авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Снижение энергопотребления стиральных машин барабанного типа при обеспечении рационального перемещения обрабатываемых изделий в процессе стирки

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Калашников Алексей Александрович

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН БАРАБАННОГО ТИПА ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПРОЦЕССЕ СТИРКИ

Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(коммунальное хозяйство и сфера услуг)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Шахты – 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный

университет экономики и сервиса» (ГОУ ВПО ЮРГУЭС) на кафедре

«Машины и аппараты бытового назначения»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Алехин Сергей Николаевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фомин Юрий Григорьевич
кандидат технических наук, профессор Набережных Анатолий Иванович
Ведущая организация ОАО «Вяземский машиностроительный завод», Смоленская обл., г. Вязьма

Защита состоится «24» декабря 2010 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.313.01 при Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса по адресу: 346500, г. Шахты Ростовской области, ул. Шевченко, 147, ауд. 2 247.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.

Текст автореферата размещен на сайте ЮРГУЭС: http: www.sssu.ru

Автореферат разослан: «23» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.313.01 Куренова С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Энергоэффективность и энергосбережение являются одними из пяти стратегических направлений приоритетного технологического развития, названных президентом Российской Федерации Д.А.Медведевым на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию России, которая состоялась 18 июня 2010 года.

Энергоемкость Российской экономики (затраты энергии на единицу валового внутреннего продукта) в 1,8 раза выше, чем в США и в 2,5-3 раза выше, чем в Японии, Италии и других индустриально развитых странах мира. Это делает российскую товарную продукцию неконкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке.

Одними из наиболее энергоемких изделий машиностроения являются машины и приборы бытового и коммунального назначения. Согласно структуре электропотребления за 2008 год наибольшую долю занимают «прочие» потребители, включая сферу услуг и коммунальный сектор – 24,56 % (больше чем в промышленности), а также сектор бытового потребления города и села – 17,69 %.

Вместе с тем, установлено, что до 40% используемой в быту электро- и тепловой энергии буквально «выбрасывается на ветер», что говорит об актуальности более эффективного использования электроэнергии в домашнем, а также в коммунальном хозяйстве.

Значительная доля расхода электроэнергии в быту и коммунальной сфере приходится на стирку изделий. В связи с этим, в настоящее время энергоэкономичность стиральных машин – это одна из наиболее важных проблем их совершенствования и повышения конкурентоспособности.

Как показал анализ научных работ, в качестве основного критерия при исследовании и разработке современных стиральных машин авторами в основном принимаются показатели качества стирки изделий. При этом, вопросам снижения энергопотребления при стирке уделяется недостаточно внимания:

во-первых, отсутствуют научно обоснованные представления о влиянии конструктивных и режимных параметров стиральных машин на энергозатраты в процессе вращения барабана при стирке;

во-вторых, отсутствуют научно обоснованные представления о связи характера и условий перемещения изделий в барабане при стирке с энергозатратами;

в-третьих, известные математические зависимости не в полной мере учитывают факторы, определяющие энергозатраты при стирке;

в-четвертых, известные способы управления режимом вращения барабана не учитывают случайный характер перемещения изделий в процессе стирки, что приводит к значительному (10…15%) разбросу энергетических параметров;

в-пятых, отсутствуют научно обоснованные представления о взаимосвязи энергозатрат и отстирываемости с учетом характера и условий перемещения изделий в барабане при стирке.

Решение данных вопросов, направленных на снижение энергозатрат при стирке, обусловливает актуальность и целесообразность данного диссертационного исследования.

Именно поэтому целью работы является снижение энергопотребления стиральных машин барабанного типа при сохранении требуемого качества стирки путем обеспечения рациональных характера и условий перемещения изделий в барабане.

В соответствии с этой целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Анализ основных конструктивных и режимных параметров стиральных машин, определяющих характер и условия перемещения изделий в барабане при стирке.

2. Математическое моделирование энергозатрат на перемещение изделий при стирке.

3. Экспериментальное определение влияния конструктивных и режимных параметров стиральных машин на энергозатраты при требуемом качестве стирки текстильных изделий.

4. Разработка и исследование способа управления режимом вращения барабана при стирке, обеспечивающего снижение энергопотребления.

5. Разработка рекомендаций по выбору рациональных конструктивных параметров барабана и режимных параметров процесса стирки, обеспечивающих снижение энергозатрат.

Объектом исследования являются стиральные машины барабанного типа.

Предметом исследования является процесс стирки текстильных изделий в стиральных машинах барабанного типа и их энергетические характеристики.

Теоретической и методической основой исследования явились основные положения механики твердого тела, гидродинамики, электротехники, технологических процессов стирки текстильных изделий, труды отечественных и зарубежных исследователей в области процесса стирки при различных конструктивных и режимных параметрах стиральных машин.

В диссертации использовались приемы математического анализа при проведении теоретических исследований влияния различных факторов на энергозатраты при стирке текстильных изделий.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

  1. Установлена зависимость формообразования изделий при стирке от их массы, характера и условий перемещения в барабане. Разработаны схемы перемещения изделий в барабане при стирке, получены циклограммы и формулы определения энергозатрат для различных схем формообразования.
  2. Установлена функциональная зависимость энергозатрат от массы обрабатываемых изделий, которая имеет локальный минимум, обусловленный изменением условий формообразования, и локальный максимум при коэффициенте загрузки kз, равным 0,8…0,85.
  3. Разработан способ управления режимом вращения барабана, обеспечивающий снижение энергозатрат при сохранении качества стирки.
  4. Установлено влияние на энергозатраты при стирке числа подъемов изделий и коэффициента загрузки kз. Определены рациональные величины коэффициента загрузки kз, равные 0,9…0,95, обеспечивающие минимальные значения энергозатрат при стирке.

Практическая значимость. При разработке стиральных машин барабанного типа с улучшенными показателями энергопотребления, а также при их сервисном обслуживании практическую значимость имеют:

  • способ управления режимом вращения барабана при стирке;
  • алгоритм нахождения числа подъемов изделий для определения энергозатрат при перемещении изделий в процессе стирки;
  • формулы для определения энергозатрат при перемещении изделий в процессе стирки;
  • рекомендации по проектированию стирального барабана и выбору режимных параметров процесса стирки изделий;
  • программы расчета рациональных конструктивных параметров барабана стиральных машин и режимных параметров стирки, обеспечивающих снижение энергопотребления при требуемом качестве обработки текстильных изделий.

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 машин и приборов.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на научно-технических конференциях в ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (г. Шахты, 2009, 2010г.) и в ГОУ ВПО «Ростовская академия сервиса Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса» (г. Ростов-на-Дону, 2009 г.), на XI Международной научно-технической конференции МНИЦ ПГСХА (г. Пенза, 2009, 2010 г.), на Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Перспектива 2010 (г. Нальчик, 2010 г.).

Результаты работы использованы предприятиями ООО «ПКФ «Ю.Г.»», г.Волгоград, ЗАО «Прогресс», г.Шахты и др.

Материалы диссертации используются в учебном процессе в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения» при подготовке магистрантов по дисциплине «Проектирование стиральных машин», а также при курсовом, дипломном проектировании и подготовке магистерских диссертаций.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано автором в 11 статьях, из них 1 статья в журнале, входящим в перечень п.8 ВАК РФ. Получено решение о выдаче патента на изобретение РФ.

Ряд положений диссертации изложен в отчетах по НИР, выполненных в ЮРГУЭС.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка, приложений и содержит 165 страницы машинописного текста, 92 рисунка, 15 таблиц и список использованной литературы из 116 наименований.

Диссертация выполнена на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения» Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проанализированы показатели энергетической эффективности стиральных машин, приведены классы их энергоэффективности.

Рассмотрены конструктивные и технологические особенности эксплуатации современных стиральных машин барабанного типа. Показано, что одним из наиболее энергоемких процессов при стирке является вращения барабана. Установлено, что различные модели стиральных машин обладают разнообразными значениями конструктивных и режимных параметров, выбор которых недостаточно обоснован с точки зрения обеспечения энергоэкономичности стиральных машин.

Анализ научных работ, посвященных совершенствованию стиральных машин показал, что наиболее значимыми из них в области развития основ теории процесса стирки являются работы П.А. Ребиндера, В.А. Минаева-Цикановского, И.П. Попова, Р.П. Межлумовой, Е.И. Лихтцера Я.Н., Грешнева А.И., Верникова, М.А. Емельянова, А.С. Летина, Д.П. Перелетова, К. Дурхама, В. Клинга и др.

Значительный вклад в развитие практических вопросов совершенствования стиральных машин внесли такие ученые как Малыхин В.И., Набережных А.И., Панфилов Е.А., Лебедев В.С., Усольцев А.М., Малахов В.Н., Лесников В.В., Сизова Л.А., Сыздыкбаева Б.У., Мельник Л.В., Нагорный П.И., Русанова И.К., Соколова Т.В., Волошин В.А. и др.

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. При этом вопросы, связанные с энергоэкономичностью стиральных машин являются недостаточно изученными.

Выявлено, что известные способы управления режимом вращения барабана, направленные на снижение энергозатрат при стирке, не учитывают случайный характер перемещения изделий в процессе стирки, что приводит к значительному (10…15%) разбросу энергетических параметров.

Таким образом, вопросы, которые требуют первостепенного решения для снижения энергозатрат при стирке в машинах барабанного типа, связаны с математическим описанием энергетических характеристик и особенностей процессов движения изделий, позволяющих установить зависимости энергозатрат машин от их конструктивных и режимных параметров и условий перемещения изделий, а также разработки соответствующих методик теоретического и экспериментального исследования и разработке на этой основе эффективных способов управления режимом вращения барабана.

Во второй главе проведен теоретический анализ и моделирование энергетических характеристик процесса стирки.

На основе анализа параметров стирального барабана, определяющих характер перемещения текстильных изделий при стирке, получены зависимости для определения углов поворота барабана для соответствующих фаз перемещения изделий (рис.1).

Рассмотрены энергетические характеристики процесса падения и соударения изделий при их обработке в стиральных барабанах. Разработан алгоритм для определения числа падений изделий nпад, а соответственно и числа их подъемов nпод, в процессе вращения барабана при стирке.

Показано, что одним из основных параметров, определяющих энергозатраты на процесс перемещения изделий при стирке, является эксцентриситет е их центра масс. Для определения е предложена методика, основанная на использовании высоты сегмента hс, форму которого условно принимают изделия при стирке в соответствии с общепринятыми представлениями.

Рис. 1. Фазы перемещения изделий в барабане при стирке

Проведенный теоретический анализ перемещений изделий при стирке с учетом материалов работ авторов Лихтцера Я.Н., Набережных А.И, Волошина В.А., Малахова В.Н., Усольцева А.М. позволил предположить, что в зависимости от их массы происходит процесс формообразования изделий как в виде сплошного потока, так и в виде отдельных «независимых» комов (как показали дальнейшие экспериментальные исследования, не более трех комов).

При проведении теоретических исследований были приняты следующие допущения:

1) углы, характеризующие фазы перемещения кома изделий (см. рис.1) в барабане с постоянными параметрами и массой mбж=const, всегда остаются постоянными:

    • угол отрыва отр=const;
    • угол падения пад=const;
    • угол холостого хода =const.

2) если изделия при перемещении в барабане образуют несколько комов, то массы каждого из них равны между собой mбж1=mбж2…=mбжi, где i – количество комов, а сумма масс всех комов представляет массу всех изделий, находящихся в барабане: mбж=mбж1+mбж2…+mбжi.

С учетом принятых допущений проведены теоретические исследования энергетических характеристик стиральных машин при стирке в режиме установившегося вращения барабана и разгона в условиях образования одного, двух, трех комов изделий, а также при перемещении изделий в виде сплошного потока.

Разработаны циклограммы углов поворота барабана, соответствующих фазам перемещения изделий, и схемы перемещения изделий с учетом различных вариантов их формообразования.

На основании этого разработаны формулы для определения мощности Nп и расхода энергии . Причем расход полезной энергии за время поворота барабана на угол Б определяется как площадь области, ограниченной осью либо , графиком Nп=f() либо (Nп=f(Б)) и прямыми 1 и 2:

. (1)

Расчетные зависимости полезной мощности Nп и расхода энергии Еп, затрачиваемой на подъем изделий при повороте барабана от угла Б=0 до угла отрыва Б=отр при значениях массы изделий mб=0,5…4,5 кг, соответствующих коэффициенту загрузки kз=0,10…0,85, в условиях установившегося вращения барабана и различных схем формообразования изделий приведены на рис. 2 – 5.

 а) б) Графики зависимости-5 а) б) Графики зависимости-6

а) б)

Рис. 2. Графики зависимости полезной мощности Nп (а) и расхода энергии Еп (б), затрачиваемой на подъем одного кома изделий при повороте барабана от угла Б=0 до угла отрыва Б=отр в условиях установившегося вращения

барабана

 а) б) Графики зависимости-7  а) б) Графики зависимости-8

а) б)

Рис. 3. Графики зависимости полезной мощности Nп (а) и расхода энергии Еп (б), затрачиваемой на подъем изделий, состоящих из двух комов, при повороте барабана от угла Б=0 до угла отрыва Б=отр в условиях установившегося вращения барабана

 а) б) Графики зависимости-9  а) б) Графики зависимости-10

а) б)

Рис. 4. Графики зависимости полезной мощности Nп (а) и расхода энергии Еп (б), затрачиваемой на подъем изделий, состоящих из трех комов, при повороте барабана от угла Б=0 до угла отрыва Б=отр в условиях установившегося вращения барабана

Полученные на рис.2 – 4 графики соответствуют частным случаям реализации процесса обработки изделий в виде отдельных самостоятельных комов, образующихся независимо от их массы, например, при обработке перьевых изделий.

Анализ полученных зависимостей показал, что для случаев образования двух и более комов на кривых зависимостей энергетических характеристик (см рис.3 и 4), в отличие от ранее известных представлений, наблюдаются локальные минимумы, вызванные падением одного из комов в нижнюю часть барабана или отрывом одного из комов после его подъема и перехода в стадию падения. Наличие локальных минимумов приводит к снижению значений мощности и энергозатрат. Это обуславливает необходимость использования в данных случаях при расчете энергозатрат поправочного коэффициента.

Зависимости полезной мощности Nп и расхода энергии Еп, затрачиваемой на подъем изделий, перемещающихся в виде сплошного потока, показаны на рис.5. При этом, соотношение между массой изделий mбж.п, находящихся в стадии падения, и суммарной массой всех изделий mбж учитывалось коэффициентом потока kп:

mбж.п=kп·mбж. (2)

который принимался равным от 1/2 до 1/6.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.