Tài liệu Mô hình hóa rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC MÔ HÌNH HÓA RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên, năm 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ******&****** NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC MÔ HÌNH HÓA RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. NGÔ NHƯ KHOA Thái Nguyên, năm 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thị Bích Ngọc Học viên: Lớp Cao học K20 Đơn vị công tác: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Tên luận văn: “Mô hình hóa Rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang” Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: .............. Tôi xin cam đoan, các nội dung và kết quả của Luận văn này do chính tôi thực hiện, là một phần nội dung trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của Thầy hướng dẫn. Các kết quả chính của Luận văn cũng đã được đăng tải trong 02 báo cáo khoa học tại Hội nghị Quốc tế International Conference on Engineering Research and Application ICERA 2018. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Người cam đoan Nguyễn Thị Bích Ngọc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN i http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ phía nhà trường, các thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, các thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã 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 đã định hướng, theo dõi và truyền đạt kiến thức để em có thể hoàn thành được luận văn này. Học viên cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo mọi điều kiện cho tôi được đi học nâng cao trình độ. Mặc dù đã rất cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót và cần bổ sung. Do vậy, kính mong quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè cùng đóng góp để em tiếp tục bổ sung kiến thức và ứng dụng các kiến thức học được vào trong thực tế. Trân trọng! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN ii http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN iii http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................... iii MỤC LỤC ................................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. viii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1 1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu..................................................4 1.2.1. Mục tiêu ............................................................................................................4 1.2.2. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................4 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................6 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG ....................................................................................................................19 2.1. Cấu tạo của hệ thống treo ...................................................................................19 2.2. Sơ đồ hóa hệ thống treo và các giả thiết ............................................................20 2.2.1. Sơ đồ hóa hệ thống treo...................................................................................20 2.2.2. Các giả thiết xây dựng mô hình rung động .....................................................21 2.3. Xây dựng mô hình ..............................................................................................23 2.3.1. Mô hình 1 ........................................................................................................23 2.3.2. Mô hình 2 ........................................................................................................30 2.4. Xây dựng chương trình mô phỏng .....................................................................31 2.4.1. Mô hình 1 ........................................................................................................31 2.4.2. Mô hình 2 ........................................................................................................32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN iv http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí CHƯƠNG 3:THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG ..........................................................................36 3.1. Hệ thống thí nghiệm ...........................................................................................36 3.1.1. Hệ thống thí nghiệm xác định đặc tính giảm chấn ..........................................36 3.1.2. Hệ thống thí nghiệm xác định đặc tính rung động ..........................................37 3.2. Thí nghiệm xác định đặc tính giảm chấn ...........................................................40 3.3. Thử nghiệm mô hình thí nghiệm xác định đặc tính rung động lồng giặt và đánh giá hệ thống ...............................................................................................................41 3.3.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm ...................................................................41 3.3.2. Chạy thử nghiệm mô hình thí nghiệm và đánh giá hệ thống ..........................42 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..............................................................49 4.1. Kết quả mô phỏng và phạm vi ứng dụng của các mô hình ................................49 4.1.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................49 * Nhận xét .................................................................................................................59 4.1.2. Phạm vi ứng dụng của các mô hình ................................................................59 4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số hệ thống đến rung động máy giặt ....59 KẾT LUẬN ...............................................................................................................64 1. Các kết quả chính đạt được ...................................................................................64 2. Một số hạn chế của luận văn .................................................................................65 3. Một số hướng phát triển của luận văn ...................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN v http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ Ký hiệu cd, c, ci Hệ số cản của giảm chấn x Độ cứng của lò xo y k, K M m Tổng khối lượng của lồng t giặt, lồng chứa Khối lượng của tải mất cân l bằng r Bán kính của lồng chứa D  Vận tốc góc của lồng giặt VLD S Góc lệch của lò xo VRD D Góc lệch của giảm chấn FSx LS Lò xo bên trái FSy RS Lò xo bên phải FDx LD Giảm chấn bên trái FDy RD Giảm chấn bên phải rpm Diễn giải nội dung đầy đủ Dịch chuyển theo phương ngang Dịch chuyển theo phương thẳng đứng Thời gian Độ biếng dạng của lò xo Chuyển dịch tương đối của giảm chấn Vận tốc của giảm chấn trái Vận tốc của giảm chấn phải Lực đàn hồi của lò xo theo phương x Lực đàn hồi của lò xo theo phương y Lực giảm chấn theo phương x Lực giảm chấn theo phương y Số vòng quay/phút Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN vi http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các thông số hệ thống..................................................................................38 Bảng 2. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt ........................42 Bảng 3. Bảng so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển tại trạng thái quay ổn định .........................................................................................51 Bảng 4. So sánh kết quả của luận văn với kết quả đưa ra bởi P. Boyraz 's [14] tại N=900vòng/phút .......................................................................................................51 Bảng 5. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển ở trạng thái cân bằng ...........................................................................................................................52 Bảng 6. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt........................58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN vii http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Một số máy giặt thông dụng ..........................................................................2 Hình 2. Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E. Papadopoulos ......................7 Hình 3. Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T. Argentini ........................8 Hình 4. Mô hình máy giặt sử dụng trong nghiên cứu của Takayuki Koizumi và cộng sự .................................................................................................................................9 Hình 5. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình của Hee-Tae Lim .................................10 Hình 6. Mô hình sử dụng trong nghiên cứu của Holger Gödecker ...........................10 Hình 7. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của Thomas Nygårds ............11 Hình 8. Mô hình máy giặt lồng ngang trong nghiên cứu của Galal Ali Hassaan .....12 Hình 9. Cấu hình giảm chấn MR sử dụng trong nghiên cứu của Nguyễn Quốc Hùng ...................................................................................................................................14 Hình 10. Sơ đồ máy giặt và các điểm đo: 1 - cân bằng tự động, 2 - điểm bên ngoài lồng chứa (O/T), 3 - điểm bên trong lồng chứa (I/T), 4 - giảm chấn, 5 - motor, 6 clutch, 7 - vỏ ngoài (O/C) .........................................................................................15 Hình 11. Mô hình chỉ ra trạng thái cân bằng và dịch chuyển của máy giặt của Pınar Boyraz .......................................................................................................................15 Hình 12. Mô hình các lực tác dụng vào máy giặt trong nghiên cứu của Bar JG Can Yalç J n ......................................................................................................................16 Hình 13: Cấu hình giảm chấn và hệ thống treo thứ cấp (phí trên); giảm chấn tiêu chuẩn đang được sử dụng trong nghiên cứu của T. Argentini ..................................17 Hình 14: Hình chiếu của mô hình ổ trục giữa vỏ máy và thân máy trong nghiên cứu của Feng Tyan ...........................................................................................................17 Hình 15. Các chi tiết cấu tạo điển hình của máy giặt lồng ngang .............................19 Hình 16. Cấu tạo hệ thống treo trên máy giặt LG WD 8990TDS ............................20 Hình 17. Mô hình thực của hệ thống treo máy giặt lồng ngang ...............................21 Hình 18. Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang ............................................21 Hình 19. Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang ............................................23 Hình 20. Sơ đồ 2D tuyến tính của hệ thống treo máy giặt lồng ngang .....................24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN viii http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Hình 21. Mối quan hệ vị trí và các thành phần của lực đàn hồi (a) của lò xo bên trái, (b) của lò xo bên phải ................................................................................................25 Hình 22.Giảm chấn hệ thống treo của máy giặt lồng ngang .....................................27 Hình 23. Mối quan hệ vị trí và các thành phần của lực giảm chấn (a) của giảm chấn bên trái, (b) của giảm chấn bên phải .........................................................................27 Hình 24. Sơ đồ Simulink của mô hình 1 – mô hình 2D tuyến tính...........................34 Hình 25. Sơ đồ Simulink của mô hình 2 – mô hình 2D với quan hệ F-V của giảm chấn là phi tuyến .......................................................................................................35 Hình 26. Mô hình thí nghiệm giảm chấn ..................................................................36 Hình 27. Hệ thống thí nghiệm ...................................................................................39 Hình 28. Đồ thị F-V thực nghiệm Hình 29. Đường hồi quy của dữ liệu F-V 40 Hình 30. Khối lượng lệch tâm giả lập .......................................................................41 Hình 31. Giao diện thiết lập các chế độ, thông số đo lường và hiển thị, giám sát kết quả đo ........................................................................................................................44 Hình 32. Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s..................................................................................45 Hình 33. Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s .........................................................................................46 Hình 34. 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 ............................................................47 Hình 35. Đồ thị lực cản trên 3 bộ giảm chấn trong chế độ vắt ở tốc độ 400 vòng/phút ...................................................................................................................48 Hình 36. Kết quả thí nghiệm của chuyển dịch theo phương x và y với N = 609 vòng/phút ...................................................................................................................49 Hình 37. Kết quả mô phỏng của dịch chuyển x và y với N = 609 vòng/phút ..........50 Hình 38. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng với N = 609 vòng/phút ..........50 Hình 39. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng với N = 725 vòng/phút ..........50 Hình 40. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 1)............53 Hình 41. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 1) ..........53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN ix http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Hình 42. Chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 764.77 vòng/phút .....................................54 Hình 43. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút ..................................54 Hình 44. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 2)............55 Hình 45. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 2) ..........55 Hình 46. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 764.77 vòng/phút ......................................57 Hình 47. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút (Mô hình 2) .............57 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 .......................................................................60 Hình 49. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N = 600 vòng/phút ........................................................................................................61 Hình 50. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N = 800 vòng/phút ........................................................................................................61 Hình 51. Đồ thị năng lượng hao tán và số lượng giảm chấn tại N=600 vòng/phút and 800 vòng/phút. ....................................................................................................62 Hình 52. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn tại N = 600 vòng/phút ...............................................................................................63 Hình 53. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn tại N = 800 vòng/phút ...............................................................................................63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN x http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Kể từ khi chiếc máy giặt lần đầu tiên được phát minh bởi Schaefer vào năm 1766, ngành công nghiệp sản xuất máy giặt đã có những bước phát triển đáng kể. Căn cứ vào phương của lồng giặt, máy giặt được chia thành ba loại cơ bản: máy giặt lồng ngang (còn gọi là máy giặt cửa trước), máy giặt lồng đứng (còn gọi là máy giặt cửa trên) và máy giặt lồng nghiêng (Hình 1), mỗi loại đều có những ưu, nhược điểm riêng. a. Mô hình máy giặt lồng đứng b. Mô hình máy giặt lồng ngang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 1 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí c. Máy giặt lồng nghiêng Hình 1. Một số máy giặt thông dụng Máy giặt lồng đứng được dùng phổ biến hơn tại Hoa Kỳ. Máy giặt lồng đứng 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. Tuy nhiên máy giặt lồng đứng 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 dưới 1000 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 nước gấp 2-3 lần máy giặt lồng ngang do máy giặt lồng đứng luôn yêu cầu lượng nước giặt phải phủ ngập quần áo thì máy mới vận hành. - Chất lượng và độ bền của vật phẩm giặt: Vật phẩm giặt (quần, áo,…) dễ bị vặn xoắn do trong khi giặt vật phẩm thường bị xoắn vào nhau và dễ gây hư hại vải. Mặc dù thiết kế gần như không thay đổi kể từ đầu thế kỷ, máy giặt lồng ngang vẫn đang được dùng phổ biến hơn ở khu vực Tây Âu. Với khả năng đáp ứng được yêu cầu thẩm mỹ cùng với nhu cầu của người tiêu dùng, máy giặt lồng ngang đang là một trong những loại máy được yêu thích nhất. Cấu tạo của máy giặt lồng ngang phù hợp với những gia đình có vị trí đặt máy rộng, thuận tiện cho cánh cửa mở/đóng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 2 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Ngoài ra còn phù hợp với gia đình thường xuyên giặt máy, có tiêu chí tiết kiệm điện nước và đầu tư lâu dài, các ưu điểm nổi trội như: - Tốc độ quay, vắt: tốc độ quay vắt có thể lên đến 1.400 vòng/phút, giúp vắt quần áo khô nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và tiết kiệm điện hơn. - Tiết kiện nước: Nhờ thiết kế lồng ngang, tiết kiệm nước hơn gấp 3 lần so với máy giặt lồng đứng. - Chất lượng và độ bền của vật phẩm giặt: cấu tạo trục quay ly tâm ngang mang đến khả năng đảo trộn quần áo đều, chống xoắn, chống mòn rách quần áo. - Độ rung lắc và độ ồn thấp hơn máy giặt lồng đứng. Máy giặt lồng nghiêng là loại máy giặt mới nhất trong 3 loại lồng giặt, vừa ra đời vài năm trở lại đây. Ưu điểm: - Giặt sạch hơn: Máy giặt lồng nghiêng khi hoạt động sẽ tương tác với luồng nước theo 3 chiều. Đồ giặt sẽ chuyển động xoay vòng theo chiều đứng cùng với luồng nước tác động mạnh mẽ ở xung quanh giúp làm sạch và đánh bay hoàn toàn mọi vết bẩn. Tính năng lồng nghiêng còn giúp tăng hiệu quả giặt sạch. - Tiết kiệm nước: Máy giặt lồng nghiêng nếu so với máy giặt lồng đứng sẽ tiết kiệm hơn 10% lượng nước tiêu thụ. Do đặc thù lồng giặt nghiêng, nên chỉ cần một lượng nước vừa đủ là có thể tạo nên chuyển động, chứ không cần phải ngập hoàn toàn như máy giặt lồng đứng. Đồng thời với máy giặt lồng nghiêng, nếu sử dụng trong chế độ xả phun sẽ tiết kiệm được đến 22% lượng nước sau khi giặt. - Thuận tiện lấy quần áo: Do thiết kế lồng nghiêng, chỉ cần nghiêng người ở một mức độ nhất định là đã có thể lấy quần áo ra bên ngoài vô cùng tiện lợi. Nhược điểm: - Đặc biệt phát ra tiếng ồn lớn khi ở chế độ vắt quần áo. - Giá thành cao. 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 3 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí 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 lại 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 nhằm phân tích, đánh giá được các đặc tính rung động của máy giặt theo các thông số của hệ thống như cấu hình hệ giảm chấn, độ cứng và cấu hình của hệ treo, khối lượng của lồng giặt, chế độ làm việc của máy giặt, v.v… phục vụ bài toán thiết kế máy giặt là một việc đặc biệt cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn lớn. 1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu Xây dựng mô hình rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang; kiểm chứng và đánh giá độ tin cậy của mô hình qua thực nghiệm; sử dụng mô hình để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như lò xo, giảm chấn đến rung động của hệ thống. 1.2.2. Nội dung nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 4 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm các phần chính sau: - Xây dựng mô hình 2D rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang; - Đánh giá độ tin cậy của mô hình qua nghiên cứu thực nghiệm đối với rung động của máy giặt LG WD-8990TDS. - Áp dụng mô hình để khảo sát ảnh hưởng của lò xo, giảm chấn đến rung động của máy giặt dựa trên mô hình rung động đã được xác định 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm kiểm chứng. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.3.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng tham khảo cho các nghiên cứu động lực học nói chung và các bài toán về tính toán, thiết kế các hệ thống quay có giảm chấn. - Chương trình mô phỏng cho phép nghiên cứu những đặc tính rung động của máy giặt. 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng mô hình 2D rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang và kiểm chứng mô hình bằng thực nghiệm. - Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở để nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn để giảm rung động cho máy giặt lồng ngang. - Giúp có nhưng hiểu biết có tính chất định lượng về các yếu tố giảm rung cho máy giặt lồng ngang. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 5 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao, yêu cầu về sản phẩm của khách hàng cũng ngày càng cao và đa đạng. Do vậy, đã có rất nhiều các nghiên cứu liên quan đến nâng cao khả năng giặt, giảm rung và tiếng ồn cho máy giặt. Tuy nhiên, khi tăng khả năng giặt, giảm trọng lượng máy giặt, tăng tốc độ quay của lồng giặt, vấn đề về rung động lại là bài toán lớn phát sinh. Để giải quyết bài toán rung động lồng giặt, xu hướng phổ biến của các nghiên cứu là mô hình hóa hệ thống sử dụng các phần mềm như ANSYS, Adasm/View, Matlab/Simulink... sau đó đưa ra các lời giải số cho bài toán rung động. E. Papadopoulos, I. Papadimitriou [1], T. Argentini et al. [2] [3], Takayuki Koizumi, Nobutaka Tsujiuchi, Yutaka Nishimura [4] đã xây dựng mô hình toán của máy giặt lồng ngang dựa trên giả thiết lồng giặt và vỏ máy là một cấu trúc rắn tuyệt đối. Các tác giả đều tập trung vào việc mô hình hóa, thiết kế, và điều khiển máy giặt lồng ngang, trong đó, nhấn mạnh vào việc giảm trọng lượng và khả năng di động; đề xuất phương pháp chủ động bằng cách thêm vào các cảm biến, vi điều khiển và động cơ bước để giảm thiểu tối đã sự bất ổn định. Các tác giả [1] đã xây dựng mô hình toán của máy giặt lồng ngang với giả thiết máy giặt là một khối rắn. Trong nghiên cứu này, vận tốc góc tối đa đạt được được xác định dựa vào các đại lượng khác như khối lượng vật phẩm giặt và lực ma sát giữa sàn và chân máy. Tác giả cũng đã đưa ra hai phương pháp lý thuyết kiểm soát sự ổn định của máy: (1) 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 chủ động. Mô hình toán cho phương pháp dựa trên thiết kế: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 6 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Trong đó: sl vận tốc tới hạn mà tại đó máy giặt bắt đầu có hiện tượng trượt xoay f: hệ số ma sát Coulomb Mw: khối lượng của lồng giặt và lồng chứa mcl: khối lượng mất cân bằng mr : khối lượng nước pv : chân không tạo ra bởi suction cup rcl: bán kính A: tổng diện tích của suction cups Hình 2. Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E. Papadopoulos Mô hình toán cho phương pháp dựa trên điều khiển Trong đó: b là chỉ số cho trạng thái cân bằng Tommaso Argentini và cộng sự [2] 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. Các tác giả đã xây dựng mô hình cho lồng giặt, giảm chấn và vỏ máy. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 7 http://lrc.tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí Mô hình lồng giặt: Trong đó: M: Ma trận khối lượng Q: Khối lượng mất cân bằng R: bán kính lồng giặt f: ngoại lực Mô hình giảm chấn Trong đó: xv(t): đại diện cho chuyển động của điểm liên kết giữa giảm chấn và vỏ máy xb và fab: giá trị cuối của xv(t) và fdamper(t) trước khi chuyển động đảo chiều Δf: biên độ của vòng trễ xs : tham số tỉ lệ với hệ số góc của vòng trễ Dấu ± hay ∓ là phụ thuộc vào việc giảm chấn ở trạng thái nén hay kéo Hệ tọa độ gắn với lồng chứa Hệ tọa độ chính Hình 3. Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T. Argentini Takayuki Koizumi và cộng sự [3] đã mô hình hóa máy giặt lồng ngang để phân tích rung động của vỏ ngoài, khung máy và lực tác dụng lên sàn ở chế độ giặt khô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN 8 http://lrc.tnu.edu.vn