Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Стиральные машины барабанного типа являются одними из наиболее массовых изделий, используемых в коммунальном хозяйстве и сфере услуг.
Значительный уровень вибрации стиральных машин при центробежном отжиме, обусловленный конструктивными особенностями и режимными параметрами, негативно влияет на их техническое состояние, снижает потребительские свойства и конкурентоспособность машин, повышает уровень энергопотребления.
Установлено, что вибрационные воздействия являются наиболее опасными механическими воздействиями для технических объектов, в том числе и для стиральных машин барабанного типа. Знакопеременные напряжения, вызываемые вибрационными воздействиями, приводят к постепенному ослаблению неподвижных соединений, к появлению усталостных трещин и разрушению конструктивных элементов машин и их отказам, нарушению работы приборов автоматики, снижению производительности машин. Вибрация, возникающая при работе машин, оказывает негативное виброакустическое воздействие и на персонал, обслуживающий и эксплуатирующий машины, о чём свидетельствуют многочисленные отклики как потребителей, так и экспертов фирм-производителей стиральных машин.
Таким образом, создание эффективных методов и средств виброзащиты является одной из важнейших технико-экономических и социальных задач, стоящих перед разработчиками современных стиральных машин.
Исследованию динамики стиральных машин барабанного типа, методов и технических средств защиты от вибрации посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов (В.И.Малыхин, А.И.Набережных, Л.М.Рябинький, С.А.Кузнецов, В.П.Ройзман, А.В.Малыгин, C.Spelta, Lee Jun Young, H.Matsushima, T.Nygards и др.).
Вместе с тем, в настоящее время практически отсутствуют работы по исследованию систем виброзащиты современных стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана, что приобретает особую актуальность в связи с современными тенденциями развития стиральных машин, характеризующимися использованием более широкого диапазона значений конструктивных параметров стирального барабана, разнообразием особенностей схем компоновки систем виброизоляции, а также режимов обработки текстильных изделий при отжиме.
Таким образом, анализ современных тенденций развития стиральных машин и публикаций, посвящённых исследованию их динамики при центробежном отжиме и разработке методов и технических средств виброзащиты, позволил выявить следующее:
- во-первых, недостаточно полно изучено влияние конструктивных особенностей барабана современных стиральных машин на параметры его динамической неуравновешенности при отжиме, вызывающей как линейные, так и угловые колебания подвесной части машин;
- во-вторых, практически отсутствуют научно обоснованные методы определения параметров динамической неуравновешенности барабана при отжиме и их влияния на количественные и качественные характеристики переменных сил и моментов, действующих на подвесную часть стиральных машин;
- в-третьих, отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору рациональных параметров системы виброизоляции современных стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана, обеспечивающих снижение их виброактивности.
Высокая значимость данных вопросов обусловила актуальность и целесообразность выбора направления диссертационного исследования.
Целью диссертационной работы является исследование и выбор рациональных параметров системы виброизоляции стиральных машин барабанного типа, обеспечивающих снижение их виброактивности с учётом динамической неуравновешенности стирального барабана в процессе центробежного отжима.
В соответствии с указанной целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ содержания исследований, посвящённых динамике стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана в период центробежного отжима;
исследование влияния конструктивных параметров барабана и режимных параметров процесса отжима на качественные и количественные характеристики возмущающих сил с учётом динамической неуравновешенности барабана;
математическое моделирование колебательного процесса подвесной части стиральных машин при динамической неуравновешенности стирального барабана;
экспериментальное определение амплитуд линейных и угловых колебаний подвесной части в зависимости от загрузки и режимных параметров процесса отжима текстильных изделий;
выбор на основе анализа вибрационного поля подвесной части рациональных параметров системы виброизоляции стиральных машин;
разработка рекомендаций по расчёту и выбору рациональных конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин барабанного типа, обеспечивающих снижение их виброактивности с учётом динамической неуравновешенности барабана в процессе отжима.
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 с учётом динамической неуравновешенности барабана.
Методологической и теоретической основой исследования служат основные положения теории колебаний, труды отечественных и зарубежных исследователей в области разработки и совершенствования математических моделей для стиральных машин, устройств и элементов виброизоляции, повышения комфортности и вибронадёжности рассматриваемых объектов.
В диссертации использовались разделы математического анализа и системного моделирования, численные методы статистической обработки и оценки экспериментальных данных, элементы и средства математического и физического моделирования.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
-
Установлено влияние коэффициента длины kL и коэффициента загрузки kз на величину продольного смещения lX центра масс изделий и момента возмущающих сил в процессе отжима.
-
Теоретически и экспериментально установлено, что амплитуды линейных и угловых колебаний подвесной части с учётом динамической неуравновешенности барабана имеют локальный максимум, который находится в диапазоне значений коэффициента загрузки kз=0,4…0,5.
-
Установлено, что амплитуды линейных и угловых колебаний подвесной части с учётом динамической неуравновешенности барабана имеют локальный минимум, который находится в диапазоне значений коэффициента длины барабана kL=0,55…0,65.
-
Установлена с учётом динамической неуравновешенности барабана функциональная зависимость амплитуд линейных и угловых колебаний подвесной части стиральных машин рассматриваемого типа от характеристик упругих элементов и демпферов системы виброизоляции и их расположения.
Практическая значимость. При решении задач 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 расчёта диапазона значений продольного смещения центра масс текстильных изделий в барабане при центробежном отжиме и его применение при определении динамических характеристик стиральных машин;
рекомендации по расчёту и выбору рациональных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, обеспечивающих снижение виброактивности при динамической неуравновешенности барабана и требуемом качестве обработки текстильных изделий;
программа расчёта амплитуд линейных и угловых колебаний подвесной части стиральных машин при динамической неуравновешенности барабана.
Результаты, полученные в 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.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Доказана целесообразность учёта динамической неуравновешенности барабана стиральных машин при исследовании их динамики в период отжима и выборе рациональных параметров системы виброизоляции.
-
Выявлены факторы, определяющие динамическую неуравновешенность барабана и силовое воздействие на подвесную часть стиральных машин при отжиме.
-
Установлена взаимосвязь между силовыми воздействиями на подвесную часть с учётом динамической неуравновешенности барабана и параметрами системы виброизоляции стиральных машин при отжиме.
-
Определена взаимосвязь между факторами, определяющими динамическую неуравновешенность барабана, и амплитудами линейных и угловых колебаний подвесной части в зависимости от параметров системы виброизоляции.
-
Разработаны рекомендации по расчёту и выбору рациональных конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин барабанного типа, обеспечивающих снижение их виброактивности с учётом динамической неуравновешенности барабана в процессе отжима.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» г. Шахты (2008 – 2012 гг.), на международных научно-практических конференциях МНИЦ ПГСХА г. Пензы (2010, 2011, 2012 гг), на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов ИГТА г. Иваново (2012 г.) и на ряде других научных семинаров.
Результаты работы использованы предприятиями ООО «Бытсервис» г. Ставрополя, Торгово-промышленной палаты 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 11 статьях, из них в 2 статьях в журналах, входящих в перечень п. 7 ВАК РФ, получено 2 патента РФ на изобретения, а также одно решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов, библиографического списка, приложений и содержит 165 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 12 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.
Похожие диссертации на Исследование и выбор рациональных параметров системы виброизоляции стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана
