Luận văn Xây dựng mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước

mất cân bằng của động cơ diesel có thể gây ra rung động đủ mạnh của mặt đất để tạo ra sự nguy hiểm trong một khu vực. Trong tuabin, rung động gây ra những hỏng hóc cơ học không thể dự đoán trước. Trong tất cả các trường hợp, kết cấu và máy bị rung động có thể dẫn đến bị hỏng, hoạt động không hiệu quả do sự mỏi của vật liệu gây ra bởi sự biến đổi theo chu kì của ứng suất. Hơn nữa, rung động gây ra sự mài mòn nhanh chóng của các bộ phận máy như vòng bi, bánh răng,... tạo ra những tiếng ồn quá mức cho phép. Bất cứ khi nào, tần số dao động tự nhiên của máy hoặc kết cấu trùng với tần số kích động ngoài sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng, dẫn đến biên động rung động cực đại gây hỏng máy hoặc kết cấu. Do những ảnh hưởng phá hủy mà rung động có thể gây ra cho máy và các kết cấu, kiểm tra độ rung đã trở thành một quy trình chuẩn trong việc thiết kế và phát triển hầu hết các hệ thống kỹ thuật. 2 Trong nhiều hệ thống kỹ thuật, con người hoạt động như một phần của hệ thống. Sự lan truyền rung động đến con người tạo ra sự không thoải mái và mất đi hiệu quả làm việc. Sự rung và tiếng ồn của động cơ gây ra nhiều sự phiền toái của con người và thiệt hại cho tài sản. Vì vậy, một trong những mục đích quan trọng của nghiên cứu rung động là giảm rung động thông qua việc thiết kế các máy móc phù hợp cũng như giá đỡ của chúng. Để nghiên cứu rung động của một hệ thống, người ta thường sử dụng hai phương pháp nghiên cứu: lý thuyết và thực nghiệm. Phương pháp lý thuyết tập trung vào xây dựng mô hình toán của hệ thống và dự đoán các đặc tính rung động để có thể đánh giá hệ thống thông qua các nghiên cứu phân tích. Còn phương pháp thực nghiệm tập trung vào đo đạc các tín hiệu dao động của hệ thống theo một dữ liệu đầu vào đã biết. Đối với cả hai phương pháp này thì phương pháp thực nghiệm luôn giữ một vai trò hết sức cần thiết bởi vì: (i) Trong thực tế, có nhiều hệ thống máy hoặc cấu trúc rất khó xây dựng mô hình toán. (ii) Các đặc tính rung động được tính toán trên lý thuyết của một máy hoặc cấu trúc có thể khác với giá trị thực tế do các giả định được đưa ra trong quá trình phân tích. Cho nên kết quả tính toán lý thuyết phải được thực nghiệm kiểm chứng. Nếu các tần số tự nhiên tính toán và các hình dạng chế độ của mô hình xây dựng tương đương với các tần số tự nhiên đo được và các hình dạng chế độ của hệ thống thì mô hình toán xây dựng mới được coi là hợp lý. Trong nghiên cứu này đối tượng cụ thể được lựa chọn là máy giặt lồng ngang vì những lý do sau: 1 - Về mức độ phổ biến của máy giặt, theo số liệu thống kê năm 2008 của Wipsglobal, máy giặt là một trong những sản phẩm gia dụng được tiêu thụ nhiều thứ hai trên thế giới (24%), chỉ đứng sau tủ lạnh (35%). Với yêu cầu nâng cao chất lượng các sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người, các máy 3 giặt đều không ngừng cải tiến để hướng tới giảm rung lắc, giảm độ ồn, giảm thời gian giặt, tăng dung tích lồng giặt, tiết kiệm điện, tiết kiệm nước,... Để làm được điều này thì việc đo đạc các tần số rung động và các lực tác dụng là cần thiết cho việc thiết kế và vận hành các hệ thống cách ly rung động. 2 – Một máy giặt là một hệ thống cơ điện tử nhiều vật phức tạp, trong đó các van điều tiết nước, bơm nước, bộ phận cấp nhiệt, động cơ được điều khiển với các thiết bị điều khiển thông minh dựa trên các bộ cảm biến cho thông tin về mức nước, nhiệt độ, tải trọng, và chuyển động của lồng giặt. Cấu trúc của một máy giặt thường bao gồm rất nhiều thành phần phi tuyến như thiết bị giảm chấn ma sát, chân đế cao xu, tải trọng quần áo thay đổi,...Do vậy, mô hình hóa và phân tích động lực học cho máy giặt là một việc thật sự rất khó khăn. Cho nên, việc đo lường đầu vào và kết quả rung động ở đầu ra của hệ thống sẽ giúp nhận dạng hệ thống thông qua các thông số khối lượng, độ cứng, giảm chấn của hệ thống. 3 - Đối với máy giặt vấn đề được quan tâm hàng đầu chính là giảm rung lắc cho máy giặt. Nguyên nhân chủ yếu gây ra những rung động này là do khối lượng không cân bằng của quần áo phân bố trong lồng giặt. Quy trình làm việc của máy giặt được chia làm hai giai đoạn chủ yếu là giặt và vắt. Trong giai đoạn giặt, máy quay với tốc độ thấp để làm nhiệm vụ đảo khuấy quần áo nên hiện tượng rung động xẩy ra với biên độ thấp. Nhưng trong giai đoạn vắt khô hiện tượng rung lắc xẩy ra rất mạnh và thay đổi liên tục bởi vì lồng giặt quay với vận tốc tương đối cao làm cho quần áo bị ép vào vách trong của lồng giặt, trở thành một khối lượng mất cân bằng lớn cho đến khi giai đoạn vắt kết thúc. Đặc biệt đối với máy giặt lồng ngang, hiện tượng không cân bằng của quần áo càng dễ dàng xảy ra hơn do ảnh hưởng của trọng lực. Tải trọng lệch tâm này có tính chất rất phức tạp đó là có sự phân bố ngẫu 4 nhiên trên suốt chiều dài của lồng giặt và khối lượng của tải trọng thay đổi theo từng vòng quay. 4 - Mặc dù máy giặt là hệ thống rất phổ biến và nổi tiếng, nhưng cũng không tìm thấy nhiều nghiên cứu về các đặc tính rung động của máy giặt. Có lẽ lý do chính cho tình trạng này là các nghiên cứu được tài trợ bởi các nhà sản xuất máy giặt nên kết quả nghiên cứu được lưu giữ như một bí mật thương mại. a b Hình 1: Một số máy giặt thông dụng Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn phục vụ công việc giảng dậy, nghiên cứu khoa học và dịch vụ thí nghiệm phải thỏa mãn điều kiện đơn giản, hiệu quả và chi phí đầu tư thấp, việc triển khai đề tài “Xây dựng mô hình thực nghiệm phân tích rung động của lồng quay máy giặt cửa trước” là cần thiết, có ý nghĩa thiết thực. Với mô hình này có khả năng tạo tiền đề cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo nhằm cải tiến, tối ưu hóa cũng như đưa ra các dự đoán thay thế các phụ kiện giảm rung lắc của máy giặt. Chú thích: + Loại a: Máy giặt cửa trên + Loại b: Máy giặt cửa trước 5 II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu - Thiết kế, chế tạo được hệ thống thí nghiệm từ một máy giặt lồng ngang trên một đối tượng thực và xác định được các thông số rung động trong các chế độ tải khác nhau ở giai đoạn vắt. - Xác định các đặc tính rung động của lồng giặt trong các chế độ tải khác nhau và mức độ ảnh hưởng của các giảm chấn đến rung động. 2. Nội dung - Nghiên cứu, khảo sát kết cấu máy giặt để đề xuất hệ thống thí nghiệm. - Thiết kế kết cấu hệ thống giá đỡ, khung treo cho lồng giặt ngang có tích hợp các thiết bị đo tại các gối đỡ, gối treo, gối đỡ. - Chế tạo, lắp đặt hệ thống. - Thử nghiệm hệ thống và thực nghiệm xác định các đặc tính rung động của lồng giặt trong các chế độ tải khác nhau và mức độ ảnh hưởng của các bộ giảm chấn đến rung động. 3. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm: Bằng các thử nghiệm tái tạo lại hệ thống treo, đo được các giá trị lực, rung động tại mỗi vị trí, giai đoạn cụ thể bằng cách gắn các loadcell và đưa ra đồ thị về mối quan hệ giữa lực và thời gian. 6 CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA MÁY GIẶT LỒNG NGANG I. KẾT CẤU THỰC CỦA MÁY GIẶT Trên thị trường, máy giặt cửa ngang có rất nhiều thương hiệu như LG, SamSung, Electrolux, Hitachi,... Mỗi thương hiệu đưa ra một kết cấu khác nhau cho hệ thống treo của máy giặt, nhưng nhìn bên ngoài, chúng ta thấy hình dạng điển hình của một máy giặt cửa ngang như trong Hình 1.b. Phần hiển thị ra ngoài có thể quan sát được chỉ có bảng điều khiển, thiết bị phân phối chất giặt tẩy, cửa máy và vỏ máy – phần này không liên qua đến đặc tính động lực học của máy giặt. Còn các bộ phận bên trong của máy được hiển thị trong hình 2, thường bao gồm các phần chính là: lò xo, lồng giặt, lồng chứa, đối trọng, giảm chấn, động cơ điện, ..., ngoài ra còn có ống cấp nước, đệm cách, bộ phận cấp nhiệt,...Thông tin tóm tắt về từng phần: Hình 2. Sơ đồ cấu tạo của máy giặt cửa ngang Lồng giặt là phần nằm bên trong lồng chứa, giữ quần áo và quay xung quanh trục nằm ngang. Khi đạt đến tốc độ quay nhất định, quần áo dính vào mặt bên trong của lồng giặt, tạo thành các tải trọng phân bố không đều và gây ra các lực quán tính ly tâm. Lồng giặt được kết nối với lồng chứa bằng một ổ bi. Trục được kết nối với động cơ có thể quan sát thấy trong hình 3. Lò xo Vỏ máy Lồng giặt Đối trọng Stato Rotor Lồng chứa Giảm xóc 7 Hình 3. Phần phía sau của máy giặt Lồng chứa là phần chính của máy giặt, là bộ phận liên kết với tất cả các phần khác của máy. Lồng chứa và các bộ phận gắn với lồng chứa được gọi là nhóm dao động. Bộ phận này được treo với vỏ máy thông qua lò xo và thiết bị giảm chấn. Nhiệm vụ chính của lồng chứa là giữ nước giặt và không để rò rỉ. Với ảnh hưởng của tải trọng không cân bằng khi quay, lồng chứa và các bộ phận khác trên nó đều rung động. Để giảm bớt rung động, ngăn chặn lồng chứa và các phần rung động khác không va chạm vào vỏ máy, các đối trọng được gắn thêm vào lồng chứa. Động cơ dẫn động trực tiếp Động cơ dẫn động gián tiếp Puli Dây Cu-roa Mô-tơ điện 8 Hình 4. Nhóm rung động, đệm cửa và ống cấp nước Ống cấp nước là phần mềm kết nối các thiết bị phân phối chất tẩy rửa và dẫn nước vào lồng chứa. Đệm cửa là phần liên kết giữa lồng giặt với cửa máy để ngăn rò rỉ nước trong suốt chu kì giặt. Hệ thống treo bao gồm có lò xo và giảm chấn. Hệ thống treo của máy giặt Samsung gồm bốn giảm chấn và hai lò xo để giữ cân bằng, giảm rung lắc của lồng giặt khi hoạt động, các giảm chấn sử dụng ma sát ướt. Hình 5. Hệ thống treo của máy giặt Samsung Hệ thống treo của máy giặt Electrolux gồm hai lò xo và hai thanh giảm chấn ma sát ướt giống hệt nhau về hình dáng, cấu tạo. Đệm cửa Ống cấp nước 9 Hình 6. Hệ thống treo của máy giặt Electrolux Đối với máy giặt LG, hệ thống treo gồm hai lò xo và ba giảm chấn ma sát ướt. Hình 7. Hệ thống treo của máy giặt LG Máy giặt Hitachi mới nhất sử dụng thống treo gồm hai giảm chấn thủy lực (áp suất nhớt) kết với lò xo, giống như sử dụng cho xe máy, đỡ lồng chứa. Hệ thống treo này có thể thay đổi linh hoạt hệ số giảm chấn làm giảm đáng kể biên độ rung động và hỗ trợ giảm thiểu sự lan truyền rung động đến vỏ máy. 10 Hình 8. Hệ thống của máy giặt Hitachi mới nhất Để hiểu rõ về cách thức hoạt động của máy giặt và xác định mối quan hệ giữa các bộ phận của máy, ta tìm hiểu nguyên lý làm việc của máy giặt. Động cơ điện gắn liền với lồng giặt nhận được tín hiệu điều khiển và bắt đầu sản xuất ra mômen xoắn và tốc độ quay. Sau đó, mômen xoắn và tốc độ quay được truyền tới lồng giặt nhờ dây đai và pulli (dẫn động gián tiếp) hoặc truyền trực tiếp tới lồng giặt (dẫn động trực tiếp). Lồng giặt liện kết với lồng chứa thông qua ổ bi. Quần áo được quấy đảo trong lồng giặt và bị ép vào vào thành bên trong của lồng giặt tạo ra các tải không cân bằng theo các vòng quay của lồng giặt, chính những khối lượng không cân bằng này tạo ra lực quán tính ly tâm. Lực quán tính ly tâm chính là nguyên nhân gây ra rung động cho nhóm rung lắc và dẫn tới sự dịch chuyển của vỏ máy. Lò xo và giảm chấn nối giữa nhóm dao động và vỏ máy nhằm mục đích ngăn chặn nhóm dao động va chạm với vỏ máy bằng cách chúng hấp thụ một phần năng lượng và ngăn lực truyền quá mức tới vỏ máy, bởi nếu lực này quá lớn có thể gây ra hiện tượng dịch chuyển của máy giặt. II. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 11 Trong giới hạn luận văn này, máy giặt nguyên mẫu được lựa chọn để nghiên cứu là loại máy giặt cửa ngang LG WD 8990TDS, với hệ thống treo bao gồm hai lò xo và ba giảm chấn ma sát ướt. Nghiên cứu chỉ tập trung vào chu kì vắt của máy, vì trong giai đoạn này máy quay với tốc độ quay quét từ 0 đến 800 vòng/phút làm cho nhóm rung động dao động với tần số và biên độ lớn. Khối lượng mất cân bằng được sử dụng trong các phép đo là không đổi và được cố định vào tường bên trong của lồng giặt. 12 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM I. CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG GIẢM RUNG CỦA MÁY GIẶT Trong lý thuyết mô hình hóa hệ thống động, các cơ hệ rung động được đưa về mô hình bao gồm 3 phần tử cơ bản: phần tử quán tính (khối lượng, mô men quán tính), phần tử đàn hồi (lò xo) và bộ giảm chấn. Sự rung động của hệ liên quan đến việc chuyển thế năng của nó thành động năng và động năng thành thế năng. Nếu hệ dao động tắt dần thì năng lượng sẽ được phân tán qua mỗi chu kì dao động. - Phần tử quán tính: Trong máy giặt, phần tử khối lượng của hệ thống treo bao gồm: lồng giặt, lồng chứa, động cơ, đối trọng và tải trọng mất cân bằng. Đối với máy giặt LG WD 8990TDS, ở chế độ làm việc bình thường, khối lượng quần áo mỗi lần giặt 7kg . Còn trong điều kiện thí nghiệm, khối lượng mất cân bằng được cố định vào một vị trí trên tường trong của lồng giặt, cho nên máy chỉ có thể hoặt động ở chế độ vắt khi khối lượng 0.7kg . Do đó, để máy làm việc ổn định và an toàn, trong mô hình thí nghiệm tải trọng mất cân bằng được chọn theo một số giá trị xác định: 2N, 4N và 7N. - Lò xo hay phần tử đàn hồi: Lò xo được sử dụng trong trong máy giặt là loại lò xo xoắn thông thường. Sử dụng lực kế, thước ta xác định được mối qua hệ giữa lực tác dụng và độ biến dạng của lò xo. Kết quả nhận được cho thấy lò xo là tuyến tính và độ giãn của lò xo quan hệ với lực tác dụng bằng biểu thức F = k.x (k là hằng số và được biết như độ cứng của lò xo). Dùng hàm SLOPE trong excel ta xác định được giá trị độ cứng lò xo. 13 Hình 9: Đồ thị quan hệ giữa lực và độ giãn của lò xo Độ cứng lò xo F = 5703(N/m) Độ dãn dài tối đa của lò xo: ∆lmax= 0,09(m) Tải trọng tối đa: Pmax = F. ∆lmax= 5703.0,09 = 523(N) Trong quá trình thiết kế, chế tạo chúng ta luôn quan tâm tới hệ số an toàn để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chính xác, ở đây chúng ta chọn hệ số an toàn n ≈2. Vậy tại hai vị trí móc lò xo chúng ta có thể chọn hai loadcell có giá trị đo max = 1000N. - Phần tử giảm chấn: Trong hệ thống máy giặt LG, các giảm chấn được sử dụng thuộc loại giảm chấn ma sát. Phần tử giảm chấn có dạng pittong, bên trong là vòng găng gín (sec-măng) làm bằng vật liệu phi kim được thấm dầu, tiếp xúc với trục pittong và trượt theo trục. Sử dụng giảm chấn ma sát là một giải pháp giảm rung bị động có chi phí thấp. Khi sử dụng giảm chấn ma sát, có thể tạo được một lực cản lớn ngay khi vận tốc tương đối giữa pittong và trục giảm chấn nhỏ. Đối với một giảm chấn ma sát khô lý tưởng, lực ma sát là hằng số; nhưng đối với giảm chấn của máy giặt hoạt động theo nguyên lý ma sát ướt, thì lực ma sát phụ thuộc vào vận tốc. 14 Dựa vào kết quả luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm kiểm tra phân tích động lực học của xy lanh giảm chấn cỡ nhỏ” của học viên Phạm Hà Phương, lớp cao học kỹ thuật cơ khí – K16 trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Chúng ta có được lực cản ma sát lớn nhất của giảm chấn là: Fmsmax= 250N. Để đảm bảo độ tin tưởng ta chọn hệ số an toàn n = 2. Vậy tại ba vị trí gối tựa giảm chấn chúng ta có thể chọn ba loadcell có giá trị đo max = 500N. II. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG KHUNG ĐỠ Việc chế tạo khung thay thế khung của máy giặt thực tế bằng một bộ khung mới phải đáp ứng được một số tiêu chí sau: Thứ nhất: Phải giữ nguyên được đặc tính làm việc của máy ở chế độ vắt. Thứ hai: Khi lắp thêm các loadcell không thay đổi vị trí tương đối của các điểm đặt lực. Thứ ba: Phải đảm bảo độ cứng vững của kết cấu khung. Thứ tư: Có thể dễ dàng trong việc điều chỉnh, gá lắp thêm các thiết bị, phụ kiện thí nghiệm. Để chế tạo được khung thay thế đáp ứng các tiêu chí trên trước hết chúng ta phải tiến hành đo xác định kích thước của cơ cấu, bộ phận, vị trí tương đối của các vị trí đặt lực. Đồng thời xác định các kích thước của loadcell để khi chế tạo xong chúng ta có thể lắp đặt nguyên dạng lại máy giặt để nghiên cứu chính xác nhất. Căn cứ vào phạm vi nghiên cứu của đề tài, vật liệu làm khung được chọn là thép V, vật liệu CT3 (thép V3 có độ dầy S = 3mm). Sau khi chế tạo, gia công các chi tiết xong việc lắp ghép thành kết cấu tổng thể chúng ta sử dụng mối ghép hàn (hàn hồ quang tay), riêng chi tiết 6 liên kết với chi tiết 1 bằng mối ghép bu lông đai ốc. Cụ thể chúng ta chế tạo các chi tiết có kích thước và số lượng cụ thể (Bản vẽ kèm theo phụ lục) 15 III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO 1. Thiết bị đo 1.1. Loadcell Loadcell - cảm biến lực, để chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện. Tín hiệu này có thể là một sự thay đổi điện áp, dòng điện hay tần số tùy thuộc vào loại loadcell và mạnh đo được sử dụng. Loadcell được sử dụng trong mô hình thí nghiệm là loadcell kiểu điện trở - làm việc dựa vào nguyên lý biến dạng – trở kháng. Thành phần cấu tạo chính của loadcell là strain gauge, nó gồm một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi. Để tăng chiều dài của dây điện trở strain gauge người ta đặt chúng theo hình zic zac với mục đích tăng độ biến dạng khi bị lực tác dụng, qua đó tăng độ chính xác của thiết bị cảm biến. Khi các tấm dán điện trở (strain gauge) bị biến dạng, trở kháng của nó thay đổi, sự thay đổi trở kháng này sẽ dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra khi một điện áp đầu vào được cấp. R – điện trở L – Chiều dài của sợi dây kim loại S – Thiết diện của sợi dây kim loại  - Điện trở suất vật liệu của sợi dây kim loại Hình 10. Strain gauge Các strain gauge được dán vào thân loadcell. Thân loadcell là một thanh kim loại đàn hồi và tùy vào mục địch sử dụng mà chúng được chế tạo có hình dạng khác nhau và bằng các loại vật liệu khác nhau. Khi có tải trọng hoặc lực tác dụng lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều này dẫn đến sự thay đổi chiều dài và thiết diện của sợi kim loại trên strain gauge dán trên thân của loadcell dẫn đến sự thay đổi của điện trở. Mạch 16 cầu Wheatstone được sử dụng để chuyển sự thay đổi tỉ lệ giữa lực căng và trở kháng thành điện áp tỷ lệ với tải. Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại tín hiệu. Hình 11. Nguyên lý làm việc của loadcell Hình 12. Mạch cầu Wheatstone Đối với mô hình thí nghiệm thiết kế, để đo được lực truyền từ nhóm rung lắc đến vỏ máy giặt, ta phải sử dụng 05 loadcell, trong đó có 02 loadcell dùng để đo lực đàn hồi của hai lò xo và 03 loadcell dùng để đo lực giảm chấn.  Loadcell tại các vị trí các giảm chấn (03 chiếc): - Hãng Mettler toledo 17 - Model: MT 1260-50 - Giới hạn đo được: F = 50kg ≈ 490N - Độ nhạy: 2mV/V Hình 13. Cảm biến loadcell model: MT 1260-50 đo lực  Loadcell tại các vị trí lò xo (02 chiếc): - Hãng Mettler toledo ( xem hình) - Model: MT1041- 100 - Giới hạn đo được: F = 100kg ≈ 980N - Độ nhạy: 2mV/V Hình 14. Cảm biến loadcell model MT 1041- 100 đo lực 1.2. Gia tốc kế Gia tốc kế là một thiết bị đo rung động, hoặc gia tốc của một cấu trúc chuyển động. Lực tạo ra rung động hoặc thay đổi về chuyển động sẽ tác dụng 18 lên vật liệu áp điện (bằng thạch anh hoặc gốm) bên trong sinh ra một tín hiệu điện tích tỉ lệ với lực tác động và gia tốc. Cấu tạo của gia tốc kế gồm khối lượng rung (m), một phần tử điện áp đặt trên giá cứng và toàn bộ được đặt trong một vỏ hộp kín. Cảm biến này có tần số cộng hưởng cao, kết cấu chắc chắn, nhạy với ứng lực của đế. Hình 15. Cấu tạo của gia tốc kế Tùy thuộc vào cấu tạo bên trong mà gia tốc kế được chia thành nhiều loại khác nhau như: gia tốc kế dạng trượt, gia tốc kế dạng uốn cong và gia tốc kế dạng nén. Gia tốc kế được sử dụng trong mô hình thí nghiệm là gia tốc kế với phần tử cảm biến dạng nén. Ưu điểm của loại cảm biến này là cho độ chính xác cao, bền và giá thành thấp. 19 Hình 16. Gia tốc kế dạng nén - Hãng: Kistler - Model: K-Shear 8702B50M1- Các thông số kỹ thuật: ( (Khối lượng rung) (Điện cực) (Trụ tải ) (Thủy tinh áp điện ) (Tín hiệu ) (Đất ) 20 1.2.1. Máy đo độ rung (Vibration Meter) - Hãng: Dytran - Model: 4151HL Hình 17. Máy đo độ rung 4151HL Khi được sử dụng với một gia tốc kế mV/g, máy đo độ rung Dytran 4151HL RMS thực có thể cho giá trị căn bậc hai trung bình của một cấp rung động hoặc tập hợp của bất kì tổ hợp cấu trúc cần kiểm tra nào khác. Độ giãn chính xác của một dải băng chuyển động của cuộn băng gắn ở mặt trước của đồng hồ sẽ hiển thị mức độ rung động. Một tín hiệu DC từ 0 đến 10 volt tương tự với mức độ rung động tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát từ xa bằng cách sử dụng một DC DVM. Thiết bị đo độ rung có nguồn điện cố định 4mA cho IC trong cảm biến IEPE. 21 22 23 2. Các thiết bị khuếch đại, thu nhận và chuyển đổi tín hiệu 2.1. Bộ khuếch đại tín hiệu strain gauge Dòng sản phẩm SCC-SG04 của National Instruments bao gồm các mô- đun khuếch đại kênh kép cho việc ghép nối theo chuẩn ¼, một nửa hoặc cả cầu strain gauge. Mỗi mô-đun được thiết kế cho một loại cấu hình strain gauge cụ thể. SCC-SG04 là loại full bridge strain gauge 2 kênh độc lập. Mỗi kênh của một mô-đun SCC-SG bao gồm một bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại G=100, bộ lọc băng thông thấp (lowpass) với tần số cắt 1.6kHz, và một chiết áp điều chỉnh điểm không của cầu đo. Điện áp kích thích cầu đo 2.5V. - Model: SCC-SG04 - Dải điện áp đầu vào: ± 100 mV - Điện áp kích thích cầu đo: 2,5 V Hình 18 Khuếch đại tín hiệu model SCC-SG04 Hình 19. Sơ đồ khối của SCC-SG04 24 2.2. Thiết bị thu nhận tín hiệu - Hãng: Measurement Computing - Model: DT9806 - Tốc độ lấy mẫu toàn bộ: 50 kHz - Độ phân giải: 16 bit - 2 đầu ra analog, 16 bit, một giá trị Hình 20. Bộ thu thập dữ liệu (DAQ) model DT9806 Bộ thu thập dữ liệu (DAQ) model DT9806 được đặc trưng với điều kiện tín hiệu tích hợp được thiết kế đặc biệt cho các phép ghép nối với các tín hiệu đo gia tốc, lực, nhiệt độ. DT9806 truyền các kết quả đo gia tốc và lực cho máy tính cá nhân với cổng USB 2.0 hoặc 1.1. Chỉ cần kết nối model DT9806 với máy tính bằng cách sử dụng cáp USB đã được cung cấp, nối trực tiếp tới 7 cảm biến của mô đun và chạy ứng dụng QuickDAQ miễn phí. Dữ liệu từ gia tốc kế, loadcell được trả về ở m/s2, và N, không phải viết bất kì chương trình nào cho máy tính của mình. 25 Sơ đồ khối này cho thấy tất cả các hệ thống con và tín hiệu truy cập của model DT9806. Hình 21. Sơ đồ khối của model DT9806 Sau khi thu thập được dữ liệu DAQ sẽ chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện sang tín hiệu số (Digital) 16 bit và thông qua phần mềm Quick DAQ chúng ta sẽ thu được dữ liệu số dưới dạng file Excel. 26 3. Sơ đồ khối hệ thông đo và xử lý tín hiệu 3.1. Sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tại các liên kết: Từ yêu cầu của đề tài, sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tác dụng tại các liên kết của lò xo treo, giảm chấn: Hình 22. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo tải trọng tác dụng tại các gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn 3.2. Sơ đồ nguyên lý đo chuyển dịch lồng giặt: Sau khi đã xây dựng được sơ đồ nguyên lý đo tải trọng tác dụng tại các gối liên kết của lò xo treo, giảm chấn thì chúng ta tiếp tục phải xây dựng sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo chuyển dịch lồng giặt: Hình 23. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm đo chuyển dịch lồng giặt 27 IV. GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ ĐO VÀ HIỆU CHUẨN HỆ THỐNG ĐO Sau khi lựa chọn được các thiết bị thì công việc tiếp theo chúng ta phải ghép nối các thiết bị lại với nhau theo sơ đồ: Hình 24. Sơ đồ ghép nối thiết bị đo 1. Hiệu chuẩn hệ thống đo lực loadcell 1.1. Theo tính toán Với giá trị mà cảm biến loadcell đo được, được thể hiện qua tín hiệu điện áp đầu ra tương ứng với mỗi giá trị tải hay lực tác dụng cần tìm. Như vậy để hiệu chuẩn được thông số đo lực phải thỏa mãn điều kiện sau: Với độ nhạy của loadcell: 2mV/V Điện áp kích thích của bộ khuếch đại SCC-SG04 là 2,5 V Với các loadcell cụ thể ta tính được: Loadcell số 1, 2 Giá trị tải max của loadcell là 100Kg Ta có: 28 Tải trọng tương ứng = độ nhạy * điện áp kích thích * hệ số khuếch đại. Vậy 100Kg tương ứng = 2mV/V x 2,5 V x 100 = 500mV A (kg) tương ứng B (mV) Từ trên ta dễ thấy: 500. 100 AB  Ở đây chúng ta sử dụng tải trọng A = 10N = 1,02 kg để thử nghiệm. Tương ứng ta có: 500.1,02500. 1,2 100 100 5,1AB mV   . Loadcell số 3, 4, 5. Tương tự như loadcell 1,2 nhưng khác ở đây giá trị tải max của loadcell 3, 4, 5 là 50Kg Giá trị tương ứng là: 500.1,02500. 3,4,5 50 50 10,2AB mV   1.2. Theo thực tế Sử dụng quả nặng có giá trị 10N để làm thí nghiệm trên từng loadcell, trước đó chúng ta đã set về giá trị 0 với cả 5 load cell và thu được kết quả thông qua phần mềm Quick DAQ và so sánh với tính toán như bảng dưới đây. TT Tên loadcell Giá trị theo cơ sở tính toán ( mV) Giá trị theo thực tế trên phần mềm Quick DAQ ( mV) Sai lệch ∆ 1 Load cell 1 5,1 5,187 0,087 2 Load cell 2 5,1 5,187 0,087 3 Load cell 3 10,2 10,224 0,024 4 Load cell 4 10,2 10,229 0,029 5 Load cell 5 10,2 10,222 0,022 Qua bảng kết quả trên, ta thấy được giá trị thu được khi thực hiện trên phần mềm Quick DAQ và theo tính toá