CC BY
22«C@yL@qyiym-J©yrMaL»#2i26),2@19 / TECHNICAL SCIEMCI
группа методов высокотемпературного распыления (ВТР), в основе которых лежат процессы нагрева и диспергирования материала для напыления, формирование потока из этого материала и его направленное осаждение на покрываемую поверхность. С использованием методов высокотемпературного распыления можно получать покрытия практически из всех неорганических и некоторых органических материалов, причем большинство материалов, такие как окислы, карбиды, нитриды и их композиции, обеспечивающие высокие эксплуатационные показатели, могут быть нанесены только методами ВТР.
Сравнивая основные характеристики получаемых покрытий (прочность сцепления, плотность нанесения и т.д.), можно сделать вывод о том, что наиболее универсальным и технологичным процессом газотермического напыления является плазменное напыление.
13
Несмотря на разнообразие существующих методов нанесения покрытий, полностью либо частично применяемых в промышленности, продолжаются многочисленные исследования по разработке новых и модернизации существующих методов.
Список литературы
1. Вивденко Ю.Н., Нестеренко Г.А., Резин С.А. Лабораторный практикум / г. Омск, 2005. 200с.
2. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление / Пер. с яп. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
3. Максимович Г.Г. и др. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями / Г.Г. Максимович, В.Ф. Шатинский, В.И. Копылов. Киев: Наук.думка, 1983. 264 с.
4. Усов Л.Н., Борисенко А.Н. Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий. М.,Л.: Наука, 1982. 86 с.
УДК 648.238
Воляник Алексей Юрьевич, Петко Игорь Валентинович
Киевский национальный университет технологий и дизайна
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ БАРАБАНА С ОБРАБАТЫВАЕМЫМ
МАТЕРИАЛОМ ПРИ ОТЖИМЕ
Volianyk Oleksii, Petko Ihor
Kyiv National University of Technologies and Design
INTERACTION BETWEEN THE PARTS OF THE DRUM WITH THE MATERIAL DURING THE
SPIN CYCLE
Аннотация
Статья посвящена исследованию взаимодействия обечайки и гребней барабана с обрабатываемым материалом в автоматической стиральной машине при выполнении операции отжима с повышенной скоростью вращения барабана. Показано силы, возникающие вследствие такого взаимодействия и проанализированы геометрические параметры гребней барабана стиральной машины.
Abstract
The article is dedicated to the study of the interaction of the tub and paddles of the drum with the processed material in an automatic washing machine during the spin operation with an increased speed of the drum rotation. The forces that arise as a result of such interaction are shown and the geometrical parameters of the paddle of the washing machine drum are analyzed.
Ключевые слова: стиральная машина, барабан, гребень, обечайка, вращение, отстирываемый материал, отжим.
Keywords: washing machine, drum, paddle, tub, spinning, laundry.
Введение. Для обеспечения равномерности распределения отжимаемого материала, в [1, 2] предложено несколько конструкций барабанов. В общем случае, равномерное распределение материала по поверхности обечайки на глубину барабана будет обеспечиваться только переводом его центра масс на ось вращения барабана, то есть, статическое уравновешивания [5]. В совокупности с изменением выполнения геометрической формы обечайки, предлагаемой в [6] будет обеспечиваться распределение обрабатываемого материала, и соответствовать динамической уравновешенности вращающегося барабана, при которой ось вращения
будет одной из главных центральных осей инерции барабана с материалом [7]. На рис. 1 показана схема одной из таких конструкций [8].
Постановка задачи. Повышение эффективности центробежного отжима обрабатываемого материала обеспечивается, как правило, увеличением частоты вращения барабана [3]. Но возникновение дисбаланса барабана в результате неравномерного распределения отжимаемого материала, существенно ограничивает возможность дальнейшего отжима при увеличенной частоте вращения [4].
«ш^шетим-лигмаьжш),^» / тшшюеАк еаимси
14
Результаты исследования. Распределение отжимаемого материала по поверхности обечайки барабана происходит в начальном периоде центробежного отжима с увеличением частоты вращения барабана, при этом происходит изменение сил инерции. Во время перехода от операции стирки к отжиму наиболее удаленные от оси вращения слои материала, которые непосредственно взаимодействуют с поверхностью обечайки, начинают удерживаться на ней в течение полного оборота барабана. В этот же момент материал, который расположен ближе к оси вращения слоя еще отрывается от
поверхности и падает с начальной скоростью. В результате ускоренного вращения барабана, на слои материала, которые размещаются на его обечайке, действует составляющая силы инерции РВ (рис. 1), которая направлена по нормали к траектории движения центра масс материала, и составляющая ^ направленная по касательной к траектории движения. Под действием составляющей Д.1 материал перемещается вдоль обечайки. Такому перемещению материала препятствуют неровности внутренней поверхности обечайки.
Рис.1. Схема распределения материала в барабане
Известно [9], что от наклона поверхностей боковых граней гребней зависят величины углов отрыва и, следовательно, эффективность механического воздействия на обрабатываемый материал при вращении барабана в режиме стирки. В то же время взаимодействие поверхностей боковых граней гребней с материалом происходит при ускоренном вращении барабана в начальном периоде центробежного отжима. Это взаимодействие позволяет найти зависимость величины угла а1 (рис. 2) от режима вращения барабана в рассматриваемый период и конструктивного исполнения его обечайки и гребней и, таким образом, определять для данных условий величину угла а1, которая является рациональной с точки зрения обеспечения перемещения отжимаемого материала через гребни и его распределения по глубине обечайки. Для оптимизации геометрической формы гребней барабана сти-рально-отжимных машин и угла наклона поверхностей боковых граней необходимо учитывать оба
указанных фактора. Так как в барабанных сти-рально-отжимных машинах центробежное отжимание проводится каждый раз в одном и том же направлении вращения барабана, то при его ускоренном вращении, с материалом взаимодействуют всегда только одна и та же поверхность гребня. Для улучшения равномерности распределения материала при осуществлении операции отжима для гребней барабана целесообразно оптимизировать наклон поверхностей только этих боковых граней исходя из условия обеспечения перемещения отжимаемого материала, а наклон противоположных граней гребней выполнять исходя из условий их взаимодействия с обрабатываемым материалом только в режиме стирки [9]. На рис. 2 показано изменение сил, действующих при ускоренном вращении барабана в результате взаимодействия поверхностей боковых граней гребней и обрабатываемого материала, при изменении величины угла наклона а1 их боковых граней.
/ TECHNICAL SCIEMC!
15
а) б)
Рис. 2. Схема сил, воздействующих на обрабатываемый материал
Приняты следующие обозначения: О - ось вращения барабана; R6 - радиус внутренней поверхности обечайки барабана;
ш,е - для рассмотренного момента вращения барабана соответственно угловая скорость и угловое ускорение;
ц.м. - центр масс условно выделенного элемента обрабатываемого материала, который взаимодействует с поверхностью боковой грани гребня; т - определенная масса материала; Дцм. - расстояние центра масс от оси вращения барабана;
а1 - угол наклона поверхности боковой грани набегающего гребня;
S -угол между радиус-вектором, проведенным от оси вращения барабана до центра тяжести рассматриваемого элемента и радиальной плоскостью, проведенной через вершину гребня, величина которого определяется соотношениями:
Л1 Л1
5 = arcsin ——,0 < S < arcsin-
Л^ и Л^ - соответственно, составляющие нормальной реакции поверхности боковой грани гребня от давления на нее рассматриваемого условно выделенного элемента обрабатываемого материала под действием сил Р-В и ^
N¡¡1 = ^^(90° -а1 +5) ^ = ^т(90° - а1 + 5)
1 тр.гран.
- граничная сила трения
FT
тр.гран.
= /<№ +% )
Д„
где /о - статический коэффициент трения обрабатываемого материала по поверхности боковой грани гребня;
<2д - сила, которая перемещает условно выделенный элемент обрабатываемого материала по поверхности боковой грани гребня, набегающего на материал при ускоренном вращении барабана
Сд = FTicos(90° - а1 + 5)
На данный условно выделенный элемент обрабатываемого материала при ускоренном вращении барабана в начальном периоде осуществления центробежного отжима действуют следующие силы (силой тяжести Р данного элемента пренебрегаем): - центробежная составляющая силы инерции
= ш^2Дц.м. ;
^ - касательная составляющая силы инерции Я = шей,,,, ;
С?в = ^Тр.гран. + Др - сила, которая противодействует перемещению данного элемента по поверхности набегающей боковой грани гребня, где Др -равнодействующая сил ^ и Л^
Св = + ^ ) + /в15т(90° - «1 + 5)
Для перемещения элемента обрабатываемого материала по поверхности боковой грани гребня необходимо обеспечить условие
Сд > Св
«C@yL@qyiym-J©yrMaL»#2i26),2@19 / TECHNICAL SCOHNCl
16
или
Fi cos (90° -a1 + S)> f0FB cos(90° -a1 + 5) + f0FTl sin(90° -a1 + S)+
+FB'sin(90° -a1 + S)
Отсюда
Fi - foFB > (FB + Ш tg(90° -ai + S) и
Ft — fnF2
tg(90° — a1 + S)<~.— g( 1 ) FBt + foFi
С данного неравенства находим, что перемещение материала через гребни будет осуществляться при выполнении следующего соотношения
90° — а1 + 5 < arctg—-
ш2
откуда
а1 > arcctg—- + 5
ш2
Наибольшая величина угла 5 зависит от соотношения размеров основы поперечного сечения гребня и обечайки барабана. Для максимального значения 5 получаем
£ Л1
ал > агсйг—+ агат—
1 &ш2 Яб
При увеличении угла наклона боковой набегающей грани гребеня равных значениях ш, е, и т растет сила <2д, которая перемещает материал по поверхности этой боковой грани, и одновременно уменьшает и противодействует перемещению материала сила Др.
Величина угла а1 определяется соотношением значений параметров, и, в общем случае, не ограничивается (может доходить до 90° и более). В то же время, при больших углах наклона боковых граней, без уменьшения высоты гребней имеем уменьшение полезного внутреннего объема барабана из-за увеличения объема, занимающего этими гребнями. Поэтому при конструктивном исполнении асимметричных гребней целесообразно величину угла а1 ограничивать 70-75°, что доказано экспериментальными исследованиями.
Выводы. Проведен анализ взаимодействия гребней и обечайки барабана с обрабатываемым
материалом при ускоренном вращении барабана в начальном периоде центробежного отжима. Полу-ченая взаимосвязь параметров геометрической формы гребней барабана и режима его вращения, позволяет находить рациональное их соотношение и, тем самым, повышать эффективность отжима.
Список литературы
1. Нагорный П.И., Усольцев А.М., Мальцев Б.Б., Мельник Л.В. Управление распределением отжимаемого белья в барабане стиральной машины путём изменения конструкции барабана //Исследование и разработка нового поколения машин и приборов для быта. - М.: ЦНИИТЭИлегпи-щемаш,1983.- С. 43-50.
2. Гузенко Ю. М. Барабан стирально-отжимной машины. Патент №UA88018 от 25.02.14, Бюл. №4.
3. Петко И. В., Бурмистенков А. П., Белая Т. Я.. Электробытовая техника- Хмельницкий: ХНУ, 2017. - 213 с.
4. Петко И.В., Усольцев А.Н. Анализ механического воздействия на материал во время обработки в барабане// Вестник Технологического университета Подолья: Научный журнал. - Хмельницкий, ТУ Подолья, 2000. - № 5. - Часть I. - С. 30-32.
5. Киницкий Я.Т. Теория механизмов и машин. — Киев: Наукова Думка, 2002. — 659 с.
6. А. с. 1025765 СССР, МКИ D 06 F 37/04. Барабан стирально-отжимной машины /Л.В.Мельник, П.И.Нагорный, А.М.Усольцев, Б.Б.Мальцев, И.П.Радченко (СССР). - № 3303090/28-12; Заявлено 18.06.81; Опубл. 30.06.83, Бюл. № 24. - 3с.
7. Булгаков В. М., Яременко В. В., Черныш О. М., Березовой М. Г. Теоретическая механика. -Киев: Центр учебной литературы, 2017. - 640 с.
8. А. с. 986993 СССР, МКИ D 06 F 37/04. Барабан для стирально-отжимной машины /Л.В.Мельник, А.М.Усольцев, Б.Б.Мальцев, П.И.Нагорный, И.П.Радченко (СССР). -№3321153/29-12; Заявлено 10.07.81; Опубл. 07.01.83, Бюл. №1.- 4с.
9. Орчинский С. В. Влияние геометрии гребней барабану стирально-отжимной машины на ее функциональные и эксплуатационные показатели / С. В. Орчинский, А. М. Усольцев, И. И. Исаенко // Производственно-технический опыт. - М. : ЦНТИ «Поиск», 1989. № 8. - С. 99-101.
