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

http://lrc.tnu.edu.vn


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



tháng

năm 2019

Người cam đoan

Nguyễn Thị Bích Ngọc

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

http://lrc.tnu.edu.vn


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.

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

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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

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

http://lrc.tnu.edu.vn


Luận văn Thạc sĩ Khoa học


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


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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

http://lrc.tnu.edu.vn

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

http://lrc.tnu.edu.vn


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:

http://lrc.tnu.edu.vn


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.

- 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

http://lrc.tnu.edu.vn


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.

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



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

http://lrc.tnu.edu.vn


- 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

http://lrc.tnu.edu.vn


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

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


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

http://lrc.tnu.edu.vn


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