СПОСОБ ПРЕОДОЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА В СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЕ БАРАБАННОГО ТИПА Российский патент 2009 года по МПК D06F37/20 

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.

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 МПК⁷ 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.

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, МПК⁷ 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.

Указанная цель достигается тем, что весь процесс центробежного отжима белья осуществляют за три периода τ₁, τ₂ и τ₃, при этом каждый период характеризуется своим значением частоты вращения барабана Ω₁, Ω₂ и Ω₃, жесткостью упругих элементов упруго-диссипативной подвески моечного узла машины С₁, С₂ и С₃ и соответственно собственной частотой колебаний моечного узла машины ω₁, ω₂ и ω₃, причем разгон барабана в процессе центробежного отжима белья в первый период времени τ₁ происходит до значения угловой частоты вращения Ω₁, которое ниже собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₁, определяемой известным соотношением , где m - масса моечного узла, и характеризуемой дорезонансным режимом колебаний моечного узла; при достижении угловой частоты вращения барабана значения Ω₁<ω₁ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно уменьшают до значения С₂<C₁ таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла во втором периоде τ₂ процесса отжима характеризовалась соотношением , а колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом; при этом разгон барабана продолжают до значения Ω₂>Ω₁, 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 Ω₂ уменьшают до значения Ω₃, которое выше собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₂ и соответствует дорезонансному колебательному режиму системы; при достижении угловой частоты вращения барабана значения Ω₃>ω₂ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно увеличивают до значения С₃=С₁>С₂ таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла в третьем периоде τ₃ 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.

На чертеже показана виброграмма колебательного процесса моечного узла стиральной машины в период центробежного отжима белья от момента включения машины в режим отжима τ₀=τ_а до момента остановки τ_ocm=τ_n. 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): С₁, С₂=С_у<С₁, С₃=С₁ (такой колебательный процесс присущ стиральной машине, в которой реализуется предлагаемый способ преодоления резонанса).

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_у=С₂=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^-1). Если учесть, что частота вращения барабана в период установившегося режима центробежного отжима белья составляет Ω_у=62,8…125,6 рад/с (n_у=600…1200 мин^-1), то разгон барабана от Ω₀=0 до частоты Ω_у неминуемо будет сопровождаться проходом через резонанс при Ω_с=ω₂=9,6 рад/с (n₂=91,5 мин^-1) (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_b и Ω_d 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 С₁>С_у, причем жесткость

С₁ соответствует собственной частоте колебаний системы . При этом виброграмма колебательного процесса моечного узла машины будет определяться пунктирной линией, а резонанс - точкой с', при котором Ω_с'=ω₁. 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 С₁ до значения С_у=С₂=5500 Н/м.

Для определения жесткости С₁, исходя из положений, приведенных выше, предполагали, что ΔΩ_cd=ΔΩ_dc' (см.чертеж). Тогда, если по условию было определено, к примеру, что уровню колебаний в точке d соответствует вынужденная частота Ω_d=12 рад/с (n_d=114,6 мин^-1), то ΔΩ_cd=Ω_d-Ω_с=12-9,6=2,4 рад/с (Δn_cd=22,9 мин^-1). Откуда ΔΩ_cd=ΔΩ_dc'=2,4 рад/с (Δn_cd=22,9 мин^-1) и соответственно Ω_c'=Ω_d+ΔΩ_dc'=12+2,4=14,4 рад/с (n_с'=137,6 мин^-1), а также Ω_c'=ω₁=14,4 рад/с (n₁=137,6 мин^-1). Зная значение собственной частоты колебаний системы ω₁, определили жесткость упругих элементов С₁, Н/м:

С₁=ω₁ ²m=14,4²×60=12441,6.

При переходе жесткости упругих элементов подвески от значения С₁=12441,6 Н/м к значению C₂=5500 Н/м значение собственной частоты колебаний системы соответственно также снизиться от значения ω₁=14,4 рад/с (n₁=137,6 мин^-1) до значения ω₂=9,6 рад/с (n₂=91,5 мин^-1). 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.

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 C₂=5500 Н/м до значения С₃=С₁=12441,6 Н/м, что приводит к увеличению собственной частоты колебаний системы от ω₂=9,6 рад/с (n₂=91,5 мин^-1) до ω₃=ω₁=14,4 рад/с (n₃=n₁=137,6 мин^-1). 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_k=Ω_d=12 рад/с (n_d=114,6 мин^-1) до Ω_n=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.

Изменение суммарной жесткости упругих элементов подвески C_Σ, 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.]

При последовательном соединении в блок упругих элементов суммарная жесткость упругих элементов подвески C_Σ будет определяться по формуле

Включение или исключение из работы отдельных пружин подвески осуществлялось при помощи фиксаторов, усилие которым передавалось от электромагнитных исполнительных устройств.

В том случае, если в качестве упругих элементов подвески используется воздушно-кордовые управляемые оболочки, то изменение суммарной жесткости упругих элементов подвески С_Σ 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.

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. Способ предполагает регулирование собственной частоты колебаний системы. Процесс центробежного отжима белья осуществляют за три периода τ₁, τ₂ и τ₃. Каждый период характеризуется своим значением частоты вращения барабана Ω₁, Ω₂ и Ω₃, жесткостью упругих элементов подвески моечного узла машины С₁, С₂ и С₃ и соответственно собственной частотой колебаний моечного узла машины ω₁, ω₂ и ω₃. Разгон барабана в процессе центробежного отжима белья в первый период времени τ₁ происходит до значения угловой частоты вращения Ω₁, которое ниже собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₁, характеризуемой дорезонансным режимом колебаний моечного узла. При достижении угловой частоты вращения барабана значения

Ω₁<ω₁ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно уменьшают до значения C₂<C₁ таким образом, чтобы колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом. Разгон барабана продолжают до значения Ω₂>Ω₁, которое определяет установившийся процесс отжима белья и установившийся режим колебаний моечного барабана. Далее осуществляют торможение барабана, при котором угловую частоту его вращения Ω₂ уменьшают до значения Ω₃, которое выше собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₂ и соответствует дорезонансному колебательному режиму системы. При достижении угловой частоты вращения барабана значения Ω₃>ω₂ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно увеличивают до значения C₃=C₁>C₂ таким образом, чтобы колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом, после которого торможение барабана продолжают до полной его остановки. 1 ил.

Способ преодоления резонанса в стиральной машине барабанного типа, предполагающий регулирование собственной частоты колебаний системы, отличающийся тем, что процесс центробежного отжима белья осуществляют за три периода τ₁, τ₂ и τ₃, при этом каждый период характеризуется своим значением частоты вращения барабана Ω₁, Ω₂ и Ω₃, жесткостью упругих элементов упругодиссипативной подвески моечного узла машины C₁, С₂ и С₃ и соответственно собственной частотой колебаний моечного узла машины ω₁, ω₂ и ω₃, а разгон барабана в процессе центробежного отжима белья в первый период времени τ₁ происходит до значения угловой частоты вращения Ω₁, которое ниже собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₁, определяемой соотношением , где m - масса моечного узла, и характеризуемой дорезонансным режимом колебаний моечного узла, причем при достижении угловой частотой вращения барабана значения Ω₁<ω₁ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно уменьшают до значения C₂<C₁ таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла во втором периоде τ₂ процесса отжима характеризовалась соотношением , а колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом, при этом разгон барабана продолжают до значения Ω₂>Ω₁, которое определяет установившийся процесс отжима белья и установившийся режим колебаний моечного барабана, после окончания которого осуществляют торможение барабана, при котором угловую частоту его вращения Ω₂ уменьшают до значения Ω₃, которое выше собственной частоты колебаний моечного узла машины ω₂ и соответствует дорезонансному колебательному режиму системы, причем при достижении угловой частотой вращения барабана значения Ω₃>ω₂ жесткость упругих элементов подвески скачкообразно увеличивают до значения С₃=С₁>С₂ таким образом, чтобы собственная частота колебаний моечного узла в третьем периоде τ₃ процесса отжима характеризовалась соотношением , а колебания моечного узла характеризовались послерезонансным режимом, после которого торможение барабана продолжают до полной его остановки.