Nghiên cứu hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp.PDF

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Mất cân bằng động của chi tiết có chuyển động quay là một trong những nguyên nhân chính gây ra rung động trong máy móc, thiết bị.. Ví dụ các thiết bị HVA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG

TỪ MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã số: 8.52.01.03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS BÙI MINH HIỂN

Phản biện 1: TS LÊ HOÀI NAM

Phản biện 2:TS BÙI HỆ THỐNG

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ (ghi ngành của học vị được công nhận) họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 28 tháng 12 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa , Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Mất cân bằng động của chi tiết có chuyển động quay là một trong những nguyên nhân chính gây ra rung động trong máy móc, thiết bị Các rung động này không những ảnh hưởng đến năng suất mà còn có thể gây hư hại cho máy móc, thiết bị và thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành Thiết bị, máy móc trước khi đưa vào vận hành phải được cân bằng để loại trừ, giảm thiểu rung động

Tuy nhiên có một số thiết bị quay vì đặc tính nên cần phải cách ly sự rung động do

nó gây nên lên nền móng Ví dụ các thiết bị HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí)) hay các máy giặt công nghiệp khi hoạt động luôn gây ra rung động vì vậy cách ly các thiết bị này thông qua bộ giảm rung

là cần thiết Các nghiên cứu về vấn đề tính toán và chế tạo các bộ cách ly rung động hiện nay tại Việt Nam chưa có nhiều Đây là vấn đề được đặt ra để giải quyết trong đề tài có tiêu đề “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG TỪ MÁY GIẶT CÔNG NGHIỆP’’để cách ly rung động cho máy

Mục tiêu nghiên cứu

Hoàn thiện tài liệu thiết kế và chế tạo thiết bị cách ly rung động Thiết bị được chế tạo dựa trên nguyên lý phân tích cân bằng động và cách ly rung động Trong đề tài này, mục tiêu sẽ tính toán thiết kế chế tạo hệ thống cách ly rung động cho thiết bị máy giặt công nghiệp nhằm giảm các rung động lên nền móng

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

Tổng hợp và phân tích các nghiên cứu trong nước và ngoài nước về các hệ thống cách

ly rung động có trên thị trường từ đó đánh giá các ưu nhược điểm của các hệ thống đã

có để lựa chọn phương án nghiên cứu hợp lý

Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để hoàn thiện hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp

Ý nghĩa khoa học và tính thiết thực của đề tài

Nghiên cứu hệ thống cách ly rung động từ máy giặt công nghiệp lên nền móng Như ta được biết: Rung động thường gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho người và máy Rung động và cộng hưởng có thể làm nứt, gẫy các chi tiết máy như đai ốc, bu lông, trục,

… tiếng ồn Kết quả của rung động, tác động đến người vận hành máy trong một thời gian dài có thể gây mờ mắt, ù tai, làm việc kém hiệu quả và một số bệnh nghề nghiệp khác

Rung động không được cách ly sẽ truyền qua bất kỳ vật rắn nào như sàn nhà xưởng, tường, các đường ống… gây ra nhiều thiệt hại

Rung động gia tăng cho thấy hư hỏng đang hoặc sắp xảy ra Mức độ rung động càng tăng thì hư hỏng càng trở nên nghiêm trọng Chính vì vậy, Đề tài nghiên cứu này có ý nghĩa vô cùng quan trọng, việc Nghiên cứu tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống cách

ly rung động cho máy là rất cần thiết

CHƯƠNG 1 : RUNG ĐỘNG VÀ CÁCH LY RUNG ĐỘNG

1.1 Mất cân bằng động và rung động

1.1.1 Mất cân bằng động, rung động

Mất cân bằng động (mất cân bằng) là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây rung động cho các thiết bị, máy có chi tiết quay Nguyên nhân gây rung động là do các chi tiết quay có trọng tâm không đi qua tâm quay của chi tiết Rung động là yếu tố quan trọng được xét đến trong thiết kế máy, đặc biệt đối với các máy có chi tiết quay với tốc

độ cao và cần độ tin cậy cao Cân bằng máy nhằm tránh được tải trọng động tác dụng lên các bộ phận khác trong máy như ổ trục, khớp nối, … đồng thời cũng kéo dài được tuổi thọ của máy nhờ giảm được dạng hỏng do tải trọng động gây ra (phá hủy do mỏi) Mất cân bằng máy do nhiều nguyên nhân khác nhau gây nên, có thể do chi tiết, máy chưa được cân bằng sau khi chế tạo, lắp ráp, cũng có thể do chi tiết quay bị mòn, bị biến dạng do nhiệt trong quá trình vận hành, … Mất cân bằng máy nói chung là vấn đề có hại do vậy cần phải xác định và xử lý

Hình1.1 Tổng quan máy mất cân bằng

1.1.2 Nguyên nhân gây ra mất cân bằng động

Sự mất cân bằng động của máy có chuyển động quay có thể là sự kết hợp của nhiều yếu tố hay một số nguyên nhân phổ biến nhất là : sự không đồng nhất của vật liệu, dung sai chế tạo và lắp rắp hay sự thay đổi vật lý của chi tiết quay khi hoạt động

+ Vật liệu không đồng nhất :

Hình 1.2 Vật liệu không đồng nhất + Dung sai chế tạo và lắp rắp

Hình 1.3 Mất cân bằng do dung sai và lắp rắp + Hay sự thay đổi về vật lý của chi tiết khi hoạt động:

𝑃⃗ qt = m.𝑎 = m.𝑟 ω2 (1)

Trong đó : 𝑃⃗ qt : lực quán tính ly tâm (N)

m : khối lượng mất cân bằng

a : Gia tốc của vật quay (m/s2)

r : Khoảng cách từ khối mất cân bằng đến tâm quay của chi tiết (m)

ω : vận tốc góc của vật quay (rad/s)

1.2.2 Mất cân bằng động :

{

Hình1.7 Mất cân bằng động Ngoài ra còn có mất cân bằng hỗn hợp ( tổng quát gọi là mất cân bằng động )là sự kết hợp của mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng ngẫu lực Mất cân bằng dạng này chỉ có thể được phát hiện bằng máy cân bằng động

Trên thực tế việc cân bằng tĩnh hay cân bằng động có thể tham khảo theo giản đồ bên dưới

Hình1.8 Giản đồ miền cân bằng

Miền I: Vật quay buộc phải cân bằng động

Miền II: Vật quay có thể cân bằng tĩnh hoặc cân bằng động tùy vào độ chính xác yêu cầu khi làm việc

Miền III: Vật quay chỉ cần cân bằng tĩnh

1.2.3 Nguyên lý và thiết bị cân bằng

+ Nguyên lý cân bằng động :

Một chi tiết quay được cân bằng khi đối trọng được gắn lên chi tiết với khối lượng và

vị trí có thể cân bằng với lượng mất cân bằng của chi tiết đó Do vậy, vị trí và khối lượng của đối trọng cần phải được xác định

+ Thiết bị cân bằng: Thiết bị cân bằng động có thể chia làm 2 loại:

Thiết bị cân bằng động di động:

Model 258B Model VIBXPERT II Model N600

Thiết bị cân bằng cố định: Để cân bằng trên thiết bị này, chi tiết quay phải được tháo rời khỏi máy và lắp đặt trên thiết bị cân bằng tại nhà máy/xưởng cân bằng

Một số thiết bị cân bằng cố định trên thị trường :

Hình1.12 Thiết bị cân bằng cố định Model Z5000-G-GV của hãng CEMB

Hình1.13 Thiết bị cân bằng cố định của hãng SCHENCK

Hình1.14 Thiết bị cân bằng cố định của hãng HOFMANN

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CÁCH LY RUNG ĐỘNG

2.1 Phân tích các thiết bị cách ly rung động

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều thiết bị cách ly rung động nhưng chủ yếu có bốn loại vật liệu đàn hồi thường được sử dụng để làm thiết bị cách ly rung đông như : cao su

ở dạng khối vuông hay trụ, kim loại ở dạng lò xo hay đệm lưới, đệm hơi, gỗ xốp hay nỉ

ở dạng nén Sự lựa chọn vật liệu cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào độ lệch tĩnh

và môi trường làm việc (ví dụ : dầu, ăn mòn v.v) phạm vi độ lệch tĩnh thông thường được sử dụng chung cho từng vật liệu trên được hiển thị bằng đồ thị sau

Hình 2.1 Phạm vi ứng dụng của các loại vật liệu khác nhau

2.1.1 Cao su : cao su cách ly có 2 dạng nén ( hình trụ hoặc khối ) và dạng tấm (

tấm đặc hoặc cao su non), cao su có độ cứng động lớn hơn ( bằng 1.3 đến 1.8) so với độ cứng tĩnh nên việc kiểm tra và lấy dữ liệu có thể lấy bất cứ lúc nào

+ Cao su nén (dạng trụ hoặc khối)

Hình 2.2 Cao su dạng trụ hoặc khối

Hình 2.3 Ứng dụng của cao su chống rung

Thông số kỹ thuật của lò xo :

d (đường kính dây) : tham số này cho biết đường kính của dây kim loại được dùng để làm lò xo

S (trục) tham số này tương ứng với đường kính tối đa của trục có thể được đưa vào trong lò xo Dung sai của tham số này là +/- 2% (chỉ định)

Di (Đường kính trong) : đường kính trong của một lò xo được tính bằng cách lấy đường kính ngoài của nó trừ đi hai lần đường kính dây Dung sai khoảng +/-2% (chỉ định)

De (Đường kính ngoài) : đường kính ngoài của một lò xo bằng đường kính trong cộng với hai lần đường kính dây Dung sai khoảng +/- 2%

H (khoảng không) : đây là đường kính tối thiểu của khoảng không gian trong đó lò

xo có thể hoạt động được Dung sai đối với tham số này là +/- 2 % (chỉ định)

P (bước) : khoảng cách trung bình giữa hai vòng xoắn hoạt động liên tiếp của một lò

xo

Lc (chiều dài khi bị nén tối đa) : chiều dài tối đa của lò xo sau khi bị nén hoàn toàn Tham số này nằm ở bên phải trên hiình vẽ Dung sai của tham số này là +/- 15 % (chỉ định)

Ln (chiều dài cho phép) : chiều dài tối đa cho phép sau khi xoắn ở mức tối đa Nếu

độ xoắn quá lớn, lò xo có nguy cơ bị biến dạng (biến dạng không thể phục hồi do lực tác động) Trong đa số các trường hợp, lò xo không có nguy cơ bị biến dạng Ln = Lc +

Sa với Sa là tổng khoảng cách nhỏ nhất trong giới hạn đàn hồi giữa cách vòng xoắn tích cực

L0 (Chiều dài tự nhiên) : chiều dài tự nhiên của lò xo là chiều dài khi lò xo ở trạng thái không bị nén, sau lần nén đầu tiên (nếu cần thiết) Dung sai khoảng +/- 2% (chỉ định)

Số vòng xoắn : tổng số vòng xoắn của lò xo (lò xo trong hình trên có 6 vòng xoắn)

Để tính số vòng xoắn hoạt động, ta lấy tổng số vòng xoắn trừ đi hai vòng xoắn ở hai đầu mút của lò xo

K (Độ cứng) : thông số này quyết định khả năng chịu nén của lò xo Đơn vị tính : 1DaN/mm = 10 N/mm Dung sai khoảng +/- 15% (chỉ định)

+ Lò xo giảm chấn dạng treo :

Hình 2.6 : Lò xo chống rung treo trần

Ứng dụng của lò xo chống rung treo trần :

Lò xo chống rung treo trần được lắp đặt cho hệ thống điều hòa trung tâm

Hình 2.7 : Ứng dụng của lò xo chống rung treo trần

+ Lò xo chống rung giảm chấn :

Hình 2.8 : Lò xo chống rung giảm chấn

Ứng dụng của lò xo chống rung có giảm chấn:

Lò xo chống rung và giảm chấn được sử dụng để chống rung động có biên độ cao gây

ra do các thiết bị cơ khí có trọng lượng vừa với tốc độ vận hành khoảng 1200v/p gắn trên sàn hoặc nhịp sàn với kết cấu ngắn ở nhưng nơi cần yên tĩnh và giảm tiếng ồn Lò

xo loại này thường được sử dụng để chống rung cho máy cơ khí, máy công nghiệp, hệ thống điều hòa trung tâm, máy giặt cỡ lớn …, đòi hỏi giảm chấn tốt hơn và chịu ít chuyển động hơn so với lò xo chống rung dạng đứng độc lập

Buồng xếp Buồng gấp Hình 2.11 Đệm hơi

+ Đệm hơi giảm xóc :

Hình 2.12 Đệm hơi giảm xóc

Hình 2.13 Ứng dụng của đệm hơi giảm xóc trong ô tô

hệ thống cách ly này đã sử dụng nguyên lý truyền lực

Trong cách ly chuyển động, rung động của hệ cơ khí được được hấp thụ bởi bộ cách

ly nhờ sự linh hoạt và khả năng tiêu chấn của nó để giảm được rung động truyền đi Trong trường hợp này, nguyên lý về khả năng truyền chuyển động được sử dụng Vấn đề thiết kế trong cả hai trường hợp trên là lựa chọn thông số áp dụng cho bộ cách

ly sao cho rung động của hệ thống nằm trong dải tần số cho phép (dải tần số hoạt động của thiết bị)

Theo nghiên cứu về khả năng truyền lực và truyền động (Chapter 3, Vibration: Fudamental and Pratice, Clarence W de Silva, Boca Raton: CRC Press LLC, 2000) có thể tóm tắt sơ đồ mô hình cách ly lực và cách ly chuyển động như Hình 2.15a và 2.15b Trong sơ đồ mô hình cách ly lực (Hình 2.15a), f(t) là lực rung động do nguồn rung động gây ra Trong bộ cách ly, hệ thống nguồn tạo (với trở kháng Zm) ra chuyển động

có cùng tốc độ với bộ cách ly (với trở kháng Zs) Có thể thấy đây là sự kết nối song song trở kháng, vì vậy lực f(t) bị chia ra và một phần của nó bị chiếm bởi đường quán tính (đường nét dứt) của Zm, và phần còn lại truyền đến cấu trúc hỗ trợ của hệ thống cách

ly Do vậy khả năng truyền lực được biểu diễn như sau:

𝑇𝑓 =𝑓𝑠

𝑓 = 𝑍𝑠

𝑍 𝑚 +𝑍 𝑠 (2)

Trong sơ đồ mô hình cách ly chuyển động (Hình b), rung động v(t) của nguồn tác động lên hệ thống cách ly (với trở kháng Zs và khối lượng Ms) để cách ly hệ thống (với trở kháng Zm và khối lượng Mm) Giả định lực truyền trực tiếp từ bộ cách ly đến hệ thống được cách ly, do đó 2 hệ này được kết nối thành chuỗi Do vậy, khả năng truyền động được xác định như sau:

 b là độ nhớt của giảm chấn, k độ cứng của lò xo như mô hình bên dưới;

= 0,2)

Từ các số liệu trên, ta có thể tính toán các thông số như sau:

Tần số của thiết bị :

𝑓𝑛 =𝜔𝑛2𝜋 =

2𝜋 𝑛60.2𝜋 =

440

60 = 7,33 𝐻𝑧 Bước đầu tiên cần phải thiết kế bộ cách ly với tỷ lệ giảm chấn tới hạn  Bởi vì khi động

cơ có tốc độ thay đổi và tần số quay thay đổi theo thời gian trong quá trình khởi động, thì bộ cách ly phải được lựa chọn khuyếch đại không quá 90% (T = 0,1) lúc cộng hưởng, động cơ không hoạt động ở gần tần số cộng hưởng Thay giá trị T = 0,1 vào công thức:

𝜁 ≈ 0,5√ 1

|𝑇2− 1|= 0,5√

1(0,12− 1)= 0,0502 Theo nghiên cứu Barry 1993 ta có mối quan hệ:

T =√ 1+(2ϛ𝛽)2(1−𝛽2)2+ (2𝜍𝛽)2 , 𝛽 ≡ 𝜔/𝜔𝑛 = f / f n

Trong đó f tần số riêng

Thay = 0.0502 và T = 0.2 vào công thức trên và xác định được β = 2.4792

Tần số riêng tính được:

f = f n / β = 7,33/ 2.4792= 2,96 Hz

Sử dụng hệ thống cách ly rung động truyền từ máy giặt lên nền xưởng bằng 4 bộ lò

xo và giảm chấn, do vậy khối lượng đặt trên mỗi bộ lò xo và giảm chấn được xác định như sau:

Tính các thông số lò xo dựa trên công thức sau

mm Do vậy, chọn lò xo có các thông số: d = 17 (mm), D = 80 (mm), có 5 vòng chịu biến dạng và 2 vòng ở đầu lò xo

Đối với độ nhớt giảm chấn b, ta tiến hành chọn bộ giảm chấn thủy lực đảm bảo tổng

hệ số b đã tính như trên với thông số kỹ thuật như sau

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Để mô hình hóa máy giặt thực tế, ta tiến hành thiết kế mô hình có các thông số như máy thật để tiến hành mô phỏng và đo khi lắp đặt trên hệ thống cách ly rung động Hệ thống cách ly rung động sẽ bao gồm 4 lò xo và các giảm chấn nhằm giảm rung động do thiết bị truyền lên nền xưởng

3.1 Mô hình máy giặt

1: Đế máy 2 : Khối lượng mất cân bằng

3 :Bu ly 4 : Đai thang 5 : Động cơ

Hình 3.1 – Mô hình máy giặt mô phỏng chế độ vắt (không có hệ thống cách ly)

3.2 Hệ thống cách ly rung động

Trên cơ sở lò xo và giảm chấn đã chọn được từ tính toán trong chương trước, ta tiến hành thiết kế 4 cụm của hệ thống cách ly, mỗi cụm gồm: lò xo và giảm chấn thủy lực như Hình

Hình 3.2 Các chi tiết của bộ cách ly

3.3 Mô hình mô phỏng hệ thống cách ly rung động cho máy giặt

Kết nối các cụm cách ly vào mô hình máy giặt, ta được hệ thống bao gồm máy giặt đặt trên hệ thống cách ly rung động như hình

Hình 3.3: Thiết kế mô hình thực nghiệm

1 : mặt bích đế 2 : lò xo 3 : đế quán tính 4 : Khối mất cân bằng

5 : Buly 6 : Đai thang 7 : Động cơ 8 : mặt bích trên

9 : pittông

3.4 Chế tạo mô hình

Dựa trên cơ sở bản vẽ thiết kế, các bộ phận được chế tạo và kết nối với nhau tạo thành

hệ bao gồm máy và hệ thống cách ly như Hình 3.5 và hình 3.6

Hình 3.4 Bộ cách ly rung động

Hình 3.5 Tổng quan mô hình thực nghiệm HT cách ly rung động

3.5 Kết quả đo thực nghiệm và phân tích số liệu

Thiết bị đo gồm:

Sử dụng máy đo dao động SKF Microlog GX đo thực nghiệm hệ thống trong 02 trường hợp:

 Trường hợp 1: Mô hình mô phỏng máy giặt được gắn trực tiếp trên nền xưởng

 Trường hợp 2: Mô hình mô phỏng máy giặt được đặt trên hệ thống cách ly

Vị trí cảm biến được gắn trên đế gắn trực tiếp trên nền xưởng để đo rung động cho

cả 02 trường hợp Trong quá trình máy hoạt động, ta tiến hành đo ở 4 góc ở vị trí đế gắn trên nền xưởng

Hình 3.6: Máy đo dao động SKF Microlog GX

Kết quả đo thực nghiệm:

 Trường hợp 1 : Mô hình mô phỏng máy giặt được gắn trực tiếp trên nền

xưởng

Hình 3.7: Đo thực nghiệm máy được gắn cố định trên sàn