm chấn nói trên như trong Hình 52, 53, số lượng giảm chấn càng lớn gây ra sự lệch tâm của các đường quỹ đạo. Do đó, cấu hình giảm chấn phù hợp là: 1R1L, 1R2L, 2R2L và 3R3L.
Hình 52. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn tại N = 600 vòng/phút
Hình 53. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn tại N = 800 vòng/phút
Để vừa giảm rung hiệu quả vừa giảm chi phí, phương án chọn ba giảm chấn (1R2L) như trong thiết kế của các nhà sản xuất hiện tại là hợp lí hơn cả, trong đó, vị trí của giảm chấn đơn nằm bên phải hay bên trái là phụ thuộc vào chiều chuyển động của lồng chứa.
KẾT LUẬN 1. Các kết quả chính đạt được
- Xây dựng được 02 mô hình rung động 2D cho máy giặt lồng ngang.
+ Mô hình 1 là mô hình 2D với 2 bậc tự do là dịch chuyển của lồng chứa theo hai phương x và y ứng với góc lệch của lò xo và giảm chấn là không thay đổi so với