СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к стирке белья и может быть использована при производстве бытовых стиральных машин.
В основе производства большинства бытовых стиральных машин лежит неподвижных бак, в котором расположен вращающийся перфорированный барабан для белья. Имеется нагреватель воды, трубопроводы, система автоматики, содержащая датчики температуры, уровня воды или моющего раствора, избыточности пены, а также исполнительные устройства - электродвигатели, клапаны, насосы и т.п. Система автоматики содержит программатор, реализующий необходимые режимы стирки (В. Коляда. Современные стиральные машины - М.: Изд-во «Солон-Р», 2001. - 206 с). Эффективность стирки зависит от многих факторов, одним из которых является относительная скорость моющего раствора и белья. Чем выше эта скорость, тем быстрее уносятся загрязнения с поверхности белья, но она ограничена допустимой частотой вращения перфорированного барабана из-за наличия дисбаланса.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является устройство стиральной машины, изложенное в описании изобретения к патенту RU 2071516, опубл. 10.01.1997. В неподвижном баке установлен перфорированный барабан, внутри которого размещена скрепленная с ним сетка для белья. По осевой линии в барабане находится перфорированная часть подающего патрубка. Входная часть подающего патрубка присоединена к насосу. Насос находится на общем валу электродвигателя перфорированного барабана. Стирка белья в описываемом устройстве осуществляется следующим образом. В неподвижный бак заливается стиральный раствор. Между цилиндрической поверхностью барабана и сеткой равномерно укладывается белье. Включается электродвигатель привода перфорированного барабана и насоса. Система автоматики периодически обеспечивает подачу моющего раствора в подающий патрубок, раствор через отверстия перфорированной части патрубка выбрасывается на белье. В паузах между интервалами подачи раствора в подающий патрубок влага из белья уносится за счет центробежных сил вращающегося перфорированного барабана. После окончания стирки такой периодической подачей моющего раствора, раствор сливается, неподвижный бак заполняется водой и осуществляется процесс полоскания.
Скорость перемещения моющего раствора относительно белья определена давлением в подающем патрубке и частотой вращения перфорированного барабана. Но эти параметры взаимосвязаны, т.к. насос находится на общем валу с барабаном. Уложенное между внутренней поверхностью барабана и сеткой белье статично, т.е. отсутствует движение (трение) частей белья между собой. Статичность приводит к тому, что скорость моющего раствора в сплошной части перфорированного барабана (между перфорациями) окажется очень низкой, следовательно белье простирывается неравномерно. Как известно, эффективность стирки оказывается выше, если процесс стирки осуществлять на предварительно увлажненном белье. Здесь же стирка начинается на сухом белье. Таким образом эффективность стирки белья в рассмотренной конструкции машины ограничена указанными особенностями устройства.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности стирки.
Указанный результат достигается тем, что стиральная машина, содержащая неподвижный бак, вращающийся перфорированный барабан, насосы с трубопроводами и переключателями воды, систему автоматики, реализующую алгоритм работы стиральной машины, снабжена импульсным нагнетателем моющего раствора, который закреплен на неподвижном баке ниже перфорированного барабана, а система автоматики дополнена датчиком углового положения перфорированного барабана с электронным ключом.
В стиральной машине перфорации перфорированного барабана выполнены овальной формы, расположены группами в перпендикулярных его оси плоскостях, при этом каждое отверстие групп расположено на одной образующей цилиндрической поверхности перфорированного барабана.
В стиральной машине нагнетатель выполнен в виде заглушенной на одном конце трубы с инжекторными отверстиями по верхней образующей ее цилиндрической поверхности и с закрепленным на другом конце трубы импульсным насосом, при этом инжекторные отверстия трубы нагнетателя расположены в плоскостях групп перфораций перфорированного барабана, а их диаметры возрастают в направлении к заглушенному концу трубы. Вариантом исполнения является применение форсунок, которые устанавливаются в инжекторные отверстия. Отдельно изготавливаемые форсунки позволяют технологически просто обеспечить цилиндрическую форму струи при тонкостенной трубе.
В стиральной машине импульсный насос нагнетателя выполнен в виде сильфона с электромагнитным приводом в составе закрепленного внутри сильфона на его дне якоря и неподвижной электрической катушки, при этом он снабжен обратным клапаном в составе пружинной консольной ленты закрывающей заборное отверстие импульсного насоса, и соединен с датчиком углового положения перфорированного барабана через электронный ключ системы автоматики.
В стиральной машине инжекторные отверстия трубы нагнетателя снабжены форсунками, обеспечивающими цилиндрическую форму вытекающей струи моющего раствора.
На чертежах представлено устройство стиральной машины: фиг. 1 - схема расположения основных элементов стиральной машины; фиг. 2 - схема, поясняющая уровень моющего раствора; фиг. 3 - конструкция импульсного насоса; фиг. 4 - разрез А-А по фиг. 3; фиг. 5 - конструкция датчика углового положения перфорированного барабана. Типовые элементы стиральных машин барабанного типа на представленных чертежах не отражены.
Перечень обозначений
1 - неподвижный бак
2 - перфорированный барабан
3 - импульсный нагнетатель
4 - труба нагнетателя
5 - импульсный насос
6 - перфорации барабана 2
7 - инжекторные отверстия трубы нагнетателя
8 - датчик углового положения перфорированного барабана
9 - электронный ключ
10 - корпус импульсного насоса
11 - штуцер подключения к насосу машины
12 - сильфон
13 - держатель сильфона
14 - винты крепления держателя
15 - электрическая катушка привода сильфона
16 - каркас электрической катушки
17 - якорь привода сильфона
18 - заклепки крепления якоря к дну сильфона
19 - винты крепления каркаса электрической катушки
20 - паз корпуса импульсного насоса
21 - электрический разъем
22 -винты крепления электрического разъема
23 - отверстия держателя сильфона
24 - заборное отверстие обратного клапана в корпусе импульсного насоса
25 - ленточная пружина обратного клапана
26 - винты крепления ленточной пружины
27 - винты крепления импульсного насоса к неподвижному баку
28 - кольцевая шайба
29 - звездочка датчика углового положения перфорированного барабана
30 - магнитная система датчика (постоянный магнит)
31 - обмотка датчика углового положения
32 - подлежащее стирке белье
Стиральная машина имеет установленный в корпусе неподвижный бак 1 и другие типовые элементы стиральных машин барабанного типа. Внутри неподвижного бака размещен вращающийся перфорированный барабан 2 с горизонтальной осью вращения. Неподвижно под перфорированным барабаном на неподвижном баке закреплен импульсный нагнетатель 3 моющего раствора в составе трубы 4, один конец которой заглушен, а к другому присоединен импульсный насос 5. Барабан имеет в нескольких перпендикулярных его оси плоскостях группы овальных перфораций (отверстий) 6, причем перфорации всех групп расположены на общих образующих цилиндрической поверхности барабана. В этих же плоскостях в верхней части трубы выполнены инжекторные отверстия 7. Диаметры инжекторных отверстий увеличиваются по направлению от импульсного насоса к заглушенному концу трубы. Импульсный насос управляется сигналами датчика 8 углового положения барабана через электронный ключ 9 системы автоматики стиральной машины.
Импульсный насос имеет корпус 10, который соединен (например сваркой) с трубой 4. Для подключения к насосу машины предусмотрен штуцер 11. Нагнетательным элементом импульсного насоса служит сильфон 12. Передняя часть сильфона завальцована в держатель 13, последний винтами 14 поджат к корпусу 10. Привод импульсного насоса представлен электрической катушкой 15, которая намотана на каркас 16, и якорем 17, закрепленным заклепками 18 к донной части сильфона. Обмотка катушки пропитана компаундом для защиты от действия моющего раствора, а каркас закреплен винтами 19 к держателю. Выводы обмотки катушки размещены в радиальном пазу каркаса со стороны обмотки и на его продолжении в радиальном пазу 20 корпуса импульсного насоса и подпаяны к электрическому разъему 21. Разъем винтами 22 закреплен с внешней стороны корпуса. Провода выводов катушки в пазу 20 также залиты компаундом. Держатель 13 имеет группу отверстий 23. В нижней части корпуса выполнено заборное отверстие 24 большого диаметра, с обратным клапаном в виде ленточной пружины 25, закрепленной на внутренней поверхности корпуса винтами 26. Импульсный насос, являясь частью нагнетателя, крепится к задней стенке бака 1 винтами 27 через кольцевую шайбу 28. Следует отметить, что формообразование струй моющего раствора может быть реализовано за счет форсунок необходимого профиля канала, устанавливаемых в отверстия трубы нагнетателя.
Датчик углового положения перфорированного барабана индукционного типа. На консольной части вала барабана 2 закреплена звездочка 29 из магнитомягкого материала, количество зубьев которой равно количеству перфораций 6 в одной группе барабана. Зубья звездочки ориентированы по направлению общих образующих цилиндрической поверхности групп отверстий. Траектория движения концов зубьев звездочки расположена в магнитном зазоре. Магнитный зазор образован либо скобообразным постоянным магнитом 30, либо постоянным магнитом простой формы с полюсными наконечниками из магнитопроводного материала. Магнитная система датчика имеет обмотку 31. При вращении звездочки ее зубцы изменяют магнитную проводимость зазора и в обмотке 31 индуцируется ЭДС в форме двухполярного импульса.
Электронный ключ может быть выполнен на транзисторе с входной логикой на конъюнкторе, один вход которого подключен к датчику перфорированного барабана, а другой - к системе автоматики стиральной машины. При такой схемотехнике логическая единица от системы автоматики разрешает открытие электронного ключа полуволной ЭДС катушки (обмотки) 31 датчика 8. Открытый ключ на время импульса ЭДС обеспечивает импульс тока через электрическую катушку 15 привода сильфона. Магнитное поле катушки привода за счет взаимодействия с якорем 17 приведет к сжатию сильфона. Сжатие сильфона инициирует импульс давления моющего раствора в нагнетателе, в результате через инжекторные отверстия 7 выбрасываются струи моющего раствора. Поскольку импульс давления и положение перфорированного барабана согласованы, то струи моющего раствора через перфорации барабана попадают на белье 32. Когда электронный ключ закроется исчезнет взаимодействие якоря 17 с обесточенной катушкой 15 привода и сильфон за счет своей потенциальной энергии деформации начнет возвращаться в исходную форму. Давление внутри всего объема нагнетателя будет снижаться, после понижения уровня давления ниже давления моющего раствора в неподвижном баке (т.е. атмосферного) ленточная пружина 25 откроет заборное отверстие 24 и моющий раствор из неподвижного бака начнет заполнять импульсный насос. Заполняющий поток проходит через заборное отверстие 24 и группу отверстий 23 держателя сильфона. Некоторую долю в процессе заполнения нагнетателя вносят потоки моющего раствора через инжекторные отверстия 7.
Работает стиральная машина следующим образом. Сухое белье 32 закладывают в перфорированный барабан 2. Программа системы автоматики стиральной машины включает режим стирки. Моющий раствор насосом стиральной машины через штуцер 11 заполняет объем нагнетателя 3. Частота вращения w перфорированного барабана выбрана низкой, при которой белье за счет сил трения о внутреннюю поверхность барабана несколько поднимается вверх в направлении вращения, затем падает вниз, т.е. происходит перемешивание белья. После полного заполнения нагнетателя появятся непрерывные струи моющего раствора через инжекторные отверстия 7 нагнетателя. Развиваемое насосом системы автоматики давление невелико, следовательно скорость моющего раствора в непрерывных струях низка, но достаточна для прохождения высотного промежутка от инжекторных отверстий 7 до белья 32. Часть моющего раствора струй через перфорации барабана попадает на белье. За счет этого происходит процесс замачивания. Другая часть моющего раствора струй отсекается сплошной поверхностью перфорированного барабана и стекает в неподвижный бак 1. Процесс замачивания будет продолжаться до тех пор, пока система автоматики стиральной машины не отключит насос стиральной машины по сигналу датчика уровня моющего раствора в неподвижном баке 1. Этому уровню (см. фиг. 2) соответствует перекрытие инжекторных отверстий 7 нагнетателя моющим раствором.
Одновременно с отключением насоса стиральной машины система автоматики дает логическую единицу на первый вход электронного ключа 9. Тогда поступающие по второму входу импульсы ЭДС датчика углового положения 8 обеспечат импульсы тока в электрической катушке 15 привода импульсного насоса 5 нагнетателя 3. Развиваемое сжимающимся сильфоном 12 высокое давление создает высокоскоростные импульсы моющего раствора через инжекторные отверстия 7. Поскольку угловое положение перфорированного барабана 2 согласовано с датчиком положения 8 импульсы моющего раствора через перфорации барабана достигают белья 32. Проходя сквозь белье импульсы моющего раствора смывают загрязнения, т.е. обеспечивают стирку. Прошедший через белье моющий раствор стекает в неподвижный бак 1. Процесс стирки происходит при вращающемся перфорированном барабане, поэтому белье перемешивается и на каждой фазе поворота импульсы моющего раствора из инжекторных отверстий нагнетателя попадают на другие, смещенные части белья. Отметим, что параметры датчика углового положения 8, протяженность овальных перфораций 6 барабана 2 и частота вращения w барабана согласованы, т.е. за время действия высокоскоростных инжекторных импульсов моющего раствора барабан 2 в линейном выражении поворачивается на длину перфорации 6. скорости потока в импульсах будут одинаковы, т.к. сечения инжекторных отверстий (см. выше) соответствуют волне давления в трубе 4 нагнетателя от импульсного насоса.
После окончания стирки система автоматики (фактически это номер программы системы автоматики) блокирует электронный ключ и тем самым отключается импульсный насос 5 нагнетателя 3. Одновременно сливается из неподвижного бака 1 моющий раствор и далее реализуется полоскание и отжим белья обычным для машин барабанного типа образом. На этапе слива моющего раствора частота вращения w перфорированного барабана может быть повышена с целью удаления большей части моющего раствора из белья, что сэкономит расход воды на полоскание.
Таким образом, предлагаемые технические решения по конструкции стиральной машины повышают эффективность стирки за счет высокоскоростных импульсов моющего раствора, проходящего через белье. При этом гидродинамическое давление на белье имеет разный знак - на переднем фронте импульса оно положительно, на заднем фронте оно отрицательно, что также способствует повышению эффективности стирки. Конструкция достаточно проста. Освоение в производстве предлагаемой модели стиральной машины не вызовет трудностей, поскольку возможно использование освоенных в производстве типовых узлов и деталей. Пониженная частота вращения перфорированного барабана увеличивает срок службы подшипников и снижает шум.