Влияние параметров барабана на энергетические характеристики стиральной машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 648.235.2

Алехин Алексей Сергеевич

к.т.н., доцент кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг» ИСОиП (филиал) Донской государственный технический университет»

в г. Шахты РФ Е-тай: alekalh@yandex.ru Алехин Сергей Николаевич к.т.н., доцент кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг» ИСОиП (филиал) Донской государственный технический университет»

в г. Шахты РФ Е-тай: а1ех_сп@тай. ги

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ БАРАБАНА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы исследования энергетических характеристик стиральных машин при стирке в зависимости от конструктивных и режимных параметров стирального барабана, которые взаимосвязаны между собой и представлены в виде относительного комплексного показателя. Приведены расчетные формулы и теоретические зависимости, сделаны выводы по снижению энергопотребления.

Ключевые слова

Стиральные машины, энергопотребление, конструктивные и режимные параметры, процесс стирки

В настоящее время известен ряд научных работ, в которых рассматриваются вопросы снижения энергопотребления стиральных машин в процессе стирки текстильных изделий [1, 2 и др.]. Однако, при этом, авторы работ рассматривают вопрос энергопотребления стиральных машин, в основном, с учетом ряда параметров, не учитывая при этом взаимосвязь их с другими конструктивными и режимными параметрами.

Анализ рекомендаций по расчету параметров стиральных машин и их энергопотребления, приведенный в ряде работ [3, 4, 5, 6 и др.], позволяет сделать вывод о том, что возможно дополнительно учесть влияние некоторых взаимосвязей параметров барабана на энергетические характеристики стиральных машин.

Приведем формулы, определяющие взаимосвязь конструктивных и режимных параметров барабана.

Расчетная вместимость стирального барабана Ур :

4 ,

или

= Щд ' К,

где DБ - диаметр барабана; Ьб - длина барабана; к\ - коэффициент, учитывающий объем, занимаемый гребнями и другими частями, выступающими внутрь барабана (для стиральных машин с торцевой (фронтальной) загрузкой принимают к1=1,1; для барабанов с верхней загрузкой принимают к1=1,15).

7 _

С учётом коэффициента длины барабана кь = диаметр барабана DБ можно выразить по формуле:

DA

Da = 3J-VD ■ kL

V ж

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

где коэффициент длины барабана kL при расчетах обычно принимают: для стиральных машин с верхней загрузкой kL=1,0...1,5; для стиральных машин с фронтальной загрузкой: для бытовых машин -kL=0,4.. .0,6, для коммунальных машин - fe=0,6.. .1,0.

Зная диаметр барабана DБ находят длину барабана Ьб:

4 V

ЬА =

в

я DY

Проверяют значение длины барабана LБ через коэффициент ^ длины барабана по формуле:

D = ±

^ к •

Фактическую частоту вращения барабана при стирке Пф определяют по формуле:

Яф=(0,6...0,7) Пкр,

n

где критическая частота вращения ,1ёб

R± 0,6

, Яб - радиус стирального барабана.

Используя приведенные выше формулы, были получены искомые зависимости. В качестве аргумента был принят относительный показатель - коэффициент учитывающего объём гребней, который связан одновременно со всеми параметрами стирального барабан. На рис. 1 показан график зависимости фактической скорости вращения барабана Пф от коэффициента М, на рис. 2 - график зависимости диаметра барабана DБ от коэффициента Ь.

с

<п X я ю <0 а га ю

3

S ^ а. о ш

о о а о ü

0

1

tü

е

0,7 0,69 0,68 0,67 0.66 0,65 0,64 0,63 0,62 0,61 0,6 0.59

= -0,0323Ln(x) R2 = 0,98

У °4

0.9 1 1,1 1,2

К-т. учитывающий размер гребней к1

1.3

Рисунок 1 - График зависимости фактической скорости вращения барабана Пф от коэффициента ^

0.62

0,6

Ш 0,58 Q

i 0,56

га

о

£. 0.54

га

ю

о. 0,52

I-

ф

у = -0,0007х2 + 0,0227х + 0,488 -

га s

н 0,48

0,46

0,9 1 1,1 1,2

К-т. учитывающий объем гребней k1

1,3

Рисунок 2 - График зависимости диаметра барабана DБ от коэффициента ki

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

Полученные зависимости подтверждают взаимосвязь между диаметром, длиной и частотой вращения стирального барабана, выраженную, в данном случае, через коэффициент ki: при увеличении коэффициента ki происходит снижение скорости вращения барабана при одновременном увеличении его объёма.

Интенсивность механического воздействия на белье при стирке зависит, прежде всего, от длины пути, который проходят изделия за один оборот стирального барабана. Этот путь прямо пропорционален диаметру барабана, т.е., другими словами, диаметр стирального барабана определяет высоту падения изделий в жидкость.

Для определения высоты падения белья Н используют известную формулу:

Н=2,25•DБ•Sina•Cos2 а, где DБ - диаметр барабана; а - угол отрыва изделий от гребня.

Величина Н будет достигать максимума Hmax при условии:

dH

H =

da

2,25DÄ (с

os а - 2Cosa Sin al = 0,

или после преобразования

tg2a=0,5; а=35°20'. Тогда максимальная величина Нтах будет равна:

Hmаx=2,25•DБ• Sin35o20'• Cos235o20'=0,866DБ. На рис. 3 приведена зависимость высоты падения белья от коэффициента М.

0,54 I 0,52 0,5 0,48

ф

S 0,46

| 0,44 о

Ш 0,42

0,4

у = -О.ОООбх + 0,0192х + 0,4233 R2 = 0,9947 \

0,8 0,9 1 1,1 1,2

Коэффициент к1, учитывающий объем гребней Рисунок 3 - Зависимость высоты падения белья от коэффициента ^

1,3

Полученная зависимость показывает, что с увеличением коэффициента ^ увеличивается высота падения белья Н, пропорционально этому увеличивается интенсивность отстирываемости и, как следствие, снижается время на процесс стирки. При этом, одновременно снижается скорость вращения барабана п (рис. 1), что, в свою очередь, приводит к росту времени стирки. Однако, интенсивность увеличения высоты падения белья оказалась выше, чем интенсивность снижения скорости вращения барабана. Соотношение между ростом высоты падения и снижением скорости вращения барабана определяет уровень потребления энергии на процесс стирки. На рис. 4 показана зависимость степени изменения потребления энергии Кэ от коэффициента где степень изменения потребления энергии представляет собой безразмерный коэффициент, равный следующему соотношению:

Я_

Ё, =

т-0,1

где Н - высота падения белья в барабане при стирке;

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

n - частота вращения барабана при стирке; m =0,9.1,3.

Анализ зависимости на рис. 4 показывает, что практически во всем диапазоне значений коэффициента М=(0,9...1,3) происходит снижение энергопотребления в сравнении с диапазоном М=(0,8...1,2), то есть при росте коэффициента k с шагом ДМ=0,1. На кривой отмечены два локальных пика КЭ: максимальный при М=1,0...1,1 и минимальный при М=1,15...1,25. Без расчётного определения точного максимального значения (по производной) здесь достаточно считать приближённо, что локальный максимум степени снижения энергопотребления равен Кэ~1,026 и наблюдается при fo~1,05.

1,03

к

ф

Ö 0,99 J-----

0,9 1 1,1 1,2 1,3

Коэффициент И, учитывающий объем гребней Рисунок 4 - Зависимость степени изменения потребления энергии

от коэффициента ki

Таким образом, проведённые выше расчёты позволили выяснить, при каких соотношениях конструктивных и режимных параметров барабана происходит снижение энергопотребления в процессе стирки. Принятый в качестве аргумента коэффициент ki , позволивший комплексно учесть соотношения параметров барабана, показал, что максимальное снижения энергопотребления происходит при ki=1,05, что соответствует, таким образом, рациональному соотношению между параметрами стирального барабана. Список использованной литературы:

1. Панфилов, Е.А. Методы расчета бытовых барабанных стиральных машин / Е.А. Панфилов, В.Н. Малахов // Электротехн.пром-сть. Сер. Быт. электротехника. - М., 1988, №5, с. 33-36.

2. Алехин, С.Н. Исследование параметров, определяющих качественные и энергетические характеристики процесса стирки / С.Н. Алехин, А.А. Калашников, А.Е. Кузнецов // Человек и общество: на рубеже тысячелетий: международный сборник научных трудов / под общей ред. проф. О.И. Кирикова.- Выпуск XLIX- Воронеж: ВГПУ, 2011.- 175 с.- С.165-174.

3. Лебедев, В.С. Технологические процессы машин и аппаратов в производствах бытового обслуживания / В.С. Лебедев. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 336 с.

4. Лихтцер, Е.И. Обслуживание прачечного оборудования /Лихтцер Е.И., Верников Я.Н., Емельянов М.А. -М.: Высш. школа, 1991. - 287 с.

5. Петров, А.М. Бытовые машины и приборы / А.М. Петров, Б.Е. Фишман. - М.: Легкая индустрия, 1973. -296 с.

6. Бондарь, Е.С. Современные бытовые электроприборы и машины / Е.С. Бондарь, В.Я. Кравцевич - М.: Машиностроение, 1987. - 224 с

© Алехин А.С., Алехин С.Н., 2017