Влияние конструктивных и режимных параметров бытовых машин и приборов на энергетические характеристики в процессе их эксплуатации

Лалетин Вячеслав Игоревич; Алёхин Сергей Николаевич; Калашников Алексей Александрович

ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 62-252.1

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ БЫТОВЫХ МАШИН И ПРИБОРОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Южно-Российский государственный South Russian State University

университет экономики и сервиса of Economy and Service

Рассмотрены влияние конструктивных и режимных параметров бытовых машин и приборов на их энергетические характеристики. Приведены графики зависимости полезной мощности, затрачиваемой в процессе стирки изделий Nn и график зависимости расхода полезной энергии Еп затрачиваемой на подъем кома изделий, проведен их анализ.

Ключевые слова: энергетические характеристики; бытовые машины и приборы; стиральная машина; стиральный барабан; полезная мощность; расход полезной энергии.

Influence of constructive and regime parameters of household cars and devices on their power characteristics are considered. Schedules of dependence of the useful capacity spent in the course of washing of products Nn and the schedule of dependence of the expense of useful energy of Еп spent for lifting of a clod of products are resulted, their analysis is carried out.

Keywords: power characteristics; household cars and devices; the washing machine; the washing drum; useful capacity; the expense of useful energy.

Как показал анализ основных тенденций развития изделий бытовой и коммунальной техники, снижение энергопотребления является одним из приоритетных направлений их развития и совершенствования.

Согласно структуре электропотребления [1] наибольшую долю занимают «прочие» потребители, включая сферу услуг и коммунальный сектор — 24,56 % (больше, чем в промышленности), а также сектор бытового потребления города и села - 17,69 % (рис. 1).

Значительная доля расхода электроэнергии в быту и коммунальной сфере приходится на бытовые машины и приборы. В связи с этим, в настоящее время энергоэкономичность бытовой техники - это одна из наиболее важных проблем их совершенствования и повышения конкурентоспособности.

Одними из наиболее энергоемких машин, используемых в быту и в коммунальном хозяйстве,

являются стиральные машины. Однако вопросы, связанные с исследованием их энергетических характеристик с целью снижения уровня энергопотребления в процессе стирки, в настоящее время изучены недостаточно. Одним из важных вопросов, которые требуют первостепенного решения, является необходимость исследования энергетических характеристик в зависимости от конструктивных и режимных параметров стиральных машин и разработки соответствующей математической модели, описывающей исследуемые процессы.

Как показали наблюдения за процессом движения изделий во вращающемся барабане, при стирке возможно образование, чаще всего, от одного до трех комов или движение изделий в виде сплошного потока. Это подтверждают также отдельные положения, приведенные авторами ряда работ, посвященных исследованию стиральных машин [2-5].

Рис. 1. Структура электропотребления

Рассмотрим энергетические характеристики процесса стирки текстильных изделий в виде одного кома в зависимости от их массы при установившемся вращении барабана. Фазы движения изделий в барабане при стирке показаны на рис. 2.

Полезную мощность Nn, затрачиваемую на подъем кома изделий на угол подъема а под (от угла а под=0 до угла отрыва а под= а отр) при установившейся частоте вращения барабана ю =const, определим, используя зависимость N =m, • g • е • sin а • ю • k , (1)

п бж ° под уст уд' 4 '

где тбж— масса изделий, поднимаемой гребнями и обечайкой барабана, и увлекаемой при этом части жидкости (моющего раствора); е — эксцен-

триситет центра масс С изделий; g — ускорение свободного падения; куд — коэффициент удара, который согласно B.C. Лебедеву [6] учитывает неравномерность полезной нагрузки вследствие падения и ударов обрабатываемых изделий, а также влияние внутреннего трения в их слоях,

к =1,1-1,2.

уд

Определим угол холостого хода Да (рис. 2) — угол поворота барабана, при котором изделия перемещаются вместе с барабаном из точки падения изделий В до оси OY. C учетом координат точки В, определяемых зависимостями (2), получим

tgДа = tg(aотр - 0,5п) или Да = (аотр - 0,5п). (2)

Угол поворота барабана в период падений изделий a (N=0)

Угол поворота барабана до угла отрыва

Угол поворота барабана при холостом ходе Да (N=0)

Падение изделий

Угол запаздывания барабана a

a ото (N* 0)

Угол поворота барабана при холостом ходе Да (N=0)

Рис. 2. Фазы перемещения изделий в барабане при стирке

При определении потребляемой в процессе стирки мощности принято считать, что изделия и часть жидкости, вовлеченной в процесс движения изделий в барабане, при его вращении принимают форму, приближающуюся к форме цилиндрического сегмента [3, 6]. При этом, центр тяжести С сегмента ЛВБ в начальный момент движения изделий вместе с барабаном при (а под=0) занимает положение С0. При повороте барабана с изделиями на угол а под>0 центр тяжести сегмента ЛВБ будет занимать какое-то текущее промежуточное положение С.

В качестве исходных данных для расчета примем конструктивные и режимные параметры бытовой стиральной машины Indesit WISL 105 X с номинальной загрузкой 5 кг, диаметром барабана 0,47 м, длиной барабана 0,22 м, угловой частотой вращения барабана при стирке ю =4 рад/с.

Углы, соответствующие определенным фазам движения изделий в барабане при стирке (рис. 2), для стиральной машины Indesit WISL 105 X после проведения ряда расчетов составили: угол отрыва а отр= 112,5 угол падения а =81,2 угол холостого хода Да =22,5

Используя схему, приведенную на рис. 2, покажем на рис. 3 циклограмму распределения углов в циклах подъема и падения (ЦПП) изделий в виде одного кома в течение одного поворота барабана. На циклограмме также покажем, на каких отрезках происходит расход мощности на подъем изделий в виде одного кома.

Величину массы мокрых изделий и части свободной жидкости, увлекаемой при вращении барабана, тбж определим в соответствии с рекомендациями Лебедева В. С. [6] для следующих значений массы изделий в воздушно-сухом состоянии тбо =0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 кг по формуле:

тбж=тП,9+2,25.10-3 р ж)=4,2626 т^, (3)

где тбо — масса изделий (белья) в воздушно-сухом состоянии, кг; р ж = (1000—1100) — плотность жидкости (стирального раствора), кг/м3.

Полученные по формуле (3) данные приведем в табл. 1.

Значения эксцентриситета е для принятого диапазона массы изделий тбо=0,5—4,5 кг приведены в работе [7].

Расход полезной энергии Еп за время поворота барабана т под на угол а под (от а под=0 до а под= а отр) определится как площадь области, ограниченной осью т или а , графиком

К=л а под) и прямыми т 0 при а под=0 и т отр

при а = а :

под отр

En = J Nn

dT = N Т = N

d 1 N П 1ПОД NI

ап

Nп

Юу

CT ®yCT

= тбжg (e sin апод ))удапод,

(4)

где а изменяется от 0 до а =112,5

под под

На рис. 4 показан график зависимости расхода полезной энергии Е затрачиваемой на подъем кома изделий от угла а под=0 до угла отрыва а под= а отр при различных значениях массы изделий.

Циклограмма распределения углов и потребляемой мощности в циклах подъема и падения (ЦПП) изделий в виде одного кома (рис. 3) показывает, что расход полезной энергии Еп происходит только в период подъема изделий и определяется зависимостью, показанной на рис. 3.

Таким образом, зная число подъемов изделий за один оборот барабана п п1, можно определить суммарное количество полезной энергии X Еп за число оборотов барабана поб по формуле

ХЕп = Еп • «об • «под1 (5)

ИЛИ

ЪЕп =

e sin а отр Xудаотриобипод1

(6)

Т

апод =

t

N#0

Nn=0

N

N,=0

360°

сх0Хр 11

ашд=81,2° Да=22,5° аотр=112,5е

Рис. 3. Циклограмма распределения углов в циклах подъема и падения (ЦПП) изделий в виде одного кома

в течение одного поворота барабана

Таблица 1

Масса мокрых изделий и части свободной жидкости, увлекаемой при вращении барабана, тбж

тбо , кг 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

тбж , кг 2,187 4,375 6,562 8,75 10,93 13,12 15,31 17,5 19,68

Рис. 4. График зависимости расхода полезной энергии Е , затрачиваемой на подъем кома изделий от угла а под=0 до угла отрыва а под= а отр при различный значениях массы изделий

Как показал математический анализ, расчет числа подъемов ппод за определенное число оборотов барабана поб при стирке непосредственно с помощью математических формул представляет значительные сложности. Определим число подъемов изделий ппод, используя компьютерные технологии. Для этого разработаем алгоритм расчета п .

под

Для удобства вычислений введем угол а ост (см. рис. 3) — угол отставания барабана от углового перемещения изделий за один цикл, включающий подъем изделий, их падение и перемещение в исходную (начальную) точку С0 (см. рис. 2). Очевидно, что если а > а , то

4 г ' ост отр'

происходит еще один подъем изделий до завер-

шения оборота барабана. Причем часть, которую проходит барабан при подъеме изделий, определяется как а ос1/ а о1р.

Разработанный алгоритм для определения числа подъемов изделий ппод за определенное число оборотов барабана представлен на рис. 5, где использованы следующие обозначения: N — число оборотов барабана; г — г'-й оборот барабана; ппод— число подъемов изделий за г-й оборот барабана; п я — общее число подъемов изделий за N

под.общ

оборотов барабана.

(конец

Ki-Ki+Clncrar/ iL . : ат Cíüv

Ctüip

Апщд.оПщ. и ид. общ. +П„ид

Рис. 5. Алгоритм определения количества подъемов изделий

В табл. 2. приведены данные расчета среднего числа подъемов изделий ппод1 за один оборот барабана в зависимости от количества оборотов барабана для стиральной машины Indesit WISL105X.

Таблица 2

Среднее число подъемов изделий в зависимости от количества оборотов барабана для стиральной машины Indesit WISLl05X

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Количество Среднее число Количество Среднее число

оборотов барабана, подъемов за один оборотов подъемов за один

Поб оборот, Ппод1 барабана, поб оборот, Ппод1

10 1,543 90 1,645

20 1,599 100 1,65

30 1,61 500 1,661

40 1,631 1000 1,662

50 1,637 5000 1,663

60 1,636 10000 1,663

70 1,645 50000 1,6636

80 1,647 100000 1,67

Таким образом, в данной работе были получены результаты теоретического исследования энергетических характеристик, на примере стиральной машины Indesit WISL105X, в процессе стирки текстильных изделий в виде одного кома при изменении режимного параметра — массы изделий.

Анализ полученного графика изменения энергетических характеристик показал, что наибольший уровень расхода энергии наблюдается при средних значениях загрузки барабана: от 1,5 до 3 кг. Наименьшие значения энергетических характеристик наблюдаются при минимальной загрузке 0,5 кг и максимальной 4,5 кг. В первом случае роль играет минимальная масса изделий, во втором случае — минимальное значение эксцентриситета центра масс белья.

Таким образом, предложенная методика и формулы для определения энергетических характеристик стиральных машин барабанного типа с горизонтальной осью вращения позволяют учитывать конструктивные параметры барабана и режимные параметры процесса стирки. Кроме этого установлено, что наименьшее энергопотребление наблюдается в случае максимальной загрузки барабана изделиями, при этом удельное энергопотребление, как показали расчеты, проведенные в статье, принимает наименьшее значение.

Литература

1. Постановление Администрации Ростовской области №186 от 16. 09. 2010 года // Наше время. 2010. 28 сентября

Поступила в редакцию

2. Лихтцер Е. И. , Берников Я. Н. , Емельянов М. А. Обслуживание прачечного оборудования.М., 1991. 287 с.

3. Набережных А. И. , Сумзина Л. Б. Бытовые стиральные машины. М., 2000. 176 с.

4. Болошин Б. А. К вопросу моделирования механического фактора стирки в барабанных стиральных машинах // Пути повышения технического уровня бытовых машин и приборов : сб. науч. тр. / отв. ред. Ю.П. Ануреев; Всесоюзный научно-исследовательский экспериментально-конструкторский ин-т электробытовых машин и приборов. Киев, 1985. С. 28-34.

5. Малахов Б. Н. Влияние конструктивно-технологических факторов на основные показатели качества бытовых барабанных стиральных машин: дис. ... канд. техн. наук. М, 1997. 157 с.

6. Лебедев Б. С. Технологические процессы машин и аппаратов в производствах бытового обслуживания. М., 1991. 336 с.

7. Калашников А. А. , Алехин С. Н. Исследование асимптотики поведения эксцентриситета центра масс изделий при стирке в стиральных машинах барабанного типа // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии : сб. статей XII Международной науч.-техн. конф. / МНИЦ ПГСХА. Пенза, 2010. 168 с. С. 71—74.

8. Бондарь Е. С., Кравцевич Б. Я. Современные бытовые электроприборы и машины. М., 1987. 224 с.

9. Соколова Е. М. Электрическое и электромеханическое оборудование: Общепромышленные механизмы и бытовая техника. М., 2001. 224 с.

21 февраля 2011 г.

Лалетин Вячеслав Игоревич — аспирант, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. 8(908)509-64-20. E-mail: laletyn001@yandex.ru

Алёхин Сергей Николаевич — канд. техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. 8(636) 22-02-72. E-mail: alex_cn@mail.ru

Калашников Алексей Александрович — ассистент, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. 8-928-170-79-86. E-mail: KalashnikovAlexA@rambler.ru

Laletin Vyacheslav Igorevich — post-graduate student, South Russian State University of Economy and Service. Tel. 8(908)509-64-20. E-mail: laletyn001@yandex.ru

Alekhin Sergey Nikolaevich — Candidate of Technical Sciences, professor, South Russian State University of Economy and Service. Tel. 8(636) 22-02-72. E-mail: alex_cn@mail.ru

Kalashnikov Alexey Alexandrovich — assistant, South Russian State University of Economy and Service. Tel. 8-928-170-79-86. E-mail: KalashnikovAlexA@rambler.ru