Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Тенденции и стратегия развития современной техники свидетельствуют о том, что качественные изменения машин и агрегатов достигаются, главным образом, за счёт форсирования скоростных и силовых параметров при одновременном снижении их материалоёмкости. Это обусловливает возрастание динамических нагрузок, механических воздействий и, как следствие, вибрационной активности машин и агрегатов. Установлено, что 70–80 % отказов изделий машиностроения, к которым относятся стиральные машины, являются результатом действия вибрации.
Стиральные машины барабанного типа, представляющие собой наиболее массовые и перспективные устройства для стирки и отжима текстильных изделий, являются одними из наиболее виброактивных изделий в сфере быта и коммунального хозяйства.
Значительные динамические нагрузки, возникающие при вибрации машин в процессе центробежного отжима, ведут к отказам и сокращению сроков эксплуатации машин, увеличивают длительность периода отжима, повышают расход электроэнергии, оказывают негативное вибрационное и шумовое воздействие на человека. Это снижает потребительские свойства машин и их конкурентоспособность на рынке бытовой и коммунальной техники.
Вопросы динамики стиральных машин барабанного типа, методов и технических средств защиты от вибрации рассмотрены в ряде научных работ отечественных и зарубежных авторов (Малыхин В.И., Набережных А.И., Сумзина Л.В., Рябинький Л.М., Кузнецов С.А., Фомин Ю.Г., Лебедев В.С., Ройзман В.П., Малыгин В.И., Spelta C., Lee Jun Young, Matsushima H., Nygards T. и др.). Вместе с тем, изучение динамики стиральных машин осуществлялось, как правило, без учёта влияния случайных воздействий на динамические характеристики машин, которое, как показали дальнейшие исследования, имеет существенное значение при проведении анализа колебательного процесса и разработке на его основе научно обоснованных рекомендаций по совершенствованию виброзащитных систем.
Анализ публикаций, посвящённых исследованию динамики стиральных машин при центробежном отжиме и разработке методов и технических средств их виброзащиты, позволил выявить следующее:
во-первых, подавляющее большинство существующих математических моделей, описывающих колебания стиральных машин, использует в основном известные методы математического моделирования детерминированных колебаний, не учитывая при этом стохастическое поведение системы;
во-вторых, недостаточно полно исследованы методы определения вероятностных характеристик внешних возмущающих сил, действующих на подвесную часть машин при отжиме;
в-третьих, отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору рациональных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, обеспечивающих снижение их виброактивности при случайных внешних воздействиях.
Высокая значимость данных проблем обусловила актуальность и целесообразность выбора направления диссертационного исследования.
Целью диссертационного исследования является исследование виброактивности стиральных машин барабанного типа при случайных динамических воздействиях в процессе центробежного отжима.
В соответствии с указанной целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ существующих методов исследования случайных колебаний и способов снижения виброактивности роторных машин, в том числе стиральных машин барабанного типа;
математическое моделирование динамики колебательной системы стиральных машин при случайных внешних воздействиях с учётом современных положений теории случайных колебаний и конструктивно-режимных особенностей стиральных машин барабанного типа;
теоретико-экспериментальное определение диапазона значений эксцентриситета центра масс отжимаемых текстильных изделий и внешних случайных воздействий на подвесную часть стиральных машин;
экспериментальное определение амплитуд случайных колебаний подвесной части и их вероятностных характеристик в зависимости от загрузки стирального барабана;
разработка рекомендаций по выбору рациональных конструктивных и режимных параметров стиральных машин барабанного типа, обеспечивающих снижение их виброактивности при отжиме.
Объектом исследования являются бытовые стиральные машины барабанного типа, осуществляющие процессы по обработке текстильных изделий при стирке и отжиме в барабане с горизонтальной осью вращения.
Предметом исследования являются колебательные процессы подвесной части, конструктивные и режимные параметры стиральных машин при случайных внешних воздействиях.
Методологической и теоретической основой исследования служат основные положения теории случайных колебаний, труды отечественных и зарубежных исследователей в области совершенствования математических моделей для стиральных машин, устройств и элементов виброизоляции, повышения комфортности и вибронадёжности рассматриваемых объектов.
В диссертации использовались специальные разделы математического и системного анализа, основы теории случайных процессов, численные методы статистической обработки экспериментальных данных, элементы и средства математического и физического моделирования.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
-
Доказана целесообразность учёта случайных внешних воздействий на колебания стиральных машин барабанного типа при исследовании их динамики для повышения обоснованности и точности результатов.
-
Установлена зависимость диапазона случайных вариаций величины эксцентриситета центра масс отжимаемых текстильных изделий от коэффициента загрузки барабана kз и коэффициента длины барабана kL.
-
Установлена функциональная зависимость диапазона возможных значений эксцентриситета центра масс текстильных изделий и возмущающих сил от времени отжима, загрузки машины и периода разгона барабана.
-
Теоретически и экспериментально установлен диапазон амплитуд случайных колебаний подвесной части стиральных машин в зависимости от интервала случайных значений эксцентриситета центра масс изделий при отжиме.
-
Установлены требуемые значения жёсткости упругих элементов подвески, соответствующие диапазону11,2…15,0 рад/с собственной частоты колебательной системы, а также значение коэффициента длины барабана kL=0,7, соответствующее глобальному минимуму амплитуд колебаний.
Практическая значимость. Для разработки стиральных машин барабанного типа с улучшенными показателями качества, а также при их модернизации, обслуживании и ремонте особую значимость имеют следующие практические результаты диссертационной работы:
алгоритм теоретического расчёта диапазона случайных значений эксцентриситета центра масс текстильных изделий при центробежном отжиме и его применение при определении динамических характеристик стиральных машин;
рекомендации по выбору рациональных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, обеспечивающих снижение виброактивности при случайных внешних воздействиях и требуемом качестве обработки текстильных изделий;
программы расчёта рациональных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, обеспечивающих снижение виброактивности при случайных внешних воздействиях и требуемом качестве обработки текстильных изделий (свидетельства РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011617524, № 2011617525).
Результаты диссертации представляют интерес для проектно-конструкторских организаций, а также для предприятий по изготовлению, эксплуатации и ремонту как бытовых, так и стиральных машин коммунального хозяйства с целью повышения потребительских свойств машин и их конкурентоспособности на рынке бытовой и коммунальной техники.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на ряде Международных и Всероссийских научно-технических конференций: в частности, в Северо-Кавказском государственном университете (г. Невинномысск, 2009 г.), в Южном математическом институте Владикавказского научного центра Российской академии наук (г. Владикавказ, 2008 г. и 2010 г., г. Волгодонск, 2009 г. и 2011 г.), в ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (г. Шахты, 2009, 2010, 2011 гг.), на Международных научно-практических конференциях МНИЦ ПГСХА (г. Пенза, 2009, 2010, 2011 гг.) и на ряде научных семинаров.
Результаты работы использованы предприятиями ООО «Бытсервис» г. Ставрополь, Торгово-промышленная палата г. Шахты и др.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в ЮРГУЭС при изучении дисциплины «Проектирование бытовых машин и приборов», а также рекомендованы магистрантам, аспирантам и преподавателям, занимающимся вопросами динамики стиральных машин.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано автором в 13 статьях, из них в 4 статьях в журналах, входящих в перечень п. 7 ВАК РФ, а также получены 2 свидетельства РФ о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Ряд положений диссертации изложен в отчётах по НИР, выполненных в ЮРГУЭС в 2009–2011 гг.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, приложений, библиографического списка и содержит 167 страниц машинописного текста, 78 рисунков, 10 таблиц и список использованной литературы из 172 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре «Машины и оборудование бытового и жилищно-коммунального назначения» Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.
