(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

MÔ HÌNH HÓA RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT
CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Thái Nguyên, năm 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

MÔ HÌNH HÓA RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT
CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. NGÔ NHƯ KHOA

Thái Nguyên, năm 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Bích Ngọc
Học viên: Lớp Cao học K20
Đơn vị công tác: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên
Tên luận văn: “Mô hình hóa Rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang”
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: ..............
Tôi xin cam đoan, các nội dung và kết quả của Luận văn này do chính tôi thực
hiện, là một phần nội dung trong đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ của Thầy hướng
dẫn. Các kết quả chính của Luận văn cũng đã được đăng tải trong 02 báo cáo khoa
học tại Hội nghị Quốc tế International Conference on Engineering Research and
Application ICERA 2018.
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2019

Người cam đoan

Nguyễn Thị Bích Ngọc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
i




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ
phía nhà trường, các thầy cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học
Thái Nguyên.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, các thầy cô giáo tham
gia giảng dạy đã tạo điều kiện cho em hoàn thành chương trình học.
Xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS. Ngô Như Khoa đã
định hướng, theo dõi và truyền đạt kiến thức để em có thể hoàn thành được luận văn
này.
Học viên cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã tạo mọi điều kiện cho tôi được đi học nâng cao trình độ.

Mặc dù đã rất cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận
văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót và cần bổ sung. Do vậy, kính mong quý thầy cô,
đồng nghiệp, bạn bè cùng đóng góp để em tiếp tục bổ sung kiến thức và ứng dụng
các kiến thức học được vào trong thực tế.
Trân trọng!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
ii




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
iii




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. viii

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu..................................................4
1.2.1. Mục tiêu ............................................................................................................4
1.2.2. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................4
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................6
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT CỦA MÁY GIẶT LỒNG
NGANG ....................................................................................................................19
2.1. Cấu tạo của hệ thống treo ...................................................................................19
2.2. Sơ đồ hóa hệ thống treo và các giả thiết ............................................................20
2.2.1. Sơ đồ hóa hệ thống treo...................................................................................20
2.2.2. Các giả thiết xây dựng mô hình rung động .....................................................21
2.3. Xây dựng mô hình ..............................................................................................23
2.3.1. Mô hình 1 ........................................................................................................23
2.3.2. Mô hình 2 ........................................................................................................30
2.4. Xây dựng chương trình mô phỏng .....................................................................31
2.4.1. Mô hình 1 ........................................................................................................31
2.4.2. Mô hình 2 ........................................................................................................32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
iv




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

CHƯƠNG 3:THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH RUNG ĐỘNG LỒNG GIẶT
CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG ..........................................................................36
3.1. Hệ thống thí nghiệm ...........................................................................................36
3.1.1. Hệ thống thí nghiệm xác định đặc tính giảm chấn ..........................................36
3.1.2. Hệ thống thí nghiệm xác định đặc tính rung động ..........................................37
3.2. Thí nghiệm xác định đặc tính giảm chấn ...........................................................40
3.3. Thử nghiệm mô hình thí nghiệm xác định đặc tính rung động lồng giặt và đánh
giá hệ thống ...............................................................................................................41
3.3.1. Thiết lập các thông số thí nghiệm ...................................................................41
3.3.2. Chạy thử nghiệm mô hình thí nghiệm và đánh giá hệ thống ..........................42
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..............................................................49
4.1. Kết quả mô phỏng và phạm vi ứng dụng của các mô hình ................................49
4.1.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................49
* Nhận xét .................................................................................................................59
4.1.2. Phạm vi ứng dụng của các mô hình ................................................................59
4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số hệ thống đến rung động máy giặt ....59
KẾT LUẬN ...............................................................................................................64
1. Các kết quả chính đạt được ...................................................................................64
2. Một số hạn chế của luận văn .................................................................................65
3. Một số hướng phát triển của luận văn ...................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
v




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Diễn giải nội dung đầy đủ

Ký hiệu

cd, c, ci

Hệ số cản của giảm chấn

x

Độ cứng của lò xo

y

k, K

M

m

Tổng khối lượng của lồng

t

giặt, lồng chứa

Khối lượng của tải mất cân

l

bằng

r

Bán kính của lồng chứa

D



Vận tốc góc của lồng giặt

VLD

S

Góc lệch của lò xo

VRD

D

Góc lệch của giảm chấn

FSx

LS

Lò xo bên trái

FSy

RS

Lò xo bên phải

FDx

LD

Giảm chấn bên trái

FDy

RD

Giảm chấn bên phải

rpm

Diễn giải nội dung đầy đủ
Dịch chuyển theo phương
ngang
Dịch chuyển theo phương
thẳng đứng
Thời gian

Độ biếng dạng của lò xo
Chuyển dịch tương đối của
giảm chấn
Vận tốc của giảm chấn trái
Vận tốc của giảm chấn
phải
Lực đàn hồi của lò xo theo
phương x
Lực đàn hồi của lò xo theo
phương y
Lực giảm chấn theo
phương x
Lực giảm chấn theo
phương y
Số vòng quay/phút

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
vi




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Các thông số hệ thống..................................................................................38
Bảng 2. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt ........................42
Bảng 3. Bảng so sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển

tại trạng thái quay ổn định .........................................................................................51
Bảng 4. So sánh kết quả của luận văn với kết quả đưa ra bởi P. Boyraz 's [14] tại
N=900vòng/phút .......................................................................................................51
Bảng 5. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng của biên độ dịch chuyển ở trạng thái cân
bằng ...........................................................................................................................52
Bảng 6. Chuyển vị và phản lực tại các liên kết trong các chế độ vắt........................58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
vii




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. Một số máy giặt thông dụng ..........................................................................2
Hình 2. Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E. Papadopoulos ......................7
Hình 3. Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T. Argentini ........................8
Hình 4. Mô hình máy giặt sử dụng trong nghiên cứu của Takayuki Koizumi và cộng
sự .................................................................................................................................9
Hình 5. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình của Hee-Tae Lim .................................10
Hình 6. Mô hình sử dụng trong nghiên cứu của Holger Gödecker ...........................10
Hình 7. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của Thomas Nygårds ............11
Hình 8. Mô hình máy giặt lồng ngang trong nghiên cứu của Galal Ali Hassaan .....12
Hình 9. Cấu hình giảm chấn MR sử dụng trong nghiên cứu của Nguyễn Quốc Hùng
...................................................................................................................................14
Hình 10. Sơ đồ máy giặt và các điểm đo: 1 - cân bằng tự động, 2 - điểm bên ngoài

lồng chứa (O/T), 3 - điểm bên trong lồng chứa (I/T), 4 - giảm chấn, 5 - motor, 6 clutch, 7 - vỏ ngoài (O/C) .........................................................................................15
Hình 11. Mô hình chỉ ra trạng thái cân bằng và dịch chuyển của máy giặt của Pınar
Boyraz .......................................................................................................................15
Hình 12. Mô hình các lực tác dụng vào máy giặt trong nghiên cứu của Bar JG Can
Yalç J n ......................................................................................................................16
Hình 13: Cấu hình giảm chấn và hệ thống treo thứ cấp (phí trên); giảm chấn tiêu
chuẩn đang được sử dụng trong nghiên cứu của T. Argentini ..................................17
Hình 14: Hình chiếu của mô hình ổ trục giữa vỏ máy và thân máy trong nghiên cứu
của Feng Tyan ...........................................................................................................17
Hình 15. Các chi tiết cấu tạo điển hình của máy giặt lồng ngang .............................19
Hình 16. Cấu tạo hệ thống treo trên máy giặt LG WD 8990TDS ............................20
Hình 17. Mô hình thực của hệ thống treo máy giặt lồng ngang ...............................21
Hình 18. Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang ............................................21
Hình 19. Sơ đồ hóa hệ thống treo máy giặt lồng ngang ............................................23
Hình 20. Sơ đồ 2D tuyến tính của hệ thống treo máy giặt lồng ngang .....................24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
viii




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Hình 21. Mối quan hệ vị trí và các thành phần của lực đàn hồi (a) của lò xo bên trái,
(b) của lò xo bên phải ................................................................................................25
Hình 22.Giảm chấn hệ thống treo của máy giặt lồng ngang .....................................27
Hình 23. Mối quan hệ vị trí và các thành phần của lực giảm chấn (a) của giảm chấn
bên trái, (b) của giảm chấn bên phải .........................................................................27

Hình 24. Sơ đồ Simulink của mô hình 1 – mô hình 2D tuyến tính...........................34
Hình 25. Sơ đồ Simulink của mô hình 2 – mô hình 2D với quan hệ F-V của giảm
chấn là phi tuyến .......................................................................................................35
Hình 26. Mô hình thí nghiệm giảm chấn ..................................................................36
Hình 27. Hệ thống thí nghiệm ...................................................................................39
Hình 28. Đồ thị F-V thực nghiệm

Hình 29. Đường hồi quy của dữ liệu F-V 40

Hình 30. Khối lượng lệch tâm giả lập .......................................................................41
Hình 31. Giao diện thiết lập các chế độ, thông số đo lường và hiển thị, giám sát kết
quả đo ........................................................................................................................44
Hình 32. Loadcell 1,2 – Số liệu các phản lực tại các các điểm treo lò xo trong toàn
thời gian và trích xuất trong 1s..................................................................................45
Hình 33. Loadcell 3,4,5 - Số liệu các phản lực tại các gối giảm chấn trong toàn thời
gian và trích xuất trong 1s .........................................................................................46
Hình 34. LVDT 1,2 - Số liệu dịch chuyển theo 2 phương x (LVDT 2) và y (LVDT
1) trong toàn thời gian và trích xuất trong 1s ............................................................47
Hình 35. Đồ thị lực cản trên 3 bộ giảm chấn trong chế độ vắt ở tốc độ 400
vòng/phút ...................................................................................................................48
Hình 36. Kết quả thí nghiệm của chuyển dịch theo phương x và y với N = 609
vòng/phút ...................................................................................................................49
Hình 37. Kết quả mô phỏng của dịch chuyển x và y với N = 609 vòng/phút ..........50
Hình 38. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng với N = 609 vòng/phút ..........50
Hình 39. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng với N = 725 vòng/phút ..........50
Hình 40. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 1)............53
Hình 41. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 1) ..........53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
ix

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Hình 42. Chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 764.77 vòng/phút .....................................54
Hình 43. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút ..................................54
Hình 44. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở tốc độ 611 vòng/phút (Mô hình 2)............55
Hình 45. Lực đàn hồi và cản nhớt (phương y) ở 611 vòng/phút (Mô hình 2) ..........55
Hình 46. Đồ thị chuyển dịch theo x, y ở 764.77 vòng/phút ......................................57
Hình 47. Lực đàn hồi và cản (phương y) ở 764.77 vòng/phút (Mô hình 2) .............57
Hình 48. Đồ thị năng lượng hao tán tại các góc lệch khác nhau của giảm chấn tại
N=600 vòng/phút and 800 vòng/phút .......................................................................60
Hình 49. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N
= 600 vòng/phút ........................................................................................................61
Hình 50. Quỹ đạo của một điểm trên lồng tương ứng với góc lệch của giảm chấn, N
= 800 vòng/phút ........................................................................................................61
Hình 51. Đồ thị năng lượng hao tán và số lượng giảm chấn tại N=600 vòng/phút
and 800 vòng/phút. ....................................................................................................62
Hình 52. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn
tại N = 600 vòng/phút ...............................................................................................63
Hình 53. Đồ thị biểu diễn quỹ đạo của 1 điểm trên lồng giặt và số lượng giảm chấn
tại N = 800 vòng/phút ...............................................................................................63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
x

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Kể từ khi chiếc máy giặt lần đầu tiên được phát minh bởi Schaefer vào năm
1766, ngành công nghiệp sản xuất máy giặt đã có những bước phát triển đáng kể. Căn
cứ vào phương của lồng giặt, máy giặt được chia thành ba loại cơ bản: máy giặt lồng
ngang (còn gọi là máy giặt cửa trước), máy giặt lồng đứng (còn gọi là máy giặt cửa
trên) và máy giặt lồng nghiêng (Hình 1), mỗi loại đều có những ưu, nhược điểm riêng.

a. Mô hình máy giặt lồng đứng

b. Mô hình máy giặt lồng ngang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
1




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

c. Máy giặt lồng nghiêng
Hình 1. Một số máy giặt thông dụng

Máy giặt lồng đứng được dùng phổ biến hơn tại Hoa Kỳ. Máy giặt lồng đứng
có thiết kế đơn giản, giá thành rẻ, dễ sử dụng và có thể đặt được trong không gian
nhỏ, hẹp; có khả năng thêm hoặc bớt quần áo trong chu kỳ giặt mà không phải hủy
cả chu trình giặt. Tuy nhiên máy giặt lồng đứng có khá nhiều nhược điểm:
- Khả năng chiết xuất nước kém trong giai đoạn vắt: do số vòng quay của máy
giặt cửa trên thường dưới 1000 vòng/phút.
- Độ ồn và rung lớn: do quần áo là một khối không định hình nên việc xoay đảo
trong quá trình giặt của dòng máy này thường không hoàn hảo, trong quá trình vận
hành máy giặt cửa trên khá ồn do rung lắc nhiều.
- Máy tiêu tốn nước gấp 2-3 lần máy giặt lồng ngang do máy giặt lồng đứng
luôn yêu cầu lượng nước giặt phải phủ ngập quần áo thì máy mới vận hành.
- Chất lượng và độ bền của vật phẩm giặt: Vật phẩm giặt (quần, áo,…) dễ bị vặn
xoắn do trong khi giặt vật phẩm thường bị xoắn vào nhau và dễ gây hư hại vải.
Mặc dù thiết kế gần như không thay đổi kể từ đầu thế kỷ, máy giặt lồng ngang
vẫn đang được dùng phổ biến hơn ở khu vực Tây Âu. Với khả năng đáp ứng được
yêu cầu thẩm mỹ cùng với nhu cầu của người tiêu dùng, máy giặt lồng ngang đang là
một trong những loại máy được yêu thích nhất. Cấu tạo của máy giặt lồng ngang phù
hợp với những gia đình có vị trí đặt máy rộng, thuận tiện cho cánh cửa mở/đóng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
2




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Ngoài ra còn phù hợp với gia đình thường xuyên giặt máy, có tiêu chí tiết kiệm điện
nước và đầu tư lâu dài, các ưu điểm nổi trội như:

- Tốc độ quay, vắt: tốc độ quay vắt có thể lên đến 1.400 vòng/phút, giúp vắt
quần áo khô nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và tiết kiệm điện hơn.
- Tiết kiện nước: Nhờ thiết kế lồng ngang, tiết kiệm nước hơn gấp 3 lần so với
máy giặt lồng đứng.
- Chất lượng và độ bền của vật phẩm giặt: cấu tạo trục quay ly tâm ngang mang
đến khả năng đảo trộn quần áo đều, chống xoắn, chống mòn rách quần áo.
- Độ rung lắc và độ ồn thấp hơn máy giặt lồng đứng.
Máy giặt lồng nghiêng là loại máy giặt mới nhất trong 3 loại lồng giặt, vừa ra
đời vài năm trở lại đây. Ưu điểm:
- Giặt sạch hơn: Máy giặt lồng nghiêng khi hoạt động sẽ tương tác với luồng
nước theo 3 chiều. Đồ giặt sẽ chuyển động xoay vòng theo chiều đứng cùng với luồng
nước tác động mạnh mẽ ở xung quanh giúp làm sạch và đánh bay hoàn toàn mọi vết
bẩn. Tính năng lồng nghiêng còn giúp tăng hiệu quả giặt sạch.
- Tiết kiệm nước: Máy giặt lồng nghiêng nếu so với máy giặt lồng đứng sẽ tiết
kiệm hơn 10% lượng nước tiêu thụ. Do đặc thù lồng giặt nghiêng, nên chỉ cần một
lượng nước vừa đủ là có thể tạo nên chuyển động, chứ không cần phải ngập hoàn
toàn như máy giặt lồng đứng. Đồng thời với máy giặt lồng nghiêng, nếu sử dụng
trong chế độ xả phun sẽ tiết kiệm được đến 22% lượng nước sau khi giặt.
- Thuận tiện lấy quần áo: Do thiết kế lồng nghiêng, chỉ cần nghiêng người ở một
mức độ nhất định là đã có thể lấy quần áo ra bên ngoài vô cùng tiện lợi.
Nhược điểm:
- Đặc biệt phát ra tiếng ồn lớn khi ở chế độ vắt quần áo.
- Giá thành cao.
Đối với máy giặt, nguyên nhân phổ biến của rung động và ồn là do lực ly tâm
tạo bởi phân bố không đồng đều của khối lượng vật giặt trong lồng giặt khi lồng quay
với tốc độ cao. Biên độ dịch chuyển của lồng chứa khi rung động có thể gây ra sự va
chạm với thành, vỏ máy và gây rung động trực tiếp cho vỏ máy tạo tiếng ồn, thậm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
3

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

chí hiện tượng di chuyển của máy trên sàn. Vấn đề này đã được giải quyết một phần
theo cách truyền thống đó là lắp thêm một khối bê-tông lớn vào lồng chứa. Tuy nhiên,
sự mất ổn định của máy giặt còn tùy thuộc vào tốc độ quay, khối lượng của vật giặt
và hệ thống kết cấu hình học của máy. Để giảm biên độ rung động, người ta có thể
tăng độ cứng của lò xo và hệ số cản của giảm chấn. Nhưng khi độ cứng của hệ treo
quá 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. Trong thực tế, để chống lại sự di chuyển của máy do mất
cân bằng, máy giặt còn được bắt vít vào nền hoặc giữ cố định vào tường, tuy nhiên
cách này có thể dẫn đến các lực quá mức truyền đến sàn gây rung động cho sàn ở
mức không thể chấp nhận được.
Với các yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng như giảm không gian đặt
máy, giảm thời gian cho mỗi chu trình giặt, tăng dung tích mỗi mẻ giặt, giảm thiểu
hiện tượng rung, ồn...; với các yêu cầu của nhà sản xuất thiết bị như giảm chi phí sản
xuất, tối ưu hóa các vật liệu sử dụng trong thiết kế máy (xu hướng hiện tại là hướng
tới sử dụng các thành phần nhựa và composite kết hợp), giảm khối lượng của
máy,…Các yêu cầu này sẽ dẫn đến tăng khả năng mất ổn định của máy.
Do vậy, để có thể đưa ra các phương án giảm rung hiệu quả cho máy giặt,
tăng sự ổn định của máy nhưng không làm tăng chi phí sản xuất thì việc xây dựng
được mô hình động lực nhằm phân tích, đánh giá được các đặc tính rung động
của máy giặt theo các thông số của hệ thống như cấu hình hệ giảm chấn, độ cứng
và cấu hình của hệ treo, khối lượng của lồng giặt, chế độ làm việc của máy giặt,
v.v… phục vụ bài toán thiết kế máy giặt là một việc đặc biệt cần thiết và có ý nghĩa
thực tiễn lớn.

1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu
Xây dựng mô hình rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang; kiểm chứng
và đánh giá độ tin cậy của mô hình qua thực nghiệm; sử dụng mô hình để nghiên cứu
mức độ ảnh hưởng của các yếu tố như lò xo, giảm chấn đến rung động của hệ thống.
1.2.2. Nội dung nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
4




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm các phần chính sau:
- Xây dựng mô hình 2D rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang;
- Đánh giá độ tin cậy của mô hình qua nghiên cứu thực nghiệm đối với rung
động của máy giặt LG WD-8990TDS.
- Áp dụng mô hình để khảo sát ảnh hưởng của lò xo, giảm chấn đến rung động
của máy giặt dựa trên mô hình rung động đã được xác định
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp
thực nghiệm kiểm chứng.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng tham khảo cho các nghiên cứu động
lực học nói chung và các bài toán về tính toán, thiết kế các hệ thống quay có giảm
chấn.

- Chương trình mô phỏng cho phép nghiên cứu những đặc tính rung động của
máy giặt.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Xây dựng mô hình 2D rung động lồng giặt của máy giặt lồng ngang và kiểm
chứng mô hình bằng thực nghiệm.
- Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở để nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn để
giảm rung động cho máy giặt lồng ngang.
- Giúp có nhưng hiểu biết có tính chất định lượng về các yếu tố giảm rung cho
máy giặt lồng ngang.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
5




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, chất lượng cuộc sống của con
người ngày càng được nâng cao, yêu cầu về sản phẩm của khách hàng cũng ngày
càng cao và đa đạng. Do vậy, đã có rất nhiều các nghiên cứu liên quan đến nâng cao
khả năng giặt, giảm rung và tiếng ồn cho máy giặt. Tuy nhiên, khi tăng khả năng giặt,
giảm trọng lượng máy giặt, tăng tốc độ quay của lồng giặt, vấn đề về rung động lại là
bài toán lớn phát sinh.
Để giải quyết bài toán rung động lồng giặt, xu hướng phổ biến của các nghiên
cứu là mô hình hóa hệ thống sử dụng các phần mềm như ANSYS, Adasm/View,
Matlab/Simulink... sau đó đưa ra các lời giải số cho bài toán rung động.

E. Papadopoulos, I. Papadimitriou [1], T. Argentini et al. [2] [3], Takayuki
Koizumi, Nobutaka Tsujiuchi, Yutaka Nishimura [4] đã xây dựng mô hình toán của
máy giặt lồng ngang dựa trên giả thiết lồng giặt và vỏ máy là một cấu trúc rắn tuyệt
đối. Các tác giả đều tập trung vào việc mô hình hóa, thiết kế, và điều khiển máy giặt
lồng ngang, trong đó, nhấn mạnh vào việc giảm trọng lượng và khả năng di động; đề
xuất phương pháp chủ động bằng cách thêm vào các cảm biến, vi điều khiển và động
cơ bước để giảm thiểu tối đã sự bất ổn định.
Các tác giả [1] đã xây dựng mô hình toán của máy giặt lồng ngang với giả thiết
máy giặt là một khối rắn. Trong nghiên cứu này, vận tốc góc tối đa đạt được được
xác định dựa vào các đại lượng khác như khối lượng vật phẩm giặt và lực ma sát giữa
sàn và chân máy. Tác giả cũng đã đưa ra hai phương pháp lý thuyết kiểm soát sự ổn
định của máy: (1) Phương pháp dựa trên thiết kế làm giảm sự bất ổn định và hiệu quả
về chi phí; (2) Phương pháp dựa trên điều khiển loại bỏ tính không ổn định và rung
động và được kết hợp với cân bằng chủ động.
Mô hình toán cho phương pháp dựa trên thiết kế:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
6




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Trong đó:

sl

vận tốc tới hạn mà tại đó máy giặt bắt đầu có hiện tượng trượt xoay

f:

hệ số ma sát Coulomb

Mw:

khối lượng của lồng giặt và lồng chứa

mcl:

khối lượng mất cân bằng

mr :

khối lượng nước

pv :

chân không tạo ra bởi suction cup

rcl:

bán kính

A:

tổng diện tích của suction cups

Hình 2. Sơ đồ hệ thống trong mô hình động lực của E. Papadopoulos
Mô hình toán cho phương pháp dựa trên điều khiển

Trong đó: b là chỉ số cho trạng thái cân bằng
Tommaso Argentini và cộng sự [2] phát triển một mô hình số của một máy giặt
lồng ngang sáu bậc tự do 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 dãn dài và hai bộ giảm chấn ma sát
khô. Các tác giả đã xây dựng mô hình cho lồng giặt, giảm chấn và vỏ máy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
7




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Mô hình lồng giặt:

Trong đó:
M: Ma trận khối lượng
Q: Khối lượng mất cân bằng
R: bán kính lồng giặt
f: ngoại lực
Mô hình giảm chấn

Trong đó:
xv(t):

đại diện cho chuyển động của điểm liên kết giữa giảm chấn và vỏ máy

xb và fab: giá trị cuối của xv(t) và fdamper(t) trước khi chuyển động đảo chiều
Δf:

biên độ của vòng trễ

xs :

tham số tỉ lệ với hệ số góc của vòng trễ

Dấu ± hay ∓ là phụ thuộc vào việc giảm chấn ở trạng thái nén hay kéo

Hệ tọa độ gắn
với lồng chứa

Hệ tọa độ chính

Hình 3. Sơ đồ hệ thống treo theo mô hình động lực của T. Argentini
Takayuki Koizumi và cộng sự [3] đã mô hình hóa máy giặt lồng ngang để phân
tích rung động của vỏ ngoài, khung máy và lực tác dụng lên sàn ở chế độ giặt khô.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
8

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Theo đó, một số thông số cải tiến đã được đề xuất và khả năng giảm rung của máy
khi điều chỉnh các thông số đã được chỉ định. Những kết quả này cho thấy mô hình
được tạo ra đủ hữu ích để tối ưu hóa các thông số của máy giặt trong giai đoạn thiết
kế.
Lò xo
Lồng chứa
Lồng giặt
Khung
Giảm chấn
Đệm cao su
Gối cao su

Hình 4. Mô hình máy giặt sử dụng trong nghiên cứu của Takayuki Koizumi và
cộng sự
H.-T. Lim, W.-B. Jeong và K.-J. Kim [4] đã cho rằng tính linh hoạt của vòng bi
và vòng cao su ở cửa sổ trước và ảnh hưởng của chúng đối với chuyển động của lồng
giặt là không đáng kể. Nghiên cứu chủ yếu quan tâm đến chuyển động tương đối giữa
lồng giặt và lồng chứa trong suốt quá trình quay. Mô hình toán xây dựng có 6 bậc tự
do (4 bậc tự do là quay và chuyển dịch theo phương y và z; 2 bậc tự do biểu diễn sự
biếng dạng của lồng giặt và lồng chứa) trong không gian phức được chuyển đổi từ
không gian thực để có thể hiểu về chuyển động xoáy. Phần mềm Matlab được sử
dụng để phân tích chuyển động. Mô hình toán:

Trong đó:
- M: Ma trận khối lượng

- G: Ma trận gyroscopic
- q, f: vector tọa độ và lực
- Cf, Cb: Ma trận giảm chấn là độ cứng lò xo
- Kf, Kb: f, b: chỉ số cho chuyển động cùng chiều và ngược chiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
9




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

- q, 𝑞̅: tín hiệu số thực tế được đo bằng hệ tọa độ của hệ thống.

Lò xo

Hệ tọa độ lồng giặt

Giảm
chấn
Lồng chứa

Hệ tọa độ lồng chứa

Hình 5. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình của Hee-Tae Lim
Holger Gödecker, Utz von Wagner, Axel Heubner [5] đã mô hình hóa máy giặt
lồng ngang bằng phần mềm Autolev ở tốc độ 1600 vòng/phút, các phương trình phi
tuyến và tuyến tính đã được đề xuất. Tác giả đã chỉ ra rằng giải pháp của các phương

trình là không ổn định. Mô hình toán được đề xuất:

Lồng chứa

Liên
kết
dạng
cầu

Lồng giặt

Lồng
chứa

Lồng giặt
Bể chứa
a. Sơ đồ mô hình

b. Liên kết dạng cầu giữa
lồng giặt và lồng chứa

Hình 6. Mô hình sử dụng trong nghiên cứu của Holger Gödecker
Nygards và Berbyuk [6] tập trung vào một số đặc tính rung động của máy giặt
lồng ngang. Họ đã xây dựng một mô hình tính toán của một máy giặt lồng ngang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
10

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

trong Adams/View dựa trên bản vẽ sản xuất và mô hình hóa các thành phần chức
năng nhằm tối ưu hóa hệ thống treo. Nghiên cứu đã chỉ ra ba hàm mục tiêu liên quan
đến động học và động lực học của máy giặt lồng ngang và thuật toán số để giải bài
toán tối ưu hóa Pareto. Các tác gải đã trình bày một số kết quả nghiên cứu số về rung
động của máy giặt bao gồm nghiên cứu độ nhạy của hệ thống động lực đối với các
thông số của kết cấu treo, và điều tra về tiềm năng của công nghệ cân bằng tự động
để giảm rung. Đặc biệt, các mô phỏng của thiết bị cân bằng hai mặt phẳng được xem
xét đã cho thấy một tiềm năng đáng kể trong việc loại bỏ tải không cân bằng ở tốc độ
quay siêu tới hạn, dẫn đến giảm rung đáng kể trong máy giặt.

Đối tượng
nghiên cứu
Thanh chống
với lò xo kết
hợp giảm chấn
Vòng đệm
cao su
Chân máy
cao su

Hình 7. Sơ đồ hệ thống treo trong mô hình động lực của Thomas Nygårds
Galal Ali Hassaan [7] đã nghiên cứu lý thuyết về mặt phân tích rung động của
máy giặt lồng ngang trong quá trình quay không cân bằng. Ông cho biết ảnh hưởng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
11

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

của các thông số khác nhau về độ cứng của lò xo, hệ số giảm chấn và khối lượng lồng
giặt của máy giặt đối với biên độ rung và vận tốc của lồng giặt ứng với các tốc độ
quay từ 200 đến 1200 vòng/phút.

Lồng giặt (M)

Tải trọng mất
cân bằng - F

Hình 8. Mô hình máy giặt lồng ngang trong nghiên cứu của Galal Ali Hassaan
K. Venkata Krishnaiah, Rama Narasimha Reddy [8] đã giới thiệu mô hình lồng
máy giặt được xây dựng trong phần mềm thiết kế Solidwork 2016 và được phân tích
bằng phần mềm ANSYS 14.5. Mục đích của nghiên cứu này để giúp các thiết bị Asko
thực hiện phân tích tương tự để sản xuất lồng giặt công suất cao trong tương lai và
giảm thử nghiệm. Việc phân tích chủ yếu được xác định với tải trọng phân bố đều ở
tốc độ góc không đổi. Việc xem xét sự không ổn định dường như là một vấn đề quan
trọng, đặc biệt là để xây dựng mô hình máy giặt ở tốc độ quay cao hơn.
Ibtisam Mahdi Shihab, Wafa Abd Soud và Nazik Abdulwahid Jebur [9] nghiên
cứu lý thuyết và thực nghiệm về sự rung động của lồng giặt máy giặt lồng ngang ở
các tốc độ khác nhau. Họ đã thực hiện một phân tích đơn giản bằng cách chỉ xem xét
chuyển động theo một hướng (hướng x). Không có xác nhận lý thuyết với kết quả
thực nghiệm.
Các mô hình nêu trên không tạo ra sự khác biệt nào trong bộ phận giặt giữa lồng

giặt (hệ thống quay) và vỏ máy (hệ thống không quay). Ngoài ra, hầu hết các nghiên
cứu đều bỏ qua sự ảnh hưởng của hệ thống treo và các giải pháp số không được xác
minh bằng thực nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
12




Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Chuyên ngành: Kĩ thuật Cơ khí

Ngoài việc nghiên cứu mô hình rung động của máy giặt, để giảm rung động của
máy giặt, một số công ty đã sử dụng phương pháp đo bị động để tăng momen quán
tính bằng cách gắn thêm một vặt nặng và lồng giặt hoặc tăng số lượng lò xo và giảm
chấn. Gần đây, các phương pháp mới được giới thiệu như cân bằng chất lỏng (liquid
balancer) hoặc cân bằng sử dụng hạt tròn (ball balancer) để tiêu hao khối lượng lệch
tâm trong lồng giặt; giảm chấn hai chế độ (double stage damper) được thay thế cho
giảm chấn cũ là giảm chấn ma sát truyền thống. Có một số cách tiếp cận trong việc
nghiên cứu cấu hình của giảm chấn máy giặt lồng ngang.
Spelta và cộng sự [10] đã thay thế bộ giảm chấn thụ động bằng các thiết bị được
đặc trưng bởi hệ số giảm chấn điều khiển bằng điện tử và điều khiển chúng theo chiến
lược kiểm soát phản hồi để giảm rung động đo được trên vỏ máy. Hệ thống điều khiển
được thực hiện thông qua một bộ giảm chấn từ tính bán chủ động nằm trên hệ thống
treo liên kết giữa lồng giặt và vỏ máy. Các tác giả đã thử nghiệm trên một máy cảm
biến để làm nổi bật hành vi động của hệ thống.
J. Bus´kiewicz, G. Pittner [11] trình bày một kỹ thuật bán tích cực mới để giảm
độ rung của khung máy giặt trong quá trình vắt bằng cách giới thiệu một bộ giảm
chấn cơ điện tử có thể điều khiển được. Một mô hình động của bộ phận giặt được

phát triển để mô phỏng chuyển động của hệ thống sau khi các lực giảm chấn được
giải phóng. Biên độ rung động thân máy không được quan sát. Mô hình có thể được
phát triển để khử chính xác hơn các lực giảm chấn và tất cả hàm hao tán năng lượng.
Nguyễn Quốc Hùng và cộng sự [12] đã tập trung thiết kế giảm chấn từ tính
(MR) sử dụng các công cụ tối ưu hóa của phương pháp phần tử hữu hạn để đạt được
kích thước hình học tối ưu của giảm chấn sử dụng các dung dịch từ tính khác nhau.
Trong nghiên cứu này vấn đề tối ưu hóa cho bộ giảm chấn được xây dựng để làm
giảm tối đa hệ số cản nhớt của bộ giảm chấn và ứng suất đàn hồi của bộ giảm chấn
lớn hơn một giá trị yêu cầu làm giảm gần như đỉnh cộng hưởng của cơ cấu thân máy
giặt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
13