Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет

«Харківський політехнічний інститут»

Кафедра «Електричні апарати»

Учбова дисципліна

«Конструювання електропобутової техніки»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з проведення практичних занять

Укладач

доц. Пантелят М.Г.

Харків 2016

Зміст

Вступ……………………………………………………………………….

1.Теоретичні відомості …………………………………………………..

1.1 Класифікація пральних машин………………………………..

1.2 Типи робочих органів пральних машин (миючий барабан)..

1.3 Місткість мийного барабану пральної машини………………

2. Завдання………………………………………………………………….

3. Порядок виконання розрахунків………………………………………

4. Приклад розрахунку параметрів робочого барабану пральної

машини………………………………………………………………………

Література………………………………………………………………….

Вступ

У цей час на березі в холодній воді ріки або озера жінки терли тканину об

гладильну дошку або били білизною по містках. А для більшої ефективності

процесу прання використовували як абразив річковий пісок. Ручне прання

білизни за всіх часів було одним з найважчих видів домашніх робіт.

Кілька століть назад мореплавці використовували для прання білизни рух

свого корабля від води. Для цього білизну прив'язували до мотузки й кидали за

борт судна, де пінний струмінь змивав із тканини весь бруд. Таким чином, була

відкрита перша зі складових будь-якого прання – механічний вплив на тканину.

Що стосується іншої складової – хімічної, то її люди відкрили вже давно.

Ще в прадавньому Римі в якості мила використовувалися зола й жир,

принесених у жертву богам тварин. Залишки такого прадавнього мила не раз

були знайдені при археологічних розкопках. Невідомо хто й коли помітив (але

помітив же), що підвищення температури води кип'ятіння допомагає відпирати

дуже сильні забруднення. Це і є третя складова прання – теплова.

Так багаторічним шляхом людина й прийшла до ідеї одночасної

комбінації трьох видів впливу на тканину, необхідних для ефективного

відпирання забруднень – механічному, хімічному й тепловому.

Різні джерела розходяться у вказівці імені першого винахідника пральної

машини, але спроби механізувати процес прання відбувалися в різних країнах, а

перших результатів удалося досягти в другій половині XIX – початку XX

століття.

Перша механічна пральна машина

В 1851 році американець Джеймс Кинг запатентував першу пральну

машину з обертовим барабаном. До 1857 року було зареєстровано вже 2000

патентів на пристрої для прання, але далеко не всі ці ідеї були життєздатні й

одержали розвиток.

За деяким даними першу пральну машину, у якій білизна зазнала

комбінованого впливу пари й струменя води, винайшов американець Дэйвид

Паркер. Однак першим кроком на шляху, по якому у Європі згодом рушила

механізація прання, став винахід ручної пральної машини, що представляє

собою, установлену на опорах дерев'яну діжку з мішалкою, яка приводилася в

обертання за допомогою рукоятки. Успіх прання залежав в основному від того,

як швидко обертали рукоятку. Машина носила відповідну назву – «Метеор».

Праобразом для такої пральної машини змогла послужити маслоробка, а

першим хто переробив маслоробку в пральну машину, був Карл Милі, і

відбулося це в Німеччині в 1900 році.

Пральна машина з електродвигуном

Внаслідок цього виникла змога позбутися ручної праці, приєднавши

барабан до електродвигуна за допомогою редуктора. Винахід першої

електричної машини належить американцеві Алва Фишеру в 1906 році.

В 1920 році вже близько 1300 різних фірм випускали пральні машини

різних видів. Серед цих пральних машин були апарати із приводом від

бензинового двигуна або з підігрівом води в баку газовим пальником.

Приблизно в 1920 - 1925 році з'явилися перші побутові пральні машини,

які по зовнішньому вигляду вже скоріше нагадували меблі, а не промисловий

агрегат. Машини встановлювалися в пральному гаражі або прямо в кухні або у

ванній в безпосередній близькості від крана з водою й каналізації. Основним

елементом такої машини був циліндричний резервуар, розташований на

вертикальній осі, що й закривається кришкою. Вода приводилася в рух однією

або декількома лопатами, що обертаються в протилежному напрямку, які

працювали від електродвигуна. За допомогою електроенергії здійснювалося й

нагрівання води. Такі пральні машини одержали назву, яку ми використовуємо

дотепер - машини активаторного типу.

Якщо для обертання лопат застосовували невеликий гвинт із безліччю

лопат, який направляв потік води, то такі машини називали турбінними .

Розмежування між барабанними й авктиваторними машинами, що відбулося на

зорі їх розвитку, зберігається й донині. На американському континенті й

сьогодні віддають перевагу машинам активаторного типу, а в Європі

барабанного.

Пральна машина з віджимом через валики

Пральна електрична машина з віджимом

У перших пральних машинах віджим білизни здійснювався через валики.

Винайдені ще в 1861 році, вони на півтора сторіччя стали невід'ємним

атрибутом пральної машини. Думаю, що всі знають пристрій із двох валиків,

що обертаються в протилежному напрямку, що й приводяться в рух вручну або

за допомогою невеликого електродвигуна.

Після цього для більш ретельного віджиму стали застосовувати

відцентрову силу. Білизна завантажувалася й барабан з отворами в стінках і

обертав з високою швидкістю. При цьому волога вижималася із тканини й

збиралася в спеціальний резервуар машини, звідки й зливалася згодом вручну.

Такі машини мали два вертикально розташовані барабани – один

призначав для прання, інший ( його називали центрифугою) - для віджиму. У

Росії вони випускаються й продаються донині («Сибір», « Evgo », « Elenberg »).

В 1930 році в машинах з'являються механічні таймери й зливальні насоси

з електричним мором.

В 1949 році створений перший програмний пристрій для пральної

машини (програми набиваються на перфокартах). Випущена перша в США

автоматична пральна машина.

В1951 році перша автоматична пральна машина випущена в Європі.

В 1978 році створена пральна машина із системою керування на основі

мікропроцесора.

У середині 1990-х рр. розроблені пральні машини, що працюють на

принципі Fussy Logic, що й дозволяють реалізовувати величезну кількість

функцій.

Початок XXI в. пральні машини вже почали вбудовуватися у квартирну

мережу побутових приладів «інтелектуального будинку» з можливістю доступу

в Інтернет.

1. Теоретичні відомості.

1.1 Класифікація пральних машин

Всі побутові пральні машини класифікуються за наступними критеріями.

По - перше, це спосіб активації миючого засобу. Цей критерій ділиться на

своєрідні підгрупи - з обертовими робочими органами, вібраційні або з

направленим потоком рідини або ж повітря. Отже, якщо розбиратися в цих

підгрупах, то варто відзначити те, що до підгрупи з обертовими робочими

органами відносять машини з дисковими активаторами (або бічними, або

донними), з лопатевими мішалками, барабанні, які досить немудрі у

використанні і коштують недорого.

Якщо у вас пральна машина з дисковими активаторами, то миючий

розчин приходить в дію за допомогою диска, що обертається. Одна з площин

має спеціальні ребра, які регулюють ступінь активації. Розташування диска в

баку може бути різним - збоку або ж на дні. Лопатева мішалка працює так, що

рухи її можна назвати зворотно - поворотними щодо вертикальної осі. Іноді з

режиму зворотно - поворотних рухів лопаті переходять в режим зворотно -

поступальних рухів або комбінують обидва режими.

Що стосується пральних барабанних машинок, то процес прання

відбувається в перфорованому барабані, ребра якого знаходяться на його

внутрішній поверхні, щоб білизна краще перемішувалося. В пральну машину,

де бак встановлений горизонтально, поміщають білизна. Після цього білизну

заливають водою, контролюючи, щоб рівень води був не надто високим. Під

впливом відцентрових сил, які утворюються при процесі прання, білизна почне

притискатися до внутрішньої стінки барабана, піднімаючись вгору. Процес

тертя повністю автоматизований і контролюється. Білизна знаходиться під

тиском до тих пір, поки момент, створюваний масою білизни, стає більше

моменту тертя, яке створює ця маса білизни. Після цього вся маса падає назад в

мильний розчин. Така процедура може повторюватися кілька разів, відповідно

до обраного режиму прання. Також залежно від режиму прання підбирається і

частота обертання барабана, але найкращою вважається 45 - 60 оборотів в

хвилину.

Щоб під час процесу прання білизна не скручувалось, барабаном

створюється переривчасто - реверсивні обертальні рухи. Це відбувається в

такий послідовності-спочатку йде обертання за годинниковою стрілкою, потім

пауза, після обертання починається проти годинникової стрілки. Частота

повторень подібних рухів задається обраним для прання режимом, в залежності

від білизни, яке потрібно прати. Але, традиційно, така схема вкладається в

наступні секунди - 11-4-11; 4-11-4; 12-3-12; 3-12-3. Варто відзначити, що чим

довше обертається барабан, тим сильніше інтенсивність процесу прання.

Наступний критерій - критерій по можливості нагріву миючого розчину.

По цьому пункту пральні машини також діляться на підгрупи. Нескладно

здогадатися, що це такі підгрупи - без нагріву, з повним нагрівом і з

додатковим нагріванням.

Пральні машинки, де відсутня нагрів, зазвичай використовуються для

роботи від магістралі і з гарячою, і з холодною водою. Змішуючи в потрібних

пропорціях гарячу і холодну воду, отримують належну температуру миючого

розчину. Саме тому за даних моделях пральних машин нагрівач для миючого

кошти не дуже - то потрібен.

Моделі пральних машин з повним нагрівом мають при собі вже вбудовані

нагрівальні елементи, які володіють достатньою потужністю для того, щоб

нагріти холодну воду до необхідної температури. Пральні машинки з повним

нагріванням можуть працювати не тільки від магістралі з холодною і гарячою

водою, а й від магістралі, яка включає в себе тільки холодну воду. Це може

бути досить актуально на дачах, власних будинках або навіть у звичайних

квартирах в період відключення гарячої води.

Пральні машинки з додатковим нагріванням будуть потрібні вам, якщо

температура гарячої води, що надходить від магістралі, де присутня і гаряча, і

холодна вода, чи не досить висока для того, щоб отримати необхідну

температуру для миючого засобу. Як ви вже здогадалися, моделі пральних

машин подібного типу мають дуже потужний нагрівальний елемент, що

дозволяє також підтримувати температуру мильного розчину при

безпосередньому процесі прання білизни.

Наступним основним критерієм за класифікацією є розходження по числу

баків. Тут ми маємо на увазі, звичайно ж, баки, де відбувається прання та

віджим білизни. Як відомо, існують одно бакові пральні машинки та двух

бакові відповідно. У пральних машинках, які мають два бака, ці баки

розташовані в загальному корпусі. Логічно, що один з них займається пранням

білизни, інший же відповідає за віджим цього ж білизни. Своєрідний мінус

таких пральних машин полягає в тому, що перенесення білизни з одного бака в

інший здійснюється вручну. У пральних машинках з одним баком такого немає,

тому що всі процеси відбуваються в один і тому ж баку.

Далі за класифікацією - ступінь механізації і автоматизації процесу

прання. За цією ознакою пральні машини діляться на наступні чотири підгрупи.

Малогабаритні (СМ), пристрій з ручним віджиманням (СМР), напівавтоматичні

(СМП) і автоматичні (СМА). У малогабаритних пральних машин відсутній

пристрій для віджиму білизни. Ці машини можуть лише здійснювати процеси

прання і полоскання допомогою механізмів. Пральні машинки типу з

пристроєм ручного віджиму мають віджим ручного приводу. Напівавтоматичні

пральні машини приводять механізм віджиму за допомогою електродвигуна. В

автоматичних пральних машинах же всі процеси, пов'язані з пранням білизни,

повністю автоматизовані і механізовані. Всі необхідні операції виконуються в

певному порядку, який задається вибраної для того чи іншого типу білизни

програмою.

Якщо розглядати пральні машинки по відношенню до участі людини в

процесі прання, то при наявності пральної машинки класу напівавтомат, вам

доведеться безпосередньо брати участь в процесі прання. У ваші обов'язки

входить заповнення бака водою і безпосередній спуск брудної води з пральної

машинки. Якщо мова йде про тип пральної машини автомат, що від вас

вимагається лише завантажити білизну і миючий засіб (пральний порошок,

кондиціонер та інше), а так же вивантажити білизну безпосередньо після

закінчення процесу прання. Решта процеси, такі як заповнення бака пральної

машинки водою, віджим, полоскання виконуються машиною автоматично

залежно від обраної вами програмою.

Що стосується розмежування пральних машинок по типу завантаження

білизни, то вони різняться за розташуванням бака, тобто пральні машинки з

фронтальним і горизонтальної завантаженням білизни. Пральні машини з

фронтальним завантаженням білизни мають бак, розташований горизонтально.

До відмітних особливостей цієї пральної зі знаком плюс можна віднести

місткість барабана, можливість вибрати моделі, що мають невелику глибину і

ширину, також можливість вбудовувати пральну машину під стільниці, а також

наявність вільного простору верхньої панелі пральної машини, яке можна

використовувати, поставивши на нього що-небудь.

В пральні машини з вертикальним завантаженням білизна поміщається в

люк, який знаходиться нагорі машинки. До достоїнств цього типу пральних

машин відноситься компактність, що важливо в невеликих квартирах, місця для

відкриття люка не потрібно зовсім, так як проводиться наверх. Вам не

доводиться нахилятися для того, щоб завантажити або вийняти білизна, це дуже

зручно для немолодих людей, наприклад, а панель управління пральною

машинкою знаходиться на кришці машини, що робить її недоступною для дітей

і тому безпечною.

Відразу виникає логічне запитання - яка ж пральна машина краще - з

фронтальним або ж з вертикальним завантаженням. Розглядаючи пральні

машини з вертикальним завантаженням, можна відзначити, що білизна

завантажується зверху, а не спереду, як в пральних машинках з фронтальним

завантаженням. Ні конкретної відповіді, яка ж з машинок краще, адже принцип

прання всюди однаковий.

Пральні машини з фронтальним та горизонтальним завантаженням

Часто вибір пральної машинки обумовлений її майбутнім розташуванням

- куди збираєтеся ставити пральну машину ви? Якщо ви підшукуєте щось для

ванної кімнати, то вам зручніше буде придбати пральну машину з

вертикальним завантаженням, а якщо ваше бажання встановити машинку на

кухні - фронтальна машина це те, що вам потрібно. Але все також залежить від

розмірів кімнати і інших габаритів.

Пральні машини діляться на певні класи. Перший клас - це показник

якості прання. Якщо зазначений клас А; В, то це означає, що якість прання

найвище. Далі все йде на спадання. Клас C; D; E говорять про те, що якість

прання буде середнього рівня. Класи F і G є найнижчими, тому і результати

можуть вас більш ніж розчарувати. Також пральні машини розрізняються за

якістю віджимання. Нескладно здогадатися, що класи А і В є кращими

показниками якості віджиму, позначення C; D; E сповіщають про досить

посередньому результаті віджиму, і, як і в минулій класифікації, класи F і G є

позначенням найнижчого показника віджиму. І остання класифікація - розподіл

по енергоекономічності. Самий мінімальний витрата енергії у класу А. У класів

з позначенням В і С також досить економічний витрата енергії. Клас D позначає

середня витрата, що, в принципі, теж прийнятно. Звертайте увагу, що клас E

оповіщає вас про те, що витрата електроенергії пральної машини вже високий,

ну, а кажучи про класи F і G, пам'ятайте, що вони розшифровуються як самі

невигідні по витраті енергії пральні машини.

1.2 Типи робочих органів пральних машин (миючий барабан).

Найбільш розповсюдженими типами робочих органів пральних машин є

миючий барабани, мішалки та активатори.

Застосування певного типу робочого органу пов’язано з потрібною

ступеню дії його на обробляючий матеріал, обробленою масою виробів, з

можливістю суміщення декількох технологічних операцій (мийка, сушка,

віджим) та процесів механічного і гідромеханічного впливу на вироби, з

міцністю та особливостями виготовлення робочого органу та з іншими

факторами.

Особливим робочим органом виробничих та побутових пральних машин,

а також машин хімічної чистки є циліндричний барабан, який обертається в

резервуарі з робочою рідиною.

Внутрішній барабан є порожнім циліндром, виготовленим з листової

нержавіючої сталі. Бічна поверхня (обичайка) перфорована для можливості

надходження рідини. На внутрішній бічній поверхні циліндра розташовані, на

однаковій відстані один від одного, гребені (зазвичай, три гребеня, що

призначені для підняття та перегортання виробів під час обертання циліндру. З

одного торця барабану він має отвір для завантаження виробів з іншого торця –

днище, на якому закріплена піввісь. Піввісь встромлена в опору зовнішнього

барабана).

Зовнішній барабан є резервуаром для робочої рідини та кожухом для

внутрішнього барабану. Він має завантажувальний люк, кришка якого під час

роботи геометрично захищена.

Кришка оснащена оглядовим вікном. Обертових рух півосі від приводу

здійснюється за допомогою клинопасової передачі. В ніжній частині

зовнішнього барабану змонтований пристрій для нагрівання робочої рідини,

якій складається з корпусу, в якому розміщений електричний нагрівач і датчик-

реле температури.

Крім описаної конструкції барабану пральної машини з бічним

завантаженням (рис. 1), існують конструкції пральних машин з вертикальним

завантаженням (рис. 2), в яких вироби завантажуються через люк, який

розташований на обичайці барабану.

При обертанні барабану вироби, що містяться в середині нього,

захоплюються гребнями, піднімаються і падають в рідину, омиваючись нею.

Під час такого періодичного руху виробів, механічного впливу на

вироби, досягається необхідний ефект обробки.

Для перешкоджання скручуванню виробів, барабан здійснює

переривчасте – резервний рух.

Побутові пральні машини старого зразка мають робочим органом

активатор, який являє собою диск з ребрами. За допомогою цього активатору,

розміщеного в баку пральної машини, робочій рідині надається рух.

Існують також пральні машини з мішалкою, які складаються з

зовнішнього баку, в якому встановлений пральний бак – центрифуга і лопатна

мішалка. Прання в такій машині здійснюється обертанням мішалки, при цьому

бак – центрифуга швидко обертається і під дією відцентрової сили білизна

видушується. Мішалка при цьому не працює. Для запобігання скручування

білизни, мішалка має зворотно - обертальний рух.

Рис. 1. Барабан пральної машини з бічним (фронтальним) завантаженням

Рис. 2. Барабан пральної машини з вертикальним завантаженням

1.3 Місткість мийного барабану пральної машини

Місткість мийного барабану Vб розраховується через завантажувальну

масу білизни та питому місткість виробів:

(1)

де Dб та Lб – відповідно діаметр та довжина барабану; mз –

завантажувальна маса виробів; vn – питома місткість виробів в сухому вигляді

(для пральних машин барабанного типу vn = 35 дм3/кг); k1 – коефіцієнт, що

враховує об’єм, що займають гребені та інші частини всередині барабану (k1 =

1,05 – 1,06).

Практикою експлуатації визначено оптимальне співвідношення Lб / Dб.

Для барабанів, що завантажуються з торця Lб / Dб = 0,8; для барабанів, що

завантажуються через люк в обичайці барабана, співвідношення Lб / Dб = 1,0.

Перфорація внутрішнього барабану знижує його міцність і жорсткість. Зазвичай

цей відсоток складає 25-30% від загальної площі поверхні барабану.

Висоту гребенів h приймають рівною 0,12-0,15 Dб.

Частота обертання внутрішнього барабану впливає не тільки на якість

обробки виробів, але і на продуктивність машини. Чим більшу кількість обертів

робить внутрішній барабан, тим більша частота обертів одягу в одиницю часу і,

відповідно, тим швидше відбувається процес прання.

Збільшення кількості обертів барабану обмежується критичною

частотою обертання, під час якої вироби під дією відцентрової сили

притискаються до обичайки барабану і порушується процес перегортання

виробів.

Критичну частоту обертання nкр барабану вираховують за формулою:

(2)

де Fц – відцентрова сила; ω – кутова швидкість, R – радіус барабану (м), m

– маса тіла; Pт – сила тяжіння;

Звідси:

бкр

Dn

1

, об/с (3)

Зазвичай робочу частоту обертання барабану під час прання рахують, як

nроб=0,87 × nкр.

Об’єм робочої рідини Vж, що заливають в миєчний барабан або в

пральний бак, знаходять за формулою:

(4)

де mз – маса завантажувальних виробів; vж – рідинний модуль.

Рідинний модуль в значній мірі залежить від ступеню забрудненості

виробів. Для машин хімічної чистки він має vж = 8-10 л/кг; для пральних машин

vж = 5-7 л/кг.

2. Завдання

Визначити параметри пральної машини:

• Dб – діаметр барабану;

• h – висота гребенів;

• Vб – місткість барабану

• nкр – критична частота обертання барабану

• nроб – робоча частота обертання барабану

• Vж – об’єм робочої рідини

Таблиця 1 Вихідні данні

№ варіанту 10

Тип завантаження Фронтальне

Довжина барабану Lб, м 0,75

Завантажувальна маса mз, кг 3,0

3. Порядок виконання розрахунків

1) Для барабанів, що завантажуються з торця (фронтальне завантаження):

Lб / Dб = 0,8; звідси діаметр барабану:

Dб = Lб / 0,8.

Для барабанів, що завантажуються через люк в обичайці барабана

(вертикальне завантаження), співвідношення Lб / Dб = 1,0;

звідси діаметр барабану:

Dб = Lб.

2) Висоту гребенів h приймають рівною h = 0,12-0,15 Dб

3) Місткість барабану розраховується за формулою:

4

2

ббб

DLV

4) Критична частота обертання барабану:

бкр

Dn

1

, об/с

5) Робоча частота обертання барабану

nроб=0,87 × nкр

6) Об’єм робочої рідини (у літрах)

(при цьому для пральних машин vж = 5-7 л/кг)

4. Приклад розрахунку параметрів робочого барабану пральної машини

1) Dб = Lб / 0,8 = 0,75/0,8 = 0,94 м

2) h = (0,12-0,15) Dб = 0,13×0,94 = 0,12 м

3) Vб = 0,75×

= 0,52 м

3

4) nкр =

= 1,03 об/с

5) nроб = 0.87×1,03 = 0,896 об/с

6) Vж = 6×3 = 18 л.

Література

1. Лебедев А.И. Анатомия стиральных машин: М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. –

120 с.

2. Родин А.В., Тюнин Н.А., Современные стиральные машины. М.: СОЛОН-

ПРЕСС, 2007. – 136 с.

3. ДП «УкрНДНЦ» Машини пральні побутові. Загальні технічні умови

4. ГОСТ 8051-83 Машины стиральные бытовые. Технические условия

5. ДСТУ 3135.4-95 (ГОСТ 30345.4-95) (IEC 60335-2-7:1993) Безпека

побутових та аналогічних електричних приладів. Додаткові вимоги до

пральних машин