Бытовые машины для обработки белья
7. Расчет мощности привода активатора стиральной машины
В общем случае диск активатора с ребрами при перелопачивании стирального раствора с бельем выполняют работу, связанную со следующими основными факторами: преодоление сопротивления сил инерции перемещаемых масс жидкости и обрабатываемого белья; преодоление сил трения перемещаемых масс жидкости и обраба-тываемого белья. Определение сопротивлений в процессе стирки, т.е. при перелопачивании белья, необходимо вести в два этапа: определение сопротивлений с учетом перемещения массы стирального раствора; определение сопротивлений с учетом перемещения масс белья.
Определим зависимости сопротивлений при движении лопасти в жидкой среде и расход мощности на создание кинетической энергии перемещаемой жидкости без учета масс белья.
Рассмотрим простейшее движение лопасти - поступательное, при котором все точки ее поверхности имеют одинаковую скорость движения л (рис 12а).
Сила сопротивления среды (сила действующая на лопасть диска активатора) Р:
, (30)
где kр. ж - коэффициент, учитывающий массу реальной жидкости, обладающей вязкостью, в результате которой увеличивается объем перемещаемой жидкости;
ж - плотность жидкости; Sл - площадь лопасти;
= - коэффициент лобового сопротивления среды (определяется опытным путем). Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления среды
N = Sл л3. (31)
Это уравнение относится к движению лопасти в неподвижной жидкости. Если же жидкость сама по себе находится в движении, то сила сопротивления среды
P= Sл (л+0) 2, (32)
где 0 - скорость движения жидкости (знак "плюс" - при противотоке, знак "минус" - при прямотоке). При движении наклонно поставленной лопасти в неподвижной жидкости (рис.12б) сопротивление среды будет:
P= SлY л2 = (h sin+cos) bл2, (33)
где - площадь проекции лопасти на вертикальную плоскость; - толщина лопасти; b - ширина лопасти.
а) б)
Рис.12. Схемы рабочих лопастей с поступательным движением:
а) прямо установленная лопасть; б) наклонно установленная лопасть
Рассмотрим вращательное движение лопасти, при котором ее окружная скорость изменяется по линейному закону (рис.13).
Сила сопротивления среды (сила, действующая на лопасть диска активатора длиной R) Р:
. (34)
Следовательно, при вращательном движении сопротивление среды в три раза меньше, чем при поступательном.
Мощность, затрачиваемая при этом на преодоление сопротивления среды:
. (35)
а) б)
Рис.13. Схемы рабочих лопастей с вращательным движением:
а) лопасть, примыкающая к оси вращения;
б) лопасть, отстоящая от оси вращения
Следовательно, при вращательном движении мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления среды, в четыре раза меньше, чем при поступательном. При вращательном движении лопасти длиной R, отстоящей от оси вращения на расстоянии R1 (рис.13б) сила сопротивления среды Р:
. (36)
Уравнение мощности такой лопасти:
. (37)
При поступательном движении лопасти в жидкости мощность, расходуемая на преодоление сопротивления трению одной боковой поверхности лопасти, определяется следующим уравнением:
N=Fтрl =тр Sтр l3. (38)
где тр - коэффициент сопротивления трению (определяется опытным путем); Sтр - площадь трения; l = l - линейная скорость лопасти диска; - угловая скорость вращения диска активатора с лопастью.
При вращательном движении лопасти сопротивление трения будет иметь место на двух боковых горизонтальных поверхностях и на одной вертикальной (торцовой) плоскости. Мощность, затрачиваемая на преодоление полного сопротивления трению N:
. (39)
При вращательном движении вертикальной плоскости лопасти длиной R-R1, шириной lо и высотой h мощность, затрачиваемая на преодоление полного сопротивления трению четырех боковых поверхностей (двух горизонтальных и двух вертикальных), выражается уравнением:
. (40)
Таким образом, задаваясь конструктивными и режимными параметрами активатора, определяют сопротивление и мощность, затрачиваемую на вращение диска активатора. Анализируя полученные данные, производят выбор исходных параметров и мощности привода активатора, обеспечивающих рациональное соотношение между ними.