Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Энергоэффективность и энергосбережение являются одними из пяти стратегических направлений приоритетного технологического развития, названных президентом Российской Федерации Д.А.Медведевым на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию России, которая состоялась 18 июня 2010 года.
Энергоемкость Российской экономики (затраты энергии на единицу валового внутреннего продукта) в 1,8 раза выше, чем в США и в 2,5-3 раза выше, чем в Японии, Италии и других индустриально развитых странах мира. Это делает российскую товарную продукцию неконкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке.
Одними из наиболее энергоемких изделий машиностроения являются машины и приборы бытового и коммунального назначения. Согласно структуре электропотребления за 2008 год 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%.
Вместе с тем, установлено, что до 40% используемой в быту электро- и тепловой энергии буквально «выбрасывается на ветер», что говорит об актуальности более эффективного использования электроэнергии в домашнем, а также в коммунальном хозяйстве.
Значительная доля расхода электроэнергии в быту и коммунальной сфере приходится на стирку изделий. В связи с этим, в настоящее время энергоэкономичность стиральных машин - это одна из наиболее важных проблем их совершенствования и повышения конкурентоспособности.
Как показал анализ научных работ, в качестве основного критерия при исследовании и разработке современных стиральных машин авторами в основном принимаются показатели качества стирки изделий. При этом, вопросам снижения энергопотребления при стирке уделяется недостаточно внимания:
во-первых, отсутствуют научно обоснованные представления о влиянии конструктивных и режимных параметров стиральных машин на энергозатраты в процессе вращения барабана при стирке;
во-вторых, отсутствуют научно обоснованные представления о связи характера и условий перемещения изделий в барабане при стирке с энергозатратами;
в-третьих, известные математические зависимости не в полной мере учитывают факторы, определяющие энергозатраты при стирке;
в-четвертых, известные способы управления режимом вращения барабана не учитывают случайный характер перемещения изделий в процессе стирки, что приводит к значительному (10...15%) разбросу энергетических параметров;
в-пятых, отсутствуют научно обоснованные представления о взаимосвязи энергозатрат и отстирываемости с учетом характера и условий перемещения изделий в барабане при стирке.
Решение данных вопросов, направленных на снижение энергозатрат і при стирке, обусловливает актуальность и целесообразность данного диссертационного исследования.
Именно поэтому целью работы является снижение энергопотребления стиральных машин барабанного типа при сохранении требуемого качества стирки путем обеспечения рациональных характера и условий перемещения изделий в барабане.
В соответствии с этой целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи.
-
Анализ основных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, определяющих характер и условия перемещения изделий в барабане при стирке.
-
Математическое моделирование энергозатрат на перемещение изделий при стирке.
-
Экспериментальное определение влияния конструктивных и режимных параметров стиральных машин на энергозатраты при требуемом качестве стирки текстильных изделий.
-
Разработка и исследование способа управления режимом вращения барабана при стирке, обеспечивающего снижение энергопотребления.
-
Разработка рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров барабана и режимных параметров процесса стирки, обеспечивающих снижение энергозатрат.
Объектом исследования являются стиральные машины барабанного типа.
Предметом исследования является процесс стирки текстильных изделий в стиральных машинах барабанного типа и их энергетические характеристики.
Теоретической и методической основой исследования явились основные положения механики твердого тела, гидродинамики, электротехники, технологических процессов стирки текстильных изделий, труды отечественных и зарубежных исследователей в области процесса стирки при различных конструктивных и режимных параметрах стиральных машин.
В диссертации использовались приемы математического анализа при проведении теоретических исследований влияния различных факторов на энергозатраты при стирке текстильных изделий.
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
-
Установлена зависимость формообразования изделий при стирке от их массы, характера и условий перемещения в барабане. Разработаны схемы перемещения изделий в барабане при стирке, получены циклограммы и формулы определения энергозатрат для различных схем формообразования.
-
Установлена функциональная зависимость энергозатрат от массы обрабатываемых изделий, которая имеет локальный минимум, обусловленный изменением условий формообразования, и локальный максимум при коэффициенте загрузки к3, равным 0,8...0,85.
-
Разработан способ управления режимом вращения барабана, обеспечивающий снижение энергозатрат при сохранении качества стирки.
-
Установлено влияние на энергозатраты при стирке числа подъемов изделий и коэффициента загрузки к3. Определены рациональные величины коэффициента загрузки к3, равные 0,9...0,95, обеспечивающие минимальные значения энергозатрат при стирке.
Практическая значимость. При разработке стиральных машин барабанного типа с улучшенными показателями энергопотребления, а также при их сервисном обслуживании практическую значимость имеют:
способ управления режимом вращения барабана при стирке;
алгоритм нахождения числа подъемов изделий для определения энергозатрат при перемещении изделий в процессе стирки;
формулы для определения энергозатрат при перемещении изделий в процессе стирки;
рекомендации по проектированию стирального барабана и выбору режимных параметров процесса стирки изделий;
программы расчета рациональных конструктивных параметров барабана стиральных машин и режимных параметров стирки, обеспечивающих снижение энергопотребления при требуемом качестве обработки текстильных изделий.
Результаты исследования рекомендуются для использования в проект-но-конструкторских организациях, на предприятиях по изготовлению, эксплуатации и сервисному обслуживанию стиральных машин, а также в учебном процессе при подготовке высококвалифицированных специалистов в области проектирования и сервиса бытовых машин и приборов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научно-технических конференциях в ГОУ ВПО «Южно-Российский
государственный университет экономики и сервиса» (г. Шахты, 2009, 2010г.) и в ГОУ ВПО «Ростовская академия сервиса Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса» (г. Ростов-на-Дону, 2009 г.), на XI Международной научно-технической конференции МНИЦ ПГСХА (г. Пенза, 2009, 2010 г.), на Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Перспектива 2010 (г. Нальчик, 2010 г.).
Результаты работы использованы предприятиями ООО «ПКФ «Ю.Г.»», г.Волгоград, ЗАО «Прогресс», г.Шахты и др.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения» при подготовке магистрантов по дисциплине «Проектирование стиральных машин», а также при курсовом, дипломном проектировании и подготовке магистерских диссертаций.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано автором в 11 статьях, из них 1 статья в журнале, входящим в перечень п.8 ВАК РФ. Получено решение о выдаче патента на изобретение РФ.
Ряд положений диссертации изложен в отчетах по НИР, выполненных в ЮРГУЭС.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка, приложений и содержит 165 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 15 таблиц и список использованной литературы из 116 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения» Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.
