i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******
NGUYỄN ĐẠI PHONG
XÂY DỰNG MÔ 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 MÔ 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 CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGÔ NHƯ KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên, 11/2017
LỜI CAM ĐOAN
ii
Tên tôi 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 mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng
quay máy giặt cửa trước”
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: ..............
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các ý
tưởng, thiết kế, chế tạo cũng như các số liệu là hoàn toàn trung thực, chưa
từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 29 tháng 11 năm 2017
Người cam đoan
Nguyễn Đại Phong
LỜI CẢM ƠN
iii
Trong thời gian thực hiện đề tài, 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 Trường
Trung Cấp nghề Nam Thái Nguyên 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 đề tài 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!
MỤC LỤC
iv
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 ........................................................................................................... 1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 1
II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 5
1. Mục tiêu ......................................................................................................... 5
2. Nội dung ........................................................................................................ 5
3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 5
CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG .. 6
I. KẾT CẤU THỰC CỦA MÁY GIẶT ............................................................ 6
II. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ......................................................................... 10
CHƯƠNG 2. 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
1. Thiết bị đo ................................................................................................... 15
2. Các thiết bị khuếch đại, thu nhận và chuyển đổi tín hiệu ........................... 23
3. Sơ đồ khối hệ thông đo và xử lý tín hiệu .................................................... 26
IV. GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO . 27
1. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực loadcell ........................................................... 27
2. Hiệu chuẩn hệ thống đo rung động Accelerometer .................................... 31
3. Thiết lập thông số trên 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 Kí hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
1 Độ cứng lò xo, lực F
2 Độ dãn dài của lò xo ∆l
3 Tải trọng P
4 Lực cản ma sát Fms
5 T Chu kỳ
6 Vận tốc góc
7 f Tần số
8 DP, dp Damper
9 n Tốc độ quay
10 N Tải trọng
11 t Thời gian
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1: Một số máy giặt thông dụng .......................................................................... 4
Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của máy giặt cửa ngang ........................................................... 6
Hình 3. Phần phía sau của máy giặt ............................................................................ 7
Hình 4. Nhóm rung động, đệm cửa và ống cấp nước ................................................. 8
Hình 5. Hệ thống treo của máy giặt Samsung ............................................................. 8
Hình 6. Hệ thống treo của máy giặt Electrolux ........................................................... 9
Hình 7. Hệ thống treo của máy giặt LG ...................................................................... 9
Hình 8. Hệ thống của máy giặt Hitachi mới nhất ..................................................... 10
Hình 9: Đồ thị quan hệ giữa lực và độ giãn của lò xo .............................................. 13
Hình 10. Strain gauge ................................................................................................ 15
Hình 11. Nguyên lý làm việc của 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 của 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 của SCC-SG04 ......................................................................... 23
Hình 20. Bộ thu thập dữ liệu (DAQ) model DT9806 ............................................... 24
Hình 21. Sơ đồ khối của model DT9806 .................................................................. 25
Hình 22. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo tải trọng tác dụng tại các
gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn ....................................................................... 26
Hình 23. Nguyên lý hoạt động của 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 trên Quick DAQ ............................................................ 31
vii
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 ở chế độ view ......................................................... 34
Hình 31. Hình ảnh offset zero Quick DAQ .............................................................. 34
Hình 32. Hình ảnh sau khi offset zero Quick DAQ .................................................. 34
Hình 33. Phản lực tại các liên kết với tải lệch tâm 2N, tốc độ quay 400 vòng/phút. 36
Hình 34. Trích phản lực tại các gối trong 3 chu kỳ tại tốc độ quay 400 vòng/phút, tải
trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định ..................................................................... 37
Hình 35. Đồ thị lực tác dụng lên lò xo 1 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định .............................................. 37
Hình 36. Đồ thị lực tác dụng lên lò xo 2 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định .............................................. 38
Hình 37. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 1 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định .............................................. 38
Hình 38. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 2 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định .............................................. 39
Hình 39. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 3 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định .............................................. 39
Hình 40. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 1 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút,các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn định............................................ 40
Hình 41. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 2 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn định............................................ 40
Hình 42. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 3 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn .................................................... 41
viii
CHƯƠNG 2:
MỞ ĐẦU
1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Rung động là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và trong kỹ thuật.
Bất kì chuyển động nào lặp đi lặp lại sau một khoảng thời gian được gọi là
rung động hoặc dao động. Lý thuyết dao động liên quan đến việc nghiên cứu
chuyển động rung lắc của các vật thể và các lực liên quan đến chúng.
Các học giả trong thời kì đầu của lĩnh vực rung động tập trung nỗ lực
của họ vào việc hiểu các hiện tượng tự nhiên và phát triển các lý thuyết toán
học để mô tả rung động của các hệ thống vật lý. Trong thời gian gần đây, các
nghiên cứu tập trung vào ứng dụng của rung động trong kỹ thuật, như thiết kế
máy, kết cấu, tuabin và các hệ thống điều khiển.
Hầu hết các máy động lực đều gặp vấn đề rung động do sự mất cân
bằng cố hữu trong động cơ. Sự mất cân bằng có thể do lỗi thiết kế, sai xót
trong quá trình gia công. Sự mất cân bằng của động cơ diesel có thể gây ra
rung động đủ mạnh của mặt đất để tạo ra sự nguy hiểm trong một khu vực.
Trong tuabin, rung động gây ra những hỏng hóc cơ học không thể dự đoán
trước. Trong tất cả các trường hợp, kết cấu và máy bị rung động có thể dẫn
đến bị hỏng, hoạt động không hiệu quả do sự mỏi của vật liệu gây ra bởi sự
biến đổi theo chu kì của ứng suất. Hơn nữa, rung động gây ra sự mài mòn
nhanh chóng của các bộ phận máy như vòng bi, bánh răng,... tạo ra những
tiếng ồn quá mức cho phép. Bất cứ khi nào, tần số dao động tự nhiên của máy
hoặc kết cấu trùng với tần số kích động ngoài sẽ gây ra hiện tượng cộng
hưởng, dẫn đến biên động rung động cực đại gây hỏng máy hoặc kết cấu. Do
những ảnh hưởng phá hủy mà rung động có thể gây ra cho máy và các kết
cấu, kiểm tra độ rung đã trở thành một quy trình chuẩn trong việc thiết kế và
phát triển hầu hết các hệ thống kỹ thuật.
2
Trong nhiều hệ thống kỹ thuật, con người hoạt động như một phần của
hệ thống. Sự lan truyền rung động đến con người tạo ra sự không thoải mái và
mất đi hiệu quả làm việc. Sự rung và tiếng ồn của động cơ gây ra nhiều sự
phiền toái của con người và thiệt hại cho tài sản. Vì vậy, một trong những
mục đích quan trọng của nghiên cứu rung động là giảm rung động thông qua
việc thiết kế các máy móc phù hợp cũng như giá đỡ của chúng.
Để nghiên cứu rung động của một hệ thống, người ta thường sử dụng hai
phương pháp nghiên cứu: lý thuyết và thực nghiệm. Phương pháp lý thuyết
tập trung vào xây dựng mô hình toán của hệ thống và dự đoán các đặc tính
rung động để có thể đánh giá hệ thống thông qua các nghiên cứu phân tích.
Còn phương pháp thực nghiệm tập trung vào đo đạc các tín hiệu dao động của
hệ thống theo một dữ liệu đầu vào đã biết. Đối với cả hai phương pháp này thì
phương pháp thực nghiệm luôn giữ một vai trò hết sức cần thiết bởi vì:
(i) Trong thực tế, có nhiều hệ thống máy hoặc cấu trúc rất khó xây dựng
mô hình toán.
(ii) Các đặc tính rung động được tính toán trên lý thuyết của một máy
hoặc cấu trúc có thể khác với giá trị thực tế do các giả định được đưa ra trong
quá trình phân tích. Cho nên kết quả tính toán lý thuyết phải được thực nghiệm
kiểm chứng. Nếu các tần số tự nhiên tính toán và các hình dạng chế độ của mô
hình xây dựng tương đương với các tần số tự nhiên đo được và các hình dạng chế
độ của hệ thống thì mô hình toán xây dựng mới được coi là hợp lý.
Trong nghiên cứu này đối tượng cụ thể được lựa chọn là máy giặt lồng
ngang vì những lý do sau:
1 - Về mức độ phổ biến của máy giặt, theo số liệu thống kê năm 2008
của Wipsglobal, máy giặt là một trong những sản phẩm gia dụng được tiêu
thụ nhiều thứ hai trên thế giới (24%), chỉ đứng sau tủ lạnh (35%). Với yêu cầu
nâng cao chất lượng các sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người, các máy
3
giặt đều không ngừng cải tiến để hướng tới giảm rung lắc, giảm độ ồn, giảm
thời gian giặt, tăng dung tích lồng giặt, tiết kiệm điện, tiết kiệm nước,... Để
làm được điều này thì việc đo đạc các tần số rung động và các lực tác dụng là
cần thiết cho việc thiết kế và vận hành các hệ thống cách ly rung động.
2 – Một máy giặt là một hệ thống cơ điện tử nhiều vật phức tạp, trong đó
các van điều tiết nước, bơm nước, bộ phận cấp nhiệt, động cơ được điều khiển
với các thiết bị điều khiển thông minh dựa trên các bộ cảm biến cho thông tin
về mức nước, nhiệt độ, tải trọng, và chuyển động của lồng giặt. Cấu trúc của
một máy giặt thường bao gồm rất nhiều thành phần phi tuyến như thiết bị
giảm chấn ma sát, chân đế cao xu, tải trọng quần áo thay đổi,...Do vậy, mô
hình hóa và phân tích động lực học cho máy giặt là một việc thật sự rất khó
khăn. Cho nên, việc đo lường đầu vào và kết quả rung động ở đầu ra của hệ
thống sẽ giúp nhận dạng hệ thống thông qua các thông số khối lượng, độ
cứng, giảm chấn của hệ thống.
3 - Đối với máy giặt vấn đề được quan tâm hàng đầu chính là giảm rung
lắc cho máy giặt. Nguyên nhân chủ yếu gây ra những rung động này là do
khối lượng không cân bằng của quần áo phân bố trong lồng giặt. Quy trình
làm việc của máy giặt được chia làm hai giai đoạn chủ yếu là giặt và vắt.
Trong giai đoạn giặt, máy quay với tốc độ thấp để làm nhiệm vụ đảo khuấy
quần áo nên hiện tượng rung động xẩy ra với biên độ thấp. Nhưng trong giai
đoạn vắt khô hiện tượng rung lắc xẩy ra rất mạnh và thay đổi liên tục bởi vì
lồng giặt quay với vận tốc tương đối cao làm cho quần áo bị ép vào vách
trong của lồng giặt, trở thành một khối lượng mất cân bằng lớn cho đến khi
giai đoạn vắt kết thúc. Đặc biệt đối với máy giặt lồng ngang, hiện tượng
không cân bằng của quần áo càng dễ dàng xảy ra hơn do ảnh hưởng của trọng
lực. Tải trọng lệch tâm này có tính chất rất phức tạp đó là có sự phân bố ngẫu
4
nhiên trên suốt chiều dài của lồng giặt và khối lượng của tải trọng thay đổi
theo từng vòng quay.
4 - Mặc dù máy giặt là hệ thống rất phổ biến và nổi tiếng, nhưng cũng
không tìm thấy nhiều nghiên cứu về các đặc tính rung động của máy giặt. Có
lẽ lý do chính cho tình trạng này là các nghiên cứu được tài trợ bởi các nhà
sản xuất máy giặt nên kết quả nghiên cứu được lưu giữ như một bí mật
thương mại.
Chú thích:
+ Loại a: Máy giặt cửa trên
+ Loại b: Máy giặt cửa trước
Hình 1: Một số máy giặt thông dụng
a b
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn phục vụ công việc giảng dậy, nghiên
cứu khoa học và dịch vụ thí nghiệm phải thỏa mãn điều kiện đơn giản, hiệu
quả và chi phí đầu tư thấp, việc triển khai đề tài “Xây dựng mô hình thực
nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước” là cần thiết,
có ý nghĩa thiết thực. Với mô hình này có khả năng tạo tiền đề cho các nghiên
cứu khoa học tiếp theo nhằm cải tiến, tối ưu hóa cũng như đưa ra các dự đoán
thay thế các phụ kiện giảm rung lắc của máy giặt.
5
II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Mục tiêu
- Thiết kế, chế tạo được hệ thống thí nghiệm từ một máy giặt lồng
ngang trên một đối tượng thực và xác định được các thông số rung động trong
các chế độ tải khác nhau ở giai đoạn vắt.
- Xác định các đặc tính rung động của lồng giặt trong các chế độ tải
khác nhau và mức độ ảnh hưởng của các giảm chấn đến rung động.
- Nghiên cứu, khảo sát kết cấu máy giặt để đề xuất hệ thống thí nghiệm.
- Thiết kế kết cấu hệ thống giá đỡ, khung treo cho lồng giặt ngang có tích hợp
các thiết bị đo tại các gối đỡ, gối treo, gối đỡ.
- Chế tạo, lắp đặt hệ thống.
- Thử nghiệm hệ thống và thực nghiệm xác định các đặc tính rung động của
lồng giặt trong các chế độ tải khác nhau và mức độ ảnh hưởng của các bộ giảm chấn
đến rung động.
2. Nội dung
3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực nghiệm: Bằng các thử nghiệm tái tạo lại hệ thống
treo, đo được các giá trị lực, rung động tại mỗi vị trí, giai đoạn cụ thể bằng
cách gắn các loadcell và đưa ra đồ thị về mối quan hệ giữa lực và thời gian.
CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG
6
I. KẾT CẤU THỰC CỦA MÁY GIẶT
Trên thị trường, máy giặt cửa ngang có rất nhiều thương hiệu như LG,
SamSung, Electrolux, Hitachi,... Mỗi thương hiệu đưa ra một kết cấu khác nhau cho
hệ thống treo của máy giặt, nhưng nhìn bên ngoài, chúng ta thấy hình dạng điển
hình của một máy giặt cửa ngang như trong Hình 1.b. Phần hiển thị ra ngoài có thể
quan sát được chỉ có bảng điều khiển, thiết bị phân phối chất giặt tẩy, cửa máy và
vỏ máy – phần này không liên qua đến đặc tính động lực học của máy giặt. Còn các
bộ phận bên trong của máy được hiển thị trong hình 2, thường bao gồm các phần
chính là: lò xo, lồng giặt, lồng chứa, đối trọng, giảm chấn, động cơ điện, ..., ngoài ra
còn có ống cấp nước, đệm cách, bộ phận cấp nhiệt,...Thông tin tóm tắt về từng
phần:
Lò xo
Stato
Vỏ máy
Lồng giặt
Rotor Lồng chứa
Đối trọng
Giảm xóc
Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của máy giặt cửa ngang
Lồng giặt là phần nằm bên trong lồng chứa, giữ quần áo và quay xung quanh
trục nằm ngang. Khi đạt đến tốc độ quay nhất định, quần áo dính vào mặt bên trong
của lồng giặt, tạo thành các tải trọng phân bố không đều và gây ra các lực quán tính
ly tâm. Lồng giặt được kết nối với lồng chứa bằng một ổ bi. Trục được kết nối với
động cơ có thể quan sát thấy trong hình 3.
cơ động
Động dẫn trực tiếp
Động cơ dẫn động gián tiếp
Puli
Dây Cu-roa
Mô-tơ điện
Hình 3. Phần phía sau của máy giặt
Lồng chứa là phần chính của máy giặt, là bộ phận liên kết với tất cả các phần
khác của máy. Lồng chứa và các bộ phận gắn với lồng chứa được gọi là nhóm dao
động. Bộ phận này được treo với vỏ máy thông qua lò xo và thiết bị giảm chấn.
Nhiệm vụ chính của lồng chứa là giữ nước giặt và không để rò rỉ. Với ảnh hưởng
của tải trọng không cân bằng khi quay, lồng chứa và các bộ phận khác trên nó đều
rung động. Để giảm bớt rung động, ngăn chặn lồng chứa và các phần rung động
khác không va chạm vào vỏ máy, các đối trọng được gắn thêm vào lồng chứa.
7
Ống cấp nước
Đệm cửa
Hình 4. Nhóm rung động, đệm cửa và ống cấp nước
Ống cấp nước là phần mềm kết nối các thiết bị phân phối chất tẩy rửa và dẫn
nước vào lồng chứa. Đệm cửa là phần liên kết giữa lồng giặt với cửa máy để ngăn
rò rỉ nước trong suốt chu kì giặt.
Hệ thống treo bao gồm có lò xo và giảm chấn. Hệ thống treo của máy giặt
Samsung gồm bốn giảm chấn và hai lò xo để giữ cân bằng, giảm rung lắc của lồng
giặt khi hoạt động, các giảm chấn sử dụng ma sát ướt.
Hình 5. Hệ thống treo của máy giặt Samsung
Hệ thống treo của máy giặt Electrolux gồm hai lò xo và hai thanh giảm chấn
ma sát ướt giống hệt nhau về hình dáng, cấu tạo.
8
Hình 6. Hệ thống treo của máy giặt Electrolux
Đối với máy giặt LG, hệ thống treo gồm hai lò xo và ba giảm chấn ma sát
ướt.
Hình 7. Hệ thống treo của máy giặt LG
Máy giặt Hitachi mới nhất sử dụng thống treo gồm hai giảm chấn thủy lực (áp
suất nhớt) kết với lò xo, giống như sử dụng cho xe máy, đỡ lồng chứa. Hệ thống
treo này có thể thay đổi linh hoạt hệ số giảm chấn làm giảm đáng kể biên độ rung
động và hỗ trợ giảm thiểu sự lan truyền rung động đến vỏ máy.
9
Hình 8. Hệ thống của máy giặt Hitachi mới nhất
Để hiểu rõ về cách thức hoạt động của máy giặt và xác định mối quan hệ
giữa các bộ phận của máy, ta tìm hiểu nguyên lý làm việc của máy giặt. Động cơ
điện gắn liền với lồng giặt nhận được tín hiệu điều khiển và bắt đầu sản xuất ra
mômen xoắn và tốc độ quay. Sau đó, mômen xoắn và tốc độ quay được truyền tới
lồng giặt nhờ dây đai và pulli (dẫn động gián tiếp) hoặc truyền trực tiếp tới lồng giặt
(dẫn động trực tiếp). Lồng giặt liện kết với lồng chứa thông qua ổ bi. Quần áo được
quấy đảo trong lồng giặt và bị ép vào vào thành bên trong của lồng giặt tạo ra các
tải không cân bằng theo các vòng quay của lồng giặt, chính những khối lượng
không cân bằng này tạo ra lực quán tính ly tâm. Lực quán tính ly tâm chính là
nguyên nhân gây ra rung động cho nhóm rung lắc và dẫn tới sự dịch chuyển của vỏ
máy. Lò xo và giảm chấn nối giữa nhóm dao động và vỏ máy nhằm mục đích ngăn
chặn nhóm dao động va chạm với vỏ máy bằng cách chúng hấp thụ một phần năng
lượng và ngăn lực truyền quá mức tới vỏ máy, bởi nếu lực này quá lớn có thể gây ra
hiện tượng dịch chuyển của máy giặt.
10
II. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
Trong giới hạn luận văn này, máy giặt nguyên mẫu được lựa chọn để nghiên
cứu là loại máy giặt cửa ngang LG WD 8990TDS, với hệ thống treo bao gồm hai lò
xo và ba giảm chấn ma sát ướt. Nghiên cứu chỉ tập trung vào chu kì vắt của máy, vì
trong giai đoạn này máy quay với tốc độ quay quét từ 0 đến 800 vòng/phút làm cho
nhóm rung động dao động với tần số và biên độ lớn. Khối lượng mất cân bằng được
sử dụng trong các phép đo là không đổi và được cố định vào tường bên trong của
lồng giặt.
11
CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
12
I. CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG GIẢM RUNG CỦA MÁY GIẶT
Trong lý thuyết mô hình hóa hệ thống động, các cơ hệ rung động được đưa về
mô hình bao gồm 3 phần tử cơ bản: phần tử quán tính (khối lượng, mô men quán
tính), phần tử đàn hồi (lò xo) và bộ giảm chấn. Sự rung động của hệ liên quan đến
việc chuyển thế năng của nó thành động năng và động năng thành thế năng. Nếu hệ
dao động tắt dần thì năng lượng sẽ được phân tán qua mỗi chu kì dao động.
- Phần tử quán tính: Trong máy giặt, phần tử khối lượng của hệ thống treo bao
gồm: lồng giặt, lồng chứa, động cơ, đối trọng và tải trọng mất cân bằng. Đối với máy
giặt LG WD 8990TDS, ở chế độ làm việc bình thường, khối lượng quần áo mỗi lần
giặt
. Còn trong điều kiện thí nghiệm, khối lượng mất cân bằng được cố định vào
một vị trí trên tường trong của lồng giặt, cho nên máy chỉ có thể hoặt động ở chế độ vắt
khi khối lượng
. Do đó, để máy làm việc ổn định và an toàn, trong mô hình thí
nghiệm tải trọng mất cân bằng được chọn theo một số giá trị xác định: 2N, 4N và 7N.
- Lò xo hay phần tử đàn hồi: Lò xo được sử dụng trong trong máy giặt là loại
lò xo xoắn thông thường. Sử dụng lực kế, thước ta xác định được mối qua hệ giữa
lực tác dụng và độ biến dạng của lò xo. Kết quả nhận được cho thấy lò xo là tuyến
tính và độ giãn của lò xo quan hệ với lực tác dụng bằng biểu thức F = k.x (k là
hằng số và được biết như độ cứng của lò xo). Dùng hàm SLOPE trong excel ta xác
định được giá trị độ cứng lò xo.
Hình 9: Đồ thị quan hệ giữa lực và độ giãn của lò xo
Độ cứng lò xo F = 5703(N/m)
Độ dãn dài tối đa của lò xo: ∆lmax= 0,09(m)
Tải trọng tối đa: Pmax = F. ∆lmax= 5703.0,09 = 523(N)
Trong quá trình thiết kế, chế tạo chúng ta luôn quan tâm tới hệ số an toàn để
đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, ở đây chúng ta chọn hệ số an toàn
n ≈2.
Vậy tại hai vị trí móc lò xo chúng ta có thể chọn hai loadcell có giá trị đo max
= 1000N.
- Phần tử giảm chấn: Trong hệ thống máy giặt LG, các giảm chấn được sử
dụng thuộc loại giảm chấn ma sát. Phần tử giảm chấn có dạng pittong, bên trong là
vòng găng gín (sec-măng) làm bằng vật liệu phi kim được thấm dầu, tiếp xúc với
trục pittong và trượt theo trục. Sử dụng giảm chấn ma sát là một giải pháp giảm
rung bị động có chi phí thấp. Khi sử dụng giảm chấn ma sát, có thể tạo được một
lực cản lớn ngay khi vận tốc tương đối giữa pittong và trục giảm chấn nhỏ. Đối
với một giảm chấn ma sát khô lý tưởng, lực ma sát là hằng số; nhưng đối với
giảm chấn của máy giặt hoạt động theo nguyên lý ma sát ướt, thì lực ma sát phụ
thuộc vào vận tốc.
13
Dựa vào kết quả luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm
kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ” của học viên Phạm
Hà Phương, lớp cao học kỹ thuật cơ khí – K16 trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên. Chúng ta có được lực cản ma sát lớn nhất của giảm chấn là:
Fmsmax= 250N. Để đảm bảo độ tin tưởng ta chọn hệ số an toàn n = 2.
Vậy tại ba vị trí gối tựa giảm chấn chúng ta có thể chọn ba loadcell có giá trị
đo max = 500N.
14
II. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUNG ĐỠ
Việc chế tạo khung thay thế khung của máy giặt thực tế bằng một bộ khung
mới phải đáp ứng được một số tiêu chí sau:
Thứ nhất: Phải giữ nguyên được đặc tính làm việc của máy ở chế độ vắt.
Thứ hai: Khi lắp thêm các loadcell không thay đổi vị trí tương đối của các
điểm đặt lực.
Thứ ba: Phải đảm bảo độ cứng vững của kết cấu khung.
Thứ tư: Có thể dễ dàng trong việc điều chỉnh, gá lắp thêm các thiết bị, phụ
kiện thí nghiệm.
Để chế tạo được khung thay thế đáp ứng các tiêu chí trên trước hết chúng ta
phải tiến hành đo xác định kích thước của cơ cấu, bộ phận, vị trí tương đối của các
vị trí đặt lực. Đồng thời xác định các kích thước của loadcell để khi chế tạo xong
chúng ta có thể lắp đặt nguyên dạng lại máy giặt để nghiên cứu chính xác nhất.
Căn cứ vào phạm vi nghiên cứu của đề tài, vật liệu làm khung được chọn là
thép V, vật liệu CT3 (thép V3 có độ dầy S = 3mm).
Sau khi chế tạo, gia công các chi tiết xong việc lắp ghép thành kết cấu tổng thể
chúng ta sử dụng mối ghép hàn (hàn hồ quang tay), riêng chi tiết 6 liên kết với chi
tiết 1 bằng mối ghép bu lông đai ốc.
Cụ thể chúng ta chế tạo các chi tiết có kích thước và số lượng cụ thể
(Bản vẽ kèm theo phụ lục)
15
III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO
1. Thiết bị đo
1.1. Loadcell
Loadcell - cảm biến lực, để chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện.
Tín hiệu này có thể là một sự thay đổi điện áp, dòng điện hay tần số tùy thuộc
vào loại loadcell và mạnh đo được sử dụng. Loadcell được sử dụng trong mô
hình thí nghiệm là loadcell kiểu điện trở - làm việc dựa vào nguyên lý biến
dạng – trở kháng. Thành phần cấu tạo chính của loadcell là strain gauge, nó
gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi. Để tăng
chiều dài của dây điện trở strain gauge người ta đặt chúng theo hình zic zac
với mục đích tăng độ biến dạng khi bị lực tác dụng, qua đó tăng độ chính xác
của thiết bị cảm biến. Khi các tấm dán điện trở (strain gauge) bị biến dạng, trở
kháng của nó thay đổi, sự thay đổi trở kháng này sẽ dẫn đến sự thay đổi điện
R – điện trở
L – Chiều dài của sợi dây kim loại
S – Thiết diện của sợi dây kim loại
- Điện trở suất vật liệu của sợi dây
kim loại
Hình 10. Strain gauge
áp đầu ra khi một điện áp đầu vào được cấp.
Các strain gauge được dán vào thân loadcell. Thân loadcell là một thanh
kim loại đàn hồi và tùy vào mục địch sử dụng mà chúng được chế tạo có hình
dạng khác nhau và bằng các loại vật liệu khác nhau. Khi có tải trọng hoặc lực
tác dụng lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén),
điều này dẫn đến sự thay đổi chiều dài và thiết diện của sợi kim loại trên
strain gauge dán trên thân của loadcell dẫn đến sự thay đổi của điện trở. Mạch
16
cầu Wheatstone được sử dụng để chuyển sự thay đổi tỉ lệ giữa lực căng và trở
kháng thành điện áp tỷ lệ với tải. Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó
Hình 11. Nguyên lý làm việc của loadcell
Hình 12. Mạch cầu Wheatstone
chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại tín hiệu.
Đối với mô hình thí nghiệm thiết kế, để đo được lực truyền từ nhóm rung
lắc đến vỏ máy giặt, ta phải sử dụng 05 loadcell, trong đó có 02 loadcell dùng
để đo lực đàn hồi của hai lò xo và 03 loadcell dùng để đo lực giảm chấn.
Loadcell tại các vị trí các giảm chấn (03 chiếc):
- Hãng Mettler toledo
17
- Model: MT 1260-50
- Giới hạn đo được: F = 50kg ≈ 490N
Hình 13. Cảm biến loadcell model: MT 1260-50 đo lực
- Độ nhạy: 2mV/V
Loadcell tại các vị trí lò xo (02 chiếc):
- Hãng Mettler toledo ( xem hình)
- Model: MT1041- 100
- Giới hạn đo được: F = 100kg ≈ 980N
Hình 14. Cảm biến loadcell model MT 1041- 100 đo lực
- Độ nhạy: 2mV/V
1.2. Gia tốc kế
Gia tốc kế là một thiết bị đo rung động, hoặc gia tốc của một cấu trúc
chuyển động. Lực tạo ra rung động hoặc thay đổi về chuyển động sẽ tác dụng
18
lên vật liệu áp điện (bằng thạch anh hoặc gốm) bên trong sinh ra một tín hiệu
điện tích tỉ lệ với lực tác động và gia tốc. Cấu tạo của gia tốc kế gồm khối
lượng rung (m), một phần tử điện áp đặt trên giá cứng và toàn bộ được đặt
trong một vỏ hộp kín. Cảm biến này có tần số cộng hưởng cao, kết cấu chắc
Hình 15. Cấu tạo của gia tốc kế
chắn, nhạy với ứng lực của đế.
Tùy thuộc vào cấu tạo bên trong mà gia tốc kế được chia thành nhiều
loại khác nhau như: gia tốc kế dạng trượt, gia tốc kế dạng uốn cong và gia tốc
kế dạng nén.
Gia tốc kế được sử dụng trong mô hình thí nghiệm là gia tốc kế với
phần tử cảm biến dạng nén. Ưu điểm của loại cảm biến này là cho độ chính
xác cao, bền và giá thành thấp.
(Trụ tải )
(Khối lượng rung)
(Thủy tinh áp điện )
(Điện cực)
(Tín hiệu )
(Đất )
Hình 16. Gia tốc kế dạng nén
19
- Hãng: Kistler - Model: K-Shear 8702B50M1- Các thông số kỹ thuật:
(http://www.technovolt.ro/cataloage/kistler/ACCELEROMETRE.pdf)
20
1.2.1. Máy đo độ rung (Vibration Meter)
- Hãng: Dytran - Model: 4151HL
Hình 17. Máy đo độ rung 4151HL
Khi được sử dụng với một gia tốc kế mV/g, máy đo độ rung Dytran
4151HL RMS thực có thể cho giá trị căn bậc hai trung bình của một cấp rung
động hoặc tập hợp của bất kì tổ hợp cấu trúc cần kiểm tra nào khác. Độ giãn
chính xác của một dải băng chuyển động của cuộn băng gắn ở mặt trước của
đồng hồ sẽ hiển thị mức độ rung động. Một tín hiệu DC từ 0 đến 10 volt
tương tự với mức độ rung động tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát từ xa
bằng cách sử dụng một DC DVM. Thiết bị đo độ rung có nguồn điện cố định
4mA cho IC trong cảm biến IEPE.
21
22
23
2. Các thiết bị khuếch đại, thu nhận và chuyển đổi tín hiệu
2.1. Bộ khuếch đại tín hiệu strain gauge
Dòng sản phẩm SCC-SG04 của National Instruments bao gồm các mô-
đun khuếch đại kênh kép cho việc ghép nối theo chuẩn ¼, một nửa hoặc cả
cầu strain gauge. Mỗi mô-đun được thiết kế cho một loại cấu hình strain
gauge cụ thể. SCC-SG04 là loại full bridge strain gauge 2 kênh độc lập. Mỗi
kênh của một mô-đun SCC-SG bao gồm một bộ khuếch đại với hệ số khuếch
đại G=100, 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.
- Model: SCC-SG04
- Dải điện áp đầu vào: ± 100 mV
Hình 18 Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04
Hình 19. Sơ đồ khối của SCC-SG04
- Điện áp kích thích cầu đo: 2,5 V
24
2.2. Thiết bị thu nhận tín hiệu
- Hãng: Measurement Computing
- Model: DT9806
- Tốc độ lấy mẫu toàn bộ: 50 kHz
- Độ phân giải: 16 bit
Hình 20. Bộ thu thập dữ liệu (DAQ) model DT9806
- 2 đầu ra analog, 16 bit, một giá trị
Bộ thu thập dữ liệu (DAQ) model DT9806 được đặc trưng với điều
kiện tín hiệu tích hợp được thiết kế đặc biệt cho các phép ghép nối với các tín
hiệu đo gia tốc, lực, nhiệt độ. DT9806 truyền các kết quả đo gia tốc và lực
cho máy tính cá nhân với cổng USB 2.0 hoặc 1.1. Chỉ cần kết nối model
DT9806 với máy tính bằng cách sử dụng cáp USB đã được cung cấp, nối trực
tiếp tới 7 cảm biến của mô đun và chạy ứng dụng QuickDAQ miễn phí. Dữ
liệu từ gia tốc kế, loadcell được trả về ở m/s2, và N, không phải viết bất kì
chương trình nào cho máy tính của mình.
25
Sơ đồ khối này cho thấy tất cả các hệ thống con và tín hiệu truy cập
Hình 21. Sơ đồ khối của model DT9806
của model DT9806.
Sau khi thu thập được dữ liệu DAQ sẽ chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín
hiệu điện sang tín hiệu số (Digital) 16 bit và thông qua phần mềm Quick
DAQ chúng ta sẽ thu được dữ liệu số dưới dạng file Excel.
26
3. Sơ đồ khối hệ thông đo và xử lý tín hiệu
3.1. Sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tại các liên kết:
Từ yêu cầu của đề tài, sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tác dụng tại các liên
Hình 22. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo tải trọng tác dụng tại các
gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn
kết của lò xo treo, giảm chấn:
3.2. Sơ đồ nguyên lý đo chuyển dịch lồng giặt:
Sau khi đã xây dựng được sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tác dụng tại các
gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn thì chúng ta tiếp tục phải xây dựng sơ
Hình 23. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo chuyển dịch lồng giặt
đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo chuyển dịch lồng giặt:
27
IV. GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO
Sau khi lựa chọn được các thiết bị thì công việc tiếp theo chúng ta phải
Hình 24. Sơ đồ ghép nối thiết bị đo
ghép nối các thiết bị lại với nhau theo sơ đồ:
1. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực loadcell
1.1. Theo tính toán
Với giá trị mà cảm biến loadcell đo được, được thể hiện qua tín hiệu điện
áp đầu ra tương ứng với mỗi giá trị tải hay lực tác dụng cần tìm. Như vậy để
hiệu chuẩn được thông số đo lực phải thỏa mãn điều kiện sau:
Với độ nhạy của loadcell: 2mV/V
Điện áp kích thích của bộ khuếch đại SCC-SG04 là 2,5 V
Với các loadcell cụ thể ta tính được:
Loadcell số 1, 2
Ta có:
Giá trị tải max của loadcell là 100Kg
Tải trọng tương ứng = độ nhạy * điện áp kích thích * hệ số khuếch đại.
28
Vậy 100Kg tương ứng = 2mV/V x 2,5 V x 100 = 500mV
A (kg) tương ứng B (mV)
Từ trên ta dễ thấy:
Ở đây chúng ta sử dụng tải trọng A = 10N = 1,02 kg để thử nghiệm.
Tương ứng ta có:
.
Loadcell số 3, 4, 5. Tương tự như loadcell 1,2 nhưng khác ở đây giá trị
tải max của loadcell 3, 4, 5 là 50Kg
Giá trị tương ứng là:
1.2. Theo thực tế
Sử dụng quả nặng có giá trị 10N để làm thí nghiệm trên từng loadcell,
trước đó chúng ta đã set về giá trị 0 với cả 5 load cell và thu được kết quả
thông qua phần mềm Quick DAQ và so sánh với tính toán như bảng dưới đây.
Giá trị theo cơ Giá trị theo thực tế trên Tên TT sở tính toán phần mềm Quick DAQ Sai lệch ∆ loadcell ( mV) ( mV)
Load cell 1 5,1 1 5,187 0,087
Load cell 2 5,1 2 5,187 0,087
Load cell 3 10,2 3 10,224 0,024
Load cell 4 10,2 4 10,229 0,029
Load cell 5 10,2 5 10,222 0,022
Qua bảng kết quả trên, ta thấy được giá trị thu được khi thực hiện trên
phần mềm Quick DAQ và theo tính toán là xấp xỉ bằng nhau (sai lệch rất nhỏ
29
có thể bỏ qua). Như vậy phần hiệu chuẩn hệ thống đo lực của thiết bị đến đây
đã hoàn thành.
Một số hình ảnh ghi lại trong quá trình hiệu chuẩn hệ thống đo lực xem
dưới đây:
Hình 25. Một số hình ảnh hiệu chuẩn hệ thống đo lực
30
31
2. Hiệu chuẩn hệ thống đo rung động Accelerometer
2.1. Theo thiết bị gia tốc kế
Sơ đồ đấu nối thiết bị
Hình 26. Gia tốc kế
Giá trị hiển thị thu được là ≈1m/s2 như hình ảnh dưới đây:
2.2.Theo thực tế
Sơ đồ đấu nối thiết bị
Sau khi kích thích rung động vào cảm biến gia tốc có giá trị thu được
Hình 27. Hình ảnh hiển thị trên Quick DAQ
trên máy tính là 1,086 m/s^2 như hình ảnh dưới đây:
32
Như vậy giá trị hiển thị trên thiết bị gia tốc kế và trên phần mềm Quick
DAQ là xấp xỉ bằng nhau, vậy kết quả thu được máy tính và hiển thị trên
phần mềm Quick DAQ là đủ tin cậy và có thể sử dụng cho quá trình thí
nghiệm sau này.
3. Thiết lập thông số trên phần mềm Quick DAQ
Việc hiển thị các tín hiệu vật lý được thực hiện thông qua phần mềm
Quick DAQ, để thu được các dữ liệu với các yêu cầu của bài toán việc ban
đầu chúng ta phải thiết lập các đại lượng, đơn vị, phạm vi đo, set zero...quá
trình đó được thực hiện trực tiếp trên phần mềm cụ thể:
Hình 27. Hình ảnh khởi động Quick DAQ
Khởi động phần mềm:
Chọn thanh panel: Configuration Input Channel Configuration để thiết lập
các lựa chọn các kêch, đại lượng, đơn vị, phạm vi đo... theo sơ đồ đấu nối:
Hình 29. Một số hình ảnh thiết lập Quick DAQ
33
34
Hình 30. Hình ảnh Quick DAQ ở chế độ view
Đóng thanh panel chọn chế độ view các đại lượng hiện các giá trị ngẫu nhiên:
Hình 31. Hình ảnh offset zero Quick DAQ
Kết quả thu được là:
Hình 32. Hình ảnh sau khi offset zero Quick DAQ
Vậy chúng ta phải offset zero các thông số tại cột EU offset:
35
Đến đây quá trình thiết lập các đại lượng, đơn vị, phạm vi đo, set
zero...đã hoàn thành chúng ta có thể sử dụng các dữ liệu thu được trên phần
mềm để tính toán.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ BÌNH LUẬN
36
1. Một số kết quả thử nghiệm hệ thống
Kết quả chạy thử nghiệm được thiết bị đo ghi nhận trong suốt chu trình
máy thực hiện chế độ quay vắt.
Thí nghiệm 1. Tải trọng lệch tâm 2N, thiết lập chế độ vắt ở các tốc độ
khác nhau: 400, 600 và 800 v/p. Kết quả được biểu diễn ở các đồ thị dưới
Hình 33. Phản lực tại các liên kết với tải lệch tâm 2N, tốc độ quay 400 vòng/phút
Ghi chú:
Các ký hiệu: F_lx_1,2 – lực trên lò xo số 1, số 2; F_dp_1,2,3 – lực trên các bộ
giảm chấn.
đây:
A
T
T
Hình 34. Trích phản lực tại các gối trong 3 chu kỳ tại tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
37
Hai đại lượng quan trọng nhất để mô tả rung động đó là tần số và biên độ.
Biên độ mô tả mức độ rung động còn tần số mô tả tốc độ rung động. Với tốc độ
quay n=400 vòng/phút, chu kì dao động của hệ thống treo
khi đó tần số dao động của hệ thống .
Biên độ rung động tại gối giảm chấn 1 là 70.05N, tại gối giảm chấn 2 là 39.75N và
tại gối giảm chấn 3 là 25.13N.
Hình 35. Đồ thị lực tác dụng lên lò xo 1 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800 vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
Đồ thị tổng hợp phản lực tại các gối ứng với các tốc độ quay khác nhau:
Hình 36. Đồ thị lực tác dụng lên lò xo 2 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
Hình 37. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 1 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
38
Hình 38. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 2 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
Hình 39. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 3 ứng với 3 tốc độ quay 400, 600, 800
vòng/phút, tải trọng 2N trong giai đoạn quay ổn định
39
40
Thí nghiệm 2. Tải trọng lệch tâm 4N, thiết lập chế độ vắt ở các tốc độ
khác nhau: 400, 600 và 800 v/p. Thí nghiệm 3. Tải trọng lệch tâm 7N, thiết
lập chế độ vắt ở các tốc độ khác nhau: 400, 600 và 800 v/p.
Với tốc độ quay 400 vòng/phút, lực tại các gối giảm chấn ứng với tải khác nhau:
Hình 40. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 1 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút,các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn định
Hình 41. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 2 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn định
Kết quả được biểu diễn ở các đồ thị dưới đây:
Hình 42. Đồ thị lực tác dụng lên Damper 3 ứng với tốc độ quay 400 vòng/phút, các
tải trọng 0N, 2N, 4N, 7N trong giai đoạn quay ổn
Thí nghiệm 3. Thay thế 1 trong các giảm chấn mới bằng giảm chấn cũ đã có dấu
hiệu hư hỏng nhằm đánh giá hệ thống khi sử dụng giảm đã xuống cấp. Dưới đây là
một số đồ thị thể hiện sự thay đổi lực tại các gối khi sử dụng giảm chấn mới và
giảm chấn đã qua sử dụng ứng với tải 2N, tốc độ quay 400 vòng/phút và tải 7N, tốc
độ quay 600 vòng/phút.
41
- Đồ thị lực tác dụng lên các giảm chấn ở tốc độ quay 400 vòng/phút, tải trọng
2N
Hình 43. Đồ thị lực tác dụng lên các giảm chấn ở tốc độ quay 400 vòng/phút,
tải trọng 2N
42
- Đồ thị lực tác dụng lên các giảm chấn ở tốc độ quay 600 vòng/phút, tải trọng
7N
Hình 44. Đồ thị lực tác dụng lên các giảm chấn ở tốc độ quay 600 vòng/phút,
tải trọng 7N
43
Từ đồ thị so sánh phản lực tại gối đỡ các bộ giảm chấn đo được ở cùng 1
chế độ làm việc như các hình trên đây, cho thấy: với phản lực ở các giảm
chấn đã có dấu hiệu hỏng (được mô tả bởi các đường dpx_o) có giá trị chỉ
bằng khoảng 70-75% so với phản lực ở các giảm chấn mới (được mô tả bởi
các đường dpx_n). Điều này cũng phản ánh vấn đề thực tiễn sử dụng của máy
44
giặt đã cũ, xuống cấp ở các bộ giảm chấn thường bị rung động bất thường do
khả năng hấp thụ năng lượng dao động kém, dẫn đến năng lượng dao động
được truyền ra thành máy giặt tại các lò xo treo ở vị trí cao so với chân đế
tăng, làm cho rung động thành máy giặt tăng, thậm chí phát sinh hiện tượng
máy giặt di chuyển trên sàn. Trên thực tế, một số nhà sản xuất máy giặt đã
loại bỏ hệ thống treo cao và chuyển thành lò xo đỡ (chịu nén) bố trí ở phần
đáy máy giặt nhằm khắc phục hiện tượng này.
- Hệ thống đã có thể đo lường được đồng thời tất cả các phản lực liên kết
2. Đánh giá hệ thống
giữa lồng giặt với khung máy giặt với tốc độ đáp ứng có thể cài đặt tùy ý từ
0.15Hz đến 10kHz. Toàn bộ việc thiết lập hệ thống đo và cách xuất dữ liệu
được thực hiện bằng phần mềm dễ dàng.
- Độ chính xác tính toán của hệ thống đo phụ thuộc vào độ chính xác của
Loadcell MT1041 và MT1260 có độ sai lệch tổ hợp là 0,01% (bao gồm
độ phi tuyến và độ trễ cơ 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 và chuyển đổi dữ liệu DT9806, DAC và ADC 16 bit, độ sai
lệch toàn dải từ 0,01% (ở hệ số khuếch đại =1 đến 0,04% ở hệ số khuếch đại 500).
Ở đây ta sử dụng hệ số khuếch đại = 1 [11].
các phần tử trong hệ thống đo. Cụ thể là:
- Độ chính xác và độ tin cậy thực tế của hệ thống được thể hiện trong
phần calip hệ thống đo và thu thập dữ liệu trên máy tính và phù hợp với độ
chính xác tính toán.
45
- Khả năng mở rộng hệ thống đo để đo chuyển vị trực tiếp của lồng giặt
bằng các loại cảm biến dịch chuyển tuyến tính, thay vì sử dụng gia tốc kế và
phép lấy tích phân khá dễ dàng nhờ bộ DAQ đã được trang bị.
3. Đánh giá kết quả
- Qua các đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tải trọng lệch tâm, vận tốc quay
với phản lực tại các liên kết ở các chế độ làm việc khác nhau trong phần trên
cho thấy:
Xuất hiện tính mất đối xứng (qua mặt phẳng đối xứng thẳng đứng) về
phản lực giữa giảm chấn đơn bên phải (dp1) và hai giảm chấn bên trái (dp2 và
dp3). Đây là nguyên nhân gây ra tình trạng tuổi thọ giảm chấn bên phải ngắn
hơn so với bên trái nhiều lần trong thực tế. Đây cũng có thể là một nguyên
nhân đáng kể gây ra rung động của máy giặt, nhất là khi tải trọng không nằm
trên mặt phẳng đối xứng theo chiều ngang của lồng giặt.
Khi một trong các giảm chấn bị mòn (thường bắt đầu với giảm chấn
dp1) đến thời kỳ phải thay thế, do khả năng cản nhờ ma sát ướt suy giảm mà
khả năng hấp thụ xung lực của giảm chấn giảm, dẫn đến xung lực gây rung
động trên các lò xo sẽ tăng, đồng thời làm giảm tính cân bằng về sự tương
quan ban đầu giữa các lực ở các bộ giảm chấn, điều này dẫn đến khả năng
rung động của máy tăng và tiếp tục dẫn đến hiện tượng di chuyển máy giặt
- Kết quả thu được nhờ phần mềm Quick DAQ được xuất rất ra dạng file
trên nền do xuất hiện các thành phần momen lật.
dữ liệu dạng xml hay exel rất thuận tiện cho việc biểu diễn, phân tích và tổng
hợp, phục vụ cho các mục đích khác nhau.
46
KẾT LUẬN
Các nội dung đã thực hiện trong luận văn đã gồm:
- Thiết kế, chế tạo và lắp đặt được thiết bị thí nghiệm đo các đặc tính
rung động cho lồng giặt máy giặt LG WD 8990TDS.
- Đã tiến hành hiệu chuẩn các hệ thống đo của thiết bị, kết quả hiệu
chuẩn hoàn toàn phù hợp với kết quả tính toán dựa trên đặc tính do nhà sản
xuất của thiết bị đã cung cấp.
- Chạy thử nghiệm, kiểm nghiệm thiết bị thí nghiệm đảm bảo hệ thống
đủ độ chính xác, tin cậy cho các nghiên cứu thực nghiệm làm cơ sở cho các
nghiên cứu xây dựng mô hình rung động máy giặt.
- Thử nghiệm xác định các thông số rung động của máy giặt ở một số
chế độ vắt đặc trưng, với tải trọng lệch tâm từ 2-7 N ở các tốc độ 400, 600 và
800v/p. Dữ liệu thu được đã được mô tả dạng đồ thị để thực hiện các bước
phân tích ban đầu nhằm đánh giá về đặc tính rung động của máy giặt.
- Các số liệu thu thập được có thể sử dụng cho các nghiên cứu sâu tiếp
theo về rung và giảm rung cho máy giặt.
Một số hạn chế của luận văn:
- Thiết kế chưa tính đến tính vạn năng, do vậy thiết bị thí nghiệm này chỉ
phù hợp với 1 loại máy giặt. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể phát triển từ nguyên
tắc thiết kế này để áp dụng cho các loại máy giặt khác, trong đó hệ thống đo
hoàn toàn có thể dùng chung, chỉ thay đổi kết cấu hệ thống khung giá.
- Công tác hiệu chuẩn thiết bị (calib) còn tương đối thô sơ do thiếu thiết
bị calibrator chuyên dụng (chuẩn) cho hiệu chuẩn hệ thống đo lực, và đặc biệt
- Thiết bị giả lập tải trọng lệch tâm còn thô sơ, chưa thuận tiện trong vận
là hệ thống đo gia tốc.
hành, đặc biệt là việc thiết lập vị trí của tải trọng này trong lồng quay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
47
[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 của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ, luận văn cao
học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
[5]. Giáo trình sử lý rung đô ̣ng máy, tác giả Nguyễn Thanh Sơn [6]. 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 trong 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
PHỤ LỤC
48
Bản vẽ kèm theo
