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

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. Ngô Như Khoa THÁI NGUYÊN-2021 -i- 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. 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 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH PGS. Ngô Như Khoa Nguyễn Thị Hoa - ii - 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. 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 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hoa - iii - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. 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. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

Giới thiệu về máy giặt. Tổng quan các công bố khoa học. Các nghiên cứu trong nước. Các nghiên cứu ngoài nước.

Về xây dựng mô hình động lực hệ thống treo.Về cách thức kiểm soát rung động. Kết luận chương 1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG TREO MÁY GIẶT LỒNG NGANG. Động lực học hệ nhiều vật.

Xác định vị trí của vật rắn trong không gian. Xác định vận tốc góc của vật rắn. Xác định vị trí, vận tốc, gia tốc của một điểm bất kì thuộc vật. Các phương trình vi phân chuyển động của vật rắn.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống treo máy giặt lồng ngang. Cấu tạo hệ thống treo máy giặt lồng ngang. Nguyên lý làm việc. Mô hình vật lý của hệ thống treo.

Đặc tính của phần tử đàn hồi. Đặc tính của phần tử giảm chấn .Đặc tính của phần tử quán tính .Đặc tính của phần tử kích thích rung động. Xây dựng mô hình động lực của hệ thống treo. Xây dựng mô hình không gian (Mô hình 1).

Xây dựng mô hình động lực đối với hệ thống treo chuyển động phẳng. Mô hình phẳng hai bậc tự do (Mô hình 3). Biểu diễn Simulink của các mô hình. Một số kết quả của chương trình mô phỏng.

Kết luận chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ĐO RUNG ĐỘNG ĐÁNH GIÁ KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỆ THỐNG TREO MÁY GIẶT LỒNG NGANG. Mô hình thực nghiệm đo rung động. Hệ thống khung đỡ.

Hệ thống thiết bị đo. Sơ đồ khối các hệ thống đo và xử lý tín hiệu. Các dụng cụ đo và thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng trong hệ thống. Xây dựng chương trình xác định các thông số rung động.

Chương trình đo, xác định phản lực gối đỡ và dịch chuyển lồng giặt. Chương trình đo, xác định gia tốc. Đo đặc tính rung động của hệ thống treo. Thiết lập các thông số thí nghiệm.

Kết quả thực nghiệm. Kiểm chứng mô hình động lực của hệ thống treo. Kết luận chương 3. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA THÂN VỎ MÁY GIẶT LỒNG NGANG.

Hệ phương trình cân bằng của thân vỏ máy. Ảnh hưởng của một số thông số hệ thống đến rung động của vỏ máy. Ảnh hưởng của vị trí kết nối giảm chấn với vỏ máy. Ảnh hưởng của số lượng giảm chấn.

Kết luận chương 4 .120 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .122 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .131 -i- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng Anh Giải nghĩa 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 F-V Force - Velocity Lực – vận tốc Linear Variable Differential LVDT Cảm biến đo dịch chuyển Transformer sensor Acc Accelerometer Gia tốc kế DAQ Data Acquisition System Hệ thống thu thập dữ liệu GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền RPM Revolutions per minute Số vòng quay/phút DOF Degrees of freedom Số bậc tự do The magneto- Thiết bị giảm chấn từ tính – MR rheological damper lưu biến RS Right Spring Lò xo bên phải LS Left Spring Lò xo bên trái RD Right Damper Thiết bị giảm chấn bên phải LD Left Damper Thiết bị giảm chấn bên trái The Differential DE Thuật toán vi phân tiến hóa Evolution algorithm LC Loadcell Cảm biến lực FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn CAD Computer Aided Design Thiết kế có máy tính trợ giúp Computer Aided Phần mềm thiết kế, gia công, CAM Manufacturing điều khiển máy công cụ - ii - DANH MỤC KÝ HIỆU Kí hiệu Ý nghĩa Thứ nguyên M Khối lượng hệ thống treo Đơn vị kg m Khối lượng lệch tâm kg R Bán kính lồng chứa m r Bán kính lồng giặt m ICx, ICy, ICz Mômen quán tính chính tâm của hệ kg.m2 IC Tenxơ quán tính x, y, z Chuyển dịch của khối tâm m x, y, z Vận tốc khối tâm m/s x, y, z Gia tốc khối tâm m/s2 α, ,  Các góc Cardan rad  ,  , Vận tốc góc Cardan rad/s  ,  , Gia tốc góc Cardan rad/s2  Góc quay của động cơ rad ,  Vận tốc góc và gia tốc góc của động cơ rad/s, rad/s2 k Độ cứng của lò xo N/m Ci, i=03 Hệ số trong biểu thức quan hệ lực-vận tốc của giảm chấn 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 N Tốc độ quay của động cơ vòng/phút 1 Góc lệch phương hướng kính tại điểm kết nối lò rad xo với lồng chứa so với phương ngang 2 Góc lệch phương hướng kính tại điểm kết nối rad giảm chấn với lồng chứa so với phương ngang 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 - iii - Fmx, Fmy, Fmz Lực kích thích của khối lệch tâm theo phương N x,y,z mCx(Fmu) mCy(Fmu) Mômen kích thích gây ra bởi khối lệch tâm quanh N.m các trục mCz(Fmu) mCx(FiS) mCy(FiS) Mômen xoắn gây ra bởi lực đàn hồi của lò xo N.m mCz(FiS) mCx(FjD) mCy(FjD) Mômen xoắn gây ra bởi lực cản của thiết bị giảm N.m chấn mCz(FjD) 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 AC, [aij] Ma trận chuyển của phép biến đổi tọa độ e(0) (0) (0) x , e y , ez Vec-tơ đơn vị của các trục tọa độ cố định ex , e y , ez Vec-tơ đơn vị của các trục tọa độ động r, V, a Vec-tơ vị trí, vận tốc, gia tốc của điểm trên lồng m, m/s, chứa m/s2 n Số điểm đo Ftt Giá trị lực giảm chấn tính theo lý thuyết N Ftn Giá trị lực giảm chấn xác định từ thực nghiệm N - iv - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Vòng tròn Sinner - các nhân tố chính tác động đến quá trình giặt. Máy giặt lồng đứng. Máy giặt lồng ngang.

Mô hình HWM của D. Mô hình động lực do Aldrin và cộng sự xây dựng. Mô hình hệ thống treo trong nghiên cứu của Bascetta. Mô hình động lực hệ thống treo trong nghiên cứu của Hee-Tae Lim và cộng sự.

Mô hình động lực do Thomas Nygårds và cộng sự xây dựng. Nguyên lý làm việc của thiết bị cân bằng chất lỏng. Mô hình máy giặt và khoang chất lỏng cân bằng của Leonardo Urbiola Soto. Mô hình của T.

Dịch chuyển của robot trong thiết bị cân bằng của Min Gyu Jo. Kết cấu giảm chấn MR. Vật rắn trong không gian. Minh họa một số mô hình ma sát [67].

Mặt sau của máy giặt. Lò xo sử dụng trong hệ thống treo của HWM. Biến dạng của lò xo. Đo đặc tính của lò xo.

Lực đàn hồi tuyến tính và lực đàn hồi phụ thuộc góc treo. Thiết bị giảm chấn trong hệ thống treo máy giặt lồng ngang. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm. Sơ đồ thí nghiệm đo đặc tính cản của thiết bị giảm chấn.

Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển. Cấu trúc chương trình điều khiển. Giao diện của chương trình điều khiển trên Labview. Can nhiễu lên tín hiệu vận tốc thu trực tiếp từ encoder động cơ.

Cửa sổ phần mềm hiển thị kết quả đo lực và vận tốc theo thời gian ở dải tốc độ 144 - 192 mm/s. Đồ thị quan hệ lực – vận tốc của thiết bị giảm chấn. Hệ số của phương trình (2. Sơ đồ khối của thuật toán DE.

Đồ thị đường cong lực – vận tốc của thiết bị giảm chấn. Các thành phần của hệ thống treo. Sơ đồ lực tác dụng lên vật phẩm giặt .