1.2. Розрахунок споживаної потужності робочим барабаном пральних машин і машин хімічного чищення

У машинах хімічного чищення і в пральних машинах з робочим барабаном момент корисних опорів в режимі миття визначається з умов рівноваги маси виробів і рідини, що надходить всередину рухомого внутрішнього барабана.

При обертанні внутрішнього барабана вироби, що знаходяться в ньому, піднімаються гребенями. Одночасно з підйомом виробів піднімається частина рідини. Маса виробів і рідини в барабані, що обертається, приймає конфігурацію циліндричного сегменту, що відповідає в перерізі контуру кругового сегменту ABD (рис. 1.4, а), дещо зміщеному щодо вертикалі у бік обертання. При обертанні центр тяжіння  займає положення С і знаходиться на відстані  від осі обертання.

Рис. 1.4. Схема навантаження робочого барабана:

а – схема дії навантаження; б – графік використання об’єму барабана.

Величину загального моменту опору обертанню барабана при усталеному русі визначають по формулі:

.                                               (1.5)

де  – сумарний момент від сили тяжіння відповідно маси виробів і частини вільної робочої рідини, що піднімається гребенями і момент від удару виробів об рідину); ,  – момент від сил тертя в опорах і ущільненнях підшипників;  – момент тертя барабана об шар рідини і опору переміщенню кільцевого шару рідини в зазорі між внутрішнім і зовнішнім барабанами).

Моменти  визначають з умов рівноваги маси виробів і рідини, що займає простір циліндричного сегменту ABD, дещо зміщеного щодо вертикалі у бік обертання на кут .

Тоді                                                                      (1.6)

де а – відстань від центру тяжіння сегменту до осі О (величина а залежить від коефіцієнта використання об’єму барабана); Р – сила тяжіння циліндричного сегменту.

                     (1.7)

де  – об’єми відповідно сегменту і барабана;  – площі сегменту і барабана;  і – довжина і радіус барабана;  – центральний кут сегменту.

Графік функції  показаний на рис. 1.4,б. Користуючись цим графіком, можна легко знайти значення центрального кута сегменту  для заданого значення .

Величина а, як відстань від осі барабана до центра маси сегмента, який утворений завантаженням, може бути знайдена з геометричних співвідношень:

,    якщо .

      якщо

Величина кута  залежить від ступеня заповнення барабана, розмірів виробів, особливостей технологічного процесу і визначається поворотом барабана на кут, при якому вироби, відриваючись від його обичайки, падають. Відрив виробів можливий при певному співвідношенні сили тяжіння і відцентрової сили, що визначається робочою частотою обертання барабана.

Спостереженнями встановлено, що b 60⁰, що й приймається в розрахунках.

Момент  оцінюється коефіцієнтом удару (динамічності)  у величині моменту , тоді:

.                                           (1.8)

Момент тертя в опорах барабана визначають по формулі:

де  – геометрична сума сил від маси барабана, рідини, виробів і напруження пасів;  – коефіцієнт тертя в підшипниках (для кулькових підшипників приймається 0,001–0,004);  – радіус цапфи валу.

Момент на подолання опору в ущільненнях розраховують по формулі:

де  – сила тертя сальникових ущільнень (– сила тертя, віднесена до одиниці робочої поверхні набивання,  –довжина сальникового ущільнення);  – радіус валу під сальниковим ущільненням; z – кількість сальників.

Момент  складе

                                  (1.9)

де  і  – сумарні моменти тертя в підшипниках і ущільненнях.

Момент  може бути визначений експериментальним шляхом:

,

де (–усталена кутова швидкість обертання барабана;  – густина рідини;  – рідинний модуль ванни.

Часто момент  в розрахунках не враховують.

Механічні характеристики електродвигуна і барабана показують, що при розгоні електродвигуна і барабана від  до  у величині рушійного моменту  значну частину займає динамічний момент .

За експериментальними даними відомо, що більшу частину часу розгону машина працює при рівнозмінному русі або близькому до нього, тому можна вважати:

Пускова потужність електродвигуна (кВт) визначиться з рівняння:

                               (1.10)

де  – усталена (стала) кутова швидкість електродвигуна, що відповідає номінальній частоті;  – приведені до валу електродвигуна відповідно момент опору і момент інерції мас;  – час розгону електродвигуна.

Приведений момент І включає момент інерції барабана, сегменту, заповненого масою , і ротора електродвигуна. Час  рівний:

                                            (1.11)

де  – динамічний момент при розгоні електродвигуна.

Враховуючи, що розгін здійснюється при  і що в кінці розгону , остаточно отримуємо:

                                            (1.12)

Вважають, що при реверсивному обертанні барабана потужність електродвигуна, вибрану по середній пусковій потужності, необхідно збільшити орієнтовно на 30–50%.

Потужність, що споживається робочим барабаном в режимі відцентрового віджимання, визначають з врахуванням періоду розгону. У даний період потужність найбільша, оскільки сюди входять витрати на подолання інерції спокою мас внутрішнього барабана і мокрих виробів з рідиною, а також, опори тертя елементів внутрішнього барабана, що обертаються.

В період сталого обертання потужність витрачається на подолання опорів тертя в опорах робочого барабана і його обичайки об повітря.

Потужність, потрібну для розгону робочого барабана при віджиманні, визначають по формулі:

                                         (1.13)

де  – потужність, що витрачається на подолання інерції маси внутрішнього барабана;  – потужність, що витрачається на подолання інерції маси вологих виробів;  – частина потужності при усталеному обертанні барабана (враховує зміну кутовій швидкості при розгоні від  до усталеної ).

Потужність  (кВт) рівна:

де  – крутний момент, потрібний для розгону барабана.

Момент  визначають по формулі, вважаючи, що

де  – момент інерції маси барабана;  – кутове прискорення, рівне ,  – час розгону внутрішнього барабана).

Потужність  (кВт) визначають по формулі:

де  – крутний момент для розгону завантаження (–середнє значення моменту інерції маси завантаження,  – значення моменту інерції на початку розгону завантаження).

Потужність  (кВт) рівна:

                           (1.14)

де  (і  – максимальні крутні моменти від сил тертя в опорах А і В, викликані неврівноваженою силою, унаслідок нерівномірної розкладки виробів;  – крутний момент викликаний тертям барабана об повітря. Моменти  і  рівні , де  – реакції в опорах А і В від неврівноваженої відцентрової сили; f – коефіцієнт тертя підшипників:  – діаметри півосі в підшипниках.

Момент  визначають за формулою , де  потужність, що витрачається на тертя об повітря).

Надмірну неврівноважену відцентрову силу  визначають по формулі

                                              (1.15)

де  – маса мокрих виробів до моменту сталого обертання барану; е – ексцентриситет розкладки виробів.

Особливості розрахунку потужності приводу активаторних пральних машин. В пральних побутових машинах активаторного типу інтенсивна циркуляція вмісту бака створюється за рахунок відносно великої частоти обертання активатора (500–800 об/хв). При цьому виникають основний та вторинний потоки рідини. Основний – у площині обертання активатора, вторинний – від осі обертання активатора до стінки бака, в результаті чого в зоні активатора створюється понижений тиск і, як наслідок, – циркуляція миючого розчину.

Для підсилення циркуляції використовують баки з похилим днищем.

Робоче навантаження обумовлене подоланням опорів при перемішуванні білизни і прального розчину та при терті білизни по стінках бака.

Потужність, необхідна для обертання активатора в усталеному русі, дорівнює:

                                            (1.16)

де z – коефіцієнт опору середовища, що знаходять експериментально;  – площа, на яку діє сила опору (z – кількість лопатей, h, r – відповідно, висота та радіус лопаті).

Пускова потужність визначається за формулою:

                                        (1.17)