b) Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
3.6 Thử nghiệm trên máy giặt cửa trước
Để đánh giá hiệu quả hoạt động, giảm chấn SMA được lắp vào máy giặt cửa trước mẫu Samsung WF8690NGW và tiến hành thử nghiệm. Hình 3.12 mô tả sơ đồ hệ
Hình 3.14 Ứng xử thực nghiệm của máy giặt lắp giảm chấn SMA.
thống đánh giá thực nghiệm trên máy giặt mẫu. Một khối lượng 7 kg được đặt cố định vào trống giặt để tạo kích thích và một encoder dùng để đo tốc độ quay. Khung máy lắp một cảm biến gia tốc để đánh giá khả năng truyền dẫn lực. Quá trình vắt – sấy được minh họa trong Hình 3.13. Dữ liệu ứng xử được thu thập trong 3 phút khi tốc độ quay của trống giặt tăng từ 0 đến 900 vòng/phút cho hai trường hợp lắp giảm chấn bị động thương mại và lắp giảm chấn SMA.
Ứng xử dao động thực nghiệm theo ba phương x, y, z của máy giặt lắp giảm chấn bị động và giảm chấn SMA được biểu thị trong Hình 3.14. Có thể thấy ở các tần số thấp với số vòng quay trục chính dưới 300 vòng/phút (khoảng 77 giây đầu tiên), giảm chấn SMA ở trạng thái kích hoạt giúp máy giặt hạn chế rung lắc hơn so với giảm chấn bị động thương mại. Điều này chủ yếu do lực giảm chấn của bộ giảm chấn SMA lớn hơn. Ở các tần số cao, khi tốc độ trống giặt bắt đầu tăng lên 600 vòng/phút và hơn (từ
Hình 3.15 Phổ tần số ứng xử thực nghiệm của máy giặt lắp giảm chấn SMA.
giây 77 trở đi), giảm chấn SMA duy trì ở trạng thái nghỉ giúp rung động của máy giặt sử dụng giảm chấn SMA vẫn được cách ly tốt. Hình 3.15 minh họa phổ tần số ứng xử thực nghiệm của máy giặt lắp giảm chấn bị động và SMA với những nhận xét tương tự. Kết quả giảm rung được thể hiện rõ hơn qua các chỉ số gia tốc thực nghiệm của máy giặt trong Bảng 3.4. Trong ba phương dao động, kết quả phương z thì không được giảm nhiều so với hai phương còn lại. Nguyên nhân chính là do các giảm chấn chỉ được lắp đặt trong cùng mặt phẳng x–y.
Nhìn chung, thực nghiệm đã cho thấy tính khả thi của giảm chấn SMA trong việc kiểm soát rung động của máy giặt. Tuy nhiên thời gian chuyển đổi trạng thái của lò xo SMA khá lâu (khoảng 25 giây) khiến cho giảm chấn bước đầu chỉ phù hợp để điều
Bảng 3.4 Các chỉ số gia tốc thực nghiệm của máy giặt lắp giảm chấn bị động và
giảm chấn SMA.
Giá trị cực đại của trị tuyệt đối gia tốc (g) Giảm chấn Bị động SMA x 0,577 0,25 Tần số thấp y 0,57 0,218 z 1,229 0,557 x 1,276 0,478 Tần số cao y 1,5 0,683 z 2,262 1,831 Giá trị trung bình của trị tuyệt đối gia tốc (g)
Giảm chấn Bị động SMA x 0,105 0,03 Tần số thấp y 0,081 0,033 z 0,179 0,082 x 0,321 0,09 Tần số cao y 0,17 0,064 z 0,419 0,231
liệu SMA và các phương pháp gia nhiệt hiệu quả hơn để giảm thời gian kích hoạt của giảm chấn.
3.7 Tổng kết
Trong chương này, một giảm chấn mới sử dụng hợp kim nhớ hình (SMA) đã được phát triển cho hệ thống treo của máy giặt cửa trước. Đầu tiên, cấu hình của giảm chấn được đề xuất và ba loại lò xo SMA được thí nghiệm để xác định đặc tính. Từ dữ liệu thí nghiệm, giảm chấn SMA đã được mô hình hóa, chế tạo mẫu và kiểm tra. Kết quả đo đạc của giảm chấn cho thấy sự tương đồng với mô hình hóa.
Ba mô hình trễ, bao gồm mô hình Bingham, Bouc–Wen và mô hình đề xuất bởi tác giả [106], đã được sử dụng để dự đoán ứng xử phi tuyến của giảm chấn SMA. Mô hình Bingham có cấu trúc đơn giản nên thường được sử dụng để thiết kế. Ngược lại, mô hình Bouc–Wen và mô hình đề xuất phản ánh sự biến thiên của lực giảm chấn chính xác hơn nhưng đồng thời cũng phức tạp hơn, vì vậy phù hợp cho các bài toán điều khiển, phản hồi hay nhận dạng hệ thống.
Giảm chấn SMA sau đó đã được lắp đặt vào máy giặt cửa trước mẫu để thử nghiệm. Dữ liệu cho thấy giảm chấn SMA thể hiện khả năng giảm rung hiệu quả hơn giảm chấn bị động. Tuy nhiên với thời gian kích hoạt khá lớn, giảm chấn SMA bước đầu chỉ phù hợp cho điều khiển on–off. Các nội dung tiếp theo của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu và khai thác về giảm chấn lưu chất từ biến.
Kết quả nghiên cứu trong Chương 3 của luận án đã được tác giả công bố trên 2 tạp chí Scopus [108, 109].
Chương 4
GIẢM CHẤN LƯU CHẤT TỪ BIẾN
Nội dung Mục 4.1 – 4.4 là phiên bản được sắp xếp và định dạng lại từ công bố khoa học [5] của tác giả
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.
Lecture Notes in Mechanical Engineering, pp. 1061–1072, 2018.
4.1 Giới thiệu
Giảm chấn lưu chất từ biến (MRF) đã và đang được nghiên cứu rộng rãi. Tuy nhiên kết cấu phức tạp, lực giảm chấn cực đại lớn hơn lực cần thiết cho máy giặt (khoảng 80 – 120 N) và lực không tải khá cao là những nhược điểm vẫn còn tồn tại. Thêm vào đó, các giảm chấn cũng chưa được thử nghiệm trên máy giặt để đánh giá hiệu quả hoạt động.
Chương 4 của đề tài tập trung vào phát triển một loại giảm chấn MRF kiểu mới có thể đạt đến lực giảm chấn cần thiết để loại bỏ rung động ở tần số cộng hưởng trong khi vẫn giữ lực không tải nhỏ để hạn chế sự truyền dẫn lực ở tần số cao, giúp máy giặt hoạt động ổn định hơn. Giảm chấn được đề xuất có thiết kế tối ưu về hình học để đảm bảo các yêu cầu về lực giảm chấn, không gian lắp đặt trong máy giặt và kết cấu đơn giản nhằm giảm thiểu chi phí sản xuất. Mô hình ứng xử của giảm chấn sẽ được phân tích và một bộ điều khiển hệ thống bán chủ động được thiết kế. Thực nghiệm trên máy giặt mẫu cũng sẽ được tiến hành để đánh giá hiệu quả vận hành của hệ thống.