 Классификация бытовых стиральных машин
Стиральные машины выпускаются по ГОСТ 8051 – 83 «Машины стиральные бытовые».
Стиральные машины изготавливают следующих типов:
ЦБ – центрифуга бытовая;
СМ – стиральная бытовая машина без отжима;
СМЦ – машина стиральная однобаковая с центрифугой;
СМР – стиральная бытовая машина с ручными отжимными валиками;
СМС – машина стирально-сушильная бытовая;
СМП – полуавтоматическая стиральная машина бытовая;
СМА – автоматическая стиральная бытовая машина.
В зависимости от конструктивных особенностей стиральные машины классифицируются по номинальной загрузке сухого белья (1; 1,5; 2; 3; 4 кг.); по количеству баков (однобаковые, Д – двухбаковые); по способу загрузки белья (с верхней загрузкой, Ф – с фронтальной загрузкой); по способу активации моющего раствора (с лопастным диском, Б – барабанные); по способу управления (электромеханическое управление, Э – с электронным управлением).
Условное обозначение стиральной машины должно содержать типоразмер и наименование модели. Например: СМА – 4ФБ – автоматическая стиральная бытовая машина с фронтальной загрузкой четырёх килограммов сухого белья с барабанным способом активации.
По типу защиты от напряжения машины изготавливаются I и II классов, по степени защиты от влаги – брызгозащитного исполнения. Машины всех типов должны иметь реле времени или устройство, задающее время работы лопастного диска или барабана.
Корректированный уровень звуковой мощности не должен превышать следующих значений: для СМ – 72 дБА, для СМП, СМА – 78 дБА, для СМР –75 дБА.
Машины всех типов, кроме СМА должны иметь два или более режимов стирки.
На основании анализа существующего парка стиральных машин, исследований технологии стирки разработан параметрический ряд стиральных машин (ОСТ 27 – 56 – 414 – 78). Две модели типа СМ: СМ – 1 с боковым активатором; СМ – 1,5 с донным активатором. Две модели типа СМР: СМР – 1,5 с цилиндрическим баком и корпусом и донным активатором; СМР – 2 с прямоугольным корпусом, прямоугольным усеченным баком и боковым активатором. Четыре модели типа СМП: СМП – 2 и СМП – 3 с совмещенным стиральным баком и баком центрифуги, с донным активатором; СМП – 2Д, двухбаковая с отдельными баками для стирки и отжима; СМП – 3Б, однобаковая барабанная машина с верхней загрузкой. Четыре модели типа СМА: СМА – 3Б и СМА – 4Б, однобаковые барабанные машины с верхней загрузкой; СМА – 3ФБ, однобаковая барабанная машина с фронтальной загрузкой, совмещенная с умывальником; СМА – 3ФБ и СМА – 4ФБ, барабанные машины с фронтальной загрузкой.
Стиральные машины типа СМ малогабаритные, не имеют отжимного устройства и рассчитаны на одновременную стирку 0,5 2 кг. сухого белья. Стирка происходит под действием интенсивной циркуляции стирающего раствора, проникающего между слоями и порами материи без механического воздействия на неё. Циркуляцию мыльного раствора создают вихревые движения, возбуждаемые активатором. Благодаря вихревым движением раствора бельё непрерывно поворачивается в различных направлениях, что способствует его равномерному и тщательному перемешиванию и простирыванию.
 Стиральные машины типа СМЦ предназначены для стирки белья в двух режимах и отжима белья. Стирка, полоскание и отжима происходит в одном баке, но при смене активаторов на нужный режим и установке ротора центрифуги.
Стиральные машины типа СМР предназначены для стирки изделий в двух режимах. Первый режим – нормальный, осуществляется за счет вращения активатора в одну сторону и предназначен для стирки белья из хлопчатобумажных и льняных тканей. Второй – бережный режим, осуществляется за счет вращения активатора в противоположенную сторону и предназначен для стирки изделий из шелковых и шерстяных тканей. Для отжима белья над баком устанавливается съёмное отжимное устройство, состоящее из обрезиненных валиков. Во время отжима валики вращают вручную с помощью ручки.
Бытовые автоматические стиральные машины типа СМА предназначены для стирки белья по заданной программе. Стирка, замачивание и полоскание осуществляется механическим перемешиванием белья, помещённого в перфорированный барабан в стиральном растворе. Отжим белья производится центрифугированием в том же барабане. Процессы стирки в этих машинах полностью автоматизированы: залив и слив воды для всех операций, ввод моющих средств, замочка, стирка с нагревом воды с бельем в баке стиральной машины до заданной температуры, полоскание и отжим. Разнообразный набор программ позволяет стирать бельё качественно, разной степени загрязненности, прочности и химической структуры ткани. Для автоматического управления процессами стирки с учетом физико-химических и механических свойств тканей в автоматических стиральных машинах установлен целый ряд приборов контроля и регулирования процессов стирки, осуществляющих взаимодействие рабочих органов машин в определенной, заранее заданной последовательности во времени: командоаппарат, задающее устройство, датчик – реле уровня стирального раствора в баке, датчики – реле температуры стирального раствора. Непосредственно процесс стирки осуществляется в барабане стирального бака с помощью исполнительных органов: электромагнитного клапана, электродвигателя привода барабана, электронасоса, электродвигателя
В стиральных машинах типа СМП механизирован отжим белья и улучшено качество отжима за счет применения центрифуги. При отжиме белья центрифугой в нем остается в два раза меньше воды, чем при отжиме резиновыми валиками, не требуется применение мускульной силы, а время отжима сокращается в 4 – 5 раз. Слив и перекачивание стирального раствора осуществляется одним или двумя центробежными насосами. Привод активатора и центрифуги осуществляется от одного или двух электродвигателей.
Стиральные машины СМП барабанного типа. В отличии от полуавтоматических машин активаторного типа в машинах барабанного типа все операции проводятся в одном перфорированном барабане с гребнями на внутренней стороне. Бельё отжимается при увеличении частоты вращения барабана, а при стирке предусмотрено цикличное реверсивное вращение барабана. Каждая операция (стирка, полоскание, слив, отжим) и остановка машины автоматизированы. Пуск и переключение операций производят поворотом рукоятки реле времени, позволяющего установить продолжительность любой операции. В этих машинах меньше изнашивается бельё, можно стирать синтетические, шелковые и шерстяные изделия, меньше расходуется воды и моющих средств, сокращается ручной труд благодаря совмещению процессов стирки, полоскания и отжима в одном стиральном барабане.
 Физический принцип действия процесса стирки в стиральной машине.
Стирка белья заключается в отделении инородных частиц (грязь, жиры, белковые и углеводные загрязнения) от текстильного материала (ткани). Отделяемые частицы переходят в моющий раствор.
Некоторые из них растворяются, а некоторые (водонерастворимые) удерживаются в растворе. При этом возможность их повторного прилипания к ткани исключается.
Набухание загрязненных частиц и ослабление их связи с тканью наиболее активно происходит при замачивании в растворе моющих средств, а непосредственное отделение частиц грязи от ткани происходит в результате механического воздействия на ткань сил трения, возникающих при стирке.
Стирка в машинах осуществляется механическим перемешиванием белья в стиральном растворе. Перемешивание белья и активация стирального раствора в машинах производятся вращающимся лопастным диском (активатором) или барабаном. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. В нашей стране наибольшее распространение получили машины с активатором. Для отжима в отечественных машинах применяются ручные отжимные валики и центрифуги, представляющие собой вращающийся металлический барабан, имеющий форму усеченного конуса с отверстиями в верхней его части. При быстром вращении центрифуги под действием центробежной силы белье прижимается к стенкам барабана, находящаяся в белье жидкость поднимается и через отверстия стекает в бак центрифуги. Специальные приборы-таймеры (реле времени), имеющиеся на стиральных машинах, позволяют установить необходимый режим стирки или отжима белья. Насосы перекачивают жидкость в баки и откачивают ее из машины.
Таким образом, многие процессы механизированы и стирка белья в машине не представляет особого труда. Но есть еще ряд операций, которые выполняются вручную. Например, подготовка и заливка в машину моющего раствора. Кроме того, его предварительно подогревают до требуемой температуры.
Моющее действие раствора зависит от большого числа факторов, из которых наиболее важными являются: жесткость воды, характер загрязнения белья, интенсивность механического воздействия на ткань, волокнистый состав ткани, температура моющего раствора и его состав.
Сущность активации состоит в сообщении энергии моющему раствору, что вызывает движение его, а вместе с ним и белья. Активация моющего раствора способствует улучшению смачиваемости белья, равномерному распределению моющих растворов в воде, проникновению моющего раствора между волокнами ткани и загрязнениями и отстирыванию загрязнений.
Применяются различные способы активации моющего раствора: с помощью лопастного диска (активатора), вибратора, лопастной мешалки с возвратно-поступательным движением и с помощью вращающегося барабана с гребнями. В Отечественных стиральных машинах активация моющего раствора осуществляется в основном с помощью лопастного диска (активатора) и барабана.
Интенсивность активации моющего раствора с помощью лопастного диска (активатора) определяется скоростью вращения диска и его диаметром.
 Анализ способов стирки текстильных изделий
Стирки белья – процесс очень сложный, состоящий из большого числа отдельных операций, протекающих почти одновременно. Стиральные машины предназначены для механизации и aвтоматизационной из наиболее трудоемких операций ручного труда в домашнем хозяйстве стирки белья.
Сущность процесса стирки заключается в физико-химическом и механическом воздействии на белье моющего раствора. Последний состоит из двух компонентов: воды и моющего средства. Основой моющих средств (МС) являются поверхностно активные вещества (ПАВ), которые на границе раздела «загрязнение – моющий раствор» образуют адсорбционные слои. Различают две группы моющих средств: жировые мыла и синтетические средства. Последние наиболее распространены. Кроме ПАВ, в них имеются отбеливающие вещества, добавки щелочных препаратов для умягчения воды и др.
В упрощенном виде процесс стирки сводится к следующим стадиям: адсорбция (накопление) моющих веществ на границе раздела загрязнение – моющий раствор, смачивание загрязненной ткани, отделение и диспергирование загрязнений, создание защитных пленок вокруг отмытых загрязнений. Адсорбция моющих веществ на границе водораздела способствует снижению поверхностного натяжения, смачиванию поверхности белья, проникновению моющего раствора между бельем и загрязнением и отделению загрязнения. При механическом воздействии на белье загрязнение дробится и образовавшиеся частицы окружаются защитным слоем, что препятствует осаждению загрязнений на чистое белье. Процесс стирки белья завершается образованием равновесной системы, состоящей из загрязненного раствора и отстиранного белья.
Механическое воздействие на белье создается путем активации моющего раствора, которая заключается в сообщении раствору определенной энергии. Активация способствует смачиванию белья, проникновению моющего раствора между бельем и загрязнением, равномерному распределению моющих средств в воде и диспергированию загрязнений.
Процесс удаления загрязнения с бельевой ткани состоит из трёх стадий: смачивания, диспергирования и стабилизации.
В первой стадии МС не только смачивают жирные поверхности, но и проникают в мельчайшие поры загрязнений и ткани.
Достижение такого смачивающего контакта моющего раствора с отмываемой поверхностью является первым и основным свойством молекул – «посредников».
В результате сцепления частичек грязи друг с другом и с тканью оказывается на столько ослабленным, что для их полного разделения достаточно лишь небольшого механического воздействия. Это вторая стадия моющего процесса называется диспергированием (разделением, раздроблением).
Скопившиеся на поверхности грязи молекулы МС обращены наружу своими гидрофильными частями, вокруг которых образуются водные оболочки, придающие им устойчивость и стабилизирующие их моющем растворе, предотвращая, таким образом, осаждение на бельевую ткань. Это удерживание отдельных частиц грязи во взвешенном состоянии называется стабилизацией и является третьей, заключительной стадией процесса удаления загрязнений.
Следует подчеркнуть, что в процессе стирки белья моющие вещества должны не только расщепить и вымыть грязь, но и самое главное удержать их в моющем растворе, преодолев силу электростатического напряжения, так как, в этом случае бельё заряжено отрицательно, а загрязнения имеют положительный заряд.
 Из данного примера видно, насколько важно точно соблюдать технологический процесс стирки белья, выдерживая все необходимые оптимальные параметры.
Механическое воздействие на бельё создается путём активации моющего раствора, которая заключается в сообщении раствору определённой энергии. Активация способствует смачиванию белья, проникновению моющего раствора между бельём и загрязнением, равномерному распределению МС в воде и диспергированию загрязнений.
Рассмотрим гидродинамические процессы, происходящие в стиральных машинах при различных способах активации.
 Обработка изделий во вращающихся барабанах.
Силы, действующие на материальную точку в барабане. Технологические процессы в машинах барабанного типа (стиральных, химчистки, сушильных и др.) основаны на принципе динамического взаимодействия материальных систем, участвующих в относительном движении барабана и обрабатываемых изделий. При этом на обрабатываемую материальную движущуюся с ускорением систему (изделие) действуют силы центробежная и тяжести, а также сила инерции при изменении скорости относительного движения (вращения) барабана.
В каждой точке обрабатываемых изделий массой т действие указанных сил проявляется определенным образом (рис. 1). В совокупности все эти силы определяют направление и характер движения данной материальной точки.
Действие сил центробежной Fц и тяжести Fт характеризуется известным соотношением (так называемым критерием Фруда, или фактором разделения)
 (1.1)
г де – угловая скорость вращения барабана, r – радиальное расстояние от оси вращения до материальной точки.
М атериальнаяточка массой m приобретает относительное движение в барабане в сторону результирующего ускорения:
Результирующая сила F=Fц +Fт в относительном движении точки определяет силовое взаимодействие ее с барабаном в преодолении силы сопротивления Pt и характеризует эффект разделения взаимодействующих систем (изделие – барабан) при данном факторе разделения Ф. Уравнение движения обрабатываемой системы (точки) в этом случае можно представить в виде
где Рдв – сила, направленная в сторону движения точки
Режимы движения материального потока. Движение материального потока (раствор и обрабатываемые изделия) зависит от частоты вращения барабана. Условно выделяют четыре режима: лавинообразный при Ф<<1 (рис. 2, а); лавиноводопадный при Ф<1 (рис. 2,6); водопадный (критический) при Ф=1 (рис. 2, в) и закритический при Ф>>1 (рис. 2, г). Применяя основные факторы, влияющие на режим движения потока, можно получить требуемые смешанные или близкие к граничным режимы обработки изделий, наилучшие для протекания процесса. Так, с возрастанием частоты вращения барабана лавинообраз
 ный режим движения через смешанный (лавиноводопадный) переходит в водопадный. При достижении так называемых критических значений частоты вращения часть загрузки начинает вращаться вместе с барабаном, а при дальнейшем увеличении частоты вращения все изделия примкнут к стенке барабана
Р ассмотрим подробнее движение потока в лавиноводопадном режиме (стирка, мойка). При этом различают две его части: восходящую 1 (см. рис. 2, б) и нисходящую 2 ветви.
Восхождение потока изделий вместе с частью жидкости происходит из левого нижнего квадранта окружности барабана в левый верхний квадрант. Материальная точка А0 (рис. 3) потока, лежащая на внутренней поверхности барабана в левом нижнем квадранте, при движении барабана подвергается действию движущей силы Рдв, преодолевающей силу сопротивления Р.
где Fц – центробежная сила, Fт – сила тяжести, – угол подъема точки в нижнем квадранте, f – коэффициент трения, т – масса точки, – угловая скорость вращения барабана
Так как
 (1.2)
откуда
 (1.3)
При подъеме выше горизонтального диаметра барабана ( = /2 + ) положение точки А будет характеризоваться углом . На точку действуют направленная к центру составляющая силы тяжести, равная mgsin, и направленная от центра центробежная сила m2/Rб. Если угол таков, что mg sin = m2Кб, т. е. sin = 2 Rб/g = Ф, то точка А будет падать в нижнюю часть барабана по параболе как свободное тяжелое тело, брошенное со скоростью = /Rб под углом, к горизонту = /2 –. Угол в этом случае называют углом отрыва.
При 0 (неподвижный барабан) и f = tg , где – угол трения, из уравнения (3) получаем
т. е = .
Ясно, что должен быть <�/2, так как точка в верхнем квадранте не может оставаться неподвижной, а может лишь оторваться от поверхности барабана или вращаться вместе с ним Если учесть, что коэффициент трения движения f0 меньше коэффициента трения покоя f, то точка А, достигнув уровня, соответствующего углу ( = /2 + ), определяемому по уравнению (3), остановится, а барабан будет вращаться. Точка скользит по барабану, коэффициент трения снижается с f до f0, условие равновесия (1.2) нарушается, и точка начинает скользить вниз, чтобы остаться на уровне 0<�, соответствующем коэффициенту трения f. Как только точка остановится, опять может возникнуть коэффициент трения f0, и тогда последует движение ее совместно с барабаном до уровня, соответствующего углу р, когда она остановится и наступит ее повторное скольжение. Следовательно, материальный поток, соприкасающийся с поверхностью барабана, испытывает в определенные моменты времени трение со скольжением Скольжению способствует незначительная величина силы сцепления масс восходящего потока с барабаном.
 Движение точки в i-м слое восходящего потока происходит при соответствующих значениях i, i, i, и Фi,. По уравнению (1.3) можно сделать вывод, что i, по слоям восходящего потока – величина переменная, зависящая от скорости i = Ri.
Координаты точек отрыва слоев потока, характеризующихся углом i, лежат на кривой второго порядка, для которой известны граничные координаты точек, например для точки A yA = R2бФ,  для точки 0 y0 = 0, x0 = 0. Эта кривая представляет собой окружность радиуса r0=1/(2Ф).
Относительная скорость скольжения двух смежных слоев ск = i– i-1 вызывает взаимное трение изделий в процессе мойки
Нисхождение потока характеризуется падением изделий в нижнюю часть барабана Траектория точки А изделия при этом представляет собой кривую AFB, состоящую из двух ветвей: AF (подъем после отрыва от гребня барабана со скоростью w) и FB (свободное падение).
Высоту y1 ветви AF можно определить из уравнения движения тела:
но
следовательно, время падения
где п, Dб – частота вращения и диаметр рабочего барабана. Учитывая это уравнение, находим
 (1.4)
Отрыв изделия от стенки барабана происходит при условии, что составляющая силы тяжести уравновесится центробежной силой, т. е.
 (1.5)
С учетом данного уравнения уравнение (1.4) примет вид
 (1.6)
Чтобы определить значения угла и n, при которых высота падения точки H достигает максимума, поместим начало координат в точку отрыва А. Уравнение параболической траектории пути центра тяжести изделия в новой системе координат с учетом уравнения (5) запишется так:
 (1.7)
Учитывая, что XA = 0,5D6cos и YA = 0,5D6sin, уравнение окружности барабана в новой системе координат примет следующий вид:
или
Решая совместно уравнения параболы и окружности, находим координаты точки В падения изделия:
Полная высота падения тела
 (1.8)
 Величина Н достигает максимума при условии
Соударение изделий и жидкости в процессе мойки. При падении изделий в жидкость между ними происходит соударение. При этом удар можно считать совершенно неупругим. При свободном падении с высоты Н скорость падающих изделий в начале удара  , скорость жидкости вместе с оставшимися изделиями 2 = 0. В результате удара и изделия, и жидкость приобретают общую скорость
где Fт1 – сила тяжести падающих изделий; Fт2 – сила тяжести приходящих в движение оставшихся изделий и жидкости.
Общая скорость движения будет сохраняться до тех пор, пока не произойдет перемещения изделий и жидкости, с которыми соприкоснулись упавшие изделия. Изменение кинетической энергии системы при этом равно работе действующих сил, т. е.
где R – сопротивление при перемещении падающих изделий на величину . Сумма сил тяжести обычно мала по сравнению с сопротивлением, поэтому вторым слагаемым правой части уравнения можно пренебречь. В результате
Из последнего уравнения видно, что работа силы сопротивления меньше работы силы тяжести упавших изделий в (Fт1 +Fт2) раз. Величина К= 1 – Fт1 /(Fт1 + Fт2) =Fт2/(Fт1 + Fт2) представляет ту часть затраченной при падении изделий энергии, которая теряется. Оставшаяся часть энергии идет на деформацию изделий при ударе и создание динамического напора жидкости.
И при подъеме, и при падении изделий происходит обтекание их поверхностей рабочей жидкостью под действием силы тяжести. Оно сопровождается прилипанием жидкости к обтекаемым поверхностям, что приводит к возникновению значительных поперечных градиентов скорости в сечении обтекаемого потока жидкости. Это вызывает резкое увеличение поверхностных сил трения и соответствующих сил сопротивления, противодействующих движению изделий в жидкости. Силы трения, действуя на поверхностные загрязнения изделий, способствуют их сдвигу и удалению в раствор. Сила Рс, противодействующая движению изделий в жидкости, обтекающей их, направлена против движения и может быть найдена по уравнению Ньютона:
где – коэффициент лобового сопротивления, S – площадь проекции изделия (тела) на плоскость, перпендикулярную направлению его движения; – скорость движения изделия в жидкости; ж – плотность жидкости.
Коэффициент , зависит от формы тела и режима движения, жидкость определяется опытным путем.
Условия сдвига загрязнений представляется в виде
где Рз – сила сцепления, приложенная к загрязнению со стороны изделия; Sз – площадь сцепления загрязнения с изделием; сде – механическое напряжение сдвига.
 Основные сведения об отжиме
Удаление жидкости из мокрых изделий отжимом широко применяется после проведения жидкостных обработок изделий (химчистка, стирка, крашение).
Отжим мокрых изделий обычно предшествует сушке. Отжим экономичней сушки, так как на него тратится значительно меньше энергии и времени.
В процессе отжима из материала удаляется только капиллярная жидкость, наименее прочно связанная с ним.
Для материала, содержащего жидкость, можно записать
mв.м = mc.м. + m ж (1.9)
где mв.м. – масса влажного материала, тс.м. – масса абсолютно сухого материала, mж – масса жидкости
Определяют относительную и абсолютную а влажность материала, %:
 (1.10)
 (1.11)
откуда
Аналогично выражается насыщенность материала растворителем.
Под влагосодержанием понимают массу жидкости, находящуюся в 1 кг сухого материала.
</1></1>
|
