БАРАБАН СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к бытовым стиральным машинам барабанного типа и может быть использована в стиральных машинах для уравновешивания несбалансированных масс внутри барабана при работе стиральной машины в режиме отжима (центрифугирования).
Непредсказуемая неуравновешенность загруженного барабана при вращении на больших оборотах в режиме отжима может порождать столь сильные вибрации, что без принятия контрмер эксплуатация стиральной машины становится невозможной.
Для уменьшения негативного воздействия этой вибрации применяют гасители колебаний корпуса (демпферы), утяжеляют машину балластными грузами и значительно снижают скорость вращения барабана, но эти меры, обеспечивающие в конечном счете приемлемое функционирование стиральной машины, нельзя признать оптимальными, поскольку они не устраняют саму причину возникновения вибрации - неуравновешенность барабана.
Радикальное решение проблемы может быть достигнуто путем непрерывной автоматической компенсации произвольно изменяющегося дисбаланса барабана, для чего совмещают с барабаном балансирующее устройство, действующее по принципу работы пассивного автобалансира.
При этом на барабане концентрично его оси вращения формируют замкнутую кольцевую полость с размещенными в ней подвижными массами (грузами-противовесами), которые, смещаясь в зону контрдисбаланса, автоматически производят балансировку загруженного барабана стиральной машины в режиме отжима (в диапазоне закритических оборотов барабана). В качестве балансирующих масс
используются жидкость или твердые тела из различных материалов (в виде шаров, цилиндров, маятников и пр.), а также комбинации жидкости и твердых тел в различных соотношениях.
Известны различные устройства для автоматического устранения в режиме отжима дисбаланса загруженного барабана стиральной машины путем формирования на барабане герметичной замкнутой кольцевой полости с размешенной в ней жидкостью, например, описанные в патенте Великобритании №1196856 (публ. 1970 г.), в в.c. СССР №1030210 (публ. 1983 г.), в патенте США №5503464 (публ. 1996 г.), в патенте РФ №2188886 (публ. 2002 г.). Известен также барабан стиральной машины с автобалансирующим устройством в виде кольцевого корпуса с внутренними перегородками, заполненного жидкостью на 50-60% объема полости кольца (патент РФ №2123075, публ. 1998 г.).
Недостатком известных барабанов стиральных машин с балансирующими устройствами, использующими только жидкость в качестве балансирующей массы, является неспособность компенсировать значительный дисбаланс. В реальных условиях, при быстром вращении барабана в режиме отжима, центробежные силы на внешней стенке кольцевой полости автобалансира в сотни раз превышают силы, стремящиеся переместить массу жидкости в зону контрдисбаланса, и, следовательно, жидкость будет «раздавлена» почти равномерным слоем по всей внешней стенке кольцевой полости и не сможет сформировать достаточную балансирующую массу. Поэтому, несмотря на ряд очевидных достоинств, присущих жидкостным автобалансирам (бесшумность работы, отсутствие вредного влияния сухого трения, относительная простота реализации), использование устройств этого типа для балансировки барабанов стиральных машин нецелесообразно.
Известен барабан стиральной машины с автобалансирующим устройством, выполненным в виде замкнутой кольцевой полости с
размещенными в ней в один ряд металлическими шарами и жидкостью - раствором высокой плотности (патент РФ №2237118, публ. 2004 г.).
Известен барабан стиральной машины с вертикальной осью вращения, снабженный автобалансирующим устройством, выполненным в виде кольцевой полости с радиальными перегородками, частично заполненный антикоррозийной жидкостью и стальными шариками в один ряд (патент РФ №2188885, публ. 2002 г.).
Известны барабаны с вертикальной осью вращения, имеющие автобалансиры в виде многоярусного набора кольцевых полостей, подобных уже описанным выше, использующие в качестве подвижных противовесов металлические или стеклянные шары (например, патент РФ №2233357, публ. 2004 г.).
Недостатками известных барабанов стиральных машин с балансирующими устройствами, содержащими кольцевую полость с металлическими, стеклянными и др. шариками и жидкостью, являются недостаточно высокие эксплуатационные характеристики (точность и стабильность балансировки, надежность и др.) при неадекватной сложности технической реализации, в также существенные ограничения области применения стиральными машинами с вертикальной осью вращения барабана.
В качестве прототипа выбран барабан стиральной машины с вертикальной осью. вращения (патент США №3494471, публ. 1999 г.), как наиболее близкий к предлагаемой полезной модели по простоте конструкции и удобству установки на барабан. Барабан-прототип содержит автобалансирующее устройство в виде замкнутого кольца, выполненного из эластичного материала (полиэтилена). Внутри кольца имеется полость круглого поперечного сечения, в которой размещены и должны перемещаться в один ряд балансировочные грузы в виде металлических шариков, занимающих треть внутренней полости. В
полости содержится высоковязкая антикоррозионная демпфирующая жидкость.
Существенным недостатком прототипа является то, что на больших оборотах в режиме отжима центробежные силы, действующие на массы у периферийной поверхности барабана, будут вдавливать твердые металлические шарики в эластичный материал кольца балансира, лишая их возможности перемещаться, что исключает возможность эффективной балансировки барабана.
Технической задачей, для решения которой предназначена заявляемая полезная модель, является устранение вибраций корпуса стиральной машины, порождаемых неуравновешенностью загруженного барабана при его вращении на больших оборотах в режиме отжима, и создание конструктивно простого устройства, эффективно работающего независимо от ориентации оси вращения барабана стиральной машины.
Сущность предложенной полезной модели заключается в следующем.
Барабан стиральной машины выполнен в виде цилиндрического резервуара с перфорированной боковой поверхностью, установленного с возможностью вращения в стиральном баке. Барабан содержит автобалансирующее устройство, выполненное в виде расположенной концентрично оси вращения барабана замкнутой полой герметичной кольцевой камеры с размещенными внутри нее подвижными корректирующими массами - жидкостью и твердыми балансировочными телами. Кольцевая камера имеет жесткий корпус, образующий внутреннюю полость прямоугольного поперечного сечения, а масса каждого из твердых балансировочных тел меньше массы вытесняемой им жидкости.
Твердые балансировочные тела могут быть выполнены в форме шаров или в форме круговых цилиндров.
Автобалансирующее устройство может быть размещено внутри резервуара барабана на его торце или снаружи резервуара барабана на его торце.
Барабан стиральной машины может содержать дополнительное автобалансирующее устройство, при этом оба автобалансирующих устройства являются идентичными и расположены у противоположных торцов резервуара барабана.
Объем герметичной полости кольцевой камеры превышает объем помещенных в нее корректирующих масс на величину температурных изменений объема жидкости при ее нагревании в рабочем диапазоне температур.
На фиг.1 схематично изображен поперечный разрез типовой стиральной машины, иллюстрирующий систему закрепления барабана в корпусе стиральной машины и указывающий места возможного размещения на барабане кольцевых камер балансирующего устройства; на фиг.2 изображена кольцевая камера и расположение твердых подвижных тел (шаров) в ее рабочей полости при невращающемся барабане; на фиг.3 - положение шаров и жидкости в финальной стадии процесса компенсации дисбаланса вращающегося неуравновешенного барабана стиральной машины в режиме отжима.
Барабан 1 стиральной машины представляет из себя круговой цилиндр с перфорированной боковой поверхностью, закрепленный на подшипниках в баке 2, который, в свою очередь, подвешен с помощью пружин 3 и демпферов 4 к корпусу 5 стиральной машины с эластичной крышкой 6 загрузочного люка. Барабан содержит устройство для автоматической компенсации дисбаланса барабана при вращении, которое выполнено в виде расположенной концентрично оси вращения барабана замкнутой полой жесткой кольцевой камеры 7 с размещенными в ней твердыми балансировочными телами 8 и жидкостью 9.
Барабан стиральной машины может быть закреплен в стиральном баке на подшипниках консольно или двухопорно.
Кольцевая камера 7 имеет прямоугольное поперечное сечение внутренней полости с гладкими стенками и почти целиком заполнена жидкостью 9 с погруженными в нее твердыми балансировочными телами 8, способными всплывать в жидкости.
Жидкость 9 при температуре 20°С заполняет около 95% свободного от балансировочных тел 8 объема полости, оставляя в резерве остальные 5% пустого пространства для своего возможного расширения при нагревании воды в баке 2 в режиме стирки.
Твердые балансировочные тела 8 могут быть как монолитными, так и полыми, а жидкость 9 должна иметь высокую плотность и вязкость, а также обладать антикоррозийными свойствами.
Так, например, может быть использована комбинация твердых тонкостенных полых шаров, изготовленных из термостойкой пластмассы, и водного раствора глицерина (50/50), для которой соотношение массы балансировочных тел к массе вытесняемой ими жидкости составляет 3 к 10, что позволяет получить в приемлемых габаритах балансирующее устройство, способное компенсировать предельно возможные дисбалансы барабана типовой бытовой стиральной машины при работе в режиме отжима.
Устройство сохраняет способность балансировки при любом количестве балансирующих тел, начиная с двух, но наилучшие возможности для балансировки достигаются при заполнении полости кольцевой камеры 7 балансировочными телами на одну треть.
Размеры полости должны обеспечивать свободное движение в один ряд балансировочных тел 8 и свободное перетекание жидкости 9.
В исходном положении, до начала вращения, балансировочные тела 8 всплывают в верхнюю часть полости кольцевой камеры. С началом вращения пограничный слой жидкости у стенок кольцевой камеры
вовлекает остальную жидкость с балансировочными телами в совместное движение, а возникающее при этом центробежное ускорение создает в жидкости перепад давления по высоте полости с минимумом на ее внутренней стенке. Легкие балансировочные тела всплывают в зону наименьшего давления, к внутренней стенке кольцевой камеры, и остаются там в течение всей дальнейшей работы.
После прохождения резонанса и выхода на рабочие обороты, когда скорость вращения жидкости уравнивается со скоростью вращения барабана, случайные возмущения затухают и в полости создаются условия для действия сил, стремящихся переместить подвижные массы к положению контрдисбаланса. Эти силы действуют, как на жидкость, так и на балансировочные тела, но в условиях сплошности жидкости их перемещения становятся взаимосвязанными. Поскольку силы пропорциональны массам подвижных тел, то твердые и легкие, практически безынерционные по сравнению с жидкостью балансировочные тела могут изменить свое положение только под действием сил давления в жидкости. В процессе балансировки более тяжелая жидкость устремляется в сторону положения контрдисбаланса, вытесняя легкие балансировочные тела в противоположном направлении по внутренней стенке полости кольцевой камеры.
Следует отметить, что балансировочные тела участвуют в этом процессе не только как рабочие тела для перемещения масс. Основной их функцией является удержание уравновешивающих объемов жидкости в зоне контрдисбаланса, поскольку в сильном поле центробежных сил при отсутствии каких-либо формосохраняющих элементов жидкость распределяется практически равномерным слоем по всей наружной стенке полости камеры, лишая устройство способности балансировки.
По мере приближения системы к состоянию уравновешенности поле балансирующих сил постепенно исчезает и перемещение подвижных масс под действием внутренних потерь энергии в жидкости прекращается.
Благодаря вовлечению в процесс одновременно двух типов высокоподвижных тел (текучей жидкости и легких балансировочных тел) и снижению вредного влияния сухого трения процесс балансировки проходит настолько эффективно, что различие начальных условий движения системы при повторных запусках не влияет на точность и стабильность работы устройства, а специфичность поведения легких поплавков при движении в сплошной текучей и вязкой среде практически исключает при быстром разгоне ротора внесение дополнительного дисбаланса на дорезонансных оборотах.
Прямоугольное поперечное сечение кольцевой полости с гладкими стенками способствует свободному перемещению жидкости (основному носителю уравновешивающей массы) и делает устройство простым в изготовлении.
Балансировочные тела могут быть выполнены в форме шаров, что обеспечивает их высокую подвижность.
Эксплуатационные возможности предлагаемого устройства могут быть расширены при использовании в качестве балансировочных тел круговых цилиндров. Такая замена, не изменяя характера работы устройства, дает возможность увеличить диапазон балансировки примерно в 1,5 раза и одновременно упрощает изготовление балансировочных тел.
Предлагаемой устройство, создавая повышенную мобильность подвижных масс и снижая вредное влияние сухого трения за счет использования текучей жидкости в качестве основного носителя балансирующей массы, обеспечивает эффективность и точность балансировки со стопроцентной стабильностью работы при многократных запусках.
Предлагаемое устройство отличается бесшумностью работы, простотой конструкции и универсальностью для применения в различных типах стиральных машин независимо от ориентации оси вращения барабана.
Предлагаемое устройство может быть использовано в различных конструктивных исполнениях стиральных машин с консольным или двухопорным закреплением барабана с горизонтальной или вертикальной ориентацией его оси вращения, при этом использование предлагаемого устройства не влечет за собой обязательных изменений конструкции других функциональных узлов стиральной машины.