Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одними из наиболее массовых изделий бытовой техники и коммунального хозяйства являются стиральные машины барабанного типа, которые обладают рядом достоинств по сравнению с другими типами стиральных машин. Однако высокий уровень вибрации при центробежном отжиме текстильных изделий является одним из их главных недостатков, снижающих их потребительские свойства и конкурентоспособность на рынке бытовой и коммунальной техники.
Вредное влияние вибрации на технические объекты, в том числе на стиральные машины, выражается в выходе из строя конструктивных элементов, увеличении зазоров в подвижных соединениях, в нарушении работы контрольно-измерительных приборов.
В стиральных машинах барабанного типа, как и в большинстве технических объектов, относящихся к роторным системам, имеющим упруго подвешенный ротор (моечный узел или, другими словами, подвесную часть стиральной машины), в период центробежного отжима практически неизбежно (ввиду конструктивных особенностей системы подвески моечного узла), наблюдаются резонансные явления при разгоне и торможении барабана. Вместе с тем, резонансные колебания оказывают наиболее существенное дестабилизирующее влияние на состояние и работоспособность машин. О негативных последствиях такого влияния указывают авторы теоретических и прикладных работ, посвященных динамике машин и механизмов.
Вопросы исследования динамики стиральных машин барабанного типа, методов и технических средств защиты от вибрации рассмотрены в ряде научных работ. При этом установлено, что вопросы исследования резонансных колебаний в процессе центробежного отжима изучены недостаточно полно.
Анализ публикаций, посвященных динамике стиральных машин при резонансных колебаниях и разработке методов и технических средств виброзащиты, позволил выявить следующее:
во-первых, известные способы и средства борьбы с вибрацией, а также существующие рекомендации по выбору рациональных конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин барабанного типа не позволяют достаточно эффективно снижать уровень резонансных колебаний;
во-вторых, современные научные представления о динамике стиральной машины, как колебательной системы, и существующие математические модели, описывающие ее колебания, в неполной мере учитывают специфику резонансных колебательных процессов при отжиме, обусловленную режимным изменением параметров виброизоляции.
Высокая значимость перечисленных проблем совершенствования конструкций и повышения качества современных стиральных машин обусловливает актуальность выбора направления диссертационного исследования.
Целью диссертационного исследования является снижение уровня резонансных колебаний стиральных машин барабанного типа при центробежном отжиме путем режимного изменения жесткости подвески колебательной системы.
С учетом указанной цели основными задачами исследования являются:
- анализ существующих методов и средств защиты от вибрации,
применяемых в стиральных машинах барабанного типа, и определение ра
циональных способов снижения уровня резонансных колебаний при центро
бежном отжиме;
. - математическое моделирование поведения колебательной системы стиральных машин при резонансных колебаниях в период разгона и торможения стирального барабана с учетом современных положений теории колебаний и конструктивно-режимных особенностей стиральных машин барабанного типа;
разработка способа снижения уровня резонансных колебаний стиральных машин барабанного типа при разгоне и торможении барабана в период центробежного отжима;
экспериментальное определение амплитуд резонансных колебаний подвесной части в зависимости от режимных изменений жесткости упругих элементов подвески;
разработка рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин барабанного типа, обеспечивающих снижение их виброактивности при резонансных колебаниях.
Объектом исследования являются бытовые стиральные машины барабанного типа, осуществляющие процессы по обработке текстильных изделий при стирке и отжиме в одном барабане с горизонтальной осью вращения.
Методологической и теоретической основой исследования служат
основные положения теории колебаний, труды отечественных и зарубежных
исследователей в области разработок математических моделей для стираль
ных машин, устройств и элементов виброизоляции, повышения комфортно
сти и вибронадежности рассматриваемых объектов. В диссертации использо
вались элементы математического анализа, методы статистической обработ
ки данных, математического и физического моделирования. '
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Анализ способов виброзащиты стиральных машин барабанного типа показал, что для снижения уровня колебаний в пуско-остановочных режимах необходимо управление частотными характеристиками колебательной системы за счет изменения жесткости упругих элементов подвески.
Разработан способ снижения уровня резонансных колебаний стиральных машин барабанного типа путем дискретного изменения собственной частоты системы. Показано, что для эффективной реализации данного способа изменение собственной частоты системы должно происходить при частоте вынужденных колебаний, соответствующей точке пересечения ветвей резонансных кривых колебательных процессов системы с различной жесткостью подвески.
На основе решения уравнений колебаний системы с различной жесткостью получены выражения для определения частот вынужденных колебаний, при достижении которых осуществляется дискретное изменение жесткости колебательной системы. Установлено, что значения данных частот вынужденных колебаний не зависят от демпфирующих свойств системы и определяются лишь инерционными характеристиками подвесной части и жесткостью элементов системы подвески.
Установлены зависимости амплитуд колебаний и частоты, соответствующей дискретному изменению жесткости подвески колебательной системы, от соотношения парных жесткостей упругих элементов. Показано, что для системы с диссипацией снижение амплитуд колебаний наблюдается в диапазоне соотношения между дискретными значениями жесткости от 1,353 до 2,294, при этом значения частот, соответствующих дискретному изменению жесткости, увеличиваются.
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:
способ преодоления резонанса в стиральной машине барабанного типа (патент РФ № 2367735);
основные идеи по проектированию элементов упруго-диссипативной системы виброизоляции подвесной части машины и управлению дискретным изменением значений жесткости упругих элементов (устройств) системы;
рекомендации и программы расчета с использованием компьютерных технологий рациональных конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин, обеспечивающих снижение уровня резонансных колебаний при требуемом качестве обработки текстильных изделий.
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.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научно-технических конференциях в ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» (Московская обл., п. Черкизово, 2007 г.), в ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (г. Шахты, 2007,2008,2009 гг.), на 5-й международной научно-практической конференции «Современные научные достижения» (София, Болгария, 2009 г).
Результаты работы использованы предприятиями по ремонту и техническому обслуживанию бытовых стиральных машин (ООО «Дом быта», г. Ростов-на-Дону и др.).
Материалы диссертации использованы в учебном процессе в ЮРГУЭС при изучении дисциплин «Проектирование бытовых машин и приборов», «Бытовые машины и приборы» и «Теоретические процессы бытовых машин и приборов'».
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 статьях, из них в 2 статьях в журналах, входящих в перечень п. 8 ВАК РФ. Получены патенты РФ на изобретение и на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений, библиографического списка и содержит 153 страницы машинописного текста, 53 рисунка, 11 таблиц и список использованной литературы из 138 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре «Машины и аппараты бытового на-, значения» ЮРГУЭС.
