Динамические характеристики колебательной системы стиральных машин барабанного типа как двухкаскадной системы виброизоляции Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Технические науки — от теории к практике № 7 (55), 2016г_'_

СЕКЦИЯ

«ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН БАРАБАННОГО ТИПА КАК ДВУХКАСКАДНОЙ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

Алехин Сергей Николаевич

канд. техн. наук, кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг»,

проф. Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ДГТУ,

РФ, г. Шахты E-mail: alex_cn@mail.ru

Алехин Алексей Сергеевич

канд. техн. наук, кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг»,

доц. Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ДГТУ,

РФ, г. Шахты E-mail: alekalh@yandex.ru

Коротков Александр Сергеевич

магистрант кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг»

Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ДГТУ,

РФ, г. Шахты E-mail: aleksandr. s. korotkov@gmail.com

Технические науки — от теории к практике _№ 7 (55), 2016г

DYNAMIC CHARACTERISTICS OF OSCILLATORY SYSTEM OF WASHING MACHINES OF DRUM TYPE

AS TWO-STAGE SYSTEM OF VIBRATION INSULATION

Sergey Alekhin

candidate of Engineering Sciences, Professor Department of'Housing and communal services technical systems and services sectors " Institute of Service and Business (Branch) DSTU,

Russia, Shakhty

Aleksey Alekhin

candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of "Housing and communal services technical systems and services sectors" Institute of Service and Business (Branch) DSTU,

Russia, Shakhty

Alexander Korotkov

postgraduate at the Department of "Housing and communal services

technical systems and services sectors" Institute of Service and Business (Branch) DSTU,

Russia, Shakhty

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены вопросы, связанные с обоснованием необходимости представления колебательной системы стиральных машин как двух-касакдной системы виброизоляции. Приведена расчётная схема колебательной системы стиральной машины. Определены отдельные параметры двухкаскадной системы виброизоляции, а также основные направления её исследования. Приведены теоретические основы исследования рассматриваемой системы применительно к стиральным машинам барабанного типа.

ABSTRACT

The questions connected with justification of need of representation of oscillatory system of washing machines as two-kasakdny system of vibration insulation are considered. The rated scheme of oscillatory system of the washing machine is provided. Separate parameters of two-stage system of vibration insulation, and also the main directions of its research are determined. Theoretical bases of research of the considered system in relation to washing machines of drum type are given.

Технические науки — от теории к практике № 7 (55), 2016г_

Ключевые слова: стиральная машина; виброактивность; виброизоляция; двухкаскадная система; динамика; центробежный отжим; упругие элементы; демпферы.

Keywords: Washing machine; vibroactivity; vibration insulation; two-stage; system; dynamics; centrifugal extraction; elastic elements; dampers.

Снижение виброактивности при центробежном отжиме белья является в настоящее время одним из приоритетных вопросов, которые приходится решать разработчикам стиральных машин на стадии их проектирования.

Как показал анализ научных публикаций, посвящённых вопросам исследования динамики стиральных машин и снижения их виброактивности, практически во всех работах при математическом моделировании колебаний стиральных машин их колебательная система рассматривается как однокаскадная (или однозвенная) система виброизоляции, представляющая в большинстве случаев упруго-диссипативную подвеску моечного узла (подвесной части). При этом, корпус машины представляется как абсолютно жёсткая неподвижная конструкция.

Вместе с тем, важность исследования колебательной системы стиральных машин как двухкаскадной системы виброизоляции подтверждается основными положениями теории колебаний и выводами, сделанными в работах, посвящённых динамике машин с переменными нагрузками [2; 4; 3]. Так, в работе [3, с. 136] указывается, что «В ряде случаев для повышения виброзащитной способности упругой установки машин применяют двухкаскадное (двухзвенное) и многозвенное крепление. Такое крепление состоит из двух или более ярусов виброизоляторов, разделенных промежуточной массой».

Следует указать, что колебательная система стиральных машин в действительности представляет собой сложную многокаскадную (или многозвенную) систему виброизоляции с множеством конструктивных элементов, характеризующихся некоторыми упругими и дис-сипативными свойствами.

Анализируя конструкцию стиральных машин с упругими опорами как колебательную систему, следует выделить два наиболее важных звена, расположенных между элементами системы виброизоляции и основанием, на котором установлена машина: корпус машины и её упругие опоры, изготовленные, чаще всего, из резины. Корпус стиральных машин, как известно, производители выполняют из стали, максимально жёстким и устойчивым для устранения разбаланси-рованности конструкции и появления дополнительных вибраций.

ССибАК

Технические науки — от теории к практике и'и'и'.\//)^с. ш/о_№ 7 (55), 2016г.

Известно, что способность материала конструкции к поглощению энергии колебаний характеризуется коэффициентом внутреннего трения у [3]:

5 ш

у = - = Ш, ш

л 2л

где: 5- логарифмический декремент колебаний;

Ш- коэффициент поглощения.

Значения коэффициента внутреннего трения для стали у=(0,01 ... 0,025), для резины у=(0,030...0,300) [3]. Таким образом, очевидно, что именно упругие опоры, в структуре колебательной системы стиральных машин играют роль второго упругого звена. То есть, с учётом этого колебательная система стиральных машин может быть представлена как двухкаскадная (или двухзвенная) система виброизоляции.

Опираясь на известные разработки динамических моделей стиральных машин, приведённые в диссертациях [1; 5; 6 и др.], примем для математического описания динамики рассматриваемой колебательной системы следующие допущения:

• подвесная часть представляет собой твёрдое тело, связанное с корпусом машины посредством упругих элементов, параллельно которым действуют гасители колебаний - демпферы;

• корпус машины, выполненный в виде пространственной конструкции, представляет собой абсолютно жёсткую систему (статор);

• внутреннее и внешнее трение конструктивных элементов машины отсутствует кроме внутреннего трения элементов с диссипа-тивными свойствами системы виброизоляции;

• опоры машины установлены неподвижно без скольжения и отрыва от основания.

Тогда расчётная схема колебательной системы стиральной машины с двухкаскадной системой виброизоляции будет иметь вид, представленный на рис. 1.

Технические науки — от теории к практике № 7 (55), 2016г_

Рисунок 1. Расчётная схема колебательной системы стиральной машины с двухкаскадной системой виброизоляции

Основным недостатком рассматриваемой системы виброизоляции является наличие второго резонанса. Однако, при определённом подборе параметров эффективность двухкаскадной виброизоляции оказывается выше однозвенной. Преимущество двухкаскадной виброизоляции заключается в возможности полного гашения колебаний одной из масс при наступлении антирезонанса при вынужденной частоте [3]:

а =

Кг + К

т,

(2)

где: Кл - жёсткость виброизоляторов тела массой ш\ (упругих элементов подвесной части стиральной машины) вдоль вертикальной оси;

Кг2 - жёсткость виброизоляторов тела массой ш2 (опор стиральной машины) вдоль вертикальной оси.

Исследования показали, что для стиральных машин, рассчитанных на наиболее популярную величину загрузки 5 ... 6 кг, для наступления антирезонанса диапазон значений жёсткости Кг2 виброизоляторов опор стиральной машины должен составлять Кг2=3,2 ... 6,9 кН/м, причём

Технические науки — от теории к практике _№ 7 (55), 2016г.

с увеличением жёсткости подвески К2\ пропорционально должны расти значения жёсткости Кг2 виброизоляторов (рис. 2).

7000,00

Е 6500,00

± 6000,00

и

л 5500,00

О

О 5000,00

4500,00

о

4000,00

* 3500,00

3000,00

Ш1=55 кг - ^

»«1=60 КГ

II (1=65 кг ?1=70 кг — -

'"■ II -

8000

9000 10000 11000

Жёсткость подвески Кг1. Нм

12000

Рисунок 2. Жёсткость Кг2 опор машины в зависимости от жёсткости подвески Кг1

Порядок расчёта двухкаскадной виброизоляции принципиально не отличается от расчёта обычной виброизоляции с учётом податливости основания [3].

Угловые частоты собственных колебаний двухзвенной схемы виброизоляции определяются по формуле:

а

а

1+т+4± [1+т+ак

т.

а

и

т.

а

и.

л а22

2

а,

(3)

2

9 К , о К п. где: а121 =, а222 = —^.

т т2

Парциальные собственные частоты ац и а22 двухзвенной виброизолированной системы лежат внутри интервала частот собственных колебаний системы. Высшая частота собственных колебаний выше большой парциальной частоты, а низшая собственная частота ниже меньшей парциальной частоты системы. Наибольшее отличие собственных частот системы от парциальных частот имеет

®п 1 место при —11 = 1.

а,

Технические науки — от теории к практике № 7 (55), 2016г_

Амплитуда колебаний массы ш1 при действии гармонической силы ^ш(П) определяется по формуле:

А -

Рг К 2

1 Кг - »»П \КЛ + К2 - тхП2) - К 2 '

(4)

Амплитуда второй массы ш2 равна:

А = , Рг [кл + Кг - ЩП2 )

2 [Кг -»гП2\КЛ + Кл -ЩП2)-К:2 '

Амплитуда усилия, передающегося на основание, определяется по формуле:

*о= АХКЛ.

(5)

Коэффициент передачи для двухзвенной виброизоляции выражается формулой:

1

М Р2 -П2» ^

К

- П и,

V

(6)

V К2

+ 1

-П»

V ^Г

+1

Двухзвенная виброизоляция с коэффициентом передачи ¡и' будет эффективнее однозвенной с коэффициентом передачи ¡и', если:

¡¡1-1. ¡и

Для исследования динамических характеристик стиральных машин с двухкаскадной системой виброизоляции, в первую очередь, необходимо определить приоритетное направление снижения виброактивности из следующих вариантов:

1) Снижение амплитуд колебанийА1 подвесной части (моечного

уза).

2) Снижение амплитуд колебаний А2 корпуса стиральной машины.

3) Одновременное снижение амплитуд колебаний А1 и А2.

Технические науки — от теории к практике _№ 7 (55), 2016г

Выбор зависит от цели и постановки задачи.

Во всех случаях существуют ограничения на величину жёсткости упругих элементов подвески моечного узла и опор машины, обусловленные, в первую очередь, статическими, а также медленно изменяющимися и ударными нагрузками.

Вместе с тем, амплитуды колебаний обоих виброизолированных тел зависят от характеристик упругих элементов первого и второго звена системы виброизоляции. Кроме этого, режимные параметры процесса центробежного отжима носят случайный характер, при котором они принимают вероятностные значения, как в процессе отжима, так и в каждом отдельном цикле отжима. Это накладывает определённые сложности при исследовании двухкаскадной системы виброизоляции стиральных машин.

Однако, данная задача может быть решена при подробном проведении математического моделирования колебательного процесса исследуемой динамической модели с учётом последних достижений в области теории колебаний и современных методов определения динамических характеристик стиральных машин. Это является следующим этапом исследования динамики стиральных машин, колебательная система которых представлена как двухкаскадная система виброизоляции.

Список литературы:

1. Алехин С.Н. Теоретические и экспериментальные исследования динамики стиральных машин барабанного типа: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.13 / С.Н. Алехин. - М., 2000. - 290 с.

2. Вибрации в технике: справочник в 6-ти томах. Т. 6. Защита от вибрации и ударов. - М.: Машиностроение, 1981. - 410 с.

3. Ивович И.А. Защита от вибрации в машиностроении / И.А. Ивович, В.Я. Онищенко. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

4. Левитский Н.И. Колебания в механизмах / Н.И. Левитский. - М.: Наука, 1988. - 336 с.

5. Малыгин А.В. Снижение виброактивности стирально-отжимных машин бытового назначения: дис. ...канд. техн. наук: 05.02.13 / А.В. Малыгин. -М., 1991.- 127 с.

6. Фетисов И.В. Исследование случайных воздействий на вибрационные характеристики стиральных машин барабанного типа при отжиме: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.13: защищена 24.12.11 / И.В. Фетисов. - Шахты, 2011. - 199 с.