СПОСОБ ПРЕОДОЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА В СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЕ БАРАБАННОГО ТИПА
METHOD OF RESONANCE PREVENTION IN DRUM TYPE WASHING MACHINE

Изобретение относится к способу преодоления резонанса в стиральной машине барабанного типа, техническим результатом при реализации которого является снижение уровня вибрации при центробежном отжиме в период разгона и торможения барабана.
Известно, что стиральные машины барабанного типа благодаря своим конструктивно-функциональным возможностям составляют основную массу автоматических бытовых стиральных машин. Однако значительные динамические нагрузки, возникающие при колебаниях моечного узла (подвесной части) машины в режиме центробежного отжима белья, снижают потребительские свойства и конкурентоспособность машин данного типа. С целью снижения уровня вибрации практически во всех стиральных машинах барабанного типа применяют систему виброизоляции как наиболее простую и надежную систему виброзащиты, представляющую собой, чаще всего, упруго-диссипативную подвеску моечного узла, состоящую из двух (реже из четырех) пружин подвески, установленных в верхней части моечного узла, и демпферов сухого (реже вязкого) трения, на которые опирается моечный узел своей нижней частью. Основным недостатком таких систем виброзащиты является недостаточная эффективность борьбы с вибрацией во время перехода через резонанс при разгоне и торможении стирального барабана при центробежном отжиме белья, что приводит к необходимости либо значительного увеличения массы моечного узла за счет дополнительных инерционных грузов (противовесов), либо применения дорогостоящих и сложных автобалансировочных устройств.
7
Известен способ управления скоростью отжима стиральной машины, техническим результатом при реализации которого является уменьшение вибрации и шума при работе стиральной машины [Способ управления скоростью отжима стиральной машины: Пат. 2262563 МПК D06F 33/02. Эл джи Электроникс Инк. (KR), Ким Дзоон Boo (KR), Ким Янг Хо (KR), Ким Донг Вон (KR), Мин Биоунг book (KR). Заявка №2004101232/12; Заявл. 14.01.2004; Опубл. 20.10.2005]. Способ управления скоростью отжима стиральной машины включает этапы: установки скорости отжима на основе количества белья, помещенного в стиральную машину, и управления скоростью вращения электродвигателя стиральной машины на основе установленной скорости отжима. Этап управления скоростью вращения электродвигателя включает этапы: изменения количества полюсов электродвигателя стиральной машины и регулировки напряжения, подаваемого на электродвигатель при изменении количества полюсов. Недостатком данного способа является сложность алгоритма управления процессом, а также недостаточное снижение уровня вибрации при отжиме, связанное с прохождением резонанса при разгоне и торможении барабана.
7
Известна стиральная машина и способ ее регулирования, выбранный в качестве прототипа [Стиральная машина и способ ее регулирования. Washing machine and method for controlling the same: Заявка 1568813 ЕПВ, МПК D06F 37/20, D 06 F 35/00. Lg Electronics Inc., Son Kweon, No Yang Hwan, Kang Jung Hoon, Choi Hyo Sik (Hale, Peter et al Kiburn Si Strode 20 Red Lion Street London WC1R 4PJ (GB)). №04257173.7; Заявл. 19.11.2004; Опубл. 31.08.2005; Приор. 27.02.2004, №2004013268 (Республика Корея)]. Указанный способ предполагает регулирование частоты вращения барабана. Согласно этому способу устанавливается вращение барабана с первой частотой, для чего применяется система регулирования, а затем производится детектирование появления или непоявления резонанса при первой частоте вращения барабана. Следующей операцией является изменение частоты вращения барабана в случае детектирования возникновения резонанса. Недостатком данного способа является более длительный период выполнения процесса отжима белья, связанный с необходимостью изменения частоты вращения барабана, а также невозможность исключения процесса преодоления резонанса при разгоне и торможении барабана.
Целью изобретения является снижение уровня вибрации стиральных машин барабанного при разгоне и остановке стирального барабана в период центробежного отжима белья, а также снижение материалоемкости машины путем повышения эффективности работы системы виброизоляции при переходе через резонанс.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
1
1
1
1
2
1
2
2
1
2
3
2
3
2
3
1
2
3
Указанная цель достигается тем, что весь процесс центробежного отжима белья осуществляют за три периода τ, τ и τ, при этом каждый период характеризуется своим значением частоты вращения барабана Ω, Ω и Ω, жесткостью упругих элементов упруго-диссипативной подвески моечного узла машины С, С и С и соответственно собственной частотой колебаний моечного узла машины ω, ω и ω, причем разгон барабана в процессе центробежного отжима белья в первый период времени τ происходит до значения угловой частоты вращения Ω, которое ниже собственной частоты колебаний моечного узла машины ω, определяемой известным соотношением , где m - масса моечного узла, и характеризуемой дорезонансным режимом колебаний моечного узла; при достижении угловой частоты вращения барабана значения Ω<ω жесткость упругих элементов подвески скачкообразно уменьшают до значения С<C таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла во втором периоде τ процесса отжима характеризовалась соотношением , а колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом; при этом разгон барабана продолжают до значения Ω>Ω, которое определяет установившийся процесс отжима белья и установившийся режим колебаний моечного барабана; после окончания данного периода отжима осуществляют торможение барабана, при котором угловую частоту его вращения Ω уменьшают до значения Ω, которое выше собственной частоты колебаний моечного узла машины ω и соответствует дорезонансному колебательному режиму системы; при достижении угловой частоты вращения барабана значения Ω>ω жесткость упругих элементов подвески скачкообразно увеличивают до значения С=С>С таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла в третьем периоде τ процесса отжима характеризовалась соотношением , а колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом; при этом торможение барабана продолжают до полной его остановки.
Приведем пример реализации данного способа преодоления резонанса в стиральной машине барабанного типа.
0
а
ocm
n
1
2
у
1
3
1
На чертеже показана виброграмма колебательного процесса моечного узла стиральной машины в период центробежного отжима белья от момента включения машины в режим отжима τ=τ до момента остановки τ=τ. Сплошной линией на виброграмме показан колебательный процесс моечного узла стиральной машины (линия a-e-c-d-e-f-k-l-m-n), имеющей постоянную жесткость упругих элементов подвески C=const (такой колебательный процесс присущ всем стиральным машинам барабанного типа, в том числе машине, способ снижения уровня колебаний в которой принят за прототип), пунктирно-сплошной линией (линия a-d-e-f-k-n) - виброграмма колебательного процесса моечного узла стиральной машины, имеющей регулируемую жесткость упругих элементов подвески (два дискретных значения жесткости): С, С=С<С, С=С (такой колебательный процесс присущ стиральной машине, в которой реализуется предлагаемый способ преодоления резонанса).
у
2
у
у
0
у
с
2
2
b
d
1
у
-1
-1
-1
Укажем, что для нормального протекания колебательного процесса в установившемся периоде центробежного отжима белья в испытуемой стиральной машине с номинальной загрузкой сухого белья 5 кг установлены упругие элементы подвески с суммарной жесткостью С=С=5500 Н/м. С учетом того, что масса моечного узла машины составляет m=60 кг, значение собственной частоты колебаний системы для этих условий составит  (n=91,5 мин). Если учесть, что частота вращения барабана в период установившегося режима центробежного отжима белья составляет Ω=62,8…125,6 рад/с (n=600…1200 мин), то разгон барабана от Ω=0 до частоты Ω неминуемо будет сопровождаться проходом через резонанс при Ω=ω=9,6 рад/с (n=91,5 мин) (точка с на сплошной линии виброграммы на чертеже). При испытаниях установлено, что нежелательный колебательный процесс, характеризующий прохождение через резонанс, наблюдается на участке в-c-d сплошной линии виброграммы (значения Ω и Ω для точек b и d могут определяться, исходя из начальной постановки задачи, например по допустимому уровню колебаний моечного узла). Для исключения участка в-c-d из колебательного процесса устанавливают в момент включения машины в режим отжима суммарную жесткость упругих элементов подвески С>С, причем жесткость
1
с'
1
1
у
2
С соответствует собственной частоте колебаний системы . При этом виброграмма колебательного процесса моечного узла машины будет определяться пунктирной линией, а резонанс - точкой с', при котором Ω=ω. Тогда колебательный процесс в период разгона барабана в начальный момент будет соответствовать участку a-d-c'-d'-e' пунктирной линии. При достижении уровня колебаний, соответствующему точке d на пунктирной линии виброграммы и левой ветви участка резонансной кривой d-c'-d', суммарную жесткость упругих элементов подвески мгновенно уменьшают от значения С до значения С=С=5500 Н/м.
1
cd
dc'
d
d
cd
d
с
cd
cd
dc'
cd
c'
d
dc'
с'
c'
1
1
1
1
-1
-1
-1
-1
-1
Для определения жесткости С, исходя из положений, приведенных выше, предполагали, что ΔΩ=ΔΩ (см.чертеж). Тогда, если по условию было определено, к примеру, что уровню колебаний в точке d соответствует вынужденная частота Ω=12 рад/с (n=114,6 мин), то ΔΩ=Ω-Ω=12-9,6=2,4 рад/с (Δn=22,9 мин). Откуда ΔΩ=ΔΩ=2,4 рад/с (Δn=22,9 мин) и соответственно Ω=Ω+ΔΩ=12+2,4=14,4 рад/с (n=137,6 мин), а также Ω=ω=14,4 рад/с (n=137,6 мин). Зная значение собственной частоты колебаний системы ω, определили жесткость упругих элементов С, Н/м:
1
1
2
2
С=ω m=14,4×60=12441,6.
1
2
1
1
2
2
-1
-1
При переходе жесткости упругих элементов подвески от значения С=12441,6 Н/м к значению C=5500 Н/м значение собственной частоты колебаний системы соответственно также снизиться от значения ω=14,4 рад/с (n=137,6 мин) до значения ω=9,6 рад/с (n=91,5 мин). При этом уровень колебаний моечного узла в данный момент определялся по-прежнему значением в точке d, но уже на правой ветви резонансного участка b-c-d виброграммы, изображенной сплошной линией на чертеже. Таким образом, из колебательного процесса исключается резонансный участок виброграммы b-c-d в момент разгона барабана.
При дальнейшем разгоне барабана колебательный процесс соответствует участку d-e сплошной линии виброграммы, а при установившемся режиме отжима - участку e-f.
2
3
1
2
2
3
1
3
1
k
d
d
n
-1
-1
-1
При окончании отжима в момент, соответствующий точке f на виброграмме, начинается торможение барабана. При этом, рассуждая аналогично приведенным выше доводам, для преодоления резонансного участка k-l-m в точке k, лежащей на левой ветви резонансного участка k-l-m, изменяют жесткость упругих элементов подвески от значения C=5500 Н/м до значения С=С=12441,6 Н/м, что приводит к увеличению собственной частоты колебаний системы от ω=9,6 рад/с (n=91,5 мин) до ω=ω=14,4 рад/с (n=n=137,6 мин). В результате этого точка k оказывается лежащей на правой ветви резонансного участка k'-l'-k прерывистой линии виброграммы. Следовательно, колебательный процесс при дальнейшем торможении барабана от Ω=Ω=12 рад/с (n=114,6 мин) до Ω=0 соответствует участку k-n прерывистой линии виброграммы.
Таким образом, колебательный процесс моечного узла при отжиме осуществляется по пунктирно-сплошной линии a-d-e-f-k-n виброграммы на чертеже, причем из колебательного процесса исключаются резонансы, отмеченные на виброграмме участками b-c-d, d-c'-d'k'-l'-k и k-l-m.
Σ
Изменение суммарной жесткости упругих элементов подвески C, в качестве которых использовались стальные цилиндрические пружины, осуществлялось путем ввода либо исключения из работы дополнительных пружин, представляющих параллельное соединении в блок упругих элементов [Лебедев, B.C. Расчет и конструирование типовых машин и аппаратов бытового назначения. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 328 с.]
Σ
При последовательном соединении в блок упругих элементов суммарная жесткость упругих элементов подвески C будет определяться по формуле
Включение или исключение из работы отдельных пружин подвески осуществлялось при помощи фиксаторов, усилие которым передавалось от электромагнитных исполнительных устройств.
Σ
В том случае, если в качестве упругих элементов подвески используется воздушно-кордовые управляемые оболочки, то изменение суммарной жесткости упругих элементов подвески С может быть реализовано путем изменения давления воздуха в оболочках.
Таким образом, использование предлагаемого способа преодоления резонанса в стиральной машине барабанного типа позволяет избежать значительных колебаний и динамических нагрузок в период разгона и торможения стирального барабана, уменьшить массу инерционных грузов (противовесов), снизить продолжительность периода отжима, т.к. отсутствует необходимость изменения частоты вращения барабана для более благоприятной раскладки белья, сократить тем самым расход электроэнергии на процесс отжима и повысить надежность стиральной машины в целом.