CC BY
47
^^МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 648.23
СНИЖЕНИЕ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ВРАЩЕНИИ СТИРАЛЬНОГО
БАРАБАНА В ПРОЦЕССЕ ОТЖИМА
С.Н. Алехин1, С.П. Петросов2, Л.С. Желтушкин3, А.С. Алехин4
Институт сферы обслуживания и предпринимательства {филиал) Донского государственного технического университета (ИСОиП (филиал) ДГТУ,
346500, Шахты, ул. Шевченко, 147
В работе приведены теоретические основы, а также последовательность расчёта остаточной силы, являющейся одним из факторов, определяющим энергоэффективность стиральных машин барабанного типа при использовании автобалансирующего устройства с вытесняемой жидкостью, даны формулы для расчёта, поясняющие обоснования и выводы.
Ключевые слова: стиральная машина, энергоэффективность, центробежный отжим, динамические нагрузки, автобалансирующее устройство.
THE REDUCTION OF THE RESISTANCE FORCES DURING THE ROTATION OF THE WASHING DRUM DURING THE SPIN CYCLE
S.N. Alekhin, S.P. Petrosov, L.S. Zheltushkin, A.S. Alekhin Institute services sector and enterprise (branch) of the Don State Technical University (ISOiP (branch) DGTU), 346500, Schachty, str. Shevchenko, 147
In this work we present a theoretical framework as well as the sequence of calculation of the residual strength, which is one of the factors determining the energy efficiency of the drum-type washing machine using au-tobalancing device with displaced fluid, given the formulas for calculating explaining the rationale and conclusion-dy.
Keywords: washing machine, energy efficiency, centrifugal spinning, dynamic loads, autobalancing device.
Известно, что энергопотребление стиральных машин при вращении барабана в процессе центробежного отжима определяется суммой сил сопротивлений, одной из которых является сила трения Ртр, возникающая в подшипниковой опоре барабана [1]. Установлено, что основным фактором, обусловливающим силу Ртр является переменная нагрузка, возникающая при воздействии на систему неуравновешенной (центробежной) силы Рц от неуравновешенных масс текстильных изделий в период отжима.
Наиболее эффективным способом снижения динамических нагрузок, а соответственно и энергопотребления, в стиральных машинах при центробежном отжиме является ис-
пользование автобалансирующих устройств (АБУ).
В последнее время в ряде публикаций ([2], [3] и др.) появилось описание конструкций жидкостного АБУ пассивного типа с вытесняемой жидкостью, обладающей рядом важных преимуществ по сравнению с известными устройствами. Особенностью АБУ данного типа является наличие уравновешивающей жидкости, заключенной в герметичной заполненной без пустот межстенной полости, образованной боковыми стенками двух цилиндрических ёмкостей - внутренней, являющейся, по сути, стиральным барабаном, упруго перемещающейся внутри наружной ёмкости, соединённой с валом привода.
1 Алехин Сергей Николаевич - кандидат технических наук, профессор кафедры "Технические системы ЖКХ и сферы услуг" ПСОиП (филиал) ДГТУ, моб.: +7 903 402 91 70, e-mail: alexcn@mail.ru;
'Петросов Сергей Петрович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой "Технические системы ЖКХ и сферы услуг" ПСОиП (филиал) ДГТУ, моб.: +7 928 213 36 04;
Желтушкин Леонид Сергеевич - аспирант кафедры "Технические системы ЖКХ и сферы услуг" ПСОиП ^филиал) ДГТУ моб.: +7 906 618 54 00, e-mail: leonid.aspr(a),yandex.ru:
Алехин Алексей Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры "Технические системы ЖКХ и сферы услуг" ПСОиП (филиал) ДГТУ, моб.: +7 960 46 45 955, e-mail: alekalh(a),vandex.ru
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №4(30) 2014
55
С.Н. Алехин, С.П. Петросов, Л.С. Желтушкин, А.С. Алехин
В работах [4] и [5] были описаны отдельные вопросы теоретических основ определения параметров АБУ данного типа, в том числе остаточной неуравновешенной силы. Вместе с тем, многофакторность процесса уравновешивания определила сложность реализации проведения расчётов, изложенных отдельными частями в опубликованных работах.
В данной работе авторами приведены результаты анализа теоретических основ определения конструктивных и силовых параметров АБУ, установлены базовые формулы и разработана на их основе методика расчёта.
Исходными параметрами для расчёта являются:
- величина номинальной загрузки машины сухими текстильными изделиями т0, кг;
- диаметр dв, м, внутренней ёмкости АБУ (укажем, что здесь диаметр dв, по сути, является диаметром барабана dБ для стиральных машин без АБУ и определяется по известным формулам в зависимости от загрузки машины то)\
- длина Ьв, м, внутренней ёмкости АБУ (укажем, что здесь длина Ьв, по существу, является длиной барабана ЬБ для стиральных машин без АБУ и определяется по известным формулам в зависимости от загрузки машины т0 и диаметра dв);
- масса тв, кг, внутренней ёмкости, зависящая от конструктивных особенностей машины и барабана;
- частота вращения ОБуст барабана в период установившегося процесса отжима;
- плотность уравновешивающей жидкости рж (укажем, что плотность наиболее известных жидкостей изменяется обычно в незначительных пределах: уож=800...1200 кг/м3, однако, следует отметить, что плотность растворов может быть несколько выше, например солевых до 1400 кг/м3);
- величина остаточной осадки упругих элементов АБУ hсж, которая в зависимости от схемы установки упругих элементов может быть равной нулю hсж=0 или иметь какое-либо значение, определяемое характеристиками упругих элементов;
- текущие значения в произвольный момент периода отжима тотЛ массы тб отжимаемых изделий, эксцентриситета ге.б и частоты вращения барабана соБ определяют по методике, приведённой в диссертации Фетисова И.В. [6].
Определяемые параметры: с - суммарная жёсткость упругих элементов АБУ; А1 -перемещение внутренней ёмкости; Ин - наружный диаметр барабана; тж - масса уравновешивающей жидкости; Ьж - длина межстенной полости; А^ц - остаточная сила.
Последовательность выполнения расчё-
та:
1) Так как было установлено [4], что полное уравновешивание возможно только в определенный момент периода отжима тот.^тот.ур, соответствующего определенной частоте (*Б.1—С0еур вращения барабана, то предварительно необходимо произвести выбор данного момента периода отжима тот.ур, при котором выполняется условие полного уравновешивания:
Я =Р
1 ц 1 ур>
где Рц - центробежная (неуравновешенная) сила от неуравновешенных масс отжимаемых текстильных изделий; Рур - уравновешивающая сила от массы уравновешивающей жидкости в межстенной полости.
При этом, наиболее предпочтительными являются два варианта: 1 - выбор тот.ур, при котором неуравновешенная (центробежная) сила Рц принимает максимальное значение
2 - выбор тот.ур, при котором наступает резонанс колебательной системы тот.рез. Здесь момент наступления резонанса тот.рез и момент гостах, при котором формируется максимальное значение ^цтах, вычисляется по методике, приведённой в диссертации Фетисова И.В. [6], причём, установлено, что максимальное значение неуравновешенная сила Рц принимает в момент окончания периода разгона барабана и начала периода установившегося вращения. Однако, возможны и другие варианты выбора
Тот.ур .
2) Для данного выбранного момента периода отжима тот.ур определяют текущие значения массы тб.ур отжимаемых изделий, эксцентриситета гебур и частоты вращения барабана аБур по методике, как было указано выше, приведённой в диссертации Фетисова И.В. [6].
3) Задают диапазон возможных значений диаметра наружной ёмкости £)н, исходя из условия: Дн=|^в+2(АЛ^сж)], где .Лсж.тах-
Здесь минимальные значения ог-
раничены диаметром внутренней ёмкости dв, а максимальные - габаритными размерами машины, что предполагает максимальное значение диаметра 2)нШах=0,6 м. Таким образом, имеем: dв<Dн<0,6 м. Однако, могут быть приняты и другие максимальные значения диаметра £)ншах.
4) Задают значение коэффициента длины межстенной полости к^ж. Так как предполагается, что длина Ьж межстенной полости не может больше длины ЬБ барабана, то есть, кыш^Ьж^Ьшо, где коэффициент длины барабана обычно принимают &£=0,3...0,8, то и значения кж находятся также в диапазоне ^£ж=0,3...0,8 с учётом условия кЬти&Ьж<кЬтях.
5) Определяют массу уравновешивающей жидкости тж по формуле:
56
СПбГЭУ
Снижение сил сопротивления при вращении стирального барабана в процессе отжима
¿/■/Л. D I |Л1/
6) Определяют величину перемещения Ыур для выбранного момента тот.ур периода отжима, соответствующего полному уравновешиванию, по формуле:
тб.урге.б.ур ~ ¿в )
Лв ~ (т6.УР + тв К ~ <*в )
А1УР=-
А/ =
тбге.б™Б
10) Определяют остаточную силу для всего периода отжима по
формуле:
тбге.б
V
тб+тв-тж —-—
A, -da
ю|
Если полученные значения не удовлетворяют заданным требованиям, то производится корректировка значения кж и расчёт повторяют. Из полученных значений для дальнейшего расчёта выбирают наиболее приемлемые с точки зрения конструктивных требований к стиральной машине.
7) Определяют минимально допустимое значение суммарной жёсткости с, Н/м, упругих элементов АБУ по условию:
Ю|).
где /иБ= (т^ + тв ) - неуравновешенная масса барабана.
Здесь возможны два случая: 1 - расчёт с производят для момента тот.ур периода отжима
по формуле ), при этом, на ос-
тальных промежутках периода отжима возможно возникновение непредсказуемой значительной неуравновешенной силы 2 - расчёт с производят для всего периода отжима, на основании которого выбирают максимальное значение с, соответствующая максимальному значению , при этом на остальных промежутках периода отжима возникает неуравновешенная сила Рц, не превышающая, как показали исследования, неуравновешенную силу Рц в стиральных машинах без АБУ. Таким образом, наиболее предпочтительным является 2-й вариант. Первый вариант может быть принят в случае острой необходимости снижения именно резонансных колебаний в ущерб другим значениям колебаний.
8) Вычисляют суммарную жёсткость с, Н/м, упругих элементов АБУ для условий 1-го или 2-го случая, используя формулу:
А/
при этом, должно быть учтено условие: с> [тБ ©*).
9) Вычисляют перемещение А внутренней ёмкости для всего периода отжима по формуле:
причём для выбранного момента тот.ур периода отжима должно выполняться условие
Приведённая методика позволяет определять основные параметры АБУ с вытесняемой жидкостью. Итоговый результат вычислений, выраженный в определении остаточной неуравновешенной силы M?4, позволяет использовать полученные данные при исследовании сил сопротивления при вращении стирального барабана в период центробежного отжима текстильных изделий с целью выбора рациональных параметров АБУ, обеспечивающих эффективное снижение динамических нагрузок и, как следствие, энергопотребления стиральных машин.
Литература
1. Лебедев В.С. Технологические процессы машин и аппаратов в производствах бытового обслуживания / В.С. Лебедев. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 336 с.
2. Желтушкин Л.С. Автобалансировочное устройство жидкостного типа для стиральных машин с центробежным отжимом. / Л.С.Желтушкин, С.Н.Алехин // Вестник Северо-Кавказского гуманитарного института: ежеквартальный научно-практический журнал. г.Ставрополь.- №1(5)2013.-Ростов-на-Дону: ИП Соколовская С.Н. (типография «Аспект») , 2013.-365 с.-С.166-170.
3. Патент на изобретение №2516147 РФ, кл. dD06F 37/00. Стиральная машина барабанного типа / Алехин С.Н., Петросов С.П., Желтушкин Л.С., Алехин А.С., Лалетин В.И., Кузнецов А.Е. Опуб. 20.05.2014, Бюл.№ 14.
4. Алехин С.Н. Исследование процесса перемещения внутренней емкости автобалансирующего устройства с вытесняемой жидкостью стиральных машин / С.Н.Алехин, Л.С.Желтушкин, А.С.Алехин // Технико-технологические проблемы сервиса/ -2014, №3(29) -с. 32-37.
5.Алехин С.Н. Формирование уравновешивающих масс при силовом смещении внутренней ёмкости автобалансирующего устройства стиральной машины / С.Н.Алехин, Л.С.Желтушкин, А.С.Алехин, А.Е.Кузнецов // В мире научных открытий. Красноярск: Научно-инновационный центр. 2014. №6.1(54) (Естественные и технические науки). - с.640-656.
6. Фетисов И.В. Исследование случайных воздействий на вибрационные характеристики стиральных машин барабанного типа при отжиме: Дис. ...канд. техн. наук: 05.02.13 / В.Г.Фетисов. - Шахты, 2011. -204 с.
с-(тб+тв)ю|
2 '
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №4(30) 2014
57
