Luận án tiến sĩ mô hình hóa và phân tích động lực học máy giặt lồng ngang

Mục đích nghiên cứu của luận án Xây dựng được mô hình động lực cho máy giặt lồng ngang trong cả hệ tọa độ phẳng và hệ tọa độ không gian, đồng thời đánh giá được ảnh hưởng của các thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HOA

MÔ HÌNH HÓA VÀ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC

MÁY GIẶT LỒNG NGANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN-NĂM 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HOA

MÔ HÌNH HÓA VÀ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC

MÁY GIẶT LỒNG NGANG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Ngô Như Khoa

THÁI NGUYÊN-2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan mọi kết quả nghiên cứu của luận án: “Mô hình hóa và phân tích động lực học máy giặt lồng ngang” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi

dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Ngô Như Khoa Các kết quả, số liệu tính toán trong luận án là trung thực, không sao chép của bất kì ai hay nguồn nào (trừ những điểm được trích dẫn)

Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2021

LỜI CẢM ƠN

Luận án “Mô hình hóa và phân tích động lực học máy giặt lồng ngang”

được thực hiện tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Người đầu tiên nghiên cứu sinh muốn được bày tỏ sự kính trọng và lòng biết

ơn sâu sắc đó là PGS.TS Ngô Như Khoa - người đã truyền cho nghiên cứu sinh cảm hứng và niềm say mê với kỹ thuật Nếu không có sự tận tình hướng dẫn cũng

như sự động viên khích lệ của Thầy, luận án này có lẽ đã không thể hoàn thành Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng đào tạo, Khoa

Cơ khí, Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, Bộ môn Cơ học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả các thành viên trong gia đình đã luôn đồng hành, cảm thông, sẻ chia và là chỗ dựa vững chắc cho nghiên cứu sinh trong thời gian qua

Cuối cùng, nghiên cứu sinh gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án này

Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2021

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC KÝ HIỆU ii

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Giới thiệu về máy giặt 5

1.2 Tổng quan các công bố khoa học 9

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước 9

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước 9

1.2.2.1 Về xây dựng mô hình động lực hệ thống treo 9

1.2.2.2.Về cách thức kiểm soát rung động 17

1.3 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG TREO MÁY GIẶT LỒNG NGANG 27

2.1 Cơ sở lý thuyết 27

2.1.1 Động lực học hệ nhiều vật 27

2.1.1.1 Xác định vị trí của vật rắn trong không gian 27

2.1.1.2 Xác định vận tốc góc của vật rắn 29

2.1.1.3 Xác định vị trí, vận tốc, gia tốc của một điểm bất kì thuộc vật 30

2.1.1.4 Các phương trình vi phân chuyển động của vật rắn 31

2.1.2 Lực cản 31

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống treo máy giặt lồng ngang 35

2.2.1 Cấu tạo hệ thống treo máy giặt lồng ngang 35

2.2.2 Nguyên lý làm việc 36

2.3 Mô hình vật lý của hệ thống treo 36

2.3.1 Đặc tính của phần tử đàn hồi 37

2.3.2 Đặc tính của phần tử giảm chấn 39

2.3.3.Đặc tính của phần tử quán tính 49

2.3.4.Đặc tính của phần tử kích thích rung động 50

2.4 Xây dựng mô hình động lực của hệ thống treo 52

2.4.1 Xây dựng mô hình không gian (Mô hình 1) 52

2.4.2 Xây dựng mô hình động lực đối với hệ thống treo chuyển động phẳng 61

(Mô hình 2) 61

2.4.3 Mô hình phẳng hai bậc tự do (Mô hình 3) 68

2.4.4 Biểu diễn Simulink của các mô hình 69

2.4.4.1 Sơ đồ Simulink 69

2.4.4.2 Một số kết quả của chương trình mô phỏng 73

2.5 Kết luận chương 2 80

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ĐO RUNG ĐỘNG ĐÁNH GIÁ KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỆ THỐNG TREO MÁY GIẶT LỒNG NGANG 81

3.1 Mô hình thực nghiệm đo rung động 81

3.1.1 Hệ thống khung đỡ 81

3.1.2 Hệ thống thiết bị đo 82

3.1.2.1 Sơ đồ khối các hệ thống đo và xử lý tín hiệu 82

3.1.2.2 Các dụng cụ đo và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng trong hệ thống 84

3.1.3 Xây dựng chương trình xác định các thông số rung động 86

3.1.3.1 Chương trình đo, xác định phản lực gối đỡ và dịch chuyển lồng giặt 86

3.1.3.2 Chương trình đo, xác định gia tốc 88

3.2 Đo đặc tính rung động của hệ thống treo 93

3.2.1 Thiết lập các thông số thí nghiệm 93

3.2.2 Kết quả thực nghiệm 101

3.3 Kiểm chứng mô hình động lực của hệ thống treo 103

3.4 Kết luận chương 3 109

CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO

ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA THÂN VỎ MÁY GIẶT LỒNG NGANG 111

4.1 Hệ phương trình cân bằng của thân vỏ máy 111

4.2 Ảnh hưởng của một số thông số hệ thống đến rung động của vỏ máy 113

4.2.1 Ảnh hưởng của vị trí kết nối giảm chấn với vỏ máy 113

4.2.2 Ảnh hưởng của số lượng giảm chấn 117

4.3 Kết luận chương 4 120

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 122

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

PHỤ LỤC 131

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VWM Vertical Washing Machine Máy giặt lồng đứng

HWM Horizontal Washing Machine Máy giặt lồng ngang 2D two-dimensional model Mô hình hai chiều

3D three-dimensional model Mô hình ba chiều

LVDT Linear Variable Differential

Transformer sensor Cảm biến đo dịch chuyển

DAQ Data Acquisition System Hệ thống thu thập dữ liệu

RPM Revolutions per minute Số vòng quay/phút

magneto-rheological damper

Thiết bị giảm chấn từ tính –

lưu biến

DANH MỤC KÝ HIỆU

nguyên Đơn vị

LS, LD Chiều dài lò xo, chiều dài thiết bị giảm chấn m

L0S, L0D Chiều dài ban đầu của lò xo, thiết bị giảm chấn m

∆LS, ∆LD Độ biến dạng của lò xo, thiết bị giảm chấn

1 Góc lệch phương hướng kính tại điểm kết nối lò

xo với lồng chứa so với phương ngang rad

 2 Góc lệch phương hướng kính tại điểm kết nối

giảm chấn với lồng chứa so với phương ngang rad

FRS, FLS Lực đàn hồi của lò xo phải và lò xo trái N

FRD, FLD Lực cản của thiết bị giảm chấn phải và trái N

Fmx, Fmy, Fmz Lực kích thích của khối lệch tâm theo phương

 RD,  LD Góc lệch của thiết bị giảm chấn với phương ngang rad

 RS,  LS Góc lệch của lò xo với với phương ngang rad

 Dx,  Dy,  Dz Góc chỉ hướng của thiết bị giảm chấn rad

 Sx,  Sy,  Sx Góc chỉ hướng của lò xo rad

A C, [aij] Ma trận chuyển của phép biến đổi tọa độ

Ftt Giá trị lực giảm chấn tính theo lý thuyết N

Ftn Giá trị lực giảm chấn xác định từ thực nghiệm N

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vòng tròn Sinner - các nhân tố chính tác động đến quá trình giặt 5

Hình 1.2 Máy giặt lồng đứng 6

Hình 1.3 Máy giặt lồng ngang 7

Hình 1.4 Mô hình HWM của D.C Conrad 10

Hình 1.5 Mô hình động lực do Aldrin và cộng sự xây dựng 11

Hình 1.6 Mô hình hệ thống treo trong nghiên cứu của Bascetta 12

Hình 1.7 Mô hình động lực hệ thống treo trong nghiên cứu của Hee-Tae Lim và cộng sự 15

Hình 1.8 Mô hình động lực do Thomas Nygårds và cộng sự xây dựng 16

Hình 1.9 Nguyên lý làm việc của thiết bị cân bằng chất lỏng 18

Hình 1.10 Mô hình máy giặt và khoang chất lỏng cân bằng của Leonardo Urbiola Soto 19

Hình 1.11 Mô hình của T.C Chan 20

Hình 1.12 Dịch chuyển của robot trong thiết bị cân bằng của Min Gyu Jo 21

Hình 1.13 Kết cấu giảm chấn MR 22

Hình 2.1 Vật rắn trong không gian 27

Hình 2.2 Minh họa một số mô hình ma sát [67] 33

Hình 2.3 Mặt sau của máy giặt 35

Hình 2.4 Lò xo sử dụng trong hệ thống treo của HWM 37

Hình 2.5 Biến dạng của lò xo 37

Hình 2.6 Đo đặc tính của lò xo 38

Hình 2.7 Lực đàn hồi tuyến tính và lực đàn hồi phụ thuộc góc treo 39

Hình 2.8 Thiết bị giảm chấn trong hệ thống treo máy giặt lồng ngang 39

Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm 40

Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm đo đặc tính cản của thiết bị giảm chấn 40

Hình 2.11 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 41

Hình 2.12 Cấu trúc chương trình điều khiển 42

Hình 2.13 Giao diện của chương trình điều khiển trên Labview 43

Hình 2.14 Can nhiễu lên tín hiệu vận tốc thu trực tiếp từ encoder động cơ 44

Hình 2.15 Cửa sổ phần mềm hiển thị kết quả đo lực và vận tốc theo thời gianở dải

tốc độ 144 - 192 mm/s 44

Hình 2.16 Đồ thị quan hệ lực – vận tốc của thiết bị giảm chấn 46

Bảng 2.3 Hệ số của phương trình (2.24) 46

Hình 2.17 Sơ đồ khối của thuật toán DE 47

Hình 2.18 Đồ thị đường cong lực – vận tốc của thiết bị giảm chấn 48

Hình 2.19 Các thành phần của hệ thống treo 49

Hình 2.20 Sơ đồ lực tác dụng lên vật phẩm giặt 51

Hình 2.21 Phác thảo vị trí tải trọng các giai đoạn của quá trình giặt 51

Hình 2.22 Mô hình không gian của hệ thống treo HWM 53

Hình 2.23 Vị trí của tải trọng lệch tâm trong hệ tọa độ Cxyz 56

Hình 2.24 Sơ đồ tính lực đàn hồi của lò xo 57

Hình 2.25 Sơ đồ tính lực giảm chấn của thiết bị giảm chấn 58

Hình 2.26 Mô hình hệ thống treo phẳng 62

Hình 2.27 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo phải 63

Hình 2.28 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của lò xo trái 64

Hình 2.29 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của giảm chấn phải 66

Hình 2.30 Sơ đồ 2D phi tuyến hình học của thiết bị giảm chấn trái 67

Hình 2.31 Sơ đồ Simulink cho cơ hệ không gian của hệ thống treo HWM 71

Hình 2.32 Sơ đồ Simulink cho mô hình phẳng của hệ thống treo HWM 72

Hình 2.33 Lực và mômen xoắn kích thích (zu=0.1m) 75

Hình 2.34 Đồ thị phản lực động lực của lò xo và giảm chấn ((zu=0.1m)) 76

Hình 2.35 Đồ thị chuyển dịch và góc lắc (zu=0.1m) 77

Hình 2.36 Đồ thị chuyển dịch, quỹ đạo điểm tâm và góc lắc (zu=0.0m) 78

Hình 2.37 Đồ thị các phản lực động lực của lò xo và giảm chấn (zu=0.0m ) 79

Hình 3.1 Hệ thống khung đỡ thay thế vỏ máy giặt 81

Hình 3.2 Vị trí lắp đặt cảm biến lực 82

Hình 3.3 Vị trí lắp đặt cảm biến chuyển dịch và gia tốc 83

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo 83

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối các thiết bị 83

Hình 3.6 Cảm biến loadcell model MT 1041- 100 84

Hình 3.7 Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04 và sơ đồ khối của thiết bị 84

Hình 3.8 Chức năng bộ ghép nối các mô-đun SCC, NI SCC-68 85

Hình 3.9 Thiết bị ghép nối DAQ 85

Hình 3.10 Thông số kỹ thuật K-Shear 8702B50M 85

Hình 3.11 Thiết bị khuếch đại chuyển đổi tín hiệu ADLINK USB-2405(G) 86

Hình 3.12 Cảm biến LVDT 86

Hình 3.13 Thiết lập các cổng vào trên DAQ USB-6251 87

Hình 3.14 Thiết lập bộ lọc thông thấp cho các tín hiệu vào 87

Hình 3.15 Thiết lập hệ thức quy đổi tín hiệu (dữ liệu) sang số liệu đo 88

Hình 3.16 Thiết lập các kênh AI0-AI3 cho giao diện thu thập dữ liệu từ các gia tốc kế trên U-Test 90

Hình 3.17 Dữ liệu thu thập được trên 04 gia tốc kế được hiển thị trên U-Test 91

Hình 3.18 Dữ liệu gia tốc gốc (hình trái), dữ liệu qua bộ lọc thông số thấp FIR, tần số cắt 50Hz (hình phải) của 4 kênh gia tốc kế 92

Hình 3.19 Khối lượng lệch tâm giả lập 93

Hình 3.20 Giao diện thiết lập các chế độ, thông số đo lường và hiển thị, giám sát kết quả đo 94

Hình 3.21 LVDT 1, 2 - Số liệu dịch chuyển theo 2 phương x (LVDT 2) và y (LVDT 1) trong toàn thời gianvà trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 600 vòng/phút) 95

Hình 3.22 Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 600 vòng/phút) 96

Hình 3.23 Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giâytại giai đoạn ổn định (N=600 vòng/phút) 97

Hình 3.24 LVDT 1, 2 - Số liệu dịch chuyển theo 2 phương x (LVDT 2) và y (LVDT 1) trong toàn thời gianvà trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 800 vòng/phút) 98

Hình 3.25 Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giây tại giai đoạn ổn định (N = 800 vòng/phút)

99

Hình 3.26 Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời gian và trích xuất trong 1 giâytại giai đoạn ổn định (N=800 vòng/phút) 100

Hình 3.27 Biểu đồ % sai lệch so với thực nghiệm của chuyển dịch theo phương x và y 104

Hình 3.28 Biểu đồ đánh giá mức độ sai lệch so với thực nghiệm của biên độ lực đàn hồi lò xo bên trái và bên phải 105

Hình 3.29 Biểu đồ đánh giá mức độ sai lệch so với thực nghiệm của biên độ lực cản các giảm chấn 105

Hình 3.30 Đồ thị chuyển dịch theo phương x và y của mô hình 2 và 3 107

Hình 3.31 Đồ thị lực cản của giảm chấn bên phải của mô hình 2 và 3 107

Hình 3.32 Biểu đồ đánh giá mức độ sai lệch biên độ dịch chuyển x và y 108

Hình 3.33 Biểu đồ đánh giá mức độ sai lệch biên độ lực đàn hồi của lò xo phải và trái 108

Hình 3.34 Biểu đồ đánh giá mức độ sai lệch biên độ lực cảncủa giảm chấn phải và trái 108

Hình 4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên vỏ máy 112

Hình 4.2 Đồ thị hàm FD theo vị trí kết nối giảm chấn 114

Hình 4.3 Mô hình cải tiến khi thay đổi vị trí kết nối giảm chấn và sơ đồ bố trí các cảm biến đo gia tốc 115

Hình 4.4 Đồ thị so sánh gia tốc tại điểm Acc3 giữa cấu hình gốc và cấu hình cải tiến 116

Hình 4.5 Đồ thị so sánh gia tốc tại điểm Acc4 giữa cấu hình gốc và cấu hình cải tiến 116

Hình 4.6 Đồ thị quỹ đạo điểm tâm ứng tại tốc độ 118 Hình 4.7 Đồ thị góc lắc với các cấu hình giảm chấn tại tốc độ 610.99 vòng/phút 118 Hình 4.8 Đồ thị góc lắc với các cấu hình giảm chấn tại tốc độ 764.77 vòng/phút 119

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Phân tích dữ liệu tốc độ trong 05 khoảng đầu tiên 45

Bảng 2.2 Các kết quả của dữ liệu quan hệ lực – vận tốc trong chu kì kéo và nén 45

Bảng 2.3 Hệ số của phương trình (2.24) 46

Bảng 2.4.Tính chất hình học và khối lượng của các thành phần hệ thống treo 50

Bảng 2.5 Các thông số hệ thống máy giặt lồng ngang LGWD 8990TDS 73

Bảng 3.1 Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt 101

Bảng 3.2 Chuyển vị và phản lực động lực của chương trình mô phỏng và kết quả thực nghiệm ở chế độ quay vắt 103

Bảng 3.3 Chuyển dịch và phản lực tại các liên kết trong mô hình 2 và mô hình 3 106

Bảng 4.1 Các phản lực động lực 119

Bảng 4.2 Đánh giá các cấu hình giảm chấn theo biểu thức (4.13) và (4.14) 120

MỞ ĐẦU

Vật quay là đối tượng phổ biến trong các hệ thống cơ khí, có thể thấy trong các máy gia công cắt gọt, rôto của động cơ, trục của máy nghiền, lồng quay của máy giặt… Trong quá trình hoạt động, các vật quay tạo ra rung động của hệ thống Nguồn gây ra rung động trên vật quay chủ yếu là do có khối lượng lệch tâm gây nên lực quán tính ly tâm khi quay trong quá trình máy hoạt động Vì vậy, vấn đề đặt bài toán, mô hình hóa và phân tích động lực học vật quay theo hướng tính toán giảm rung động giúp cho các thiết bị làm việc hiệu quả, tăng độ bền của máy, giúp cho môi trường sống thân thiện bằng cách giảm tiếng ồn phát thải luôn là mối quan tâm

và cũng là thách thức đối với các nhà khoa học, nhà sản xuất

Trong nghiên cứu này, đối tượng vật quay cụ thể được lựa chọn là lồng giặt của máy giặt vì đây là thiết bị điện dùng cho gia đình rất phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam Nhu cầu sử dụng máy giặt ngày càng tăng nhanh, đến nay máy giặt trở nên không thể thiếu trong mỗi gia đình hiện đại Trong quá trình cải tiến máy giặt, với yêu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống, các yếu tố chính của máy giặt cần được quan tâm đến bao gồm: giảm năng lượng tiêu thụ và tăng mức

độ thân thiện đối với môi trường (cụ thể: giảm lượng điện nước, giảm thời gian giặt, giảm rung lắc và ồn, ), các yếu tố này có thể cải thiện thông qua thiết kế hệ thống treo

Lực kích thích chủ yếu gây ra rung động cho máy giặt là sự phân bố không đều của quần áo trong lồng giặt tạo nên khối lượng không cân bằng Chu 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 đồ giặt nên hiện tượng rung động xảy ra với biên độ nhỏ Tuy nhiên, trong giai đoạn vắt, hiện tượng rung lắc xảy ra rất mạnh và thay đổi liên tục do lồng giặt quay với tốc độ cao làm cho

đồ giặt 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 mất cân bằng của đồ giặt càng dễ dàng xảy ra hơn do ảnh hưởng của trọng lực Tải trọng lệch tâm này có tính chất rất phức tạp do sự phân bố ngẫu nhiên trên suốt chiều

dài của lồng giặt, đồng thời khối lượng của tải trọng cũng thay đổi theo từng vòng quay

Biên độ dao động của lồng chứa khi rung động có thể gây ra sự va chạm với thành và vỏ máy, gây rung động toàn máy, gây tiếng ồn lớn, thậm chí làm máy di chuyển không mong muốn trên sàn Để giảm biên độ, có thể tăng độ cứng của lò xo

và hệ số cản của giảm chấn Tuy nhiên, khi độ cứng của hệ thống treo 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 Để giải quyết bài toán phân tích đặc tính rung động của máy, làm cơ

sở giải quyết các bài toán thiết kế, vận hành máy giặt tốt hơn, trước tiên cần xây

dựng mô hình mô phỏng hoạt động của máy Do vậy, tác giả chọn vấn đề “Mô hình hóa và phân tích động lực học máy giặt lồng ngang” làm đề tài nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án

Xây dựng được mô hình động lực cho máy giặt lồng ngang trong cả hệ tọa độ phẳng và hệ tọa độ không gian, đồng thời đánh giá được ảnh hưởng của các thông

số hệ thống đến rung động của máy Từ đó đề xuất các chiến lược để kiểm soát và giảm rung động của máy giặt lồng ngang dân dụng trong khi vẫn giữ nguyên chế độ

và đặc tính làm việc

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của nghiên cứu là động lực học và rung động của máy giặt lồng ngang Đề tài sử dụng hệ thống treo máy giặt lồng ngang dân dụng LG-

WD 8990TDS là đối tượng thực để xây dựng mô hình động lực và kiểm nghiệm

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng lý thuyết mô hình hóa, mô phỏng số kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm Trong đó, bài toán mô hình hóa được giải quyết dựa trên các kiến thức nền tảng của cơ học, động lực học hệ thống để thiết lập các phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo Phương pháp mô phỏng số được sử dụng trên phần mềm Matlab/Simulink Các kết quả thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng

mô hình lý thuyết

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu

• Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp thêm một phần nhỏ kiến thức về rung động của vật quay

có hệ thống treo, đặc biệt là bài toán mô hình hóa và phân tích rung động của máy giặt lồng ngang, cụ thể là:

- Làm rõ đặc tính của quan hệ lực-vận tốc trong thiết bị giảm chấn ma sát nửa ướt sử dụng trong hệ thống treo của máy giặt lồng ngang

- Phát triển mô hình toán mô tả được mối quan hệ phi tuyến giữa các đại lượng

độ cứng của lò xo, đặc tính cản của thiết bị giảm chấn, khối lượng của tải trọng lệch tâm, tọa độ các điểm liên kết mềm của hệ thống treo của máy giặt lồng ngang trong

cả không gian hai chiều và ba chiều

Các kết quả thu được của đề tài cũng hình thành cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho các nghiên cứu tiếp sau về máy giặt, đồng thời, có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học về rung động của hệ thống cơ khí

• Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình tính toán động lực học cho máy giặt lồng ngang dân dụng Kết quả thu được có thể áp dụng trực tiếp để xây dựng bài toán điều khiển hoặc ứng dụng giảm rung cho máy bằng hệ thống treo bán chủ động hoặc chủ động

Đề xuất hệ thống treo cải tiến giảm rung động cho máy giặt lồng ngang trong cùng chế độ làm việc

Những đóng góp mới của nghiên cứu

1- Nghiên cứu đã xây dựng được đặc tính ma sát của các thiết bị giảm chấn sử dụng trong máy giặt lồng ngang từ dữ liệu thực nghiệm

2- Xây dựng được mô hình rung động phi tuyến sáu bậc tự do cho hệ thống treo của máy giặt lồng ngang Mô hình đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm 3- Đề xuất một hệ thống treo cải tiến theo hướng giảm rung động cho máy giặt Các kết quả nghiên cứu của đề tài được công bố trên 07 bài báo khoa học, trong đó có 04 bài báo đăng trong tuyển tập thuộc danh mục Scopus, Q4 và 03 bài báo quốc gia trên tạp chí được Hội đồng chức danh Giáo sư Nhà nước tính điểm

Cấu trúc nội dung của nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu gồm: phần Mở đầu, bốn chương và phần Kết luận Phần

Mở đầu trình bày tính cấp thiết, mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

của đề tài Những đóng góp mới của nghiên cứu cũng được giới thiệu tóm tắt trong phần này

Chương 1 trình bày tổng quan tài liệu về xây dựng mô hình toán và cách thức

kiểm soát rung động cho máy giặt lồng ngang

Chương 2 trình bày đặc tính từng thành phần của hệ thống treo máy giặt lồng

ngang; thiết lập mô hình động lực cho máy giặt lồng ngang trong cả trường hợp hai chiều và ba chiều; xây dựng chương trình mô phỏng trong môi trường Matlab/Simulink

Chương 3 xây dựng hệ thống đo rung động của máy giặt trong chế độ thực,

xác định phản lực khớp động tại các điểm kết nối hệ thống treo với vỏ máy theo thời gian thực Kiểm chứng, đánh giá về độ sai lệch của kết quả mô phỏng của mô hình toán đã xây dựng so với kết quả thực nghiệm

Chương 4 trình bày ứng dụng mô hình động lực vào việc đánh giá ảnh hưởng

của các tham số trong hệ thống treo đến rung động của vỏ máy giặt và đề xuất

phương án giảm rung Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị hướng nghiên cứu

tiếp theo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY GIẶT

Máy giặt là thiết bị gia dụng rất phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng máy giặt ngày càng tăng nhanh, cho đến nay máy giặt trở thành một thiết bị không thể thiếu trong mỗi gia đình hiện đại Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy giặt là xoay đảo đồ giặt liên tục trong dung dịch chứa chất tẩy để hòa tan bụi bẩn Khi đó, bề mặt đồ giặt phát sinh tương tác ma sát với nhau, đồng thời

có sự tác động va đập của nước kết hợp cùng chất tẩy, làm cho các vết bẩn sẽ được loại bỏ khỏi sợi vải Quá trình giặt diễn ra dưới dạng các chu kì phức hợp liên quan đến sự tương tác, ảnh hưởng của cả vật lý và hóa học Quá trình giặt được miêu tả như một hàm của nhiều biến khác nhau: nhiệt độ giặt, thời gian thực hiện chu trình giặt, loại chất giặt tẩy, tác động cơ học – tạo thành vòng tròn Sinner [1] Trong đó, tác động cơ học thường được máy giặt kiểm soát thông qua thời gian giặt, tốc độ quay và nhịp đảo chiều

Hình 1.1 Vòng tròn Sinner - các nhân tố chính tác động đến quá trình giặt Với nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình, ước tính mỗi ngày trên thế giới có tới hàng trăm triệu lượt giặt Điều này tác động rất lớn đến môi trường do tiêu thụ nước và năng lượng, gây rung động, phát ra tiếng ồn, thải hóa chất tẩy rửa vào các hệ thống thoát và xử lý nước thải, … khi quá trình giặt diễn ra Có hai cách

để giảm các tác động tiêu cực này: (1) cải tiến thiết kế của máy nhằm giảm lượng tiêu hao nước và điện năng, giảm rung, giảm ồn; (2) cải thiện công thức chất tẩy rửa

để đạt yêu cầu làm sạch vải ở nhiệt độ thấp và thân thiện với môi trường

Tác động cơ học

Tác động hóa học

Thời gian

Nhiệt độ

Máy giặt dân dụng có hai cấu hình, gồm: máy giặt lồng đứng (còn gọi là máy giặt cửa trên), máy giặt lồng ngang (còn gọi là máy giặt cửa trước) Mỗi loại đều có những ưu điểm, hạn chế riêng, được phân tích tóm tắt như dưới đây

Máy giặt lồng đứng (VWM) là loại máy giặt có lồng giặt bố trí thẳng đứng

trong bồn nước kín (Hình 1.2a) Đồ giặt lơ lửng trong nước và được khuấy đảo nhờ bánh công tác đặt ở dưới đáy lồng giặt (Hình 1.2b) hoặc trục khuấy nằm ở trung tâm của lồng giặt (Hình 1.2c) Loại máy có bánh công tác phía dưới được sử dụng phổ biến ở Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc Loại máy có trục khuấy được sử

dụng phổ biến ở Mỹ và Canada

Hình 1.2 Máy giặt lồng đứng VWM có những ưu điểm nổi bật như: cửa máy giặt nằm ở phía trên; giá thành

rẻ, dễ thay thế linh kiện khi máy bị hỏng; dễ sử dụng; có thể đặt được trong không gian nhỏ và hẹp; có khả năng thêm hoặc bớt đồ giặt trong quá trình máy hoạt động

mà không phải hủy cả chu trình Tuy nhiên, bên cạnh những tính năng ưu việt đó, VWM có nhiều hạn chế [2], [3] được liệt kê sau đây:

- Khả năng chiết tách nước kém trong giai đoạn vắt: do tốc độ quay của máy giặt cửa trên thường chỉ đạt tối đa 600 vòng/phút;

- Xảy ra rung động mạnh trong quá trình máy hoạt động: do đồ giặt là một khối không định hình dẫn đến việc xoay đảo trong quá trình giặt của dòng máy này mang tính cưỡng bức, cho nên khi tăng công suất dễ làm tăng sự rung lắc;

- Để có thể hoạt động, máy giặt cửa trên yêu cầu phải có một lượng nước lớn phủ hết tất cả đồ giặt trong lồng nên tiêu tốn nhiều nước;

- Giảm độ bền của đồ giặt: trong khi giặt, đồ giặt dễ bị xoắn vào nhau dẫn đến tình trạng đồ giặt có thể bị sờn, giãn và không giữ được độ bền như mong muốn

Máy giặt lồng ngang (HWM) là loại máy giặt có lồng giặt được bố trí nằm

ngang trong bồn nước kín (Hình 1.3) So với VWM, HWM có nhiều ưu điểm nổi trội Với thiết kế lồng giặt nằm ngang giúp tăng ma sát giữa đồ giặt và bề mặt lồng giặt trong quá trình máy làm việc làm cho việc chà sát đồ giặt kỹ hơn nên quần áo giặt bằng HWM sạch hơn Cơ chế quay của HWM cho phép máy có thể đạt đến tốc

độ 1400 vòng/phút, lớn hơn tốc độ tối đa cho phép của VWM là 600 vòng/phút, làm tăng khả năng chiết tách nước trong đồ giặt Khi lồng giặt quay, lực hấp dẫn làm cho đồ giặt rơi trở lại phần nước bên dưới, do không bị khuấy xoắn nên đồ giặt được bảo vệ, việc là ủi và sử dụng cũng dễ dàng hơn

Hình 1.3 Máy giặt lồng ngang Ngoài những ưu điểm trên, so với VWM, sử dụng HWM còn mang lại hiệu quả nổi bật về năng lượng Nghiên cứu [4] cho thấy, HWM có công nghệ giặt hiệu quả mà lượng nước tiêu thụ chỉ bằng 1/3 so với VWM

Hạn chế của HWM là giá thành cao, độ bền kém hơn VWM, khi muốn thêm hoặc bớt đồ giặt trong chu trình giặt thì phải hủy cả chu trình Tuy nhiên, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng, việc giảm năng lượng tiêu thụ của các thiết bị trong gia đình trở thành một vấn đề rất quan trọng, HWM trước đây chủ yếu được sử dụng ở Châu Âu thì trong những năm gần đây đã giành được thị phần trong tất cả các khu

vực khác trên thế giới Dù vậy, HWM vẫn tồn tại vấn đề về rung lắc, đây cũng là một vấn đề rất cần quan tâm khi thiết kế, chế tạo máy giặt

Nguyên nhân chủ yếu gây ra rung lắc trong máy giặt là do khối lượng không cân bằng của đồ giặt phân bố trong lồng giặt Chu 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 đồ giặt nên hiện tượng rung động xảy ra có biên

độ nhỏ Còn trong giai đoạn vắt, hiện tượng rung lắc xảy ra rất mạnh và thay đổi liên tục do lồng giặt quay với vận tốc tương đối cao làm cho đồ giặt 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 HWM, hiện tượng không cân bằng của đồ giặt càng dễ dàng xảy ra hơn do ảnh hưởng của trọng lực Trong quá trình làm việc, lồng giặt quét qua tất cả các dải tần số bao gồm các tần số dao động tự nhiên của máy, do

đó biên độ rung động lớn có thể xảy ra do sự cộng hưởng Biên độ dao động lớn có thể gây ra va chạm của bộ phận chuyển động với những phần đứng yên hoặc mài mòn lò xo và các thành phần khác của giảm chấn Để giảm biên độ rung động, người ta có thể sử dụng lò xo có độ cứng lớn Tuy nhiên khi đó, các lực động rất lớn sinh ra khi máy quay sẽ truyền đến vỏ máy giặt và kết quả có thể dẫn đến hiện tượng dịch chuyển (walking) của máy, tức là máy có thể tự nhảy cóc trên sàn Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các loại máy giặt mới đã và đang ngày càng được hoàn thiện, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của cuộc sống hiện đại Các tính năng được quan tâm cải tiến bao gồm giảm thời gian giặt, giảm rung động

và tiếng ồn Tuy nhiên, để giảm thời gian giặt, máy phải quay với tốc độ quay cao hơn nhưng như vậy sẽ gây ra lực quán tính ly tâm lớn, do đó tăng rung động và tiếng ồn Mặt khác, khi máy giặt làm việc trong điều kiện có tải sẽ xẩy ra chuyển động lên – xuống của đồ giặt gây ra rung động và chuyển dịch không mong muốn của vỏ máy Để đảm bảo máy hoạt động ổn định thì đòi hỏi vỏ máy phải đứng yên trong mọi trường hợp, nghĩa là không được có bất kì dịch chuyển nào so với sàn Khi xem xét tất cả những yêu cầu nói trên, có thể nhận thấy rõ các vấn đề cần phải quan tâm, gồm: (1) lò xo, giảm chấn, vị trí khối lượng lệch tâm và các vị trí kết nối của các thành phần trong hệ thống treo của máy giặt có ảnh hưởng rất lớn đến

sự rung động và ổn định của máy; (2) để có chiến lược giảm rung hiệu quả cho máy giặt, đồng thời tránh được hiện tượng dịch chuyển của vỏ máy thì cần phải phát triển được mô hình động lực học của máy hoàn thiện hơn với các mô hình đã có

1.2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Theo tìm hiểu, thống kê và dựa trên hiểu biết của tác giả, dường như vấn đề nghiên cứu về rung động cũng như giảm rung động cho máy giặt chưa được các nhà khoa học trong nước quan tâm Đến nay, mới chỉ có nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp (TNUT) - Đại học Thái Nguyên thực hiện nghiên cứu về lĩnh vực này [5] Đề tài đã xây dựng được mô hình rung động hai bậc

tự do (2DOF) cho máy giặt, cải tiến thiết kế và thử nghiệm hệ thống giảm rung cho máy giặt lồng ngang dân dụng

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Do máy giặt là sản phẩm của ngành công nghiệp nên nghiên cứu được công bố trong lĩnh vực này không thực sự phổ biến như ở một số lĩnh vực khác (ví dụ như gia công, tạo hình, vật liệu, …) Một phần là do các nghiên cứu nhằm cải tiến sản phẩm máy giặt được tài trợ bởi các nhà sản xuất nên kết quả nghiên cứu được lưu giữ như một bí mật thương mại Tuy nhiên, với cách tiếp cận đối tượng ở các góc

độ khác nhau, một số lựa chọn cụ thể cũng đã được trình bày trong một số công bố khoa học

1.2.2.1 Về xây dựng mô hình động lực hệ thống treo

a) Mô hình phẳng (2D)

Trong các nghiên cứu về máy giặt đã công bố, phần lớn các nghiên cứu tập

trung vào xây dựng mô hình động lực trong không gian hai chiều (2D) C.D

Conrad [6] đã xây dựng các mô hình cơ bản của máy giặt (cả HWM và VWM) để xác định các ràng buộc khi thiết kế máy Mô hình xây dựng trong cả trường hợp có cản và không cản, hệ thống treo gắn ở phía trên và phía dưới lồng chứa (Hình 1.4) Nghiên cứu này đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư thiết kế tới các ràng buộc động lực của hệ thống treo thông qua điều kiện giới hạn về độ cứng của hệ thống Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tham số quan trọng để hệ thống treo ổn định là vị trí của các

thành phần trong hệ thống, tốc độ quay của máy giặt có thể cải thiện được phụ thuộc vào thiết kế hệ thống treo Nếu không có hệ thống treo, máy giặt chỉ có thể đạt được tốc độ quay 200 vòng/phút trong khi máy giặt thực (có hệ thống treo) có thể đạt tốc độ quay 1600 vòng/phút Đồng thời, giảm tải trọng lệch tâm là cần thiết

để hiệu suất của hệ thống treo được cải thiện tại tốc độ quay lớn

Hình 1.4 Mô hình HWM của D.C Conrad [6]

C.D Conrad và Soedel [7] nghiên cứu các dịch chuyển của VWM và HWM bằng cách sử dụng mô hình phẳng đơn giản một bậc tự do Lực cản giữa máy giặt

và mặt sàn sử dụng mô hình ma sát Coulomb, xu hướng dịch chuyển của VWM và HWM trong khi vận hành được so sánh với nhau VWM có xu hướng dịch chuyển trong một khu vực giới hạn trong khi HWM có xu hướng dịch chuyển không giới hạn và được quyết định bởi hướng quay của lồng giặt Điều này là do sự khác biệt

cơ bản trong động lực học của hai hệ thống

Trong một nghiên cứu khác, Ahmet Yörükoğlu và Erdinç Altuğ [8] đã đề xuất một cách tiếp cận để đánh giá vị trí và khối lượng của tải không cân bằng Mô hình

mô phỏng của hệ thống được xây dựng và các thí nghiệm khác nhau đã được thực hiện Các thuật toán được đề xuất và phát triển hệ thống thử nghiệm có thể ước tính

vị trí góc của tải không cân bằng với sai số dưới 3% Nhóm nghiên cứu cũng đề xuất cách tiếp cận bằng sử dụng logic mờ và mạng nơron nhân tạo để có được ước tính nhanh và chính xác vị trí và khối lượng tải không cân bằng [9]

Một mô hình động lực 2D của HWM để kiểm tra các đặc tính dao động của chu trình quay và đề xuất cải thiện thiết kế hệ thống treo dựa trên kết quả tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (GA) đã được thực hiện bởi Pınar Boyraz và Mutlu

Gündüz [10] Mô hình động lực được mô phỏng số và các kết quả đã được kiểm

chứng bằng thực nghiệm Nghiên cứu đã đóng góp một phương pháp cải tiến thiết

kế mới bằng cách ứng dụng GA để tối ưu hóa độ cứng của lò xo và hệ số cản của thiết bị giảm chấn ma sát nhớt nhằm giảm biên độ rung động của hệ thống treo của HWM

Công trình của nhóm Ibtisam Mahdi Shihab [11] nghiên cứu sự rung động của lồng giặt HWM ở các tốc độ khác nhau Ảnh hưởng của hệ số độ cứng của lò xo, hệ

số giảm chấn và khối lượng lồng giặt với công suất giặt xác định cũng đã được khảo sát Nghiên cứu đạt được về mặt lý thuyết bằng cách gán giá trị tham số khác nhau

để khảo sát ảnh hưởng của các tham số đến hiệu quả cách ly rung động Nghiên cứu cho thấy: (1) việc lựa chọn phù hợp đồng thời hệ số độ cứng của lò xo, hệ số cản và khối lượng lồng giặt có thể làm giảm biên độ rung động, tỉ lệ cải thiện đến 41% tại tốc độ quay 12001400 vòng/phút và 42% tại 1000 vòng/phút; (2) biên độ và vận tố rung động và vận tốc ở phía có hai thiết bị giảm chấn cao hơn so với bên chỉ có một thiết bị giảm chấn Tuy nhiên, mô hình nghiên cứu thực hiện đơn giản, chỉ xem xét chuyển động theo phương thẳng đứng (phương x) và chưa có đánh giá xác nhận mức độ chính xác giữa kết quả lý thuyết với kết quả thực nghiệm

Hình 1.5 Mô hình động lực do Aldrin và cộng sự xây dựng [12]

Aldrin và cộng sự [12] đã đưa ra một tập hợp các biến thiết kế và các ràng buộc cho một mô hình cơ bản của hệ thống treo máy giặt tự động kết hợp cả bộ hấp thụ rung động thụ động và thích nghi Sơ đồ của hệ thống chỉ ra trên Hình 1.5 Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu mới chỉ quan tâm đến rung động theo phương thẳng đứng, lực đàn hồi và lực cản là các hàm tuyến tính nên mô hình nhận được là hệ tuyến tính

Kuo và Wang [13] tập trung vào phân tích lực ly tâm gây ra bởi đồ giặt Khoảng tần số mà máy giặt làm việc được tách thành năm dải khác nhau và chúng được phân tích riêng biệt Nghiên cứu đã thực hiện một hệ thống kiểm soát động cơ của máy giặt, kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm Với mục đích làm cho quy trình giặt linh hoạt hơn, các lệnh servo khác nhau được cung cấp

để có thể tạo ra chuyển động cần thiết

Bascetta và cộng sự [14] đã sử dụng mô hình phẳng ba bậc tự do, như chỉ ra trên Hình 1.6, để mô tả động cơ của máy giặt liên quan đến việc tạo ra mô men xoắn Nghiên cứu cũng đã sử dụng một bộ mã hóa để đo hướng và độ lệch của trống máy giặt và đề xuất một hệ thống điều khiển vòng kín Các quy trình thí nghiệm đơn giản được sử dụng để xác định các thông số cơ học chính của máy Với mục đích đơn giản hóa quy trình điều khiển của máy giặt đối với kiểm soát vận tốc và dễ dàng điều chỉnh bộ điều tốc để giảm thiểu cường độ rung, mô hình động lực xây dựng được khai thác để phân tích hoạt động của máy ở giới hạn ổn định và đề xuất sửa đổi trong thiết kế cơ học

Hình 1.6 Mô hình hệ thống treo trong nghiên cứu của Bascetta [14]

Galal Ali Hassaan đã thực hiện một chuỗi nghiên cứu về phân tích rung động

của HWM và các kết quả đạt được trình bày trong bốn bài báo Bài thứ nhất [15] thiết lập mô hình động lực cho máy giặt trong không gian 2D và nghiên cứu ảnh

hưởng của các thông số khác nhau của máy giặt đến biên độ rung và vận tốc của lồng giặt Nghiên cứu khẳng định các thông số ảnh hưởng đến biên độ rung động của hệ thống treo bao gồm độ cứng lò xo, hệ số cản của thiết bị giảm chấn, khối lượng hệ thống treo và tốc độ quay của lồng giặt Tuy nhiên, mô hình Galal Ali xây dựng là mô hình 2D đơn giản, trong đó lực cản của thiết bị giảm chấn tỉ lệ bậc nhất với vận tốc, góc nghiêng của lò xo và thiết bị giảm chấn là hằng số (nghiêng 45o) Mô hình động lực nhận được là tuyến tính và kết quả nghiên cứu thuần túy về mặt lý thuyết,

chưa có kiểm chứng bằng thực nghiệm Bài thứ hai [16] nghiên cứu lực truyền tới vỏ

máy và hiệu quả cách ly đối với hệ thống treo của HWM Phân tích này nhằm mục đích giảm rung và tiếng ồn gây ra bởi tải trọng mất cân bằng trong chu kỳ vắt của máy giặt Thông qua phân tích các tham số ảnh hưởng tới độ rung như: khối lượng của lồng chứa, độ cứng của lò xo và hệ số thiết bị giảm chấn, có thể kiểm soát sự thay đổi của lực truyền tới vỏ máy và hiệu quả cách ly rung động tương ứng với tốc

độ quay của máy Hiệu quả cách ly được khảo sát ứng với tốc độ quay từ 600 vòng/phút đến 1200 vòng/phút Nghiên cứu cho thấy thông qua việc lựa chọn đúng

các thông số máy giặt có thể tăng hiệu suất cách ly lên khoảng 96% Bài thứ ba [17]

xác định các thông số tối ưu cho hệ thống treo bị động của HWM bằng cách sử dụng hộp công cụ tối ưu hóa (Optimization Toolbox) trong MATLAB Tốc độ quay vắt được sử dụng làm biến đầu vào để giúp nhà thiết kế máy giặt ấn định giá trị thích hợp cho các thông số độ cứng lò xo, hệ số cản và khối lượng lồng giặt với mục đích tăng hiệu quả cách ly và giảm rung Phương pháp này có khả năng tăng hiệu quả cách ly lên trên 97% và giảm vận tốc rung của lồng giặt xuống dưới 14,8

mm/s Bài thứ tư [18] đề xuất một bộ hấp thụ rung động gắn vào lồng giặt Hệ thống

được mô hình hóa và bộ hấp thụ rung động được giả định là có khối lượng và hệ số giảm chấn xác định Độ cứng của thiết bị hấp thụ được điều chỉnh bằng hộp công cụ tối

ưu hóa trong MATLAB Hiệu quả cách ly được sử dụng thông qua việc cô lập lực ly tâm do khối lượng không cân bằng của đồ giặt gây ra trong chu trình vắt của máy giặt

Phương pháp đề xuất có thể giảm tốc độ rung xuống dưới 0,7 mm/s và tăng hiệu suất cách ly lên trên 99,7% Tuy nhiên, các kết quả tính đưa ra trong các nghiên cứu của Galal Ali đều dựa vào mô hình động lực xây dựng trong bài báo thứ nhất, mà mô hình này còn nhiều hạn chế như đã chỉ ra ở trên

b) Mô hình không gian

O.S Türkay và cộng sự [19] đã phát triển một mô hình động lực 3D với 06 bậc

tự do (DOF) cho hệ thống treo của HWM bằng cách sử dụng phương pháp Newton – Euler, sau đó lập chương trình mô phỏng và đánh giá bằng thực nghiệm Mô hình

mô phỏng dự báo biên độ rung động tức thời và trạng thái ổn định theo phương thẳng đứng và phương ngang của lồng giặt với các sai số có thể chấp nhận Các hiện tượng gây ra sự trượt của vỏ máy đã được đánh giá bằng cách sử dụng bốn đầu dò

áp điện Chương trình mô phỏng số được xây dựng dựa trên thuật toán Runge-Kutta

Hee-Tae Lim và cộng sự [21] đã tiến hành phân tích động lực học của HWM

với mục đích tập trung xem xét chuyển động tương đối giữa lồng giặt và lồng chứa trong suốt quá trình máy hoạt động Mô hình toán xây dựng có 6 bậc tự do (Hình 1.7), trong đó có 2DOF biểu diễn cho chuyển động quay quanh trục z, 2DOF biểu diễn chuyển dịch theo phương y và 2DOF biểu diễn sự biến dạng của lồng giặt và lồng chứa, được chuyển đổi sang không gian số phức Phần mềm Matlab được sử

dụng để phân tích chuyển động Tuy nhiên, trong nghiên cứu này mô hình xây dựng phức tạp, không quan tâm đến phân tích giảm rung động cho máy Kết quả nghiên

cứu cho thấy, độ biến dạng của lồng giặt và lồng chứa tỉ lệ thuận với khối lượng lệch tâm, do vậy, nếu máy giặt HWM có độ cứng nhỏ thì sẽ bị mất ổn định khi rung động quá lớn

Hình 1.7 Mô hình động lực hệ thống treo trong nghiên cứu của

Hee-Tae Lim và cộng sự [21]

E Papadopoulos và I Papadimitriou [22] nghiên cứu sự dịch chuyển của máy giặt Trong nghiên cứu này, các tác giả thiết lập một mô hình đơn giản với một bậc tự do để dự đoán hành vi dịch chuyển của HWM Nghiên cứu cho thấy tốc độ quay của máy là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến sự dịch chuyển ngang Thêm vào

đó, nhóm tác giả đã đưa ra hai phương pháp kiểm soát sự ổn định của máy: (i) dựa trên thiết kế với mục đích tăng lực theo phương thẳng đứng để làm giảm sự bất ổn định theo phương ngang; (2) dựa trên điều khiển loại bỏ tính không ổn định khi kết hợp với cân bằng động, cách này sử dụng cảm biến, một bộ vi điều khiển và động

cơ bước để giảm thiểu rung động

Thomas Nygårds và Viktor Berbyuk [23] cũng đưa ra một mô hình động lực của HWM (Hình 1.8) Mô hình này đã được xây dựng bằng cách sử dụng một phương pháp thực nghiệm - lý thuyết bao gồm tích hợp hệ thống nhiều vật Xây dựng mô hình và các tính toán được thực hiện bằng phần mềm thương mại Adams/View từ MSC.Software

Công trình này trình bày một số kết quả nghiên cứu số về rung động của máy giặt với mô hình ma sát khô Coulomb Nhóm nghiên cứu đã tìm ra phương trình chuyển động 3D tích hợp thời gian và có so sánh kết quả với thí nghiệm và mô hình FEM Để giảm thiểu rung động không mong muốn, nhóm tác giả đã sử dụng vành cân bằng Trong một nghiên cứu khác [24], nhóm đã phân tích bài toán ổn định của mô hình động và sử dụng tối ưu hóa Pareto để tối ưu hóa các thông số của hệ thống treo

Hình 1.8 Mô hình động lực do Thomas Nygårds và cộng sự xây dựng [23]

T Argentini và cộng sự [25] phát triển một mô hình số của HWM với 6DOF

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 và hai thiết bị giảm chấn ma sát khô

F Wagner [26] xem xét mô hình cơ học của máy giặt là một hệ thống nhiều vật đàn hồi Theo tính chất phức tạp của các bộ phận máy, các kết quả phân tích dạng riêng được sử dụng để miêu tả ứng xử đàn hồi Một thủ thuật mở rộng phương pháp phân chia Ritz kết hợp với các số hạng được thêm vào trong các phương trình chuyển động từ các phần tử vỏ và dầm được sử dụng Mô hình xây dựng biểu diễn thuần túy về mặt lý thuyết chưa được kiểm chứng bằng các kết quả thực nghiệm Buśkiewicz và cộng sự [27] [28] xây dựng mô hình động lực 3D của HWM với 04 DOF (bỏ qua chuyển động rung lắc theo trục quay và chuyển động dọc theo trục lồng giặt) bằng cách sử dụng phương trình Lagrange loại hai, kết quả thu được trong miền thời gian Nghiên cứu tập trung vào quỹ đạo chuyển động tại các tần số khác nhau và đề xuất giảm chấn nhớt cho hệ thống treo để làm giảm lực truyền đến

vỏ máy ở tần số cao Tuy nhiên, nhóm tác giả mới nghiên cứu thuần túy về mặt lý thuyết, chưa có sự kiểm chứng bằng thực nghiệm

Đối trọng

Lồng chứa Lồng giặt Giá đỡ Động cơ

Như vậy, qua các nghiên cứu về xây dựng mô hình toán nhận thấy: Hầu hết các nghiên cứu đều xây dựng mô hình mô phỏng động lực học máy giặt ở dạng hai chiều (mô hình phẳng, 2D) Các mô hình phẳng chỉ quan tâm đến chuyển dịch theo hai phương x,y, không quan tâm đến chuyển động rung lắc quanh trục quay Quan

hệ lực – vận tốc trong các thiết bị giảm chấn được mô hình hóa ở dạng quan hệ tuyến tính Đối với mô hình không gian, số các nghiên cứu xây dựng mô hình ba chiều vẫn còn nhiều hạn chế Điều này có thể có nguyên nhân là do máy giặt là một

hệ thống động lực học phức tạp Hầu hết, các công trình đã công bố đều có xu hướng giản lược bớt các thành phần, đặc biệt, các nghiên cứu chỉ xem xét các giảm chấn với lực cản hằng số hoặc tỉ lệ bậc nhất đối với vận tốc để mô hình nhận được

là tuyến tính, chưa có bất kì mô hình nào mô tả quan hệ phi tuyến cho lực đàn hồi

và lực cản để phân tích động lực học cũng như tính toán rung động của hệ thống HWM

1.2.2.2.Về cách thức kiểm soát rung động

Dựa trên các công bố khoa học, các bằng sáng chế về kiểm soát rung động của máy giặt, có thể phân loại thành hai cách tiếp cận chính: kiểm soát cân bằng lồng chứa (sử dụng thiết bị tự cân bằng) và kiểm soát hệ thống treo

a Kiểm soát cân bằng lồng chứa

Năm 1916, Maurice Leblanc [29] lần đầu tiên giới thiệu một thiết bị cân bằng động lực cho động cơ tuabin, bao gồm một khoang hình vành khuyên chứa đầy thủy ngân hoặc chất lỏng có tỉ trọng lớn Ở tốc độ quay xác định, khối chất lỏng di chuyển tạo ra một vị trí cân bằng mới, tại đó khối tâm của chúng đối diện với khối tâm của bánh đà, tức là trục hình học và trục quán tính trùng nhau Tuy nhiên, loại thiết bị này đã không nhận được nhiều sự chú ý Năm 1940, trong một sáng chế, Dyer [30] đã sử dụng một vành cân bằng chứa nước muối và lắp vào máy giặt trục đứng ở phía cuối lồng chứa Thiết bị cân bằng chất lỏng này có tác dụng khử đi những ảnh hưởng không mong muốn do khối lượng lệch tâm gây ra bởi đồ giặt Thiết bị gồm một vành tròn rỗng bên trong có chứa một phần chất lỏng Khi lồng giặt quay với vận tốc góc , chất lỏng sẽ tạo thành một lớp mỏng trên bề mặt phía trong của thành vành ngoài Lồng giặt có vận tốc góc tới hạn cr Khi lồng giặt quay chậm hơn vận tốc góc tới hạn ( ≤ cr), khối tâm của chất lỏng sẽ có vị trí ở cùng phía với khối lượng lệch tâm, như chỉ ra ở phần bên trái của Hình 1.9 Khi vận tốc

góc lớn hơn vận tốc tới hạn ( > cr), khối tâm của chất lỏng sẽ dịch chuyển về phía đối diện với khối lượng không cân bằng, vì vậy sẽ làm giảm lực li tâm và giảm biên

độ lắc của lồng giặt

Hình 1.9 Nguyên lý làm việc của thiết bị cân bằng chất lỏng [30]

Trong [6], Conrad đã đóng góp một cải tiến cho thiết bị cân bằng chất lỏng đó

là một hình khuyên cân bằng với nhiều khoang là các đường tròn đồng tâm để tăng khả năng cân bằng của chất lỏng S.Bae và cộng sự [31] phát triển một mô hình toán học cho thiết bị cân bằng chất lỏng ở điều kiện trạng thái ổn định có được từ một

mô hình động lực của máy giặt trục đứng, với mục đích thực hiện phân tích động lực học của máy giặt tự động trong chế độ quay vắt Các lực ly tâm tác động lên thiết bị cân bằng chất lỏng phụ thuộc vào khoảng cách lệch tâm của khối tâm chất lỏng trong vành cân bằng Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thực nghiệm Từ đánh giá các tham số, nghiên cứu đề xuất phương án giảm rung, cụ thể: tăng khối lượng, giảm tỷ lệ thể tích, và tăng bán kính bên trong của thiết bị cân bằng chất lỏng; hiệu quả giảm rung của thiết bị cân bằng chất lỏng có thể được cải thiện khi sử dụng chất lỏng có tỉ trọng lớn

Sử dụng thiết bị cân bằng chất lỏng tự động trong các máy quay để khử đi những ảnh hưởng không mong muốn của khối lượng không cân bằng đã trở thành một tính năng được sử dụng trong hầu hết trong máy móc công nghiệp M A Langthjem và T Nakamur [32] đề xuất một mô hình động lực học thiết bị cân bằng dựa trên mô hình rotor hai bậc tự do chứa một lượng nhỏ chất lỏng Lớp chất lỏng mỏng tạo ra ở thành bên trong khi máy quay được miêu tả theo lý thuyết sóng và được mô tả bởi phương trình Korteweg-de Vries-Burgers Việc giải gần đúng phương trình này đã làm sáng tỏ hơn về ứng xử động lực của vành cân bằng chất lỏng Trong nghiên cứu [33], Seok-Ho Son và cộng sự đã xác định kích thước tối ưu của lượng nước muối cho một thiết bị cân bằng chất lỏng tự động để giảm thiểu độ

dịch chuyển lớn nhất của chu kỳ quay tại tốc độ thấp trong khi đáp ứng hạn chế thiết

kế về độ dịch chuyển lớn nhất của chu kỳ quay tại tốc độ cao Để tối ưu hóa thiết kế,

mô hình gần đúng của chuyển vị tối đa được tạo ra bằng cách sử dụng các mô hình hồi quy dựa trên dữ liệu thực nghiệm tại các điểm thiết kế Sau đó, một thuật toán tối

ưu hóa đã được áp dụng cho các mô hình hồi quy để có được giải pháp tối ưu Sử dụng phương pháp thiết kế được đề xuất, giá trị tối ưu của dịch chuyển lớn nhất của tốc độ thấp của chu kỳ vắt đã giảm 13,1% so với giá trị ban đầu, đồng thời đáp ứng giới hạn thiết kế ở mức dịch chuyển tối đa của một chu kỳ quay tốc độ cao

Năm 2011, Leonardo Urbiola Soto [34] thực hiện nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về sự tương tác của chất lỏng-rắn giữa màng ngăn và chất lỏng chứa trong các hốc của vành cân bằng; giải thích khả năng ổn định cao của thiết bị cân bằng LeBlanc; phát triển một mô hình động lực học của sự tương tác chất lỏng-rắn và sử dụng

nó để thiết kế lại vành cân bằng cho máy giặt lồng đứng

Hình 1.10 Mô hình máy giặt và khoang chất lỏng cân bằng

của Leonardo Urbiola Soto [34]

Tatsumi, Michiaki [35], năm 1984, đã sáng chế một VWM với một thiết bị cân bằng chứa các viên bi gắn vào mặt trên của lồng giặt Thiết bị này nhằm mục đích để xác định mặt phẳng cân bằng cho một động cơ mất cân bằng tĩnh Tương tự như ứng xử của chất lỏng trong vành cân bằng chất lỏng, các viên bi tìm sự cân bằng tại vị trí đối diện với khối lượng lệch tâm khi động cơ có vận tốc góc lớn hơn vận tốc góc tới hạn Chất lỏng có độ nhớt cao, thường là dầu bôi trơn, được sử dụng để cản

và giảm tiếng ồn phát ra khi các viên bi di chuyển Nghiên cứu cũng sáng tạo ra một

Tải lớn

Tải nhỏ

Vành chất lỏng

Tải lệch tâm

Ít chất lỏng Nhiều chất

lỏng

cơ hệ để điều khiển viên bi chuyển động ngẫu nhiên trong chế độ chuyển tiếp khi máy khởi động

Đối với HWM, Jin-Soo Kim [36] là người đầu tiên đưa ra ý tưởng sử dụng

một cặp vành cân bằng có chứa các viên bi trong một công bố sáng chế vào năm

1997

T.C Chan và cộng sự [37] nghiên cứu các tác động lên vị trí viên bi của bộ

cân bằng tự động được lắp đặt trong hệ thống rotor của hệ thống treo phi tuyến (Hình 1.11) Sau khi thiết kế mức độ phi tuyến, các viên bi của vành cân bằng nằm

ở các vị trí cần thiết để giảm các rung động dự kiến Mô phỏng số đã được thực hiện

để minh họa kết quả của mô hình lý thuyết

Hình 1.11 Mô hình của T.C Chan [37]

Hai-Wei Chen và cộng sự [38][39] cũng đưa ra một mô hình động lực của

HWM chứa vành cân bằng với một viên bi Hệ phương trình chủ đạo được thiết lập bằng cách sử dụng phương trình Lagrange loại 2 Nhân tử Floquet được sử dụng để đánh giá tính ổn định của hệ thống, các vùng ổn định và không ổn định trên 4 Hz được phát hiện

Nhóm nghiên cứu của Min Gyu Jo [40] trình bày một phương pháp cải tiến

cho cả việc giảm sự mất cân bằng và thiết lập lại sự cân bằng cho một HWM bằng

sử dụng bộ cân bằng robot Khi phát hiện chính xác khối lượng và vị trí không cân bằng (unbalance force-UBF) gây ra do nước hoặc đồ giặt, các bộ cân bằng tự động (unbalance robot – UBR) di chuyển tiến và lùi theo hướng ngược lại của vị trí mất cân bằng được phát hiện (Hình 1.12) Kết quả nghiên cứu này cho thấy, rung động

của máy giặt ở tất cả các chế độ làm việc đã giảm đáng kể và thời gian cần thiết đạt được trạng thái ổn định của lồng giặt cũng được giảm thiểu một cách rõ rệt

Hình 1.12 Dịch chuyển của robot trong thiết bị cân bằng của Min Gyu Jo [40]

a) Kiểm soát hệ thống treo

Hệ thống treo là một thành phần quan trọng của máy giặt bao gồm lò xo, thiết

bị giảm chấn và khớp liên kết nối với lồng chứa và khung vỏ máy Chức năng chính của hệ thống treo là kiểm soát biên độ rung động, dập tắt rung động tự do, khử cộng hưởng để tăng độ êm dịu, giảm lực truyền tới vỏ máy khi máy giặt làm việc Do vậy, tác động vào hệ thống treo cũng là một cách tiếp cận để giảm rung động cho máy giặt Thống kê từ các công bố khoa học, hệ thống treo sử dụng cho máy giặt bao gồm: hệ thống treo bán chủ động và thụ động

Hệ thống treo bán chủ động sử dụng một thiết bị giảm chấn có một hoặc nhiều

thành phần có thể thay đổi được Ví dụ như thiết bị giảm chấn nhớt trong đó hệ số cản nhớt có thể thay đổi bằng cách thay đổi đường kính của van tiết lưu, hoặc thiết bị giảm chấn từ tính – lưu biến (magneto-rheological damper – thiết bị giảm chấn MR)

Sự thay đổi trong thiết bị giảm chấn được thực hiện bằng việc thay đổi áp suất, khi

áp suất tăng lên bởi từ trường, lực cản gây ra bởi thiết bị giảm chấn có thể tăng Việc điều khiển này thông qua điều khiển cường độ trường điện từ, tương tự trường hợp điều khiển động cơ điện tuyến tính

Nguyen và cộng sự [41] đã đề xuất và thiết kế tối ưu một thiết bị giảm chấn

MR để làm giảm độ rung do khối lượng lệch tâm gây ra cho một HWM, sơ đồ và các thành phần của thiết bị chỉ ra trên Hình 1.13 Các kết quả thiết kế đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm

Cân bằng

Hình 1.13 Kết cấu giảm chấn MR [41]

Cũng với mục đích kiểm soát rung động và tối ưu hóa thiết kế, nhóm tác giả trong nghiên cứu [42] đã mô hình hóa đối tượng dựa trên nguyên mẫu là máy giặt

LG F1402FDS được sản xuất bởi LG Electronics Trong đó, lồng giặt được liên kết với vỏ máy nhờ hai lò xo có độ cứng không đổi và hai giảm chấn thủy lực Mô hình chuyển động hai chiều được thiết lập Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế tối ưu chế độ dòng chảy trong thiết bị giảm chấn MR để nhận được kích thước hình học tối ưu

Yalçın và Erol [43] sử dụng mô hình động lực tuyến tính hai chiều và tập trung vào bốn điểm tiếp xúc của HWM với mặt đất Để ngăn chặn hành vi dịch chuyển của máy giặt, phương pháp kiểm soát dựa trên việc điều chỉnh các giá trị lực tối đa được tạo ra bởi các phần tử treo bán chủ động Trước khi các tín hiệu truyền động được nhận bởi các động cơ bước của thiết bị giảm chấn ma sát, dữ liệu rung được đánh giá, và sau đó, các động cơ bước bắt đầu thu hẹp hoặc mở rộng bán kính của vòng đeo nằm trên thiết bị giảm chấn Điều này làm thay đổi tính chất cản của bộ thiết bị giảm chấn trong hệ thống treo, và do đó, hệ thống treo bán chủ động sẽ hấp thụ các rung động không mong muốn và góp phần vào sự ổn định động của máy giặt Các nghiên cứu [44]–[52] tiếp tục đề cập kiểm soát rung động cho máy giặt bằng cách sử dụng các thiết bị giảm chấn loại MR để làm giảm biên độ rung cho máy

Trục pit-tông Pit-tông trong Pit-tông ngoài

Vỏ thiết bị Cuộn cảm Nam châm Dòng chất lỏng

MR Dẫn hướng pit-tông Pit-tông lên xuống Khoang khí chất lỏng MR

Trong suốt quá trình quay, máy giặt thường trải qua hiện tượng cộng hưởng đầu tiên tại tần số khá thấp, khoảng 100 vòng/phút đến 200 vòng/phút Ở tốc độ quay cao hơn 1000 vòng/phút, khung và vỏ máy có thể trải qua cộng hưởng gây ra tiếng

ồn và rung động truyền xuống sàn Nếu một giảm chấn bị động được dùng để giảm rung động của lồng giặt tại tần số thấp, nó sẽ gây ra rung lắc cho máy giặt ở tần số cao dữ dội hơn, nguyên nhân do nhiều lực kích thích từ lồng giặt sẽ được truyền tới khung qua giảm chấn thụ động Do vậy, để giảm rung động của máy giặt ở tần số thấp trong khi sự rung động của máy giặt ở tần số cao không bị ảnh hưởng đáng kể, một hệ thống treo bán chủ động được đề xuất sử dụng là phù hợp Tuy nhiên, hệ thống treo này khá phức tạp, mô hình xây dựng không ổn định về mặt toán học, chi phí điều khiển cho hệ thống cao Chính những điều này gây khó khăn nhất định trong việc ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế

Đối với hệ thống treo thụ động, các ứng xử động lực của hệ thống treo bị động

được xác định bởi hệ số độ cứng của lò xo, hệ số cản của giảm chấn, vị trí khối lượng lệch tâm và các vị trí kết nối của các thành phần trong máy giặt Các thành phần này có tác động rất lớn đến sự rung động và ổn định của máy giặt trong quá trình hoạt động Các máy giặt trên thị trường và trong các nghiên cứu [8]–[11] [15]–[23] [25] [27] cũng sử dụng hệ thống treo này Tìm ra mối quan hệ giữa các đại lượng ảnh hưởng đến rung động của hệ thống treo cũng như dịch chuyển ngang của

vỏ máy sẽ giúp đề xuất phương án giảm rung và điều kiện hoạt động ổn định cho máy Để làm được điều này thì yêu cầu phải xây dựng được mô hình động lực của

hệ thống treo HWM

Sử dụng hệ thống treo bị động, một số nghiên cứu đi theo hướng ứng dụng các phần mềm chuyên dụng để phân tích động lực học kết cấu vì giảm được các bước tính toán từ môi trường CAD đến phân tích, tính toán động lực học Nghiên cứu [53] sử dụng phần mềm chuyên dụng MSC.ADAMS để phân tích động lực học của HWM Trong [54], một mô hình nguyên mẫu ảo của HWM được xây dựng với phần mềm CAD và CAM, từ đây một chuỗi các thí nghiệm được thiết kế để đạt được các đặc tính động lực của các thiết bị thiết bị giảm chấn Nhóm của Mehmet Sait Özer [55] phát triển một công cụ phân tích số để thiết kế và phân tích mặt trước

của một máy giặt bằng cách sử dụng ANSYS Workbench Nghiên cứu [56] xây dựng mô hình phần tử hữu hạn của máy giặt trong ABAQUS 6.9-2

Qua các nghiên cứu về cách thức kiểm soát rung động nhận thấy: Với cách tiếp cận thứ nhất là dựa vào điều khiển cân bằng của lồng giặt để khử đi nguồn gây rung động, một dạng cân bằng động lực đã được sử dụng để tự cân bằng cho lồng giặt: sử dụng thiết bị cân bằng dùng nước muối, và các viên bi thép Nước muối và các viên bi trong bộ phận cân bằng sẽ tự chuyển động về phía ngược với khối lượng mất cân bằng khi tốc độ quay của lồng giặt cao hơn tốc độ giới hạn Nhờ vậy, rung động của máy giặt có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng một thiết bị tự cân bằng động lực Tuy nhiên, cấu trúc thiết bị phức tạp, chi phí sản xuất và bảo trì cao

là một trở ngại lớn để cách tiếp cận này được ứng dụng rộng rãi Các kết quả nghiên cứu nhận được hầu hết đều dựa vào nghiên cứu thực nghiệm, chỉ phù hợp với một khoảng tốc độ nhất định, chịu một tải trọng nhất định Thiết bị cân bằng này phù hợp với máy giặt lồng đứng Cách tiếp cận thứ hai là dựa vào kiểm soát hệ thống treo Hệ thống treo bán chủ động có thể điều chỉnh hệ số giảm chấn nên cho phép máy giặt hoạt động êm dịu hơn so với hệ thống treo bị động Tuy nhiên, chi phí cho

hệ thống điều khiển là khá cao - chính điều này gây ra khó khăn đối với việc ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế Hệ thống treo bị động không tự động thay đổi hoặc tối ưu hóa đặc tính của lò xo hoặc giảm chấn để chống lại sự thay đổi của môi trường Các hệ số độ cứng của lò xo, hệ số cản của giảm chấn là các hằng số nên không đủ tốt cho việc hấp thụ năng lượng gây ra do khối lượng không cân bằng, hệ thống chỉ có hiệu quả trong một dãy hẹp các thông số đầu vào Ưu điểm nổi bật của

hệ thống treo bị động chính là chi phí sản xuất và bảo trì thấp nên hệ thống này được sử dụng hầu hết trong hệ thống giảm rung động của máy giặt hiện nay

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Các kết quả nghiên cứu đạt được từ các công trình đã công bố

Qua kết quả phân tích tổng quan về hướng mô hình hóa, có thể thấy mỗi công trình công bố có một cách thức tiếp cận khác nhau Các mô hình được xây dựng chủ yếu mô tả rung động của nhóm rung lắc (gồm lồng chứa và lồng giặt), rung động của vỏ máy, chuyển động tương đối của lồng giặt và lồng chứa, …Với các mô hình

2D, các nghiên cứu chỉ quan tâm đến dịch chuyển theo một hoặc hai phương của hệ lồng giặt, không quan tâm đến chuyển động lắc của lồng Đối với mô hình 3D, hệ thống đã giản lược những thành phần phức tạp để mô hình toán nhận được tuyến tính từ đó phân tích giảm rung cho HWM Một số mô hình không gian của HWM mới dừng ở nghiên cứu lý thuyết, chưa có sự kiểm chứng bằng thực nghiệm Đề tài

sẽ thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực nhằm đóng góp thêm cho lĩnh lực nghiên cứu

Qua khảo sát tổng quan về cách thức kiểm soát rung động, có thể nhận thấy

sử dụng hệ thống treo bán chủ động cho hiệu quả rõ rệt trong việc giảm rung động cho máy giặt Tuy nhiên, do tích hợp điều khiển nên cơ cấu phức tạp, chi phí sản xuất và bảo trì lớn cho nên hệ thống treo bị động vẫn được sử dụng chủ yếu Vì vậy, việc cải tiến hệ thống treo bị động, đề xuất phương án tăng hiệu quả giảm rung cho

hệ thống treo này trong các HWM có ý nghĩa thực tiễn và là hướng nghiên cứu của

đề tài

Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Sau khi nghiên cứu các kết quả đã công bố về hệ thống treo của máy giặt lồng ngang có thể kết luận rằng các yếu tố tiềm năng ảnh hưởng đến đặc tính rung động của hệ thống treo trong máy giặt gồm: (i) đáp ứng của các thành phần lò xo và thiết

bị giảm chấn; (ii) thông số hình học của các thành phần trong hệ thống gồm: mối tương quan về vị trí kết nối (phương) của lò xo, giảm chấn, kích thức của lồng giặt/lồng chứa,…mà việc nghiên cứu ảnh hưởng tổng thể của các yếu tố (thông số) này chưa được thực hiện ở các công bố trước đó Chính vì vậy, vấn đề đặt ra cho nghiên cứu là xây dựng được mô hình toán phù hợp để có thể khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này đến rung động của hệ thống treo

Nhiệm vụ của luận án

Từ những phân tích ở trên, nghiên cứu được đề xuất định hướng nghiên cứu nhằm giải quyết những vấn đề chính yếu sau:

1- Xây dựng mô hình rung động tổng quát sáu bậc tự do (3D) cho hệ thống treo máy giặt, trong đó kể đến yếu tố phi tuyến về mặt hình học của hệ treo, yếu tố phi tuyến của các thành phần lò xo và giảm chấn