Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

                                                               На правах рукописи

Алехин Алексей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН С УЧЁТОМ ДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ БАРАБАНА

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы

(коммунальное хозяйство и сфера услуг)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Шахты - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ФГБОУ ВПО ЮРГУЭС) на кафедре Машины и оборудование

бытового и жилищно-коммунального назначения

Научный руководитель  доктор технических наук, профессор

  Петросов Сергей Петрович

Официальные оппоненты:       Посеренин Сергей Петрович

                                      доктор технических наук, профессор,

                                      Университетский инновационный комплекс

                                      технологических систем сервиса

  (НП УНИКОМ), профессор

  Русанова Ирина Константиновна

  кандидат технических наук, доцент,

  Российский государственный университет

  туризма и сервиса, кафедра Общетехнических и естественнонаучных дисциплин,

  доцент

Ведущая организация ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики, г. Санкт-Петербург

Защита состоится л22 декабря 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.313.01 при ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса по адресу: 346500, г. Шахты Ростовской области, ул. Шевченко, 147, ауд. 2а247.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса.

Текст автореферата размещён на сайте ЮРГУЭС: www.sssu.ru

Автореферат разослан Е ноября 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.313.01 Куренова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 цеесообразность 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:

1. Установлено влияние коэффициента длины kL и коэффициента загрузки kз на величину продольного смещения lX центра масс изделий и момента возмущающих сил в процессе отжима.
2. 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=0,4Е0,5.
3. 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=0,55Е0,65.
4. 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.

1. Доказана целесообразность учёта динамической неуравновешенности барабана стиральных машин при исследовании их динамики в период отжима и выборе рациональных параметров системы виброизоляции.
2. Выявлены факторы, определяющие динамическую неуравновешенность барабана и силовое воздействие на подвесную часть стиральных машин при отжиме.
3. Установлена взаимосвязь между силовыми воздействиями на подвесную часть с учётом динамической неуравновешенности барабана и параметрами системы виброизоляции стиральных машин при отжиме.
4. Определена взаимосвязь между факторами, определяющими динамическую неуравновешенность барабана, и амплитудами линейных и угловых колебаний подвесной части в зависимости от параметров системы виброизоляции.
5. 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 МНИ - 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и определены основные задачи исследований, приведены сведения о научной новизне, практической значимости и реализации результатов диссертационной работы.

В первой главе проведён анализ конструктивных и режимных особенностей современных стиральных машин барабанного типа, который показал, что к настоящему времени фирмы-производители расширяют диапазон значений конструктивных параметров барабана, используют всё более разнообразные схемы компоновки систем виброизоляции и режимы обработки текстильных изделий при отжиме. Это обусловливает необходимость учёта более значительного числа факторов при исследовании динамики стиральных машин, из которых существенно важным является динамическая неуравновешенность барабана при отжиме.

Анализ факторов, определяющих внешнее переменное воздействие на подвесную часть при динамической неуравновешенности барабана в процессе отжиме, показал, что важное значение имеют не только факторы, обусловливающие главный вектор сил (эксцентриситет масс текстильных изделий, загрузка машины, режим отжима), но и факторы, определяющие главный момент сил и, в первую очередь, плечо приложения сил.

Вместе с тем, вопросы исследования параметров динамической неуравновешенности стирального барабана, а также особенностей схем компоновки систем виброизоляции и их влияние на виброактивность стиральных машин, в настоящее время изучены недостаточно полно.

Показано, что исследование динамики стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана может базироваться на общетеоретических положениях теории колебаний для твёрдых тел с несколькими степенями свободы, причём для выбора рациональных параметров системы виброизоляции целесообразным является использование анализа вибрационного поля подвесной части машин.

Теоретической основой для исследования линейных и угловых колебаний стиральных машин могут служить фундаментальные работы, посвящённые теории колебаний и динамике твёрдого тела, таких авторов, как А.А.Андронов, И.М.Бабаков, В.А.Бидерман, И.И.Блехман, В.В.Болотин, Дж.П.Ден-Гартог, Ф.М.Диментберг, Я.Г.Пановко, С.П.Тимошенко, К.В.Фролов, Ф.Цзе и др., а также работы, в которых рассматриваются теоретические основы и прикладные вопросы, связанные с исследованием динамики стиральных машин и вибрационным полем механических систем, таких авторов, как В.И.Малыхин, А.И.Набережных, Л.М.Рябинький, С.А.Кузнецов, В.П.Ройзман, А.В.Малыгин, В.Е.Гозбенко, И.Б.Елишков, C.Spelta, Lee Jun Young, H.Matsushima, T.Nygards и др.

Таким образом, с целью снижения виброактивности стиральных машин в настоящее время объективно важное значение приобретает вопрос исследования параметров современных систем виброизоляции с учётом количественных и качественных характеристик динамической неуравновешенности барабана, определяющих переменные силы и моменты сил, действующих на подвесную часть стиральных машин при отжиме.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы математического моделирования линейных и угловых колебаний подвесной части стиральных машин при динамической неуравновешенности барабана.

Так как в большинстве рассматриваемых ситуаций линейные и угловые перемещения подвесной части стиральных машин при колебаниях под действием гармонических сил достаточно малы, общее уравнение колебаний такой упруго-диссипативной системы с конечным числом степеней свободы имеет следующий вид:

,                                        (1)

где q - вектор обобщённых координат, характеризующий перемещение подвесной части при колебаниях; А - матрица инерционных коэффициентов; В - матрица коэффициентов диссипации; С - матрица упругих коэффициентов; F(t) - вектор внешних возмущающих сил.

Тогда, математическая модель, описывающая колебания подвесной части стиральных машин барабанного типа, при наличии диссипативных и возмущающих сил может быть представлена следующей системой из шести дифференциальных уравнений:

;

;

;

(2)

;

;

.

где М - масса подвесной части; IX, IY, IZ - моменты инерции подвесной части относительно осей О1X, О1Y, О1Z; сXs, сYs, сZs - жёсткость каждого s-го из Ny упругих элементов по осям O1X, O1Y, O1Z; bXs, bYs, bZs - сопротивление каждого s-го из Nд демпферов по осям O1X, O1Y, O1Z; ξуs, ηуs, ζуs - координаты крепления каждого s-го из Nу упругих элементов в системе Оξηζ; ξдs, ηдs, ζдs - координаты крепления каждого s-го из Nд демпферов в системе Оξηζ; m - масса текстильных изделий; ω - частота вращения барабана при отжиме; rе - эксцентриситет массы изделий; lX - продольное смещение изделий; Оξηζ - неподвижная система координат; O1XYZ - подвижная система координат, жёстко связанная с центром масс подвесной части.

Так как первое и четвёртое уравнения системы (2) описывают свободные колебания подвесной части, то для исследования вынужденных колебаний при отжиме достаточно использовать четыре неоднородных уравнения, описывающие линейные перемещения вдоль осей Оη, Оζ и угловые ζ, γ вокруг этих осей.

Применяя известные методы решения уравнения вида (1), выражения для определения амплитуд колебаний подвесной части приобретают следующий вид:

;

;

;

.

Уравнения (3) могут быть представлены в различных вариациях в зависимости от особенностей схем компоновки систем виброизоляции.

Одним из современных методов исследования динамических характеристик упруго подвешенного твёрдого тела, подверженного воздействию переменных нагрузок, является анализ его вибрационного поля.

Для анализа формирования вибрационного поля введём дополнительно неподвижную прямоугольную систему координат ОТХТYТZТ (рис. 1). Проведём через произвольные точки УTФ в плоскости ОТYТZТ ось ОТχi, образующую с горизонтальной осью ОТYТ угол ψi: Введём также подвижную прямоугольную систему координат ОТ1ХТ1YТ1ZТ1, полюс которой жестко связан с продольной осью О1Х подвижной системы координат О1ХYZ.

Рис. 1. Направления координатных осей в начальный момент отжима

Тогда вибрационное поле в поперечной плоскости ОТYТZТ при упругих колебаниях, обусловленных вращением вектора возмущающей силы с частотой ω, будет определяться значениями проекций амплитудных виброперемещений каждой точки УTФ тела на ось ОТχi.

При статической неуравновешенности барабана амплитудные виброперемещения точек тела вдоль произвольной оси ОТχi могут быть найдены через проекции виброперемещений η и ζ центра масс на оси, соответственно, Оη и Оζ по формуле:

.                                        (4)

Аналогично, при моментной неуравновешенности амплитудные значения проекции перемещения точки УTФ в плоскости ОТYTZT вдоль оси ОТχ могут быть найдены по формуле:

,                                (5)

где и - проекции угловых перемещений точки УTФ на плоскость ОТYTZT.

Тогда при динамической неуравновешенности значения амплитудных виброперемещений точки УTФ тела вдоль произвольной оси ОТχi могут быть найдены как сумма амплитудных виброперемещений и точки УTФ по формуле:

.                                                (6)

Для любой точки УTФ с координатами хТ≠0, zТ≠0, zТ≠0 имеем:

.        (7)

Одним из важных факторов, определяющих момент возмущающих сил при динамической неуравновешенности барабана, является плечо приложения сил, или продольное смещение lx изделий в барабане при отжиме (рис. 2).

Рис. 2. Схема распределения изделий

при динамической неуравновешенности стирального барабана

Расстояние lx от центральной поперечной плоскости О1YZ до линии действия центробежной силы Fц может быть определено как координата по оси О1Х центра тяжести фигуры, состоящей из двух трапеций - A1B1C1D1 и A2B2C2D2, по известной формуле:

,                                (8)

где А1 и А2 - площади трапеций, соответственно, A1B1C1D1 и A2B2C2D2; хСтр1 и хСтр2 - координаты центров тяжести, соответственно, Стр1 и Стр1 трапеций A1B1C1D1 и A2B2C2D2 по оси О1Х.

Имеем:

,        ;                (9)

,                .                        (10)

Откуда после преобразования формула (8) примет вид:

.                                (11)

Для определения параметров а и b необходимо знать объём Vв внутреннего свободного пространства, образованного изделиями при отжиме, который будет иметь вид наклонного усечённого конуса (рис. 2).

Объём Vв такого конуса вычисляется по следующей формуле:

,                                        (12)

где d1 и d2 - диаметры оснований усечённого конуса, соответственно, верхнего и нижнего (в данном случае, правого и левого).

С учётом d1=DБЦ(b1+b2); d2=DБЦ(а1+а2) формула (12) примет вид:

. (13)

Так как Vв=VБ ЦVб, где VБ= - объём барабана; Vб  - объём, занимаемый отжимаемыми изделиями в барабане, то будем иметь:

.(14)

Для обеспечения максимальной неравномерности и, соответственно, максимальной величины необходимо выполнение предельных условий: b1=b2=b→max и а1=а2=а→min.

Тогда выражение (14) примет вид:

,                (15)

а формула (11):                ,                                         (16)

или, соответственно, для средних значений: .         (17)

Решая совместно уравнения (15), (16) и (17), находим значения и .

На рис. 3 показана зависимость смещения от конструктивных параметров барабана - диаметра DБ и коэффициента длины барабана , для установившегося режима отжима.

Рис. 3. Зависимость величины смещения от диаметра DБ и

коэффициента длины барабана kL

Обобщение и анализ результатов, полученных во второй главе диссертации, позволил прийти к выводу, что значения продольного смещения lХ изделий в барабане определяются величиной загрузки изделий и коэффициентом длины барабана kL.

Показано, что величина продольного смещения lХ растёт при увеличении значений коэффициентов загрузки kз и длины барабана kL. Кроме того, максимальное продольное смещение lХ составило 0,476LБ (в принятых диапазонах загрузки и конструктивных параметрах барабана). При этом наибольшие величины lХ соответствуют максимальным значениям коэффициента загрузки барабана kз=0,6Е0,64.

Был разработан и алгоритм, который позволяет находить величину продольного смещения изделий в барабане при отжиме, а также возникающие моменты сил и соответствующие амплитуды линейных и угловых колебаний подвесной части при динамической неуравновешенности барабана.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований линейных и угловых колебаний подвесной части при динамической неуравновешенности барабана стиральной машины.

В качестве объекта экспериментальных исследований использовалась бытовая стиральная машина Electrolux EWS 1105 (рис. 4), колебательная система которой включает подвесную часть машины (так называемый моечный узел) и систему виброизоляции (упруго-диссипативную подвеску) (рис. 5).

На рис. 6 показан общий вид экспериментальной установки, включающей пространственный жёсткий каркас, исследуемую стиральную машину, установленную неподвижно внутри каркаса, а также схему крепления вибродатчиков для регистрации линейных и угловых колебаний.

Для определения виброперемещений подвесной части исследуемой стиральной машины использовались бесконтактные вихретоковые датчики ДВТ60.20 в комплексе с измерительным преобразователем ИП34.

В качестве измерительной и регистрирующей аппаратуры использовался компьютер с программным обеспечением: ОS Windows XP; MS Office 2007; L-Graph 2.10. Для преобразования поступающего сигнала на компьютер в комплексе с ним использовался внешний модуль АЦП/ЦАП модели Е14-140.

Рис. 4. Общий вид стиральной машины Electrolux EWS 1105

Рис. 5. Схема колебательной системы стиральной машины Electrolux EWS 1105

                       

а)                                        б)

Рис. 6. Общий вид экспериментальной установки (а) и крепление датчиков (б)

На рис. 7 показана схема измерительного комплекса экспериментальной установки. На рис. 8 приведена зависимость амплитуд Аζ колебаний подвесной части от коэффициента загрузки kз в период отжима τот.

Рис. 7. Схема измерительного комплекса экспериментальной установки:

1 - подвесная часть; 2, 3, 4, 5 - датчики смещений ДВТ60.20;

6, 7 - пружины подвески; 8, 9 - демпферы; ПК - персональный компьютер;

ИП - измерительный преобразователь ИП34;

АЦП/ЦАП - модуль Е14-140 цифрового ввода/вывода на шину USB;

ИПТ - источник постоянного тока Б5-47

Рис. 8. Зависимость амплитуд колебаний подвесной части

от коэффициента загрузки kз и времени отжима τот

Зависимости амплитуд колебаний подвесной части от коэффициента загрузки kз и частоты вращения ωБ в виде графиков поверхностей изображены на рис. 9 и рис. 10.

Анализ полученных данных объективно показал наличие локального максимума амплитуд линейных и угловых колебаний в диапазоне значений kз=0,4Е0,5. Было установлено, что при увеличении частоты вращения барабана ωБ при отжиме амплитуды колебаний снижаются, причём более значительно при угловых колебаниях.

Сравнение теоретических средних значений и математических ожиданий экспериментальных величин амплитуд колебаний показало, что расхождение между ними не превышает 7 %. Это подтверждает адекватность разработанной во 2-й главе математической модели, описывающей линейные и угловые колебания подвесной части стиральных машин при динамической неуравновешенности барабана, эксперименту.

                       

Рис. 9. Зависимости амплитуд линейных колебаний подвесной части

от коэффициента загрузки kз и частоты вращения ωБ

                               

Рис. 10. Зависимости амплитуд угловых колебаний подвесной части

от коэффициента загрузки kз и частоты вращения ωБ

В четвёртой главе диссертации представлены результаты теоретических исследований линейных и угловых колебаний подвесной части стиральных машин в зависимости от их конструктивных параметров при центробежном отжиме с учётом динамической неуравновешенности барабана.

При этом был установлен характер и определены значения амплитуд колебаний подвесной части в зависимости от коэффициента длины барабана kL, жёсткости упругих элементов спр и коэффициента диссипации демпферов kд, координат крепления ξу и ξд элементов системы виброизоляции и углов их наклона θ и ε к горизонтальной оси.

На рис. 11 показаны зависимости амплитуд Аβ и Аγ угловых колебаний, а на рис. 12 - зависимости амплитуд Аζ и Аη линейных колебаний крайних точек подвесной части от коэффициента длины барабана kL и коэффициента загрузки kз.

               

Рис. 11. Зависимости амплитуд угловых колебаний подвесной части

от коэффициента длины барабана kL и коэффициента загрузки kз

               

а) τр                                                б) τот=200 с

Рис. 12. Зависимости амплитуд колебаний крайних точек подвесной

части от коэффициента длины барабана kL и коэффициента загрузки kз

Таким образом, анализ полученных графиков показал, что угловые колебания оказывают существенное влияние на величину амплитуд линейных колебаний. Так, при малых значениях коэффициента длины барабана kL=0,2Е0,4 наблюдаются максимальные значения амплитуд линейных колебаний, а при kL>0,6 график амплитуд Аζ с учётом наложения угловых колебаний стремится к асимптоте, а график амплитуд Аη имеет локальный минимум при kL=0,55Е065.

Далее было исследовано влияние коэффициентов жёсткости су упругих элементов и диссипации bд демпферов на амплитуды Аζ и Аη линейных колебаний подвесной части с учётом динамической неуравновешенности барабана в диапазоне исследуемых параметров: су=1000Е10000 Н/м, =50Е500 Нс/м.

Анализ полученных данных показал, что в период установившегося режима отжима амплитуды Аζ и Аη монотонно возрастают на всём промежутке значений жёсткости упругих элементов су и незначительно снижаются при росте коэффициента диссипации демпферов bд в исследуемом диапазоне.

Вместе с тем, в период резонансных колебаний на графиках амплитуд присутствуют локальные экстремумы и перегибы функций в различных точках, анализ которых показал, что минимум амплитуд наблюдается при спр=4800Е5200 Н/м и bд<200 Нс/м (рис. 14), т.е. в диапазоне используемых в стиральных машинах рассматриваемого типа реальных значений коэффициента диссипации bд.

               

Рис. 14. Зависимости амплитуд резонансных колебаний подвесной части

от коэффициентов жёсткости су и диссипации

Представив полученные значения в виде соотношения между массой подвесной части M и величиной жёсткости cпр , то есть в виде собственной частоты колебательной системы ω0, получим, что для обеспечения минимума амплитуд колебаний при коэффициенте диссипации в области его используемых значений bд<200 Нс/м необходимо обеспечение собственной частоты колебательной системы в интервале ω0=12,5Е13,4 рад/с.

Одними из конструктивных параметров системы виброизоляции стиральных машин, определяющих эффективность виброзащиты, являются координаты крепления упругих элементов и демпферов. На рис. 15 показаны зависимости амплитуд Аζ и Аη линейных колебаний крайних точек подвесной части, а на рис. 16 - зависимости амплитуд β и γ угловых колебаний подвесной части от координат ξy и ξд продольного крепления, соответственно, упругих элементов и демпферов.

Анализ полученных данных показывает, что изменение координат ξд продольного крепления демпферов практически не оказывает влияния на величину амплитуд Аζ и Аη колебаний точек, расположенных вне центральной поперечной плоскости подвесной части.

Вместе с тем, при увеличении координат ξу продольного крепления упругих элементов во всём исследуемом диапазоне ξу=0Е0,12 м происходит значительный рост амплитуд колебаний как в резонансной области, так и в установившемся режиме отжима.

               

Рис. 15. Зависимости амплитуд Аζ и Аη линейных колебаний крайних точек подвесной части от координат ξy и ξд продольного крепления

упругих элементов и демпферов

               

Рис. 16. Зависимости амплитуд β и γ угловых колебаний от координат ξy

и ξд продольного крепления упругих элементов и демпферов

Таким образом, использование схем компоновки систем виброизоляции, имеющих упругие элементы и демпферы, расположенные вне центральной поперечной плоскости, приводит к повышению амплитуд колебаний подвесной части и не обеспечивает, таким образом, решение задачи по снижению виброактивности стиральных машин при отжиме.

К параметрам, характеризующим размещение упругих элементов и демпферов на баке подвесной части машины, относятся также углы их наклона к горизонтальной оси. В работе были проведены исследования влияния углов наклона θ упругих элементов и углов наклона ε демпферов к горизонтальной оси, принятых в диапазоне 50Е90, на амплитуды колебаний подвесной части.

На рис. 17 представлены графики поверхностей развёрнутых диаграмм вибрационных полей в виде амплитуд колебаний Аχ вдоль произвольной оси О1χ при различных углах её поворота ψ в зависимости от углов наклона θ упругих элементов и углов наклона ε демпферов к горизонтальной оси.

               

ε=50                                                        ε=90

Рис. 17. Графики поверхностей развёрнутых диаграмм вибрационных полей

в зависимости от углов наклона θ  и ε упругих элементов и демпферов

Анализ результатов исследования влияния углов наклона упругих элементов и демпферов на амплитуды колебаний подвесной части показал, что для машин рассматриваемого типа с горизонтальной осью вращения минимум значений амплитуд колебаний наблюдается при расположении упругих элементов под углом θ в диапазоне θ=80Е90, а также при угле наклона демпферов ε в интервале значений ε=50Е60.

Полученные в результате исследования рекомендации по выбору рациональных параметров системы виброизоляции (жёсткости упругих элементов и сопротивления демпферов, их расположения и углов наклона) позволяют с учётом динамической неуравновешенности барабана наиболее эффективно реализовать технические решения: Способ снижения вибрации при отжиме в стиральных машинах барабанного типа (патент РФ 2455407) и Устройство снижения вибрации при отжиме в стиральных машинах барабанного типа (патент РФ 2461677).

Результаты работы рекомендуются для использования при выборе рациональных конструктивных параметров стирального барабана и системы виброизоляции, обеспечивающих снижение виброактивности стиральных машин с учётом динамической неуравновешенности барабана.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) Анализ конструктивных особенностей, тенденций развития и исследований в области динамики стиральных машин показал, что выбор параметров виброзащитных систем необходимо проводить с учётом динамической неуравновешенности барабана при отжиме.

2) На основе анализа параметров, характеризующих неравномерность распределения изделий в барабане при отжиме, теоретически установлена зависимость продольного смещения lX центра масс изделий от коэффициента длины барабана kL и коэффициента загрузки kз.

3) Предложена математическая модель, описывающая колебания подвесной части стиральных машин при отжиме, с учётом силового переменного воздействия на подвесную часть, определяемого динамической неуравновешенностью стирального барабана.

4) На основе теоретического анализа формирования вибрационного поля подвесной части под воздействием переменных силовых факторов в виде вектора сил и момента сил получена зависимость амплитуд колебаний произвольных точек подвесной части от конструктивных параметров стирального барабана, параметров динамической неуравновешенности и режимных параметров процесса отжима.

5) Разработан алгоритм определения значений продольного смещения lX центра масс отжимаемых изделий и момента возмущающих сил, и исследованы амплитуды колебаний подвесной части стиральных машин при динамической неуравновешенности барабана в период отжима.

6) Теоретически установлена и экспериментально подтверждена зависимость амплитуд колебаний подвесной части от загрузки машин с учётом динамической неуравновешенности барабана. При этом показано, что максимум амплитуд линейных и угловых колебаний подвесной части находится в диапазоне коэффициента загрузки kз=0,4Е0,5.

7) Теоретически установлено влияние конструктивных параметров барабана и коэффициентов жёсткости и диссипации элементов системы виброизоляции на амплитуды линейных и угловых колебаний подвесной части при динамической неуравновешенности барабана. При этом показано, что амплитуды колебаний имеют локальный минимум, который находится в диапазоне значений коэффициента длины барабана kL=0,55Е0,65.

8) На основе анализа вибрационного поля подвесной части разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров расположения упругих элементов и демпферов системы виброизоляции стиральных машин рассматриваемого класса. Показано, что минимум амплитуд колебаний соответствует диапазону угла наклона упругих элементов к горизонтальной оси 80Е90 и демпферов в диапазоне 50Е60, а также расположению элементов системы виброизоляции в центральной поперечной плоскости подвесной части.

9) Результаты исследования рекомендуются для использования в проектно-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 и коммунальных машин и приборов.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах

1. Алехин, А.С. Теоретический расчёт амплитуд случайных колебаний подвесной части стиральных машин при отжиме / А.С. Алехин, В.Г. Фетисов, С.Н. Алехин, С.П. Петросов, И.В. Фетисов // Научно-технический вестник Поволжья. - Казань : Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - № 3. - 202 с. - С. 44Ц48.
2. Фетисов, В.Г. Исследование процесса колебаний подвесной части стиральной машины при случайных воздействиях / В.Г. Фетисов, С.Н. Алехин, И.В. Фетисов, А.С. Алехин // Научно-технический и производственный журнал. Швейная промышленность. - 2010. - № 3. - 50 с. - С. 46Ц47.

Публикации в журналах, сборниках трудов, материалах конференций

3. Фетисов И.В. Асимптотика поведения эксцентриситета центра масс изделий при отжиме / И.В. Фетисов, А.С. Алехин, С.Н. Алехин // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии : сборник статей XII Междунар. науч.-техн. конф. МНИ - ПГСХА. - Пенза : РИО ПГСХА, - 2010. - 168 с. - С. 149Ц152.
4. Фетисов И.В. Исследование случайных колебаний подвесной части стиральной машины барабанного типа / И.В. Фетисов, С.П. Петросов, С.Н.аАлехин, А.С. Алехин // Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем : сборник статей V Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Приволжский Дом знаний, 2010. - 324 с. - С. 126Ц129.
5. Алехин А.С. Исследование параметров текстильных изделий при отжиме / А.С. Алехин, И.В. Фетисов, С.Н. Алехин // Казанская наука: сборник науч. статей. - Казань : Изд-во Казанский Издательский Дом, 2011. №2 - 315 с. - С. 23 - 25.
6. Алехин С.Н. Метод расчёта эксцентриситета центра масс текстильных изделий при центробежном отжиме в стиральных машинах барабанного типа / С.Н. Алехин, И.В. Фетисов, А.С. Алехин, В.Г. Фетисов, Кузнецов А.Е. // Человек и общество: на рубеже тысячелетий: материалы международной науч. конф. / под общ. ред. проф. О.И. Кирикова. - Воронеж : ВГПУ, 2011. Выпуск 51. - 398 с. - С. 350 - 366.
7. Алехин С.Н. Алгоритм расчёта возмущающих сил при центробежном отжиме в стиральных машинах барабанного типа / С.Н. Алехин, С.П. Петросов, А.С. Алехин // Вестник научно-промышленного общества - М. : Алев-В, 2012 г. - Вып. 18. - 100 с. - С. 55-57.
8. Алехин А.С. Влияние коэффициента длины барабана на динамику стиральных машин / А.С. Алехин // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск - 2012 г) Межвуз. науч.-техн. Конф. аспирантов и студентов : сборник материалов. - Иваново : ИГТА, 2012г. Ч. 2. - 304 с. - С. 205-207.
9. Алехин А.С. К вопросу о тенденциях развития стиральных машин  / А.С. Алехин, С.А. Смирнова, Ю.Г. Фомин // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск - 2012 г) Межвуз. науч.-техни. конф. аспирантов и студентов : сборник материалов. - Иваново : ИГТА, 2012г. Ч.2. - 304 с. - С. 232-234.
10. Алехин С.Н. Теоретические исследования вибрационного поля стиральных машин при статической неуравновешенности барабана / С.Н. Алехин, С.П. Петросов, А.С. Алехин // ФЭН-НАУКА : периодический журнал научных трудов / гл.ред. А.И. Масалимов. Бугульма : ИП Масалимов А.И., 2012. - №9(12). - 54 с. - С. 4-8.
11. Алехин А.С. Исследование параметров, определяющих динамические воздействия в стиральных машинных барабанного типа при отжиме / А.С. Алехин // ФЭН-НАУКА : периодический журнал научных трудов /гл.ред. А.И. Масалимов. Бугульма : ИП Масалимов А.И., 2012. - №3(6). - 57 с. - С. 7-11.

Патенты на изобретения

12. Пат. 2455407. Российская Федерация, МПК6 С1 D06F37/20 (2006.01). Способ снижения вибрации при отжиме в стиральных машинах барабанного типа / Алехин С.Н., Лемешко М.А., Фетисов И.В., Лалетин И.В., Алехин А.С., Желтушкин Л.С. Опуб. 10.07.2012.
13. Пат. 2461677. Российская Федерация, МПК6 С1 D06F37/20 (2006.01). Устройство снижения вибрации при отжиме в стиральных машинах барабанного типа / Алехин С.Н., Лемешко М.А., Фетисов И.В., Лалетин И.В., Алехин А.С., Желтушкин Л.С., Лемешко А.М., Кузнецов А.Е. Опуб. 20.09.2012.

ичный вклад диссертанта в работах, опубликованных в соавторстве:

П. 8, 11 - подготовлен материал и написано 100 % работы;

П. 5, 9 - подготовлен материал и написано 80 % работы;

П. 1, 7 - предложена идея работы и написано 60 % работы;

П. 2, 3, 4, 6, 10, 12, 13 - проведены расчёты, проанализированы исходные данные и результаты расчётов и написано 50 % работы.

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям