Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время выпускается огромное количество стиральных машин, отличающихся друг от друга способами загрузки, активации и отжима белья. Так, активаторные стиральные машины обрабатывают белье с высокой производительностью, но при этом сильно изнашивают белье. Воздушно-пузырьковые стиральные машины, использующие эффект кавитации при стирке, обрабатывают белье также с высокой производительностью и высоким износом белья, при этом используют большое количество воды и порошка. Ультразвуковые стиральные машины при стирке используют акустические колебания, это позволяет снизить износ белья, однако такие машины обладают низкой отстирываемостыо, это связано в первую очередь с тем, что белье не подвергается перемешиванию. Вибрационные стиральные машины отличаются интенсивным воздействием на белье посредством мембраны, которая нагнетает потоки воды, но такие машины работают шумно и потребляют большое количество энергии и воды. Что же касается барабанных стиральных машин, то они обрабатывают белье с минимальным износом, но при этом обладают низкой производительностью.
Перенасыщенность рынка бытовой техники практически однотипными стиральными машинами с горизонтальным расположением барабана и прерывистой организацией техпроцесса требует более пристального внимания к менее распространенным конструкциям с вертикальным барабаном и верхней загрузкой. Такие машины не только более удобны в работе, но и более перспективны в плане организации непрерывного техпроцесса, обеспечивающего большую производительность без снижения качества обработки белья.
Таким образом, актуальность темы обусловлена потребностью рынка бытовой техники в высокопроизводительных и компактных автоматических стиральных машинах с вертикальным барабаном, совмещающим роль центрифуги с ролью активатора.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка теоретических предпосылок и создания конструкции принципиально новой стиральной машины с вертикальным барабаном в качестве активатора и с непрерывной организацией техпроцесса обработки белья. Под непрерывной организацией техпроцесса понимается наиболее экономичный и производительный режим работы стиральной машины, при котором барабан не только не изменяет направление своего вращения, но и не останавливается в течение цикла обработки белья.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
анализ принципа работы и характера воздействия на обрабатываемое белье существующих разновидностей стиральных машин и их конструктивные особенностей для определения наиболее перспективного способа активации белья;
обоснование возможности создания и разработка высокопроизводительной стиральной машины с вертикальным барабаном в качестве активатора;
исследование конструктивных и режимных способов перехода через резонанс с целью выявления наиболее эффективных из существующих;
экспериментальное определение резонансной угловой скорости вращения стирального барабана;
определение основных режимных параметров исполнительного механизма экспериментального образца стиральной машины
создание экспериментального образца стиральной машины с вертикальным барабаном-активатором и непрерывной организацией техпроцесса.
Методология и методы исследования. Решение поставленных задач диссертационного исследования осуществляется на основе методов и средств теории бытовых машин и приборов, проектирования бытовых стиральных машин, сопротивления материалов, теории машин и механизмов, теоретической механики, теории колебаний, теории балансировочной техники, а также с использованием экспериментального метода. Исследования проводились с применением современных компьютерных средств, позволяющих определять параметры и характеристики механических систем путем реализации математических моделей аналитическим, численным и инженерным методами.
Научная новизна:
обоснована необходимость дополнения к классификации стиральных машин, учитывающего наряду со степенью механизации стиральной машины способ активации раствора;
анализ способов уравновешивания барабана показал необходимость развития режимных методов борьбы с резонансными явлениями, включающими в себя программные воздействия на привод и барабан;
предложена торсионная гипотеза возникновения поперечных колебаний вертикального ротора, суть которой состоит в том, что именно крутильные колебания неуравновешенного ротора, находящегося в фазе разгона, приводят в конечном итоге к возникновению поперечных колебаний, к резонансу и к его самоустановке.
установлена зависимость, учитывающая взаимодействие крутильной и поперечной жесткости в режиме негармонических автоколебаний и разработана математическая модель колебательного процесса, учитывающая нелинейность коэффициента поперечной жесткости в процессе крутильных колебаний ротора;
разработан диссипативный способ экспериментального
исследования резонансных процессов роторных систем, состоящий в
двукратном дифференцировании разгонной кривой и предназначенный
для применения в системах оперативной индикации начала резонанса.
Практическая ценность:
предложенные теоретические предпосылки реализованы в конструкции новой стиральной машины с вертикальным барабаном-активатором и непрерывной организацией техпроцесса, сочетающей высокую производительность и качество обработки белья, защищенной патентом РФ;
доступность и универсальность диссипативного способа исследования резонансных явлений позволила не только реализовать его в конструкции стиральной машины с вертикальным барабаном-активатором с целью оперативного задействования режимных средств преодоления резонанса, но и внедрить его в качестве самостоятельного научного продукта в системах индикации нала резонансной зоны;
разработан пакет программ для определения основных режимных параметров стиральной машины с вертикальным барабаном-активатором в математической среде Maple и среде Excel с использованием макросов Visual Basic of Applications (VBA);
разработана инженерная методика расчета режимных и прочностных параметров стиральной машины с вертикальным барабаном-активатором и непрерывным режимом обработки белья.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, представленных в диссертации, подтверждается созданием работоспособного экспериментального образца стиральной машины, результатами экспериментальных исследований взаимодействия поперечных и крутильных колебаний, а также исследования резонансных явлений диссипативным способом с использованием стандартных измерительных
приборов, оригинальных технических решений и современных методик ведения исследований и статистической обработки результатов эксперимента.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (г. Шахты, 2003, 2005, 2006, 2008 гг.) и Южно-Российского государственного технического университета (НПИ), а также совместной научной конференции Восточно-Украинского университета им. В.Даля и Средиземноморского университета АКДЕНИЗ (Турция, Анталия). Разработка экспонировалась на выставках разного уровня, в том числе на Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ в г. Новочеркасске ИНОВ-2003 и ИНОВ-2007.
Полностью работа обсуждалась и рекомендована к защите на расширенном заседании кафедры «Прикладная механика и конструирование машин» ГОУ ВПО ЮРГУЭС с участием ведущих преподавателей кафедр «Машины и аппараты бытового назначения», «Математика», «Энергетика и безопасность жизнедеятельности», «Информационные системы и радиотехника».
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 работ, в том числе одна из перечня ВАК, а также получен патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложений и содержит 172 страницы машинописного текста, 54 рисунка, 17 таблиц и список литературных источников из 129 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре «Прикладная механика и конструирование машин» ГОУ ВПО Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.
