CC BY
20УДК 648.32
Д.И. Покидюк
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТЖИМА РАЗНЫХ ТИПОВ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН
В статье наводятся результаты экспериментальных исследований, которые направлены на выявление влияния геометрических параметров барабана стиральной машины на эффективность процесса отжима.
Ключевые слова: стиральная машина, отжим, влажность, эффективность, барабан.
На сегодняшний день стиральные машины стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Ручная стирка белья изо всех работ является самой тяжелой и трудоемкой. Замена ручной стирки машинной заметно снижает затраты физического труда и повышает ее производительность. Машинная стирка представляет собой комплекс тепловых, физико-химических и механических воздействий на загрязненную ткань с помощью моющих средств и удаление загрязнения моющими средствами.
Первые стиральные машины представляли собой деревянный ящик с подвижной рамой. Первая стиральная машина, запущенная в серийное производство, была создана в 1874 году Уильямом Блэкстоуном, у нее был ручной привод. В Европе первые стиральные машины начали производить в Германии в 1900 году. Современные машины с электрическим приводом появились в 1908 году. Механизация труда практически привела к исчезновению профессии прачки. В 1949 в США появилась первая автоматическая стиральная машина.
Современные стиральные машины классифицируются следующим образом:
- по типу рабочего органа: в виде активатора или барабана;
- по степени автоматизации: автоматические и полуавтоматические;
- по способу загрузки: вертикальные и фронтальные.
Активаторные машины обычно имеют вертикальную загрузку. Барабанные бывают как с вертикальной, так и с фронтальной загрузкой. У машины с фронтальной загрузкой обычно имеется прозрачный люк для контроля стирки.
- по назначению: бытовые и промышленные.
Известна также классификация по весу загружаемого сухого белья.
Анализируя рынок стиральных машин, можно сделать вывод про присутствие большого количества моделей которые отличаются габаритами, массой загружаемых изделий, частотой вращения барабана. При этих отличиях стирально-отжимные машины объединяет технологический процесс, который состоит из следующих операций:
- предварительная стирка;
- основная стирка;
- полоскание (несколько этапов);
- отжим.
Последний этап оказывает решающее влияние на влажность изделий, а также на энергетические потери машин. Остаточная влажность изделий положена в основу разделения стиральных машин на семь категорий: А, В, С, D, Е, F, G.
Остаточная влажность белья при классе отжима А не должна превышать 45%. В-класс допускает остаточную влажность до 54%, С - до 63%, а D - до 72%.
Процесс отжима происходит следующим образом: после окончания полоскания использованная вода сливается с помощью насоса. Затем начинается сам отжим. Число оборотов барабана постепенно увеличивается, вода выталкивается из белья под влиянием центробежной силы и сквозь перфорированные отверстия обечайки барабана поступает в бак. При этом периодически включается насос, и вода удаляется в канализацию. Максимальных оборотов двигатель (а значит и барабан) достигают в конце отжима, причем всего на несколько минут (обычно не более двух).
Влажность изделий после отжима определяет затраты энергии на его сушку. Центростремительные силы, возникающие при отжиме, создают дополнительные динамические нагруз-
© Покидюк Д.И., 2013.
ки, и есть одной из причин колебаний. Кроме того, в период отжима в ходе преодоления инерционных масс возникают значительные энергетические затраты. Поиск решений, направленных на уменьшение названных негативных проявлений, должен базироваться на результатах анализа научно-экспериментальных исследований процесса отжима и закономерностей влияния конструктивных и кинематических параметров стирально-отжимных машин на их возникновение.
Учитывая выше сказанное, сформируем цель данной работы: исследовать факторы влияния на процесс отжима белья.
На сегодняшний день рынок стиральных машин достаточно велик. И с каждым днем механизм стирки усовершенствуют разными способами.
Так И.Г. Иванов [1] предложил, с целью повышения качества процесса стирки, установить на вал активатора стиральной машины дополнительный шкив малого диаметра. Ведомый шкив большего диаметра установить на вал, где закреплены отжимные валки, что обеспечивает понижение скорости их вращения. Двигателя. Валки снабжены муфтой, отключающей их во время стирки. Изобретение направлено на повышение качества процесса отжима стиральной машины активаторного типа и представляет интерес в плане конструктивных изменений привода, которые могут быть использованы во многих конструкциях стиральных машин.
На расширение технологических возможностей стиральной машины непрерывного действия направлена работа [2]. Автор предлагает выполнить внутренний барабан в виде перфорированных полубарабанов, соединенных с помощью направляющих устройств с возможностью продольного перемещения относительно друг друга и разделенных вертикальными перегородками на равные секции, открытые с одной стороны. Основание машины выполнено в виде отдельных равных резервуаров, каждый из которых соединен с соответствующей секцией наружного барабана посредством сливного патрубка. Количество секций внутреннего барабана соответствует количеству секций наружного барабана, а количество резервуаров основания на один резервуар меньше чем количество секций. Торцевые стенки наружного барабана выполнены в виде торцевых крышек с центральным отверстием под ось подшипникового узла, причем одна из крышек, жестко крепится к корпусу, а другая установлена с возможностью ее продольного смещения по оси. Данная конструкция, на наш взгляд, не рациональная. Причина - высокая материалоемкость и значительное усложнение конструкции стиральной машины.
На интенсификацию процессов стирки и отжима направлено изобретение Ю.Ю. Монды [3]. Сущность изобретения заключается в том, что стирка и отжим матерчатых изделий происходит путем перемещения под рабочим давлением жидкости или газа в оболочке с угловым сдвигом в направлении перемещения в процессе выполнения операций. Перемещение осуществляют одной оболочкой к жестким плоскостям, образующим угол.
Работы [4, 5] посвящены исследованию влияния массы текстильных изделий на виброактивность стиральных машин барабанного типа при центробежном отжиме. Результаты исследований представляют определенный научный интерес и могут быть использованы в процессе конструирования стиральных машин.
Процесс отжима рассмотрен в работе [6]. Автор теоретически и экспериментально исследовал закономерности влияния кинематических и геометрических параметров стиральной машины на процессы стирки и отжима.
Анализ учебной и научной литературы, а также патентной информации показал, что вопросами разработки новых способов стирки и отжима занимались многие ученые и производственники. Но исследования, направленные на оценку критериев эффективности процесса отжима, проводились не достаточно полно, в частности не исследовано влияние геометрических параметров барабана на величину остаточной влажности изделий.
Основной показатель, по которому можно оценить эффективность отжима - остаточная влажность или, как его еще называют, класс отжима.
Определяют остаточную влажность по формуле:
с Шв-Шс
Пост =—ш— х 100% (1)
где, Шв , кг - масса влажных изделий;
Шс , кг - масса сухих изделий.
По величине Воет, % различают следующие классы отжима: класс А для которого Воет <45%; класс В - 45.. .54%; С - 54.. .63%; Б - 63.. .72%; Е - 72.. .81%; Б - 81.. .90%; в - >90%.
Согласно ГОСТ 8051-83 «Машины стиральные бытовые. Общие технические условия» для машин типов СМП и СМА при соответствующих окружных скоростях вращения барабана во время отжима остаточная влажность не должна превышать следующих значений [7]: при скорости 5м/с - 110%; при 10м/с - 98%; при 15 м/с - 86%; при 20 м/с - 74%; при 25 м/с - 62%; при 30 м/с - 50%.
Как видим из выше приведенных данных качественным показателем отжима считается в основном частота вращения барабана в процессе отжима. Чем быстрее вращается барабан, тем суше изделия, тем меньше их остаточная влажность, выше класс отжима. Но, во-первых, высокая скорость вращения не допустима при отжиме синтетических тканей, шерсти и шелка. Во-вторых, высокие скорости вращения достигаются за счет внедрения дорогостоящих технических решений. С учетом этого нами была выдвинута гипотеза об увеличении эффективности отжима изделий за счет рационального подбора конструктивных параметров барабанов стиральных машин. С целью проверки данного предположения нами были выполнены экспериментальные исследования.
Согласно ГОСТ Р ИСО 9398-4-2011, часть 4 «Стирально-отжимные машины» определение остаточной влажности белья проводили в следующей последовательности:
- подготовили образцы изделий для стирки с отжимом согласно [7], стр. 2, п. 4.1.;
- выполнили один цикл полоскания белья, длительностью 10 минут;
- взвесили белье.
Повторность операций была трехкратной. После каждой операции полоскания-отжима проводили взвешивание. Далее определяли среднее значение остаточной влажности, полученные результаты фиксировали в лабораторном журнале.
Для проведения испытаний были отобраны стиральные машины с частотой вращения барабана 1000 мин-1 и 800 мин-1. Из каждой скоростной группы выбрано 5 машин, которые имеют разный коэффициент длины барабана [1]:
КЬ = ^ , (2)
Ь Б,
а
где Ьд, м - длина барабана;
Б , м - диаметр барабана.
Основные характеристики оборудования представлены в таблице 1. Полученные данные в ходе проведения эксперимента представлены в таблице 2.
Таблица 1
Основные характеристики стиральных машин, использованных для исследований.
Марка модели Частота вращения барабана, мин-1 Длина барабана, 4, м Диаметр барабана, D, м Коэффициент длины барабана KL
Indesit WIUN 82 800 0,12 0,48 0,25
Indesit W1UL 83 800 0,14 0,48 0,29
Indesit IWSB 5085 800 0,19 0,48 0,395
Candy AQUA 800 T-45 800 0,22 0,4 0,55
Bosch WAA 162600Е 800 0,27 0,45 0,6
Bosch WLX 20462 OE 1000 0,16 0,48 0,333
Candy Holiday 104D 1000 0,19 0,5 0,38
Zanussi FE 1000 1000 0,22 0,48 0,45
Zanussi ZWD 5150 1000 0,22 0,45 0,48
Bosch WAE 201600Е 1000 0,28 0,48 0,58
Таблица 2
Результаты экспериментального определения величины остаточной влажности
(средние значения)
Частота вращения барабана, мин-1 Угловая скорость вращения, с-1 Окружная скорость барабана, м/с Коэффициент длины барабана, Kl Остаточная влажность, % Примечание
800 83,73 20,0 0,25 74,2 74
20,0 0,29 70,4 74
20,0 0,395 67,8 74
16,75 0,55 74,3 84
18,84 0,6 70,4 76
1000 104,66 25,1 0,333 67,2 62
26,2 0,38 63,2 63
25,1 0,45 63,3 62
23,5 0,48 65,0 64
25,1 0,58 60,2 62
Графическая интерпретация полученных результатов представлена на рисунке 1.
B,% | 80 75 70 65 60 55 -50 -45 -
40 -I-1-1-1-1--—^
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Kl
Рис. 1. Изменение величины остаточной влажности изделий в зависимости от KL: 1 - при n=800 мин-1; 2 - при n=1000 мин-1
Проанализируем полученные зависимости.
Зависимость 1: участок abc соответствует росту KL от 0,25 до 0,395, при этом окружная скорость не изменяется, т.е. не изменяется диаметр барабана. Увеличивается его длина, что ведет к увеличению эффективности отжима, т.е. к уменьшению показателя остаточной влажности.
Участок cde: наблюдаем рост показателя остаточной влажности за счет уменьшения окружной скорости с 20,0 м/с до 16,75 м/с. И согласно [7] показатель остаточной влажности должен был, при таких условиях увеличится приблизительно до 80-84%. Согласно результатам исследований он возрос незначительно за счет увеличения показателя KL коэффициента длины барабана.
Зависимость 2: точки a',c' и e' соответствуют показателю остаточной влажности при условии, что окружная скорость барабана 25,1 м/с. Расположение этих точек также подтверждает влияние показателя KL на величину остаточной влажности, а именно - при увеличении KL показатель Вост, % падает. Точка b' получена при окружной скорости 26,2 м/с, но за счет меньшего, чем для точки c' коэффициента длины барабана повышение окружной скорости не обеспе-
чивает уменьшение Вост по сравнению с точкой с'. Подъем на графике 2, который соответствует точке d', объясняется уменьшением окружной скорости барабана на 6,4%. Согласно [7] это должно было привести к повышению показателя остаточной влажности в среднем на 4,8%. За счет же увеличения KL мы имеем увеличение остаточной влажности на 2,7%.
Выводы: Как показал анализ результатов экспериментальных исследований, однозначно считать качественным показателем процесса отжима количество оборотов в минуту не допустимо. Следует учитывать конструктивные параметры барабана, а именно соотношение его длины и диаметра.
Кроме того, оценку эффективности отжима более целесообразно проводить с учетом не частоты вращения барабана, а его окружной скорости, т.к. это учитывает величину диаметра барабана.
Полученные результаты подтверждают правильность сформулированной гипотезы исследования и подтверждают необходимость учета конструктивных параметров барабана стиральной машины в ходе определения класса отжима.
Библиографический список
1.Пат. 2015229 Россия, МПК 5D06F45/12A. Стиральная машина / Иванов И.Г., 1994 год.
2. Пат. 2174170 Россия, МПК 7D06F315/00A. Стиральная машина / Смирнов А.И., 2001 год.
3. Пат. 2018555 Россия, МПК 5D06F15/02A. Способ стирки и отжима матерчатых изделий и орган для его осуществления / Монда Ю.Ю., 1994 год.
4. Исследование динамики стиральных машин в процессе отжима / А.Г. Сапронов, С.Н. Алехин, С.П. Петросов. Инженерный вестник Дона. Т. 19. № 1. ЮРГУЭС, 2012. С. 81-85.
5. Бытовые стиральные машины: учебное пособие/А.И.Набережных, МГУС, 2000. 176 с.
6. Исследование процесса стирки в машинах с совмещенным стиральным баком и центрифугой Текст. / П.И. Нагонный, И.А. Фендриков, В.И. Дзюба// Исследование элементов электробытовых машин и приборов. Киев, Техшка. 1981. С. 17-20.
7. ГОСТ 8051-83. Машины стиральные бытовые. Москва, 1984. С. 7.
ПОКИДЮК Дария Ивановна - студент, Луцкий национальный технический университет.
