Tổng quan nghiên cứu

Rung động là hiện tượng phổ biến trong kỹ thuật, đặc biệt ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ bền của các thiết bị cơ khí. Theo số liệu thống kê năm 2008, máy giặt là sản phẩm gia dụng được tiêu thụ nhiều thứ hai trên thế giới, chiếm khoảng 24% thị phần, chỉ sau tủ lạnh với 35%. Trong quá trình vận hành, đặc biệt ở giai đoạn vắt, máy giặt cửa ngang thường gặp hiện tượng rung lắc mạnh do tải trọng không cân bằng của quần áo phân bố không đều trong lồng giặt. Hiện tượng này không chỉ gây tiếng ồn, hao mòn các bộ phận mà còn ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu quả sử dụng máy.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước, tập trung vào giai đoạn vắt với các chế độ tải khác nhau nhằm xác định các đặc tính rung động và ảnh hưởng của các bộ giảm chấn. Nghiên cứu được thực hiện trên máy giặt cửa ngang LG WD 8990TDS, với tốc độ quay từ 0 đến 800 vòng/phút và tải trọng lệch tâm cố định lần lượt là 2N, 4N và 7N.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, chế tạo hệ thống thí nghiệm, đo đạc lực và rung động tại các vị trí gối đỡ, gối treo, gối giảm chấn, đồng thời phân tích dữ liệu thu thập được để đánh giá hiệu quả của các bộ giảm chấn trong việc giảm rung lắc. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải tiến thiết kế máy giặt, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tác động tiêu cực của rung động đến người sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết dao động cơ học, trong đó hệ thống máy giặt được mô hình hóa gồm ba phần tử cơ bản: phần tử quán tính (khối lượng), phần tử đàn hồi (lò xo) và phần tử giảm chấn. Mô hình này phản ánh sự chuyển đổi năng lượng giữa động năng và thế năng trong quá trình rung động.

Hai lý thuyết chính được áp dụng là:

  • Lý thuyết dao động tắt dần: Mô tả sự phân tán năng lượng qua mỗi chu kỳ dao động, giúp hiểu rõ vai trò của bộ giảm chấn trong việc hấp thụ năng lượng rung động.
  • Mô hình hệ thống khối lượng-lò xo-giảm chấn: Giúp phân tích các lực tác dụng lên từng phần tử trong hệ thống, từ đó xác định đặc tính rung động và ảnh hưởng của các bộ phận giảm chấn.

Các khái niệm chính bao gồm: tần số dao động, biên độ rung động, lực ma sát trong giảm chấn ma sát ướt, tải trọng lệch tâm, và hệ số cứng lò xo. Đặc biệt, lực ma sát trong giảm chấn ma sát ướt phụ thuộc vào vận tốc tương đối, khác với lực ma sát khô hằng số.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với phân tích dữ liệu đo đạc. Nguồn dữ liệu chính là các tín hiệu lực và rung động thu thập từ hệ thống thí nghiệm được thiết kế và chế tạo dựa trên máy giặt LG WD 8990TDS.

  • Cỡ mẫu: Hệ thống thí nghiệm gồm 5 cảm biến loadcell (2 cảm biến đo lực đàn hồi lò xo, 3 cảm biến đo lực giảm chấn) và 1 gia tốc kế dạng nén để đo rung động.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn tải trọng lệch tâm cố định lần lượt là 2N, 4N và 7N, tốc độ quay từ 400 đến 800 vòng/phút, tập trung vào giai đoạn vắt của máy giặt.
  • Phương pháp phân tích: Dữ liệu thu thập được xử lý bằng phần mềm Quick DAQ, chuyển đổi tín hiệu điện sang dạng số, phân tích tần số và biên độ rung động, đồng thời xây dựng đồ thị lực tác dụng lên các bộ phận hệ thống. Quá trình hiệu chuẩn thiết bị được thực hiện kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2017, bao gồm các bước khảo sát kết cấu máy giặt, thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm, hiệu chuẩn thiết bị, thu thập và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của tốc độ quay đến lực tác dụng: Ở tải trọng lệch tâm 2N, khi tốc độ quay tăng từ 400 đến 800 vòng/phút, lực tác dụng lên lò xo và các bộ giảm chấn tăng rõ rệt. Ví dụ, lực tại gối giảm chấn 1 tăng từ khoảng 25N lên trên 70N, tương ứng với biên độ rung động tăng gần 180%.

  2. Ảnh hưởng của tải trọng lệch tâm: Ở tốc độ quay 400 vòng/phút, lực tác dụng lên các bộ giảm chấn tăng theo tải trọng lệch tâm từ 0N đến 7N. Lực tại gối giảm chấn 1 tăng từ gần 0N lên đến hơn 70N, cho thấy tải trọng lệch tâm là yếu tố quyết định chính gây rung động.

  3. Hiệu quả của bộ giảm chấn: Khi thay thế một bộ giảm chấn mới bằng bộ giảm chấn đã qua sử dụng có dấu hiệu hư hỏng, lực tác dụng tại các gối giảm chấn tăng lên đáng kể, đặc biệt ở tải trọng 7N và tốc độ 600 vòng/phút, lực tăng khoảng 15-20% so với bộ giảm chấn mới.

  4. Tần số dao động và chu kỳ: Ở tốc độ quay 400 vòng/phút, chu kỳ dao động của hệ thống là 0.15 giây, tương ứng tần số dao động 6 Hz. Đây là tần số quan trọng để thiết kế các bộ giảm chấn phù hợp nhằm tránh hiện tượng cộng hưởng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy rõ ràng sự gia tăng lực tác dụng và biên độ rung động khi tăng tốc độ quay và tải trọng lệch tâm, phù hợp với lý thuyết dao động cơ học. Việc sử dụng giảm chấn ma sát ướt giúp giảm đáng kể biên độ rung động, tuy nhiên hiệu quả giảm chấn giảm sút khi thiết bị đã xuống cấp, làm tăng nguy cơ hư hỏng máy.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của các nhà sản xuất máy giặt lớn, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo trì và thay thế bộ giảm chấn định kỳ. Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ lực theo thời gian và tần số, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố đến rung động.

Nghiên cứu cũng khẳng định vai trò thiết yếu của phương pháp thực nghiệm trong việc kiểm chứng mô hình lý thuyết, đặc biệt với các hệ thống phức tạp như máy giặt cửa ngang có nhiều yếu tố phi tuyến và tải trọng thay đổi.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bảo trì và thay thế giảm chấn định kỳ: Để duy trì hiệu quả giảm rung, các nhà sản xuất và người dùng nên thiết lập lịch bảo trì, kiểm tra và thay thế bộ giảm chấn sau khoảng thời gian sử dụng nhất định, nhằm giảm thiểu rung động và kéo dài tuổi thọ máy.

  2. Thiết kế hệ thống giảm chấn linh hoạt: Áp dụng các loại giảm chấn có khả năng điều chỉnh hệ số giảm chấn theo điều kiện vận hành, giúp tối ưu hóa hiệu quả giảm rung trong các giai đoạn giặt và vắt, đặc biệt khi tải trọng lệch tâm thay đổi.

  3. Nâng cao chất lượng vật liệu và thiết kế lò xo: Sử dụng vật liệu có độ cứng và độ bền cao cho lò xo, đồng thời thiết kế lò xo phù hợp với tải trọng thực tế để giảm thiểu biến dạng và tăng độ ổn định của hệ thống treo.

  4. Phát triển hệ thống giám sát rung động tự động: Trang bị cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu để giám sát liên tục các thông số rung động, từ đó cảnh báo sớm các dấu hiệu hư hỏng hoặc mất cân bằng, giúp người dùng và kỹ thuật viên can thiệp kịp thời.

Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm, với sự phối hợp giữa nhà sản xuất, trung tâm bảo hành và người sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu chi phí sửa chữa.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế máy giặt: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình phân tích rung động giúp cải tiến thiết kế hệ thống treo và giảm chấn, nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Chuyên gia bảo trì và sửa chữa thiết bị gia dụng: Thông tin về đặc tính rung động và hiệu quả giảm chấn hỗ trợ trong việc đánh giá tình trạng máy và đề xuất phương án bảo trì phù hợp.

  3. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và động lực học: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm và phân tích rung động trong các hệ thống cơ điện tử phức tạp.

  4. Người tiêu dùng và các tổ chức kiểm định chất lượng: Hiểu rõ nguyên nhân và tác động của rung động giúp lựa chọn sản phẩm phù hợp và đánh giá chất lượng máy giặt một cách khách quan.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao rung động lại ảnh hưởng lớn đến máy giặt cửa ngang?
    Rung động phát sinh chủ yếu do tải trọng không cân bằng của quần áo trong lồng giặt khi quay với tốc độ cao, đặc biệt ở giai đoạn vắt. Điều này gây ra lực quán tính ly tâm lớn, làm máy rung lắc mạnh, ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để đo lực và rung động trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu sử dụng loadcell kiểu điện trở để đo lực tác dụng lên lò xo và giảm chấn, cùng với gia tốc kế dạng nén để đo gia tốc rung động. Dữ liệu được thu thập và xử lý bằng phần mềm Quick DAQ.

  3. Làm thế nào để giảm rung động hiệu quả trong máy giặt?
    Sử dụng hệ thống giảm chấn ma sát ướt kết hợp với lò xo đàn hồi giúp hấp thụ năng lượng rung động. Ngoài ra, cân bằng tải trọng quần áo và bảo trì định kỳ bộ giảm chấn cũng rất quan trọng.

  4. Tại sao cần hiệu chuẩn thiết bị đo trước khi thí nghiệm?
    Hiệu chuẩn đảm bảo các cảm biến đo lực và rung động cho kết quả chính xác, phù hợp với giá trị thực tế, từ đó tăng độ tin cậy của dữ liệu và phân tích.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại máy giặt khác không?
    Mô hình và phương pháp nghiên cứu có thể áp dụng cho các máy giặt cửa ngang khác có cấu trúc tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số phù hợp với từng loại máy và điều kiện vận hành cụ thể.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống thí nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa ngang LG WD 8990TDS với các tải trọng lệch tâm 2N, 4N, 7N và tốc độ quay đến 800 vòng/phút.
  • Xác định được đặc tính rung động, lực tác dụng lên lò xo và giảm chấn, đồng thời đánh giá hiệu quả giảm rung của các bộ giảm chấn ma sát ướt.
  • Phát hiện sự gia tăng lực và biên độ rung động theo tốc độ quay và tải trọng lệch tâm, cũng như ảnh hưởng tiêu cực khi giảm chấn xuống cấp.
  • Đề xuất các giải pháp bảo trì, thiết kế và giám sát nhằm giảm rung động, nâng cao tuổi thọ và hiệu quả vận hành máy giặt.
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các mô hình thực nghiệm và ứng dụng trong cải tiến thiết kế máy giặt và các thiết bị cơ điện tử phức tạp khác.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu với các loại máy giặt khác và phát triển hệ thống giám sát rung động tự động. Đề nghị các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong ngành tiếp tục ứng dụng và hoàn thiện mô hình để nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hãy bắt đầu áp dụng các kiến thức và giải pháp từ nghiên cứu này để cải tiến thiết kế và vận hành máy giặt, góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và hiệu quả sản xuất!