Luận Văn Thạc Sĩ: Mô Hình Thực Nghiệm Phân Tích Rung Động Của Lồng Quay Máy Giặt Cửa Trước

• Tác giả: Nguyễn Đại Phong
• Người hướng dẫn: PGS.TS Ngô Như Khoa
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Xây dựng mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG
• 1.1. KẾT CẤU THỰC CỦA MÁY GIẶT
• 1.2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
• 2.1. CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG GIẢM RUNG CỦA MÁY GIẶT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Mô Hình Thực Nghiệm Phân Tích Rung Động

Rung động là hiện tượng phổ biến trong kỹ thuật và tự nhiên. Nghiên cứu rung động tập trung vào chuyển động rung lắc của vật thể và các lực liên quan. Ứng dụng kỹ thuật bao gồm thiết kế máy, kết cấu, tuabin và hệ thống điều khiển. Hầu hết các máy động lực đều gặp vấn đề rung động do mất cân bằng. Điều này có thể do lỗi thiết kế hoặc sai sót trong gia công. Rung động gây ra hỏng hóc cơ học, hoạt động không hiệu quả và tiếng ồn. Kiểm tra độ rung là quy trình chuẩn trong thiết kế và phát triển hệ thống kỹ thuật. Giảm rung động thông qua thiết kế máy móc phù hợp là mục tiêu quan trọng. Nghiên cứu rung động sử dụng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm đo đạc tín hiệu dao động của hệ thống. Phương pháp này cần thiết vì nhiều hệ thống khó xây dựng mô hình toán. Kết quả tính toán lý thuyết cần thực nghiệm kiểm chứng. Nghiên cứu này tập trung vào máy giặt lồng ngang.

1.1. Tầm quan trọng của phân tích rung động máy giặt

Máy giặt là sản phẩm gia dụng phổ biến. Giảm rung lắc, độ ồn, thời gian giặt là yêu cầu nâng cao chất lượng. Đo đạc tần số rung động và lực tác dụng cần thiết cho thiết kế và vận hành hệ thống cách ly rung động. Máy giặt là hệ thống cơ điện tử phức tạp. Mô hình hóa và phân tích động lực học cho máy giặt rất khó khăn. Đo lường đầu vào và kết quả rung động giúp nhận dạng hệ thống. Vấn đề hàng đầu là giảm rung lắc do khối lượng không cân bằng của quần áo. Giai đoạn vắt tạo ra rung động mạnh và liên tục. Tải trọng lệch tâm có sự phân bố ngẫu nhiên và khối lượng thay đổi theo từng vòng quay.

1.2. Tại sao chọn máy giặt cửa trước để nghiên cứu

Nghiên cứu về đặc tính rung động của máy giặt còn hạn chế. Các nghiên cứu thường được tài trợ bởi nhà sản xuất và được giữ bí mật. Máy giặt lồng ngang được chọn nghiên cứu vì tính phổ biến và phức tạp của hệ thống. Việc xây dựng mô hình thực nghiệm đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp là cần thiết. Mô hình này tạo tiền đề cho nghiên cứu cải tiến và tối ưu hóa. Các dự đoán thay thế phụ kiện giảm rung lắc của máy giặt có thể được đưa ra.

II. Thách Thức và Nguyên Nhân Rung Động Máy Giặt

Rung động trong máy giặt gây ra nhiều vấn đề. Tiếng ồn lớn ảnh hưởng đến môi trường sống. Sự mài mòn nhanh chóng của các bộ phận làm giảm tuổi thọ máy. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số dao động tự nhiên trùng với tần số kích động. Điều này dẫn đến biên độ rung động cực đại và gây hỏng máy. Khối lượng không cân bằng của quần áo là nguyên nhân chính gây rung động. Sự phân bố ngẫu nhiên của quần áo trong lồng giặt tạo ra tải trọng lệch tâm. Tải trọng này thay đổi liên tục trong quá trình giặt và vắt. Các yếu tố khác như tốc độ quay, loại quần áo và lượng nước cũng ảnh hưởng đến rung động. Nghiên cứu nguyên nhân rung động máy giặt giúp tìm ra giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực.

2.1. Ảnh hưởng của tốc độ quay đến rung động

Tốc độ quay của lồng giặt ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ rung động. Trong giai đoạn giặt, máy quay chậm nên rung động thấp. Trong giai đoạn vắt, máy quay nhanh tạo ra lực ly tâm lớn. Lực này ép quần áo vào thành lồng giặt và làm tăng tải trọng lệch tâm. Tốc độ quay càng cao, rung động càng lớn. Việc kiểm soát tốc độ quay là một giải pháp giảm rung động.

2.2. Vai trò của cân bằng động máy giặt trong giảm rung

Cân bằng động là yếu tố quan trọng để giảm rung động. Máy giặt cần được thiết kế để phân bố khối lượng đều quanh trục quay. Các đối trọng được sử dụng để cân bằng tải trọng lệch tâm. Việc kiểm tra và điều chỉnh cân bằng động định kỳ giúp giảm rung động và kéo dài tuổi thọ máy. Các nhà sản xuất thường sử dụng các thuật toán để tự động điều chỉnh tốc độ và thời gian vắt để giảm rung động.

2.3. Tác động của thiết kế giảm rung máy giặt đến hiệu quả

Thiết kế hệ thống treo và giảm chấn ảnh hưởng lớn đến khả năng giảm rung. Lò xo và giảm chấn hấp thụ năng lượng rung động và ngăn chặn sự lan truyền đến vỏ máy. Các loại giảm chấn khác nhau có hiệu quả khác nhau. Nghiên cứu và phát triển các thiết kế giảm chấn mới giúp giảm rung động và tiếng ồn.

III. Phương Pháp Phân Tích Rung Động Trong Mô Hình Thực Nghiệm

Phân tích rung động trong mô hình thực nghiệm sử dụng hai phương pháp chính: phân tích lý thuyết và phân tích thực nghiệm. Phân tích lý thuyết xây dựng mô hình toán học của hệ thống và dự đoán đặc tính rung động. Phân tích thực nghiệm đo đạc tín hiệu dao động của hệ thống. Cả hai phương pháp đều quan trọng để đánh giá hệ thống. Phân tích thực nghiệm giúp kiểm chứng kết quả lý thuyết. Các thông số như tần số tự nhiên và hình dạng chế độ được xác định. Mô hình toán học được coi là hợp lý nếu kết quả tính toán tương đương với kết quả đo đạc. Các thiết bị đo rung động như cảm biến rung động và phần mềm phân tích rung động được sử dụng.

3.1. Sử dụng phân tích FFT rung động để xác định tần số

Phân tích FFT (Fast Fourier Transform) là công cụ quan trọng để xác định tần số rung động. FFT chuyển đổi tín hiệu thời gian thành tín hiệu tần số. Các tần số tự nhiên và tần số kích động được xác định. Phân tích FFT giúp hiểu rõ hơn về đặc tính rung động của hệ thống. Phần mềm chuyên dụng được sử dụng để thực hiện phân tích FFT.

3.2. Ứng dụng phân tích modal máy giặt để cải thiện thiết kế

Phân tích modal xác định các chế độ rung động của hệ thống. Mỗi chế độ rung động có tần số tự nhiên và hình dạng riêng. Phân tích modal giúp cải thiện thiết kế để tránh cộng hưởng. Các kỹ thuật như thay đổi độ cứng, khối lượng hoặc giảm chấn được sử dụng. Phân tích modal là công cụ mạnh mẽ để tối ưu hóa hiệu suất rung động.

3.3. Phân tích phần tử hữu hạn máy giặt FEA trong mô phỏng

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) là phương pháp mô phỏng rung động bằng máy tính. FEA chia hệ thống thành các phần tử nhỏ và giải các phương trình toán học. FEA giúp dự đoán đặc tính rung động và tối ưu hóa thiết kế. Phần mềm FEA chuyên dụng được sử dụng để thực hiện mô phỏng. FEA là công cụ hiệu quả để giảm thời gian và chi phí thử nghiệm.

IV. Xây Dựng Mô Hình Thực Nghiệm Máy Giặt Cửa Trước

Mô hình thực nghiệm được xây dựng dựa trên máy giặt lồng ngang LG WD 8990TDS. Hệ thống treo bao gồm hai lò xo và ba giảm chấn ma sát ướt. Nghiên cứu tập trung vào chu kỳ vắt của máy. Trong giai đoạn này, máy quay với tốc độ từ 0 đến 800 vòng/phút. Khối lượng mất cân bằng được cố định vào tường bên trong của lồng giặt. Các giá trị tải trọng khác nhau được sử dụng: 2N, 4N và 7N. Các thiết bị đo như loadcell và gia tốc kế được sử dụng để đo lực và rung động. Dữ liệu được thu thập và phân tích bằng phần mềm chuyên dụng.

4.1. Thiết kế hệ thống đo rung động máy giặt cửa ngang

Hệ thống đo rung động bao gồm các cảm biến, bộ khuếch đại tín hiệu và bộ thu thập dữ liệu. Gia tốc kế được sử dụng để đo gia tốc rung động. Loadcell được sử dụng để đo lực tác dụng lên lò xo và giảm chấn. Bộ khuếch đại tín hiệu tăng cường tín hiệu từ cảm biến. Bộ thu thập dữ liệu chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số. Phần mềm Quick DAQ được sử dụng để thu thập và hiển thị dữ liệu.

4.2. Hiệu chuẩn hệ thống đo phân tích tần số rung động

Hiệu chuẩn hệ thống đo là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu. Loadcell được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các tải trọng đã biết. Gia tốc kế được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng bàn rung. Các thông số như độ nhạy và độ lệch được điều chỉnh. Hiệu chuẩn định kỳ giúp duy trì độ chính xác của hệ thống đo.

4.3. Các bước thiết lập thông số trên phần mềm phân tích rung động

Phần mềm Quick DAQ được sử dụng để thu thập và phân tích dữ liệu. Các thông số như tần số lấy mẫu, thời gian thu thập và kênh đo được thiết lập. Chế độ xem dữ liệu được chọn để hiển thị tín hiệu. Chức năng offset zero được sử dụng để loại bỏ sai số. Các thiết lập này giúp thu thập dữ liệu chính xác và hiệu quả.

V. Kết Quả Thử Nghiệm và Đánh Giá Rung Động Máy Giặt

Kết quả thử nghiệm cho thấy lực tác dụng lên lò xo và giảm chấn thay đổi theo tốc độ quay và tải trọng. Lực tăng khi tốc độ quay và tải trọng tăng. Các đồ thị lực theo thời gian được vẽ để phân tích. Phân tích FFT được sử dụng để xác định tần số rung động. Các tần số tự nhiên và tần số kích động được xác định. Kết quả thử nghiệm giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống giảm rung.

5.1. Phân tích phản lực tại các liên kết trong quá trình rung

Phản lực tại các liên kết được đo bằng loadcell. Phản lực thay đổi theo tốc độ quay và tải trọng. Phản lực lớn nhất xảy ra tại các gối đỡ của lò xo. Phân tích phản lực giúp hiểu rõ hơn về phân bố lực trong hệ thống.

5.2. Đánh giá độ ổn định của hệ thống treo máy giặt

Độ ổn định của hệ thống treo được đánh giá dựa trên biên độ rung động. Biên độ rung động nhỏ cho thấy hệ thống ổn định. Biên độ rung động lớn cho thấy hệ thống không ổn định. Các biện pháp như tăng độ cứng lò xo hoặc tăng giảm chấn được sử dụng để cải thiện độ ổn định.

5.3. So sánh hiệu quả giảm rung của các loại giảm chấn

Các loại giảm chấn khác nhau có hiệu quả giảm rung khác nhau. Giảm chấn ma sát ướt được sử dụng phổ biến trong máy giặt. Giảm chấn thủy lực có hiệu quả giảm rung tốt hơn nhưng chi phí cao hơn. So sánh hiệu quả giảm rung giúp lựa chọn loại giảm chấn phù hợp.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Rung Động

Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình thực nghiệm phân tích rung động máy giặt cửa trước. Các đặc tính rung động của lồng giặt đã được xác định. Mức độ ảnh hưởng của các giảm chấn đến rung động đã được đánh giá. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải tiến thiết kế máy giặt. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu các phương pháp giảm rung động chủ động. Các phương pháp này sử dụng các bộ điều khiển để điều chỉnh lực giảm chấn theo thời gian thực.

6.1. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải tiến thiết kế hệ thống treo và giảm chấn. Các thông số tối ưu cho lò xo và giảm chấn có thể được xác định. Các vật liệu mới có khả năng giảm rung tốt hơn có thể được sử dụng. Ứng dụng kết quả nghiên cứu giúp sản xuất máy giặt có độ rung thấp và tuổi thọ cao.

6.2. Đề xuất giải pháp giảm rung hiệu quả cho máy giặt

Các giải pháp giảm rung hiệu quả bao gồm: cân bằng động, sử dụng giảm chấn thủy lực, điều khiển tốc độ quay và sử dụng vật liệu giảm rung. Cân bằng động giúp giảm tải trọng lệch tâm. Giảm chấn thủy lực có hiệu quả giảm rung tốt hơn. Điều khiển tốc độ quay giúp tránh cộng hưởng. Vật liệu giảm rung hấp thụ năng lượng rung động.

6.3. Hướng nghiên cứu phân tích ODS máy giặt trong tương lai

Phân tích ODS (Operational Deflection Shape) là phương pháp xác định hình dạng rung động của hệ thống trong điều kiện hoạt động thực tế. Phân tích ODS giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế và cải thiện hiệu quả giảm rung. Nghiên cứu phân tích ODS máy giặt là hướng phát triển tiềm năng.