Бытовые машины для обработки белья
Параметры, определяющие гидромеханические процессы в активаторных стиральных машинах. Конструктивные факторы, влияющие на процесс стирки белья. Основные конструктивные и режимные параметры стиральных машин барабанного и воздушно-пузырькового типов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.03.2011 |
| Размер файла | 2,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Параметры, определяющие гидромеханические процессы в активаторных стиральных машинах
- 2. Конструктивные факторы, влияющие на процесс стирки белья в активаторных стиральных машинах
- 3. Параметры механического воздействия на белье при его обработке в стиральных барабанах
- 4. Основные конструктивные и режимные параметры стиральных машин барабанного типа
- 5. Конструктивные и режимные параметры стиральных машин воздушно-пузырькового типа
- 6. Устройство клапанов бытовых стиральных машин и определение параметров их работы
- 7. Расчет мощности привода активатора стиральной машины
- 8. Расчет мощности привода стирального барабана
- 8.1 Расчет мощности, потребляемой в процессе стирки
- 8.2 Расчет мощности, потребляемой в процессе отжима
- 9. Определение моментов инерции белья при центробежном отжиме
- 10. Определение динамических нагрузок, возникающих при отжиме
- 11. Расчет на прочность вала привода стирального барабана
- 12. Анализ тепловых факторов нагружения сушильной машины
- Библиографический список
1. Параметры, определяющие гидромеханические процессы в активаторных стиральных машинах
На процесс стирки в активаторных стиральных машинах наряду с химическим воздействием моющих средств и температуры воды большое влияние оказывает механическое воздействие потока моющего раствора. В результате этого загрязнения отделяются от ткани и уносятся потоком воды.
Так как положение кома ткани в процессе стирки непрерывно изменяется, то гидродинамический процесс в стиральном баке представляет собой сложное движение, называемое перемешиванием. При этом в баке возникают два основных режима течения жидкости: ламинарное и турбулентное.
Ламинарным называют гидродинамический режим, при котором элементарные частицы жидкости двигаются параллельно в направлении движения потока.
Турбулентным называют гидродинамический режим, при котором возникают вихри, хаотически перемещающиеся в объеме движущейся жидкости.
Если в ламинарном потоке из одного слоя в другой переходят только молекулы, то в турбулентном - элементарные массы жидкости. Поэтому для получения наибольшей эффективности с точки зрения отстирываемости необходимо создавать турбулентное движение.
Характер движения жидкости определяет критерий Рейнольдса Re:
Re = wo S / v, (1)
где wo - средняя скорость жидкости (определяющая); v - кинематическая вязкость жидкости, м2/с. Для активаторных стиральных машин критерий Рейнольдса может быть записан в виде
, (2)
где и - плотность, кг/м3, и динамическая вязкость, Пас, стирального раствора; - линейная скорость активатора, м/с; - угловая скорость активатора, рад/с; п - частота вращения активатора, с-1; d - диаметр диска активатора, м.
Экспериментальные исследования показали, что при Re < 2000…10000 обеспечивается интенсивное трехмерное движение жидкости, а при Re > 10 000 - турбулентное движение, при котором мгновенно изменяется скорость отдельных частиц и ее направление движения, т.е. происходит пульсация скорости. Именно этот режим благоприятен для стирки.
Таким образом, при проектировании бытовых стиральных машин активаторного типа выбор конструктивных и режимных параметров работы активатора должен обеспечивать значение Re > 10 000.
Приведем известные значения параметров, определяющих характер движения стирального раствора при активаторном способе обработки белья. Скорость вращения активатора n = 475…820 мин-1, диаметр диска активатора d = 140…155 мм, плотность воды = 1000 кг/м3. Динамическая вязкость воды в зависимости от температуры приведена в таблице 1.
Таблица 1
Динамическая вязкость воды
|
Температура t, С |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
|
Динамическая вязкость 106, Пас |
1788 |
1306 |
1004 |
801,5 |
653,3 |
549,4 |
469,9 |
406,1 |
355,1 |
314,9 |
Для определения рациональных значений рассматриваемых параметров вычисляют значения функции Re=f (, d), строят графики по полученным данным, проводят их анализ. На основании этого делают выводы по выбору рациональных значений параметров (n) и d.
2. Конструктивные факторы, влияющие на процесс стирки белья в активаторных стиральных машинах
При вращении активатора в стиральном баке цилиндрической формы возникают три основных потока моющего раствора (рис.1):
осевой 1, направленный по оси вращения активатора;
радиальный 2, направленный по радиусу активатора;
тангенциальный 3, направленный по касательной к окружности активатора.
При установившемся процессе вращения активатора в жидкости вокруг оси активатора возникает однородный цилиндрический вихрь круглого сечения с постоянной угловой скоростью (зона I, рис.2). Теоретический диаметр вихря должен быть равен диаметру d активатора. Скорость частиц в вихре вдоль радиуса активатора возрастает линейно. Вне активатора цилиндрический вихрь возбуждает движение частиц жидкости вдоль линии радиуса с убывающей скоростью (зона III). Между этими двумя зонами возникает переходная зона II (радиус этой зоны rн). Радиус вихря определен экспериментально: rв= 0,75r.
Рис.1. Схема движения жидкости в стиральном баке с осесимметричным расположением активатора
Для потокообразования первостепенное значение имеет тангенциаль-ная составляющая. Тангенциальная скорость в вихре т = dn = 0,5d=r.
В периферийной зоне III приближенно можно считать
т = rн rв / r; (3)
в переходной зоне II
. (4)
Рис.2. Распределение скоростей движения частиц раствора в стиральном баке: I - зона цилиндрического однородного вихря, II - переходная зона, III - зона падающей скорости, 1 - активатор, 2 - теоретическое распределение скоростей, 3 - реальное распределение скоростей
Тангенциальная скорость достигает своего максимума при условии:
(5)
В любом случае с осесимметричным активатором имеются условия для образования воронки. Воронка нарушает структуру потока, и ткань концентрируется под нею. С увеличением глубины воронки ткань прижимается к активатору и практически не перемешивается.
При расчетах, используя полученное значение радиуса диска активатора из формулы r=d/2 и задаваясь несколькими значениями rн и rв, выбирают рациональное соотношение между rн и rв. В соответствии с полученными данными определяют тангенциальную скорость в вихре т, причем расчет ведут для различных значений .
3. Параметры механического воздействия на белье при его обработке в стиральных барабанах
Для удаления загрязнений при обработке белья в стиральных барабанах, кроме физико-химического воздействия поверхностно-активных веществ с тканью, необходимо еще и механическое воздействие. Механический фактор процесса зависит от диаметра и вместимости стирального барабана, скорости его вращения, размеров и формы гребней, количества заливаемой жидкости и массы загружаемых изделий.
При этом интенсивность механического воздействия зависит, прежде всего, от длины пути, который проходят изделия за один оборот стирального барабана. Этот путь прямо пропорционален диаметру барабана, т.е., другими словами, диаметр стирального барабана определяет высоту падения изделий в жидкость.
При вращении барабана находящиеся в нем изделия захватываются гребнями, поднимаются на некоторую высоту, определяющуюся углом подъема (рис.3), затем соскальзывают с гребней и падают. При падении в процессе удара изделия сжимаются. Все это вызывает усиленную циркуляцию жидкости и способствует вымыванию загрязнений. При таком периодическом движении изделий достигается необходимый эффект их обработки.
Можно найти условия, при которых у падающего изделия будет максимальный запас кинетической энергии в конце падения. Из теоретической механики известно, что скорость в конце свободного падения равна , т.е. зависит от высоты падения Н. Следовательно, максимальный запас кинетической энергии изделие будет иметь при максимальной высоте падения.
Траектория движения изделия при вращении барабана в процессе стирки представляет собой кривую АКЕ, состоящую из двух ветвей: АК - подъем точки А после отрыва от гребня барабана со скоростью о и КЕ - свободное падение.
Установлено, что высота падения белья Н достигает максимума Нmax при tg2=0,5; =3520, т.е., м
Hmax=2,25D sin35o20 cos235o20=0,866D, (6)
где D - диаметр барабана, м; - угол подъема (для Нmax =35о20ґ); 1 - угол наклона плоскости гребня к радиальной плоскости, град.
С учетом этого частота вращения барабана может быть определена следующей зависимостью:
(7)
Часть массы изделий, которая при вращении внутреннего барабана выносится из жидкости на определенную высоту подъема, зависит еще от формы и высоты гребней, оказывающих влияние на сцепление этой массы изделий с гребнями. Высоту гребней обычно принимают hгp= (0,12…0,16) D, угол при вершине принимается равным гр=600.
Минимальная высота падения одежды для стиральных барабанов диаметром менее 0,7 м и тремя гребнями составляет 0,55 D; с четырьмя гребнями величина Н достигает 0,6 D.
В соответствии с этим получим также следующую зависимость:
. (8)
Таким образом, задаваясь различными значениями диаметра барабана D или углом при вершине гребней гр, определяют максимальную высоту падения белья Нmax, частоту вращения барабана при стирке n и , угол 1. Получив ряд значений исследуемых параметров, по полученным данным строят графики, анализ которых позволяет сделать выводы о рациональном выборе параметров, определяющих механическое воздействие на белье.
4. Основные конструктивные и режимные параметры стиральных машин барабанного типа
Механика процессов, происходящих в стиральных барабанах, определяется фактором разделения Ф и зависит от граничных условий пространства, характеризующихся следующими параметрами: D (R) - диаметр (радиус) барабана и - угловая частота вращения барабана. Поэтому при проектировании стиральных барабанов их геометрические и кинематические параметры должны быть взаимно увязаны через фактор разделения Ф. Фактором разделения Ф называется отношение центробежной силы FЦ к силе тяжести массы белья FТ:
. (9)
Если фактор разделения больше или равен единице Ф 1, то изделия в этих условиях будут стремиться прижаться к обечайке барабана, а падение их будет нарушаться или прекратится. При этих условиях критическая частота вращения барабана nкр будет равна, с-1
. (10)
Частота вращения барабана в режиме стирки и полоскания обычно принимается в пределах nС= (0,6…0,8) nкр. Значения фактора разделения Ф на операциях стирки и полоскания принимаются 0,70,8, промежуточного отжима 4050, окончательного 300500 и выше. Количество рабочей жидкости VЖ, л, заливаемой в стиральный барабан машины, определяется по формуле:
Vж=жmб. о, (11)
где ж - жидкостной модуль (или другими словами, водный модуль - М) машины, л/кг (для барабанных стиральных машин принимается ж = 5…7 л/кг); mб. о - загрузочная масса белья (изделий) в воздушно-сухом состоянии, кг.
При заданной загрузочной массе белья mб. о полезная вместимость барабана Vпол, м3, будет равна:
, (12)
гдеУ - объемный модуль стирального барабана (удельная вместимость барабанов стиральных машин находится в пределах У =8,81610-3 м3/кг.
Расчетная вместимость стирального барабана Vp, м3:
, (13)
где D - диаметр барабана, м; L - длина барабана, м; К1 - коэффициент, учитывающий объем, занимаемый гребнями и другими частями, выступающими внутрь барабана (для стиральных машин с торцевой (фронтальной) загрузкой принимают К1=1,1; для барабанов с верхней загрузкой принимают К1=1,15).
Если принять , то будем иметь, м
. (14)
При расчетах принимают для стиральных машин с торцевой загрузкой К2=1,7…2,5, с верхней загрузкой К2=0,5…1.
Диаметр стирального барабана в зависимости от загрузочной массы определяют по следующей эмпирической зависимости, м:
. (15)
Однако, как показывает практика, для определения диаметра барабана DБ стиральной машины с торцевым обслуживанием более точной является следующая эмпирическая формула:
. (16)
Так как качество обработки зависит от высоты падения изделий, определяющейся диаметром барабана D, то при одной и той же расчетной вместимости VР целесообразно при проектировании машин увеличивать диаметр D и сокращать его длину L. Однако ограничительным фактором этого является рост уровня вибрации и динамических нагрузок, возникающих при центробежном отжиме белья. Процент перфорации стиральных барабанов ограничивается их прочностью и жесткостью. Обычно он составляет 25…30 % от общей поверхности барабана.
Таким образом, приведенные выше уравнения позволяют получать основные конструктивные и режимные параметры бытовых стиральных машин барабанного типа в зависимости от величины загрузки бельем.
Наиболее оптимальной загрузкой считается масса сухого белья 4…5 кг. Для компактных машин масса белья несколько ниже - 3 кг (но может быть и выше).
Некоторые бытовые стиральные машины рассчитаны на загрузку белья до 6…7 кг.
5. Конструктивные и режимные параметры стиральных машин воздушно-пузырькового типа
В процессе стирки текстильных изделий в воздушно-пузырьковых или, другими словами, вакуумно-воздушных стиральных машинах (ВВСМ) кипение жидкости (моющего раствора), находящейся под вакуумом, происходит не за счет тепла, поступающего от теплоотдающей поверхности, а за счет тепла, имеющегося в жидкости.
При пузырьковом кипении первая фаза образуется в виде отдельных паровых пузырьков, зарождающихся в определенных местах массоотдающей поверхности (центрах парообразования).
Каждый центр генерирует первую фазу с определенной частотой f. Зародившийся у данного центра паровой пузырек в течение некоторого времени растет в объеме, а затем отрывается от поверхности и всплывает, увлекая за собой некоторое количество жидкости и загрязнений из пристенной области в основное ядро.
Во время своего роста пузыри, вытесняя жидкость, вызывают ее перемещение со скоростью, примерно равной скорости роста радиуса R пузыря:
V = dR/d. (17)
Время всплытия пузырька определяется зависимостью, с:
, (18)
где - радиус пузырька в момент отрыва, м; Р - перепад давлений между давлением внутри пузырька и давлением в потоке, Па; 1 - плотность моющего раствора, кг/м3.
После отрыва пузырька освободившееся пространство заполняется жидкостью, устремившейся к поверхности из основного объема. Затем на этом же месте возникает новый пузырек.
Таким образом, процесс генерации парожидкостных пузырей вызывает интенсивный массообмен в кипящей жидкости и дополнительную турбулизацию приповерхностной области ткани текстильных изделий.
На рост пузырьков, образующихся из глубины переплетений ткани, влияет температура жидкости Ts, поверхностное натяжение моющего раствора на поверхности ткани , теплота парообразования r, плотность пара и перепад температуры Т между температурой пара и жидкости. Все эти факторы могут скомбинироваться в неудачную комбинацию для стирки текстильных изделий. Поэтому следует определить минимальный радиус пузырьков, способных оторваться от поверхности ткани, м:
. (19)
Время стирки текстильных изделий определяется по формуле, с:
, (20)
где dнт - диаметр нити ткани, м; М - масса загрязнений, кг; - кинематическая вязкость моющего раствора, м2/с; Т - температура, С; К0 - постоянная Больцмана; - динамическая вязкость, Пас; 1 - плотность моющего раствора, кг/м3; п - плотность пара моющего раствора, кг/м3; F - площадь ткани, м2; - радиус диффундирующих частиц, м; СН - начальная расчетная концентрация загрязнения в моющем растворе, г/м3; СК - конечная расчетная концентрация загрязнения в моющем растворе, г/м3.
На рисунке 3 в графической форме изображены теоретические зависимости основных параметров, входящих в уравнение (20), в зависимости от температуры и давления.
Рис.3. Зависимость критериев Bi, Re и коэффициента диффузии D от температуры и давления, соответствующих температурам кипения давления, 102 Па: 20-2440-5760-16680-393100-1033
Основными факторами, влияющим на параметры гетерогенной системы "белье - моющий раствор", являются температура и давление.
На рисунке 4 дана теоретическая зависимость времени обработки текстильных изделий от толщины ткани и диаметра нити dр, из которой изготовлена ткань. Из этих графиков можно сделать заключение, что толщина отстирываемой ткани существенно влияет на время обработки.
Для интенсификации процесса массообмена в баке стиральной машины необходимо периодически перемешивать обрабатываемые текстиль-ные изделия за счет потока воздуха. Скорость и время перемешивания можно определить, исходя из уравнения моментов количества движения в гидродинамической форме.
Рис.4. Зависимость времени стирки от температуры и давления в баке стиральной машины соответствующие температурам кипения давления, 102 Па: 20-2440-5760-16680-393100-1033
По данным С.С. Кутателадзе, при истечении газа в жидкость из сопла при его диаметре более 5 мм наблюдается дробление одиночного пузыря, поэтому применять для перемешивания текстильных изделий сопла в ВВВС больше 5 мм не целесообразно. Применительно к процессу перемешивания текстильных изделий в баке ВВСМ уравнение моментов количества движения примет вид:
M = Gwнr1, (21)
где G - секундный расход воздуха, м3/с; wн - окружная составляющая скорости на выходе из насадки, м/с; r1 - радиус окружности сопл, м.
Скорость на выходе из насадки, установленной в днище бака стиральной машины, определяем из уравнения Бернулли.
активаторная стиральная машина барабанный
С другой стороны, момент количества движения равен сумме моментов всех сил, приложенных к вращающейся массе обрабатываемых текстильных изделий.
Приравнивая эти моменты, определяем угловую скорость движения текстильных изделий, рад/с:
, (22)
где Fсеч - площадь сечения сопла, м2; f - коэффициент скорости, учитывающий форму насадки; q - коэффициент расхода, учитывающий форму насадки; Р - перепад давления воздуха на входе в бак и над поверхностью моющего раствора, Па; Rс - радиус окружности сопл, м; RT.И. - радиус вращающейся массы текстильных изделий, м; mТ.И. - масса белья, кг; t - время работы сопла, с.
Уравнение (22) выведено, исходя из условия идеальной жидкости, что ведет к росту с увеличением времени t. В реальной жидкости достигает определенной величины и далее не увеличивается, потому что силы трения компенсируют рост .
На рисунке 5 изображена экспериментальная зависимость влияния водного модуля на показатель качества отстирывания (ПКО).
Рис.5. Влияние водного модуля на показатель качества отстирывания
Температура моющего раствора, С
1-502-553-70
Все показанные на рисунке кривые отображают единообразную зависимость: ПКО растет с увеличением водного модуля до определенной величины (12…14 дм3/кг); дальше кривые выполаживаются и показатель ПКО практически не меняется с изменением водного модуля. Величина ПКО составляет 56,3 %, что несколько выше, чем в машинах барабанного типа.
На рисунке 6 отображена зависимость влияния температуры моющего раствора на ПКО. Видно, что с увеличением температуры ПКО заметно растет до величины 56,3 % и дальше рост замедляется.
На рисунке 7 показано влияние температуры моющего раствора на показатель потери прочности ткани (ППТ).
Рис. 6. Влияние температуры моющего раствора на показатель качества отстирывания
Продолжительность процесса обработки, мин 1-82-103-12
Рис.7. Влияние температуры моющего раствора на показательпотери прочности ткани
Продолжительность процесса обработки, мин 1-82-103-12
Из рисунка 7 следует, что на ППТ относительно слабо влияет продолжительность процесса обработки. Это объясняется тем, что процесс стирки изделий в ВВСМ проходит бережно, путем обработки изделия большим количеством пузырьков, возникающих в толще ткани, а не за счет интенсивных вихрей, возникающих в баке стиральной машины, переходящих около поверхности ткани в более мелкие в соответствии с теорией Ландау-Левича, как это происходит в активаторных стиральных машинах и машинах барабанного типа, где энергия интенсивных вихрей в большой степени гасится за счет деформации стираемых текстильных изделий, т.е. за счет повышенного износа ткани. В ВВСМ не возникает интенсивных вихрей во всей толще моющего раствора, поэтому величина ППТ уменьшена по сравнению со стиральными машинами других типов от 15…8 до 6…7 %.
ППТ слабо зависит от температуры и в диапазоне от 50 до 90 С изменяется от 6 до 7 %, что значительно ниже, чем в машинах других типов. На рисунке 8 показано влияние продолжительности обработки на ПКО.
Рис.8. Влияние продолжительности обработки на показатель качества отстирывания
Максимальная величина ПКО при продолжительности 12 минут составляет 56,3 %. Дальнейшее увеличение продолжительности стирки не целесообразно, т.к. роста ПКО не наблюдается.
На рисунке 9 изображен график влияния продолжительности обработки текстильных изделий на показатель потери прочности ткани.
Рис.9. Влияние продолжительности обработки на показатель потери прочности ткани
Показатель прочности ткани изменяется от 4 до 6,6 % с изменением времени обработки от 6 до 12 минут.
6. Устройство клапанов бытовых стиральных машин и определение параметров их работы
Вентили электромагнитные предназначены для работы в качестве запорных устройств с электрическим управлением в машинах для стирки белья. В зависимости от назначения вентили различаются между собой устройством, принципом действия, условными проходами, габаритными размерами и другими техническими характеристиками.
Вентили должны быть выполнены в брызгозащищенном исполнении. Установочное положение на горизонтальном трубопроводе - электромагнитом вверх. Отклонение от вертикали в любую сторону допускается на угол не более 15°.
При перепадах давления менее 0,1 МПа допускаются протечки, величина которых не более 0,05 дм3/ч.
Вентили должны быть устойчивы к воздействию окружающего воздуха при температуре от +15 до +35°С и относительной влажности до 98 % при температуре 25°С и нормально работать при воздействии вибраций от 5 до 30 Гц при амплитудах от 2 до 0,6 мм.
Вентили относятся к классу восстанавливаемых изделий. Срок службы до списания не менее 6 лет (вентилей П326291 и Т26291 - не менее 10 лет). Средний ресурс до списания 50 000 циклов (вентилей П326291 и Т26291 - 100 000 циклов). Наработка на отказ не менее 15 000 циклов. Средняя наработка до первого отказа не менее 32 000 циклов. Коэффициент технического использования не менее 0,9. Вероятность безотказной работы в течение срока гарантии не менее 0,9.
Температура нагрева катушки электромагнита, измеренная методом сопротивления, не должна превышать +85°С при температуре окружающей среды +35°С.
Величина сопротивления изоляции катушек и токоведущих частей должна быть не менее 10 МОм.
Основными требованиями к электромагнитным клапанам автоматических стиральных машин являются: малогабаритность; малые энергоемкость и стоимость при высокой производительности.
Рассмотрим схему и принцип действия электромагнитного гидравлического клапана, в наибольшей степени удовлетворяющего этим требованиям. Клапан состоит (рис.10) из трех отдельных камер в пластмассовом корпусе. Корпус клапана закрывается латунной гильзой, в которой установлена резиновая мембрана с пластмассовой вставкой. Вставка имеет два отверстия, из которых центральное перекрывается подпружиненным штоком с резиновой головкой, а периферийное отверстие малого сечения соединяет полость гильзы с камерой подачи воды из сети. Вода в гильзе способствует более плотному перекрытию входа в центральную часть камеры, через которую жидкость сливается в гидросистему машины при открытии клапана. На гильзу надета катушка электромагнита, залитая в пластмассу и укрепленная в металлической стойке.
Рис.10. Схема электромагнитного гидравлического клапана: 1 - латунная гильза; 2 - резиновая мембрана; 3 - вставка; 4 - шток; 5 - электромагнит
В нерабочем положении клапан закрыт пластмассовой вставкой, подпружиненной действием штока и давлением воды из сети. При подаче напряжения на катушку (соленоид) шток втягивается, открывая центральное отверстие диафрагмы.
Давление в гильзе падает, и сетевое давление воды отжимает диафрагму от центральной части камеры-цилиндра (клапан открывается).
При отключении катушки шток под действием пружины перекрывает центральное отверстие и прижимает мембрану к цилиндру (клапан закрывается). Постоянное наличие воды в гильзе помимо улучшения герметизации клапана охлаждает также включенную катушку электромагнита.
В бытовых стиральных машинах применяются электромагнитные клапаны двух типов: одинарные и тройные.
Клапаны (рис.11) рассчитаны на номинальное напряжение 220 В, их пропускная способность воды 10 л/мин, минимальное рабочее давление 49 кПа, максимальное рабочее давление 784 кПа. Электромагнитные клапаны прерывают подачу холодной и горячей воды на выходе машины в необходимый момент времени. При включении электрической катушки поршень втягивается в катушку, освобождая трубу для подачи потока воды.
Рис.11. Электромагнитный клапан: 1 и 9 - манжеты; 2 - сердечник; 3 - пружина; 4 - конец пружины; 5 - катушка; 6 - корпус; 7 - мембрана; 8 - седло клапана; 10 - опора; 11 - фильтр; 12 - контактная пластина
При выборе аппаратуры и оборудования, работающих под давлением, необходимо рассчитать их прочность с целью обеспечения безопасности в процессе эксплуатации.
При расчете прочности элементов аппарата необходимо учитывать следующие совместно действующие нагрузки: внутреннее и наружное рабочее давление, массу аппарата и содержащейся в нем среды, ударные нагрузки.
При определении напряжений в элементах сосуда следует учитывать также температурные напряжения.
При расчете цилиндрических элементов, подверженных внутреннему давлению, цилиндрические элементы сосудов разделяют на тонкостенные и толстостенные.
Тонкостенными принято считать такие цилиндрические элементы, для которых 1,2, а толстостенными такие, для которых 1,2, где - отношение наружного диаметра цилиндрического сосуда Dн к внутреннему Dв.
Для расчета тонкостенных цилиндрических элементов сосудов (толщины стенки S, мм) применяют формулы:
по внутреннему диаметру
(23)
по наружному диаметру
(24)
по среднему диаметру
(25)
Допускаемое избыточное давление определяют соответственно по формулам:
, , (26)
,
где С - прибавка к расчетной толщине стенки на коррозию, мм; - коэффициент прочности швов цилиндрических элементов в продольном направлении (0,7…0,9).
При проверочных расчетах толстостенных цилиндрических элементов сосудов допускаемое рабочее давление определяют по формуле:
, (27), где
Расчет работающих под наружным давлением цилиндрических элементов, для которых , выполняют по формуле:
(28)
Для сосудов, у которых толщина стенки не менее 20 % внутреннего радиуса их сечения:
; , (29)
где Р - наружное равномерное давление (избыточное) среды, Па; rН - наружный радиус поперечного сечения сосуда, см; rвн - внутренний радиус поперечного сечения сосуда, см; max - максимальное сжимающее напряжение в осевом сечении сосуда на внутренние стороны стенки, Па; сж - допускаемое расчетное напряжение на сжатие, Па.
7. Расчет мощности привода активатора стиральной машины
В общем случае диск активатора с ребрами при перелопачивании стирального раствора с бельем выполняют работу, связанную со следующими основными факторами: преодоление сопротивления сил инерции перемещаемых масс жидкости и обрабатываемого белья; преодоление сил трения перемещаемых масс жидкости и обраба-тываемого белья. Определение сопротивлений в процессе стирки, т.е. при перелопачивании белья, необходимо вести в два этапа: определение сопротивлений с учетом перемещения массы стирального раствора; определение сопротивлений с учетом перемещения масс белья.
Определим зависимости сопротивлений при движении лопасти в жидкой среде и расход мощности на создание кинетической энергии перемещаемой жидкости без учета масс белья.
Рассмотрим простейшее движение лопасти - поступательное, при котором все точки ее поверхности имеют одинаковую скорость движения л (рис 12а).
Сила сопротивления среды (сила действующая на лопасть диска активатора) Р:
, (30)
где kр. ж - коэффициент, учитывающий массу реальной жидкости, обладающей вязкостью, в результате которой увеличивается объем перемещаемой жидкости;
ж - плотность жидкости; Sл - площадь лопасти;
= - коэффициент лобового сопротивления среды (определяется опытным путем). Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления среды
N = Sл л3. (31)
Это уравнение относится к движению лопасти в неподвижной жидкости. Если же жидкость сама по себе находится в движении, то сила сопротивления среды
P= Sл (л+0) 2, (32)
где 0 - скорость движения жидкости (знак "плюс" - при противотоке, знак "минус" - при прямотоке). При движении наклонно поставленной лопасти в неподвижной жидкости (рис.12б) сопротивление среды будет:
P= SлY л2 = (h sin+cos) bл2, (33)
где - площадь проекции лопасти на вертикальную плоскость; - толщина лопасти; b - ширина лопасти.
а) б)
Рис.12. Схемы рабочих лопастей с поступательным движением:
а) прямо установленная лопасть; б) наклонно установленная лопасть
Рассмотрим вращательное движение лопасти, при котором ее окружная скорость изменяется по линейному закону (рис.13).
Сила сопротивления среды (сила, действующая на лопасть диска активатора длиной R) Р:
. (34)
Следовательно, при вращательном движении сопротивление среды в три раза меньше, чем при поступательном.
Мощность, затрачиваемая при этом на преодоление сопротивления среды:
. (35)
а) б)
Рис.13. Схемы рабочих лопастей с вращательным движением:
а) лопасть, примыкающая к оси вращения;
б) лопасть, отстоящая от оси вращения
Следовательно, при вращательном движении мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления среды, в четыре раза меньше, чем при поступательном. При вращательном движении лопасти длиной R, отстоящей от оси вращения на расстоянии R1 (рис.13б) сила сопротивления среды Р:
. (36)
Уравнение мощности такой лопасти:
. (37)
При поступательном движении лопасти в жидкости мощность, расходуемая на преодоление сопротивления трению одной боковой поверхности лопасти, определяется следующим уравнением:
N=Fтрl =тр Sтр l3. (38)
где тр - коэффициент сопротивления трению (определяется опытным путем); Sтр - площадь трения; l = l - линейная скорость лопасти диска; - угловая скорость вращения диска активатора с лопастью.
При вращательном движении лопасти сопротивление трения будет иметь место на двух боковых горизонтальных поверхностях и на одной вертикальной (торцовой) плоскости. Мощность, затрачиваемая на преодоление полного сопротивления трению N:
. (39)
При вращательном движении вертикальной плоскости лопасти длиной R-R1, шириной lо и высотой h мощность, затрачиваемая на преодоление полного сопротивления трению четырех боковых поверхностей (двух горизонтальных и двух вертикальных), выражается уравнением:
. (40)
Таким образом, задаваясь конструктивными и режимными параметрами активатора, определяют сопротивление и мощность, затрачиваемую на вращение диска активатора. Анализируя полученные данные, производят выбор исходных параметров и мощности привода активатора, обеспечивающих рациональное соотношение между ними.
8. Расчет мощности привода стирального барабана
8.1 Расчет мощности, потребляемой в процессе стирки
При вращении стирального барабана в процессе стирки (лавинообразный режим) изделия и жидкость принимают форму, приближающуюся к форме цилиндрического сегмента AFD (рис.14), несколько смещенного относительно вертикали в сторону вращения. При этом центр тяжести сегмента может находиться в точках С0 и С.
Центр тяжести сегмента в точке С расположен на расстоянии ОС от оси вращения, следовательно, полезный момент сопротивления при вращении барабана Мп, Нм:
, (41)
где - сила тяжести массы изделий (белья) и жидкости, Н; о - угол подъема изделий гребнями барабана при стирке (для всех случаев о 90, рекомендуемое значение о30…60); mб. ж - масса мокрого белья и жидкости, кг:
mб. ж=mбо (1,9+2,2510-3ж), (42)
где mбо - масса белья в воздушно-сухом состоянии, кг; ж - плотность стирального раствора (для расчетов принимают ж = (1,0…1,1) 103 кг/м3).
Рис.14. Схема для определения полезной мощности стирального барабана
Расстояние от оси вращения барабана до центра тяжести сегмента определяют из геометрических вычислений:
, (43)
где LХ =AF - длина хорды сегмента АFD, м; S - площадь, занимаемая изделиями и жидкостью в плоскости поперечного сечения барабана, м2:
, (44)
где LБ - длина барабана, м;
V= Vб + Vж - объем, занимаемый мокрым бельем Vб и свободной жидкостью Vж, м3:
(45)
где - плотность белья (для расчетов принимают = (1,4…1,6) 103 кг/м3).
Хорда LХ определяется по формуле, м:
, (46)
где DБ - диаметр барабана.
Угол зависит от величины загрузки бельем. При номинальной загрузке угол находится в пределах =180…240 (при =180 барабан заполнен наполовину его объема, при =360 барабан заполнен полностью).
Угол определяется из следующей зависимости:
, (47)
где RБ - радиус барабана.
В таблице 2 приведены значения угла в зависимости от значения выражения .
Таблица 2
Значения угла
|
, град |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
150 |
160 |
|
|
0,279 |
0,407 |
0,566 |
0,755 |
0,974 |
1,221 |
1,495 |
1,792 |
2,109 |
2,441 |
||
|
, град |
170 |
180 |
190 |
200 |
210 |
220 |
230 |
240 |
250 |
260 |
|
|
2,783 |
3,140 |
3,478 |
3,820 |
4,152 |
4,469 |
4,767 |
5,041 |
5,289 |
5,508 |
||
|
, град |
270 |
280 |
290 |
300 |
310 |
320 |
330 |
340 |
350 |
360 |
|
|
5,698 |
5,857 |
5,987 |
6,087 |
6,162 |
6,213 |
6,245 |
6,261 |
6,267 |
6,268 |
Мощность барабана от полезного момента сопротивления при его вращении будет определяться формулой, Вт:
, (48)
где - угловая частота вращения барабана, рад/с; n - частота вращения барабана, с-1. Однако расход мощности во вращающемся барабане зависит не только от частоты его вращения, но и от внутреннего трения в слоях обрабатываемых изделий и ударов их при падении. Неравномерность полезной нагрузки вследствие падения и ударов изделий учитывают, умножая полученную величину мощности Nn на коэффициент удара (или динамичности) kуд = 1,1…1,Следовательно, полезная мощность Nп, Вт:
(49)
Мощность силы трения Nn в подшипниках качения, Вт:
Nтр=Fподfrпод, (50)
где Fпод - нагрузка на полуось (вал) барабана в местах посадки подшипников (реакции в опорах), Н; f - коэффициент трения (для шарикоподшипников - 0,001…0,004, роликоподшипников - 0,0025…0,001 в зависимости от смазки); d - радиус полуоси под посадку подшипника, м.
Таким образом, мощность на валу барабана при установившемся движении в процессе стирки NБ будет равна, Вт:
NБ =Nп + Nтр, (51)
а потребляемая мощность Nпотр составит, Вт:
, (52)
где - механический КПД привода (0,8…0,9).
При выборе электродвигателя привода стиральной машины следует учитывать также, что значительная часть мощности расходуется на разгон барабана от =0 до уст, где уст - угловая частота вращения барабана в период установившегося движения в процессе стирки.
Мощность, затрачиваемая в период разгона барабана Nразг, Вт:
Nразг = Nпод + Nи. Б + Nи. б. ж + Nтр, (53)
где Nпод - мощность, затрачиваемая на подъем сегмента AFD (рис.14) на угол 0, Вт; Nи. Б - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы стирального барабана, Вт; Nи. б. ж - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы белья и жидкости, Вт; Nтр - мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения в подшипниках качения, Вт.
Мощность подъема Nпод (перемещение центра тяжести сегмента AFD из точки Со в точку С на высоту hпод=b (1-сoso)), Вт:
, (54)
где - время подъема.
Из экспериментальных данных известно, что большую часть времени подъема машина работает при равнопеременном движении или близком к нему (т.е. угловое ускорение =d/d const), поэтому можно считать:
. (55)
Тогда мощность подъема Nпод, Вт:
. (56)
Мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы стирального барабана Nи. Б за время его разгона р, Вт:
, (57)
где IБ - момент инерции стирального барабана, кгм2; р = 0,5 - расчетная угловая скорость в период разгона, рад/с.
Время разгона р зависит от загрузки стирального барабана бельем и характером его раскладки по боковой поверхности (по обечайке). Экспериментальные исследования показали, что р=1…2 с.
Для определения момента инерции стирального барабана IБ в некоторых случаях достаточно использовать упрощенную формулу, кгм2:
, (58)
где mБ - масса стирального барабана (для бытовых стиральных машин mБ = 4…8 кг); kБ - поправочный коэффициент, учитывающий снижение величины IБ за счет наличия составных элементов стирального барабана, диаметр которых меньше RБ (экспериментально установлено kБ = 0,6…0,8).
Мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы белья и жидкости Nи. б. ж, Вт:
, (59)
где Iб. ж - момент инерции сегмента, заполненного в барабане массой белья и жидкости, кгм2;
, (60)
где - угол в радианах. Считают, что при реверсивном вращении барабана мощность электродвигателя, выбранную по средней пусковой мощности, следует увеличить ориентировочно на 30…50 %.
8.2 Расчет мощности, потребляемой в процессе отжима
Мощность, потребляемую в режиме центробежного отжима, определяют с учетом периода разгона. В данный период мощность наибольшая, так как сюда входят затраты на преодоление инерции покоя масс стирального барабана и мокрого белья, а также сопротивления трения в подшипниковой опоре вала барабана:
Nот. р=Nот. и. Б+Nот. и. б+Nв+kNот. тр, (61)
где Nот. и. Б - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы стирального барабана в период разгона в режиме центробежного отжима, Вт; Nот. и. б - мощность, затрачиваемая на преодоление инерции массы мокрого белья в период разгона в режиме центробежного отжима, Вт; Nв - мощность, затрачиваемая на преодоление трения барабана о воздух, Вт; Nот. тр - мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения в подшипниковой опоре (k=0,6 учитывает изменение угловой скорости при разгоне от =0 до =уст), Вт.
Мощность Nот. и. Б равна, Вт:
, (62)
где от. р = 0,5уст - расчетная угловая скорость в период разгона, рад/с; уст - установившаяся угловая частота вращения барабана при отжиме (уст находится в пределах 50…120 рад/с; в некоторых стиральных машинах значение уст достигает 160 рад/с).
Время разгона от. р зависит от загрузки стирального барабана бельем и характером его раскладки по боковой поверхности (по обечайке) во время выхода в режим центробежного отжима. Экспериментальные исследования показали, что от. р=2…4 с. Следует уточнить, что при перегрузке или при неудачной раскладке белья по обечайке барабана время разгона может достигать величины от. р=8…12 с и более, а в некоторых случаях (особо неблагоприятных с точки зрения раскладки белья) машина вообще может не выходить на режим отжима.
Мощность Nот. и. б определяется по следующей формуле, Вт:
, (63)
где Iот. б - момент инерции массы мокрого белья во время разгона, кгм
Следует отметить, что определение значения момента инерции Iот. б представляет собой довольно сложную задачу. Это связано с тем, что характер распределения белья по обечайке барабана и его масса в каждый момент периода разгона различны. В начальный период - это сегмент, в дальнейшем распределение белья принимает постепенно кольцевую форму. Наибольшие нагрузки, а значит и наибольшее значение потребляемой мощности, возникают во время прохождения резонанса, который наблюдается в начальный период разгона барабана и в период его останова. Для упрощенных расчетов можно считать, что форма белья в этот период имеет вид сегмента, и тогда можно воспользоваться формулой (60):
, (64)
где - угол в радианах; mот. б - масса отжимаемого белья (установлено, что значение mот. б изменяется в период разгона от начального (максимального), равного [ (3…4) mбо] до значения [ (2…3)] mбо в конце разгона (в момент выхода на режим установившегося отжима).
Мощность Nв, затрачиваемую на преодоление трения барабана о воздух, Вт:
(65)
где kэ - экспериментальный коэффициент, равный 310-6; в - плотность воздуха (в = 1, 193 кг/м3); dб - внутренний диаметр кольца, образованного уплотненным бельем, м.
Значение dб принимается условно, так как в период разгона кольцо уплотненного белья начинает только формироваться. Для расчетов принимают dб = 50…100 мм.
Мощность Nот. тр определяется по формуле (63). При этом расчет реакций, возникающих в опорах вала барабана, следует определять, исходя из того, что нагрузка на вал барабана определяется избыточной неуравновешенной центробежной силой Fот. ц, определяемой по формуле, Н:
Fот. ц = mот. б от. р 2 e, (66)
где е - эксцентриситет центра масс отжимаемого белья, м.
При расчетах используют следующую методику определения значения е:
(67)
где П - отношение массы одной половины кольца изделий в стиральном барабане с меньшим значением к другой с большей массой; rП - радиус центра масс полукольца изделий с большим значением массы от оси вращения, м.
Экспериментально установлено П = 0,8…0,9, е 0,08RБ.
В последние годы велись работы по совершенствованию методик определения параметров, характеризующих процесс центробежного отжима, в том числе и эксцентриситета центра масс отжимаемого белья е.
Таким образом, задаваясь различными значениями загрузочной массы белья, частотой вращения стирального барабана, а также с учетом значений конструктивных параметров стирального барабана определяют мощность, потребляемую в процессе стирки и отжима.
9. Определение моментов инерции белья при центробежном отжиме
Для определения потребляемой стиральным барабаном мощности, а также для решения задач динамики, возникающих при обеспечении виброустойчивости стиральных машин, необходимо знать значения моментов инерции отжимаемых изделий (белья). Для определения искомых моментов инерции будем предполагать, что обрабатываемые изделия располагаются по обечайке барабана в его поперечном сечении в виде кольца, несколько смещенным относительно оси вращения (рис.15).
Рис.15. Схема размещения изделий по обечайке барабана при отжиме: 1 - стиральный барабан; 2 - отжимаемые изделия; С - центр масс изделий; е - радиус вращения центра масс изделий (эксцентриситет); lO - расстояние О1О2; L - длина барабана; D - диаметр барабана; d - диаметр внутреннего свободного пространства
Тогда, с учетом угла поворота барабана при отжиме на угол t и соотношения r2=R2/k, моменты инерции отжимаемых изделий относительно осей X,Y и Z будут равны, кгм2:
Iб (X) =mб{0,5R2 [1+ (1/k)] - e2 (k_1) };
Iб (Y) =mб{0,25R2 [1+ (1/k)] + (L/12) - e2 (k_1) sint}; (68)
Iб (Z) =mб{0,25R2 [1+ (1/k)] + (L/12) - e2 (k_1) cost},
где R - радиус барабана, м; r - радиус внутреннего свободного пространства, м; k - для расчетов принимают k =2,25 - при максимальной загрузке машины бельем, k =400 - при минимальной загрузке; mб - масса отжимаемого белья, кг (установлено, что значение mб изменяется в период разгона от начального (максимального), равного [ (3…4) mо] до значения [ (2…3)] mо в конце разгона (в момент выхода на режим установившегося отжима, и в конце процесса отжима [ (1,9…2,1)] mо, где mо - масса сухого белья), t - угол поворота барабана при расчетах принимают равным 90, 180, 270 и 360; e= (0,06.0,10) R, м.
Величины параметров D и L являются известными для тех случаев, когда зависимости (68) могут быть использованы при определении моментов инерции отжимаемого белья в существующих моделях стиральных машин барабанного типа. В случаях проектирования и разработки новой модели машины значения параметров D и L могут быть определены по зависимостям: диаметр барабана
, (69)
где mб. о - загрузочная масса обрабатываемых изделий;
длина барабана
для машин с торцевой загрузкой
L= (0,4.0,6) D; (70)
для машин с верхней загрузкой
L= (1.2) D. (71)
Моменты инерции определяют с использованием графика зависимости эксцентриситета центра масс белья е от радиуса свободного пространства r и продольного смещения белья lo (рис.16). Используя данный график, можно определить моменты инерции белья по формулам (72). Здесь emin=0,06R, emах=0,10R; lomax=R.
Рис.16. График зависимости эксцентриситета центра масс белья е от радиуса свободного пространства r и продольного смещения белья lo
Используя полученные соотношения между эксцентриситетом (минимальным и максимальным) центра масс белья и радиусом барабана, а также между продольным смещением белья и радиусом барабана, получим следующие зависимости моментов инерции белья при отжиме в стиральном барабане.
В том случае, если нет возможности провести экспериментальные исследования по определению mб, е и emax, emin, то следует принять lomin=0, emin=0, lomax=R, emax=2e.
Тогда формулы (4.1.5) примут следующий вид:
Iб (X) =0,5Rmб{R [ (R+4e) / (R+2e)] - e};
Iб (Y) =mб{0,5R (R [ (R+4e) / (2R+4e)] - eSint) +L2/12}; (73)
Iб (Z) =mб{0,5R (R [ (R+4e) / (2R+4e)] - eCost) +L2/12}.
Если принять установленное ранее соотношение e=0,08R, то, преобразовав уравнения (4.1.6), получим:
Iб (X) =1,2272R2mб/2,32;
Iб (Y) =mб{R2 [ (1,32-1856Sint) /4,64] +L2/12}; (74)
Iб (Z) =mб{R2 [ (1,32-1856Cost) /4,64] +L2/12}.
Отсюда следует, что при постоянных радиусе и длине барабана R=const, L=const моменты инерции отжимаемых изделий будут зависеть от массы последних, то есть от mб. Конкретные исходные данные для реальной модели стиральной машины позволяют упростить зависимости (73). Так для СМА-4 "Вятка-автомат" значения эксцентриситета следующие: минимальное еmin= 0,01461 м, максимальное еmax= 0,03595 м. Значения lomax должны удовлетворять условию: lomaxR. При радиусе барабана машины R=0,225 м примем lomax=0,22 м. Приняв rmax=0,7R0,15 м, получим: lomin=0,01461 (0,2252-0,152) /0,152= =0,01826 м. Используя полученные выше значения соответствующих параметров, зависимости (73) для определения моментов инерции отжимаемого белья стиральной машины СМА_4 "Вятка-автомат" примут следующий вид, кгм2:
Подобные документы
Классификация и устройство стиральных машин барабанного типа. Причины неисправностей стиральных машин, особенности их ремонта. Оборудование, применяемое при ремонте стиральных машин. Конструктивные и режимные параметры стиральных машин барабанного типа.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 23.01.2011Общие сведения о бытовых стиральных машинах. Основные сборочные единицы. Описание стиральных машин типа СМ, типа СМП, типа СМА, полуавтоматических стиральных машин барабанного типа. Разновидности марок машин. Ведущие фирмы-производители стиральных машин.
контрольная работа [36,3 K], добавлен 02.12.2009Технология процессов стирки, полоскания и отжима в современных стиральных машинах-автоматах. Механизм воздействия СМС и этапы моющего процесса. Стирка, принципы работы и конструкции стиральных машин. Классификация, конструкции посудомоечных машин.
контрольная работа [762,2 K], добавлен 31.01.2011История развития и классификация стиральных машин, технические требования к ним и сведения о производителях. Принцип действия и устройство автоматической стиральной машины, основные показатели ее качества. Сравнение ARDO FL 105 L и Samsung WF 8590 NFW.
курсовая работа [640,4 K], добавлен 19.02.2014Стиральные машины с верхней загрузкой, оценка преимуществ и недостатков, технические характеристика и долговечность. Номинальные характеристики основных комплектующих стиральных машин, принципы их обслуживания. Электрическая схема и циклограмма работы.
контрольная работа [35,2 K], добавлен 16.06.2014Конструктивные элементы и геометрические параметры хвостового зенкера для обработки цилиндрических отверстий. Схема определения формы стружечной канавки зенкера. Обеспечение соосности цилиндрического углубления путем снабжения направляющей цапфой.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 29.11.2014Характеристика роторно-пульсационных аппаратов (РПА). Технологические параметры РПА. Диаметр аппарата, его тепловые и конструктивные параметры, производительность. Ремонт и монтаж установки. Особенности применения РПА в фармацевтической промышленности.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 06.08.2013Пятна. Типы пятен. Общие правила при выведении пятен любого происхождения. Типы волокон. Состав порошков. ПАВ. Отбеливатели. Средства защиты от накипи. Подкрахмаливание. Пенообразование и pH. Эффективность отстирывания различных типов тканей.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 21.08.2007Сравнительная характеристика стиральной машины "Амгунь" с другими аналогичными машинами. Характеристика оборудования, необходимого для ремонта стиральных машин. Перечень быстроизнашивающихся деталей и узлов. Контроль качества ремонта и методы испытания.
дипломная работа [219,9 K], добавлен 10.06.2009Выбор электродвигателя и определение передаточного числа привода. Проектный расчет зубчатой передачи на контактную прочность и на изгиб. Основные параметры зубчатого зацепления и определение коэффициента перекрытия. Конструктивные параметры редуктора.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 03.11.2022
