автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Динамика перемещения текстильных изделий в процессе жидкостной обработки устройствами барабанного типа

На

правах

рукописи

КУПРИЯНОВ Александр Владимирович

Динамика перемещения текстильных изделий в процессе жидкостной обработки устройствами барабанного типа

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

00553972Т

005539721

КУПРИЯНОВ Александр Владимирович

Динамика перемещения текстильных изделий в процессе жидкостной обработки устройствами барабанного типа

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре сервиса ФГБО ВПО «Российского государственного университета туризма и сервиса», кафедре «Машины и аппараты легкой промышленности» ФГБО ВПО «Московский Государственный университет дизайна и технологии» и научно-техническом центре ОАО «Вяземский машиностроительный завод».

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Набережных Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Феоктистов Николай Алексеевич

кандидат технических наук, доцент Русанова Ирина Константиновна

Ведущая организация: ООО «Мир-Сервис» (г. Москва)

Защита состоится «^ЯЛсд*2013 года в У часов на заседании диссертационного совета Д212.144.03 в Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, Москва, ул. Садовническая, 33

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский Государственный университет дизайна и технологии»

Автореферат разослан « /5» Ио^Ь/л^ 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н, профессор

Андреенков Евгений Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акггуальность темы.

Современные устройства барабанного типа являются наиболее распространенным видом технологических машин для выполнения операций по жидкостной обработке текстильных материалов и изделий, а также изделий из кожи и меха. Устройства барабанного типа при жидкостной обработке текстильных изделий получили широкое применение в стирально-отжимных машинах.

Устройства барабанного типа обеспечивают автоматизацию всего технологического процесса жидкостной обработки текстильного материала и изделий, таких как стирка, полоскание и отжим. Метод жидкостной обработки в устройствах барабанного типа отличается недостаточной интенсивностью объемного перемешивания обрабатываемого материала, вызванной скручиванием и комкованием в центральной части барабана, что приводит к значительной продолжительности их рабочего цикла и требует реверсивного вращения. Реверсивное вращение затрачивает значительные энергоресурсы.

Направление совершенствования процесса перемещения текстильных материалов и изделий при жидкостной обработке в устройстве барабанного типа с исключением зон жгутования и комкования при выполнении основных операций рабочего цикла является актуальным.

Анализ литерных источников указывает, что вопросам совершенствования процессов перемещения текстильных материалов в барабане стиральной машины уделяется недостаточно внимания, что обусловлено:

во-первых, не достаточно проработана математическая модель движения текстильных изделий во вращающемся барабане при технологических процессах моющего процесса текстильного материала и изделий, исключающего комкование;

во-вторых, не установлены обобщенные зависимости конструктивных факторов, обеспечивающих наилучшие показатели эффективности стирки и полоскания при минимизации энергетических затратах;

в-третыа, отсутствием современной общепринятой методики сравнения функциональных характеристик профессионального оборудования.

В соответствие со всем вышесказанным возникает проблема поиска нового способа формирования динамики перемещения текстильных изделий, во вращающемся барабане при жидкостной обработке. Реализация этого способа позволила бы устранить зону комкования, следовательно уменьшить затраты (энергоснабжения, водоснабжения и синтетических моющих средств, времени на технологический процесс стирки и полоскания), улучшить отстирываемость изделий при условии уменьшения износа ткани.

Цели и задачи исследования

Цель диссертации заключается в исследовании динамики перемещения текстильных изделий в процессе жидкостной обработке во вращающемся барабане, позволяющие совершенствовать конструктивные решения функциональных узлов барабанных стирально-отжимных машин, обеспечивающих оптимальное сочетание гидромеханического воздействия на текстильные изделия с показателями назначения жидкостной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо было определить и решить следующие задачи:

- исследовать динамику перемещения смоченных текстильных изделий в процессе жидкостной обработки устройств барабанного типа и определить факторы, формирующие зону жгутованя и комкования;

- разработать математическую модель перемещения потока обрабатываемого материала, исключающего зону жгутования и комкования;

- изучить взаимодействие факторов воздействия на обрабатываемый материал и выделить зависимости показателей назначения устройства барабанного типа от энергоэффективности;

разработать систему рационального конструктивного исполнения узла барабана стиральной машины и режимных параметров процесса стирки, позволяющих:

снизить нагрузки на подшипниковый узел машины; уменьшить жгутование; упорядочить перемещение белья в барабане при стирке; оптимизировать процессы раскладки и выхода на отжим удовлетворяющих требованиям технологических процессов стиральной машины;

- разработать методы и комплекс средств для экспериментальных исследований влияния конструктивных факторов рабочих органов стиральной машины на эффективность отстирываемости текстильных изделий;

- на основе комплекса исследований разработать рекомендации по совершенствованию конструктивного исполнения технологических устройств барабанного типа, направленных на повышение материалоемкости, эффективности обработки и энергоэффектиносги.

Объектом исследования являются устройства для стирки и отжима текстильного материала и изделий, используемые в лёгкой промышленности и бытовом обслуживании.

Предметом исследования являются динамика перемещения смоченных текстильных изделий в процессе жидкостной обработки текстильных изделий в устройствах барабанного типа.

Теоретической и методической основой исследования явились основные положения механики твердого тела, гидродинамических, теплотехнических, технологических процессов стирки текстильных изделий.

В диссертации использовались приемы математического анализа в исследованиях влияния различных факторов влияющих на качество технологических операций барабанных устройств.

Научная новизна работы заключается в следующем:

определена взаимозависимость факторов, влияющих на качество жидкостной обработки текстильных изделий при стирке (влияние синтетических моющих средств, зависимость концентрации CMC в моющем растворе, влияние теплового фактора и длительности процесса) от воздействия упорядоченного перемещения текстильных изделий во вращающемся барабане;

- разработана новая методика, путем введения в моющий раствор искусственного загрязнителя, регламентированного по составу и структуре;

- разработана математическая модель динамики перемещения во вращающемся барабане потока смоченных текстильных изделий, исключающая зоны комкования и жгутования, установлена зависимость показателей назначения при стирке от G-фактора.

Практическое значение полученных научно-методических результатов состоит в следующем:

- разработанная методика экспериментальных исследований, позволяет получить новые количественные данные (параметры) эффективности процесса стирки, отличающийся достаточным уровнем достоверности и воспризводимости;

- полученное и научно обоснованное значение G-фактора позволило разработать систему проектирования принципиально новых конструктивных решений, позволяющих снизить нагрузки на подшипниковый узел и улучшить массогабаритные характеристики стирально-отжимных машин.

Результаты исследования рекомендуются для использования в проектно-конструкторских организациях, на предприятиях по изготовлению, эксплуатации по сервисному обслуживанию барабанных устройств, а также в учебном процессе при подготовке высококвалифицированных специалистов в области проектирования и сервиса технологического оборудования легкой промышленности и коммунально-бытового предназначения.

Достоверность полученных результатов базируется на анализе теоретических основ изучаемой проблемы, подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований, использованием стандартных и современных методов исследования, модельными производственными испытаниями и высокопрофессиональными лабораториями, такими

как в РОСТЕСТ. Полученные экспериментальные данные подвергали статистической обработке с использованием метода дисперсионного анализа с применением современных вычислительных систем.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены: на научно технических конференциях «Современные средства управления бытовой техники», «Наука - сервису» в ФГБОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» в 2005-2012 гг; Всероссийский конкурс проектов «Инновационное внедрение — школа успеха молодежи»; I Международной научной конференции "Прикладные и фундаментальные исследования", 2012, Сент-Луис, Миссури, США.

Результаты диссертации использованы предприятием ОАО «Вяземский машиностроительный завод» в виде стандартов предприятия [6,7], конструктивного исполнения нового параметрического ряда прачечного оборудования, в частности стирально-отжимная машина Л0-20АН.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано автором в 8-и печатных работах, из них три статьи в журнале, входящим в перечень п.8. ВАК РФ, два стандарта предприятия, три статьи, вышедшие в сборнике научных трудов международных конференций. Перечисленные работы, написаны лично и в соавторстве, общим объемом 4 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка, приложений и содержит 185 страниц машинописного текста, 92 рисунка, 15 таблиц и список использованных источников литературы из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования; приведена общая характеристика работы; сформулированы цель и задачи исследования; показана научная новизна и практическая значимость решаемых научно-технических задач.

В первой главе проведен обстоятельный анализ литературных источников; рассмотрены конструктивные и технологические особенности эксплуатации современных стиральных машин барабанного типа. Систематизированы основные факторы, влияющие на процессы стирки и полоскания, которые сгруппированы следующим образом: факторы, характеризующие ткань, как объект стирки; факторы, учитывающие свойства загрязнения; факторы, учитывающие свойства детергентов; факторы, оценивающие гидродинамические условия процесса. Изучив исследования и систематизировав их, выявили, что наиболее значимыми, т.е. влияющими на процесс стирки, являются следующие факторы: продолжительность стирки, температура моющего раствора, интенсивность воздействия на ткань, вид и концентрация загрязнения, поверхностная плотность и плотность структуры ткани, вид и концентрация моющих средств, удельный расход воды, качество воды.

Из анализа имеющихся публикаций установлено, что в качестве главных критериев при исследовании и совершенствовании стиральных машин в основном выбираются показатели, характеризующие качество стирки, в первую очередь, отстирываемость. Такие исследователи как Усольцев А.М.,2003; Малахов В.Н., 1997; Сизова Л.А., 2003; Алехин, С. Н., 2000; Перепечаев Ю.И, 2000; Калашников A.A., 2010 сходится во мнении, что качество стирки прямо пропорционально с интенсификацией моющего процесса. Методы интенсификации процессов стирки можно условно разделить на: физико-химические, механические. Физико-химические методы направлены на создание условий, позволяющих целенаправленно регулировать поверхностные свойства и проницаемость волокна или диффузионно-сорбционные характеристики загрязнения. Основные пути физико-химической интенсификации стирки заключаются в совершенствовании температурного режима и использования для стирки высокоэффективных моющих средств.

Одним из важных компонентов, влияющих на качество процесса стирки, является механический фактор. Роль механического фактора состоит в интенсификации процессов

массообмена и массопереноса. Основной составляющей механического фактора является гидродинамический эффект, возникающий при прокачивании жидкости через поры материала. Интенсивность гидромеханического воздействия пропорциональна скорости движения жидкого раствора через поры ткани. Сущность такого воздействия состоит в сообщении энергии моющему раствору, что вызывает движение его, а вместе с ним и белья. Способы передачи энергии моющему раствору весьма разнообразны и приведены авторами: Сыэдыкбаева Б.У., 1985; Бородин В.А., Лихачев С.А., 1998; Золотова СВ., Чурсин В.И., Лычников Д.С., 2000; Сизова Л.А., Лычников Д.С., 2003.

Анализ традиционного конструктивного исполнения стиральной машины барабанного типа подтвердил, что текстильная масса под действием центробежной силы движется по траектории параболического вида. При этом наблюдается комкование белья и образование застойной зоны - явлений присущих всем видам стиральных машин барабанного типа. Образование застойной зоны снижает массобмен и гидро-механическое воздействие в процессе стирки и способствует неравномерной раскладке белья по стенке стирального бака в процессе отжима, что приводит к повышенной вибрации стиральной машины, увеличивает массогабаритные характеристики и уменьшает срок службы. Кроме этого комкование белья приводит к снижению качества отстирываемого текстильного материала. В литературе нет конструктивно-технологических решений этой технической задачи.

На основании проведенного анализа состояния исследуемых вопросов определены цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе проведен теоретический анализ взаимозависимости факторов качества процесса стирки. Было установлено, что кинетика этого процесса достаточно сложна, а его эффективность определяется совместным воздействием на изделия ряда факторов, которые были определены и систематизированы во второй главе диссертации.

Обзор накопленного научно-исследовательского материала в области воздействия синтетических моющих средств на эффективность стирки показывает, что максимального качества стирки добиваются при соблюдении оптимального соотношения между концентрацией моющих средств с количеством загрязнителя в моющем растворе.

Понимание реального процесса стирки позволило выделить фактор механического воздействия, определяющий конструкторско-технологические параметры, влияющие на отстирываемость изделий из ткани. Вопросом оптимизации этих факторов занимались Усольцев A.M., Малахов В.Н. В этих работах подтвержден тезис, что управление физико-химическим воздействием позволяет создать высокоэффективный механизм управления балансом между энергоэффекивностью, эргономичностью СОМ и качеством стирки.

В третьей главе проведен теоретический анализ и моделирование энергетических характеристик процесса стирки.

В предыдущих главах были рассмотрены побудительные силы стирки и их роль в достижении эффекта отстирывания. Для оптимизации конструктивного исполнения стиральной машины целесообразно иметь представление о критериях эффективности машины. Как правило, эти критерии выражают через комплекс понятий, которые позволяют оценить степень воздействия машины на интенсивность процесса стирки и отражают связь конструктивных параметров машины с ее технологическими возможностями. Эти параметры вошли в исходные параметры математического моделирования процесса перемещения потока смоченных в моющем растворе изделий из ткани.

Проведенный теоретический анализ перемещений изделий при стирке с учетом материалов работ авторов Лихтцера Я.Н., Набережных А.И, Волошина В.А., Малахова ВН., Усольцева A.M., характеризующих гидромеханические процессы стирки, текстильных изделий выявил, неоднозначный подход к теории процесса Многие авторы анализировали теоретическим и экспериментальным путем обобщенный конструктивно-технологический параметр, характеризующий протяженность центробежного силового поля -G-фактор, определяемый из выражения:

86 ^ mg g 9,81 и

где со = П^ - угловая частота вращения барабана при отжиме;

Пб - частота вращения барабана (об/мин); т - масса тела; ЯБ - радиус барабана.

Анализ научных публикаций показал, что «в-Гайог» (фактор разделения Ф или «критерий Фруда») является одним из основных факторов, являющимся одновременно конструктивным и режимным, влияющим на уровень энергопотребления стиральных машин. Преобразовав формулу (1), О-фактор определяется по формуле: к = (ИМ* .54= 0.001118244-г»5 ■ Дб. (3)

В6 \ 30 / с

При известном значении Кгйчастота вращения барабана определяется по формуле:

1К

щ = 29.9103 М- (4)

N 6

Мнение о его оптимальной величине О-фактора расходятся, так как и методики его оценки. Одна из таких гипотез состоит в том, что недостаточная скорость потока в определенной мере может быть компенсирована увеличением длительности операции стирки. Очевидно, имеет смысл и обратное утверждение, что недостаток пути может быть компенсирован увеличением скорости потока, т.е. увеличением кинетической энергии падения изделий.

Исследование существующих закономерностей кинетики перемещения изделий из ткани во вращающемся барабане стиральной машины позволил разработать математический аппарат моделирования процессов стирки (Рисунок 1). Такая модель достоверно описывает основные нагрузки на поток обрабатываемого в барабане материала, что позволило моделировать разные конструктивные параметры на выходе математической системы.

Оптимальное значение К8б определяется такой частотой вращения барабана, при

„ г

котором обеспечивается максимальное значение суммы высот падения изделии "I для

всех слоев изделия с радиусом

Понятие параметрического радиуса барабана, который определяется по формуле:

<5>

где текущий радиус по слоям изделий, которые прижимаются и поднимаются обечайкой барабана за счет центробежных сил.

Тогда, высота падений изделий К (рисунок 2) определяется по формуле:

й^.з-Яб-к^-с^-я;:-/^)

где «„ - параметрический радиус изменяется от 0 до 1, а ^б = 1 Расчётные значения при изменении параметрического радиуса ялот 0 до 1 и значениях от 0 до 1, представлены на рисунке 2

ЛбУ

- подъем изделий на

обечайке барабана

- изделия в свободном

полете

Рисунок 1 - Модель перемещения текстильных изделий во вращающемся барабане с центрирующем устройством.

.. Зависимость конструктивного фактора от С-

■ 0-0,5 II 0,5-1 ■ 1-1,5 1.5-2

Рисунок 2 - Оптимизация значения О-фактора Ке8 На основание расчетных данных строится зависимость 8: от Кд6 (Рисунок 3). Решение задачи получено графоаналитическим путем описанный множеством данных с

полиноминальным законом распределения и коэффициентом достоверности, состава соответствующим Я-0.998. Получение значения максимума соответствует 0,7413 и ґ (5і) -мпах и А;К§б)->0,7453, А[у)->450 - оптимальный угол отрыва. Условия оптимальности являются достаточными и не требуют дополнительной проверки на оптимум На основание расчетных данных строится зависимость Ь, от Яп при изменении значений от 0,327 до 1 (Рисунок 2). Далее рассчитываются площади под кривымиКгЁ (Рисунок 2):

Рисунок 3 - Определение максимального значение 8мах и К^™

Исходя из условия подъема и падения белья номинально допустимое значение Ш, на котором располагается элементарная масса белья от оси вращения барабана, будет таким, когда Ы = Я,(1 + </>,)> Яд

Чтобы не образовалось застойной зоны белья принимаем тогда толщина

Щ

слоя поднимаемого белья — = -0.7Ле =0.3/?г, а с учетом свободного падения белья

глубина заполнения поперечного сечения барабана Н, =0.6^.

При высоте заполнения Я,, площадь белья в поперечном сечении барабана определяется площадью сегмента:

тг{180-2(3) .

-5ш2 <р

180

2 180 2(1-вт <рУ

где <р= агссо%ф - угол подъема, равный углу заполнения поперечного сечения барабана бельем.

Адекватность полученной модели характеризуется значением основного параметра интенсификации механического фактора, путем решения задачи конечномерной оптимизации, обеспечивающие минимальное значение относительной погрешности моделирования. В данной работе получено решение оптимизационной задачи, по определению максимальной высоты падения изделий из ткани в барабане в процессе стирки, с минимальной окрестностью данных искомой величины. В рамках решения этой задачи, согласно полученным зависимостям рассчитана величина оптимального фактора, соответствующей максимальной высоте падения. Решение такой задачи является основой ресурсосберегающего совершенствования процессов стирки, полоскания и отжима являются актуальными инструментами проектировщика профессионального прачечного оборудования. В четвертой главе приведены основные сведения об организации экспериментов и результаты обработки экспериментальных данных.

В четвертой главе были решены следующие задачи: исследование фактора интенсификации воздействия на обрабатываемые текстильные изделия при стирке;

исследование химического фактора, характеризующего свойства детергентов; определение влияния механического фактора на качество стирки; изучение влияния нового конструктивного фактора на качество стирки.

На базе типовой стиральной машины ЛО 20 и В0-20 (серии «Вега») была разработано отличающееся конструктивное исполнение с применением дополнительного центрирующего устройства внутри стирального барабана в виде полутруб, закрепленных на его торцевых стенках. Изготовление барабана с устройством, обеспечивающим упорядоченное перемещение ткани изделий в процессе стирки и полоскания, аналогично изготовлению серийного барабана, изменяется конструкция (форма) штампа задней стенки барабана и отливаемую форму внутреннего стекла дверцы. Характер движения ткани изделий в таком барабане представлен на рисунке 1. Перемещение единичных масс во вращающемся барабане до точки отрыва полностью совпадает с траекторией перемещения в барабане стандартной стиральной машины. Отрываясь от обечайки стирального барабана в точке отрыва масса материальных точек (слои текстильных изделий) падают по траектории параболического вида. При этом внутренние слои белья падают на центрирующие устройства, подхватываются и перебрасываются через них (рисунок 1). Огибая ЦУ внутренние слои белья отжимают внешние слои к обечайке стирального барабана. Таким образом, траектория падения единичных масс изделий смещается в противоположенную от оси вращения сторону. При этом полностью ликвидирована застойная зона.

Кд

П.ІІ

Яв

1234

о.

82,25

Оп 66

<2

81

ь

с

о..мі

І.

0.130

0.156

Рисунок 4. Схема действия сил на подшипниковый узел стиральной машины типового конструктивного исполнения и технического решения с центрирующими устройствами

Предложенное конструктивное решение особенно эффективно на машинах с большими загрузочными массами - 30,40,60,100 кг и т.д. Например, для стирально-отжимной машины загрузочной массой 60 кг (при традиционном исполнении) масса подшипникового узла составляет 220 кг, а при новом конструктивном исполнении масса подшипникового узла не превышает 80 кг, что видно на рисунке 4 и из таблицы 1.

Таблица 1. Реакции опор на подшипниковый узел стиральной машины типового

Конструкция Плечи сил Динамическая грузоподъемность Реакции опор

при стирке при отжиме

Ь, м Ь, м С, м а. м Са.Н Св,Н Я,, кг Ьв. кг кг ЯЬ, кг

Типовая 0.130 0.061 0.341 0,106 122300 102200 739,737 510,487 1731 1234

Авторская 0.19 0.00645 0.156 0.0237 61390 28830 228.151 40.099 882 356

Уменьшение в раз 0.68 9,4 2.18 4,46 1,99 3,54 3,24 12,73 1,96 3,46

Предложенное конструктивное решение, воплощенное в стирально-отжимной машине подверглось всесторонним сравнительным испытаниям с типовой конструкцией

стирально-отжимной машиной. Исследования проводились в исследовательском центре РОСТЕСТ (г. Москва) на эталонной стиральной машине, фирмы Electrolux, на стенде, изображенном на рисунке 5.

Представленная схема экспериментальной установки состоит из управляемого вычислительного комплекса на базе персонального компьютера, эталонной и исследуемой барабанной стирально-отжимной машины, устройства для замера и регистрации изменения параметров моющего раствора, расхода воды, электроэнергии. Экспериментальные исследования влияния факторов обработки изделий на отстирываемость на основных операциях рабочего цикла барабанных стирально-отжимных машин проводились на эталонной машине и показали следующие результаты: лучшие значения по показателям качества стирки (ПКО, ПКС, Бег); уменьшение массо-габаритных характеристик - по объему машины в 1,5 раза, по массе 2 раза, по трудоемкости 1,6 раза, по динамической грузоподъемности и реакциям опор в 2 раза и 3,5 раза.

Сравнительные испытания опытной партии стиральных машин позволили получить следующие достоверные результаты: стирка в машине с ЦУ эффективнее стирки в машине с типовой конструкцией по всем показателям^ Б = 6,54,%; ДПКО = 10,75%; ДПКС=6,51% сравнение показателей эталонной стиральной машины при одинаковом объемном модуле с машиной с ЦУ, показал, что все функциональные показатели машины модернизированной машины выше:А Б = 6,74,%; ДПКО = 20,673%; ДПКС=13,377%.

Использовав различные виды исследования в данной работе позволили найти оптимальную структуру реверса (12-3-12), позволяющую получить минимальное скручивание изделий во вращающемся барабане. G-фактор стирки, равный 0,76 является оптимальным и позволяет получить максимальное механическое воздействие на обрабатываемые изделия. Это объясняется тем, что при данном G-факторе обрабатываемые изделия поднимаются на максимальную высоту по всем слоям за счет центробежных сил.

Согласно способу определения показателя отстирываемости текстильных изделий в стиральных машинах, регламентированный МЭК 604556, путем определения белизны стандартизованных загрязненных испытательных полос, с последующей их стиркой в стиральном растворе эталонного моющего средства (состав и концентрация CMC регламентирована) в составе базовой эталонной загрузки (текстильные изделия регламентированного количества и состава) с последующим определением показателя отстирываемости. В стиральный раствор перед стиркой вводят загрязняющую суспензию, аналогичную по составу суспензии, нанесенной на образцы, до достижения концентрации ее в стиральном растворе 1:2 к массе эталонного порошка. Введение загрязнений в моющую ванну приближает модельный процесс стирки к реальному, при котором обязательно в моющем растворе содержатся загрязнения.

Таким образом, введение в моющую ванну во время стирки стандартного искусственного загрязнения позволяет приблизить процесс стирки с применением образцов искусственно загрязненной ткани к реальному, что повышает достоверность полученных результатов, а также идентичность результатов в разных экспериментах

I іг.хію;

Спкяр фотытр'Н,

Рисунок 5 - Структурная схема исследовательского комплекса по определению показателя отстирываемости [2]

Гц=+77

а -о,юб

0=81 кГс

06=720 16=512

=1947кГс Сд =122300 Н =1391 кГс С, =102200 Н

Рисунок 6. Типовое и разработанное автором конструктивное исполнение стиральной машины с центрирующими устройствами

При таких условиях моющее средство проявляет все свои свойства: смачивает, пептизирует, диспергирует, эмульгирует и удерживает загрязнения в моющем растворе, что выражается в улучшении условия перемешивания белья в барабане, взаимодействии между отдельными изделиями с обечайкой и гребнями, увеличении высоты подъема и падения белья, все это в результате положительно сказывается на качестве стирки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) В результате выполнения научных исследований выявлена необходимость разработки нового способа формирования динамики перемещения текстильных изделий во вращающемся барабане при жидкостной обработке, отличающаяся исключением зоны комкования.

2) Осуществлен анализ конструктивных и режимных факторов, зависящих от качества жидкостной обработки в устройствах барабанного типа: воздействия синтетических моющих средств, концентрация CMC в моющем растворе, тепловое воздействие и длительность процесса, воздействие упорядоченного перемещения текстильных изделий в барабане, исключающего образование зоны комкования.

3) Разработана методика, с введением в моющий раствор искусственного загрязнителя, регламентированного по составу и структуре. Присутствие загрязнения в моющем растворе приближает эталонные аппаратные условия к реальному процессу стирки, стабилизирует механический и химический факторы стирки, что в целом приводит к точности, достоверности и воспроизводимости(воспроизводсгва) результатов. Данная методика разработана на базе международного стандарта МЭК 60456:2004, рекомендована и внедрена в виде стандарта предприятия для функциональных испытаний стирально-отжимных машин [7].

4) Разработана математическая модель перемещения во вращающемся барабане потока обрабатываемых текстильных изделий, учитывающая изменения условий взаимодействия, характеризующаяся G-фактором и позволяющая моделировать, динамически изменяющиеся параметры интенсификации объемного перемешивания, вызванные отсутствием зоны комкования и жгутования;

5) Рассчитана величина оптимального G-фактора, соответствующей максимальной высоте падения, что дает уравновешивающий эффект. С одной стороны обеспечивает оптимальную кинетическую энергию потока изделий при движении в барабане и максимум интенсивности объемного перемешивания в моющем растворе с другой. Полученное значение G-фактора (0,744) позволило разработать конструктивные параметры барабана и совершенствовать режимы работы устройства, что позволило значительно снизить энергопотребление при условии достижения высокого уровня качества моющего процесса.

6) Экспериментально определено, что при возрастании температуры моющей ванны, начиная с 60°С, эффективность стирки будет возрастать на четверть процента с каждым увеличивающимся градусом. Наиболее слабая сила удержания загрязнения наблюдается у твердых и плохо растворимых (не растворимых) загрязнений - сажа, масло (уровень весомости относительно остальных составляет 43%), более стойкое загрязнение к температурному эффекту это - белковые, искусственные загрязнители (кровь свиная, весомость 9%).

7) Экспериментально подтверждена теоретическая зависимость концентрации и структуры моющего средства от качества стирки, из которой следует, что для достижения эффективного качества стирки, необходимо соблюдение оптимального соотношения между концентрацией моющих средств, содержащихся в водном растворе моющей ванны и загрязнением.

8) Разработанное новое конструктивное решение узла барабана отличается от типового исполнения стирально-отжимной машины применением дополнительных центрирующих устройств цилиндрической формы, закрепленных на торцевых поверхностях барабана. Центрирующие устройства, в соответствие с теоретическим

исследованием изменили характер движения изделий из ткани во вращающемся барабане, характеризующиеся отсутствием зоны комкования и жгутования.

9) Исключение зоны комкования и скручивания изделий, уменьшило износ ткани на 3040%. Новая конструкция барабана позволила применять комбинированный безреверсный и реверсный процесс стирки и полоскании. Применение такого режима работы повышает надежность, долговечность и производительность машины с экономией моющих средств, воды и электроэнергии. Авторская конструкция уменьшает массо-габаритные характеристики изделия - по объему машины в 1,35 раза, по массе 1,2 раза, по трудоемкости 1,14 раза, по динамической грузоподъемности и реакциям опор в 2 раза и 3,5 раза.

10) Конструктивное решение устройств барабанного типа, реализованное в диссертации, особенно эффективно для жидкостной обработки в машинах с большими загрузочными массами - 30,40,60,100 кг и т.д., например, для стирально-отжимной машины загрузочной массой 60 кг (при традиционном исполнении) масса подшипникового узла составляет 220 кг, а при новом конструктивном исполнении масса подшипникового узла не превышает 80 кг.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Куприянов, A.B., Набережных А.И. Исследование влияния температурного фактора на качество стирки [Текст]/ A.B. Куприянов, А.И. Набережных // В мире научных открытий. -2011 №8.1 (20). - С. 357-369. (Включен в перечень п.8 ВАК РФ).

2. Куприянов, А. В., Набережных А. И., Деменев А.В.Альтернативная методика определения показателей качества барабанных стирально-отжимных машин [Текст]/ A.B. Куприянов, А.И. Набережных, A.B. Деменев// В мире научных открытий. Серия «Математика. Механика. Информатика». -2012 № 12 (36). - С. 357-369. (Включен в перечень п.8 ВАК РФ).

3. Набережных, А. И.Методы математического моделирования при оптимизации параметров энерго-ресурсосбережения стирально-отжимных машин [Электронное]/ А.И. Набережных, А. В. Куприянов // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона»-2012 № 4. -том 1.ISSN 2073-8633 (Включен в перечень п.8 ВАК РФ).

4. Набережных, А.И., Куприянов A.B. Теория и практика создания современных стиральных машин для бытового обслуживания с безреверсным процессом стирки [Текст]/ А.И. Набережных, A.B. Куприянов // Наука - сервису.: сб. тр. Х-ой межд. науч.-практ. конф. Том II, под редакцией д-ра техн. наук проф. B.C. Шуплякова - М,: Изд-во МГУ сервиса. -2005.-С. 13-25.

5. Набережных, А.И., Куприянов A.B., Макаров А.Н. Вопросы теории и практики создания современных отжимных стиральных машин [Текст]/ А.И. Набережных, A.B. Куприянов, А.Н. Макаров // Современные средства управления бытовой техники: сб. тр. VIII межд. науч.-техн. конф. под редакцией д.т.н., профессора Ю.Н. Маслова. - М, Изд-во МГУ сервиса, - 2007.-С. 206-221.

6. Система менеджмента качества и методы измерения рабочих характеристик стиральных машин [Текст] : стандарт предприятия СТП 015.(7.3.3).01.-2008/ К.П. Королев, A.B. Куприянов, А.И. Набережных; ОАО «Вяземский машиностроительный завод». - Вязьма.: ОАО «ВМЗ», 2008 - 66с.

7. Система менеджмента качества и методы измерения рабочих характеристик сушильных машин [Текст] : стандарт предприятия СТП 016.(7.3.3).01.-2009 / К.П. Королев, А.В.Куприянов, A.B. Макаров, О.Г.Набережных, А.И. Набережных; ОАО «Вяземский машиностроительный завод». - Вязьма.: ОАО «ВМЗ», 2009 - 41с.

8. Alexander Kupriyanov, Anatoly I. Naberezhnykh. Study of factors energy and resources saving drum and washing machines. Applied and Fundamental studies: Proceedings of the 1st International Academic Conference. October 27-28, 2012, St. Louis, USA. Publishing House "Science & Innovation Center", 2012. 3-6.

Куприянов Александр Владимирович

ДИНАМИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ ЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКИ УСТРОЙСТВАМИ БАРАБАННОГО ТИПА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Усл.-печ. 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 074а Редакционно - издательский отдел МГУДТ 117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33, crp. 1 Тел/факс (495) 506 72 71 e-mail: frost@vandex.ru отпечатано в РИО МГУДТ