Результат интеллектуальной деятельности: СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА БАРАБАННОГО ТИПА СО СТРУЙНОЙ ОБРАБОТКОЙ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к бытовой технике, в частности к бытовым стиральным машинам барабанного типа, и может найти применение в промышленных и бытовых стиральных машинах с горизонтальным барабаном.

Известны стиральные машины, включающие корпус, стиральный бак и размещенный в нем вращаемый барабан, на внутренней поверхности которого расположены гребни для перелопачивания белья при стирке, например стиральная машина «Вятка-автомат» (Современные стиральные машины и моющие средства / Скоробогатов Н.А. БХВ, С.-Петербург, Арлит, 2001 г., стр.223) /1/. Такие стиральные машины содержат бак, барабан, насос, используемый, по меньшей мере, для эвакуации отработанного моющего раствора, систему управления, обеспечивающую выбор режима и алгоритм стирки. Стиральные машины барабанного типа благодаря их особенностям - возможности программного управления процессом стирки и выполнения в одной емкости процессов отмачивания, перелопачивания, полоскания, отжима и сушки - являются наиболее распространенными. В этих стиральных машинах процесс стирки обеспечивается поднятием гребнями белья с последующим его падением в нижнюю часть вращаемого барабана, при этом частота вращения барабана ограничена проявлением центробежных сил, прижимающих белье к поверхности барабана, и скоростью падения белья в нижнюю часть бака, обусловленную ускорением свободного падения. Эти ограничивающие факторы не позволяют увеличить частоту вращения барабана и тем самым увеличить общую скорость стирки. Вследствие этого интенсивность стирки - низкая, процесс стирки длится относительно долго, что является недостатком таких стиральных машин.

Известно техническое решение, в котором процесс стирки дополняется воздействием струй из форсунок для стиральных машин с верхней загрузкой. (Стиральная машина с верхней загрузкой. Патент на изобретение RU №2435884 C2, МПК D06F 21/00. Патентообладатель: ЭЛЕКТРОЛЮКС ХОУМ ПРОДАКТС КОРПОРЕЙШН Н.В. (ВЕ), опубликовано: 10.12.2011) /2/.

Такая стиральная машина дополнительно содержит средства разбрызгивания, которые соединены с трубопроводом подачи воды и предназначены для обрызгивания размещенного в барабане белья для его увлажнения с целью уменьшения размеров намокшего белья под действием силы тяжести. Недостатками этой стиральной машины являются невысокая интенсивность процесса обработки белья при стирке вследствие воздействия на стираемые изделия не струями, а методом разбрызгивания и не моющего раствора, а воды. При этом остается относительно невысокой частота вращения барабана, что обуславливает увеличенный период процесса стирки и увеличенный расход электроэнергии.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является стиральная машина барабанного типа, включающая цилиндрический, горизонтально расположенный бак, размещенный в нем вращаемый стиральный барабан с гребнями и отверстиями в его цилиндрической части, привод вращения барабана, систему управления, гидронасос (Стиральная машина барабанного типа. Патент на изобретение RU №2412289. Опубл. 20.02.2011) /3/. Эта стиральная машина снабжена несколькими форсунками, расположенными в ряд параллельно оси вращения барабана, рабочая жидкость к которым подается гидронасосом. Струйные форсунки закреплены на цилиндрической поверхности бака с двух сторон симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения, на высоте, равной 0,5…0,9 диаметра барабана, причем выходные отверстия форсунок ориентированы вниз под углом 10…90° к горизонтали, а часть отверстий на барабане у основания гребней выполнена овальной формы и расположена в ряд параллельно вершинам гребней на расстоянии, равном промежутку между форсунками, так что при вращении барабана сопла форсунок бака и отверстия в барабане кратковременно совмещаются, при этом стиральная машина снабжена датчиками совмещения отверстий форсунок и рабочих отверстий перфорированного барабана, выходной сигнал с которых передается в систему управления, кратковременно открывающую сопла форсунок с учетом направления вращения барабана. Такое техническое решение принято за прототип.

Основной причиной ограниченной эффективности такого технического решения является относительно небольшая производительность типовых насосов, применяемых в бытовых стиральных машинах. Для большинства выпускаемых стиральных машин их производительность не превышает 40 литр/мин (40 дм³/мин).

Как показывают теоретические расчеты, этой производительности насоса не достаточно для эффективной реализации способа стирки с воздействием струй моющего раствора на объекты стирки по прототипу.

Например, для струйных форсунок с выходным диаметром 6 мм, при скорости струи более 10 м/с (100 дм/с) необходимый расход для одной форсунки равен:

Q=V_C·S_C=100 дм/с·78,5·10^-4 дм²=0,785 дм³/с,

где V_c - скорость струи, S_c - сечение струи при выходе из форсунки. Для восьми форсунок расход равен Q₈=6.28 дм³/с, или 376 л/мин.

Это примерно в 10 раз превышает производительность насоса типовой бытовой стиральной машины. Таким образом, производительность типового насоса бытовой стиральной машины не достаточна для реализации устройства стиральной машины по прототипу. Установка дополнительного насоса с высокой производительностью увеличит себестоимость стиральной машины.

Недостатком стиральной машины по прототипу является невысокая интенсивность стирки и незначительное увеличение частоты вращения при операциях «стирка» и «полоскание». Другим недостатком такой стиральной машины является необходимость использования дополнительного гидронасоса для обеспечения скорости струй из форсунок и достаточной производительности (секундный расход), что увеличивает стоимость стиральной машины.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение эффективности процесса стирки и снижение себестоимости стиральной машины.

Поставленная задача достигается тем, что стиральная машина барабанного типа со струйной обработкой изделий, включающая цилиндрический, горизонтально расположенный бак, размещенный в нем вращаемый стиральный барабан с гребнями и отверстиями в его цилиндрической части, привод вращения барабана, систему управления, гидронасос, несколько форсунок, расположенных в ряд параллельно оси вращения барабана, рабочая жидкость к которым подается гидронасосом, снабжена гидропневматическим аккумулятором, трехходовым трехпозиционным распределителем потока, при этом в исходном (первом) положении этот распределитель потока соединяет линию входа в гидропневматический аккумулятор с линией выхода из насоса, а во втором положении этот распределитель потока соединяет гидропневматический аккумулятор с гидролинией, подведенной к струйным форсункам, так что первое положение трехходового трехпозиционного распределителя потока соответствует периоду времени вращения барабана, за который рабочий гребень барабана поднимает стираемое изделие на высоту, при которой включаются струйные форсунки; а втрое состояние этого распределителя потока соответствует периоду времени совмещения отверстий форсунок с отверстиями в стиральном барабане.

Усилие давления струи (Р), обусловлено скоростью струи, сечением струи из сопел струйных форсунок и плотностью моющего раствора. Как известно (Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика/ Справочное пособие. Изд. 2-е переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1971. - С.115) /4/, это усилие может быть определено по выражению:

P=ω·V²·ρ,

где ω - площадь сечения струи, V - скорость струи, ρ - плотность моющего раствора. Для увеличения воздействия струи на стираемое изделие необходимо увеличить сечение струи, и/или скорость струи, и/или плотность моющего раствора. Увеличение сечения выходного отверстия струйной форсунки и увеличение скорости струи приведет к увеличению расхода подаваемой жидкости к струйным форсункам. В заявляемом изобретении увеличение секундного расхода моющей жидкости к струйным форсункам обеспечивается за счет применения гидропневматического аккумулятора.

При скорости струи из сопла, равной, например, 10 м/с, усилие, развиваемое восемью форсунками, у которых площадь сечения выходных отверстий равна 78,5 мм², составляет примерно 22 Н, а при скорости 20 м/с - 89 Н. Во втором случае секундный расход моющего раствора составит 12,56 л/с или примерно 752 л/мин, что может быть обеспечено применением гидропневматического аккумулятора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где приведена схема включения струйных форсунок и гидропневматического аккумулятора. Стиральная машина состоит из корпуса 1, бака 2, в котором изготовлены отверстия и размещены форсунки 6; барабана 3 с закрепленными на его внутренней поверхности гребнями 4; насоса 5; первого трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 для подключения гидропневматического аккумулятора 7 к форсункам 6; второго трехходового трехпозиционного распределителя потока 9 для подачи моющего раствора или воды к форсункам 6, трехходового двухпозиционного клапана 11, гидравлически соединяющего выход насоса или к линии канализации, или линии входа в гидропневматический аккумулятор, блока управления 13. Стиральная машина снабжена датчиками положения гребней (не показаны).

На входе в гидропневматический аккумулятор 7 установлен клапан предельного давления 10.

В исходном положении (приведенном на чертеже) первого трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 линия выхода из трехходового двухпозиционного клапана слива 11 соединена с линией входа в гидропневматический аккумулятор 7, при этом линия подачи жидкости (моющего раствора или воды) во второй трехходовой трехпозиционный распределитель 9 закрыта.

Во втором положении этого распределителя потока 8 все гидролинии, подведенные к этому распределителю, закрыты.

В третьем положении этого распределителя потока 8 гидролиния от гидропневматического аккумулятора 7 соединена с входом во второй трехходовой трехпозиционный распределитель потока 9, а линия, подведенная к трехходовому двухпозиционному клапану слива, закрыта.

Три положения второго трехходового трехпозиционного распределителя потока 9 обеспечивают направление потока жидкости от гидропневматического аккумулятора 7 в левый (см. чертеж) ряд форсунок (при вращении барабана против часовой стрелки) или в правый ряд форсунок(при вращении барабана по часовой стрелке) либо одновременно в оба ряда форсунок в режиме увлажнения изделий после и вовремя загрузки барабана или для одновременного воздействия струй на стираемые изделия. Клапан предельного давления 10 настраивается на предельно допустимое давление в гидропневматическом аккумуляторе. Применение клапана 10 не обязательно.

Второй трехходовой трехпозиционный распределитель потока 9 может быть заменен на трехходовой двухпозиционный клапан, чем будет исключена функция подачи моющего раствора или воды к двум рядам форсунок одновременно.

В системе управления работой насоса 13 предусматривается использование датчика давления в гидропневматическом аккумуляторе (на схеме не показан), управляющего отключением насоса 5 при достижении заданного давления в гидропневматическом аккумуляторе 7.

Первый трехходовой трехпозиционный распределитель потока 8 допускается заменить, по меньшей мере, на два независимых двухходовых двухпозиционных клапана. При этом один из клапанов будет использован для коммутации гидролиний подачи раствора или воды от насоса 5 в гидропневматический аккумулятор 7, а второй - для включения/отключения подачи моющего раствора или воды из гидропневматического аккумулятора 7 к форсункам.

Все гидрораспределители и клапан имеют электромагнитный привод и подключены к блоку управления 13 процессом стирки.

Первый и второй трехходовые трехпозиционные распределители потока должны быть рассчитаны на относительно большой расход (до 700…800 л/мин), а сечение трубопроводов к форсункам соответствовать расчетным значениям расхода моющего раствора или воды.

Учитывая, что время совмещения отверстий - время подачи струи составляет 0,1…0,5 секунды, общий объем подачи моющего раствора к форсункам относительно небольшой. Например, в приведенном выше случае при скорости струи 20 м/с объем моющего раствора составит примерно 1,3…6,5 литра, что может быть обеспечено гидропневматическим аккумулятором 7 емкостью, например, 10 л.

В исходном состоянии (положение гидрораспределителей и клапанов, приведенное на чертеже) первый и второй трехходовые трехпозиционные распределители потока 8 и 9 находятся в первом - исходном - положении, трехходовой двухпозиционный клапан слива 11 также находится в исходном - первом - положении.

Работает заявляемая стиральная машина следующим образом.

После заполнения стираемыми изделиями барабана 3, введения пользователем программы стирки и включения начала стирки выполняется подача воды в бак 2 для образования моющего раствора. При этом устройством управления 13 стиральной машины контролируется уровень моющего раствора в баке, а при достижении определенного уровня заполнения бака 2 подача воды прекращается. Одновременно или с некоторой (20…30 с) задержкой по времени с началом заполнения бака 2 моющим раствором включается насос 5 и выполняется заполнение гидропневматического аккумулятора 7. При этом контролируется давление в гидропневматическом аккумуляторе. При достижении заданного давления в гидропневматическом аккумуляторе вырабатывается команда на выключение насоса и команда на перевод распределителя потока 8 во второе положение. При этом выход из гидропневматического аккумулятора 7 и выход из насоса 5 закрываются.

После достижения заданного уровня моющего раствора в баке 2 выполняются циклические вращательные движения барабана, режим «стирка». В соответствии с заданной программы стирки чередуются команды: вращение барабана 3 в прямом направлении (например, вращение против часовой стрелки), пауза во вращении и далее вращение в обратном направлении (в примере - вращение по часовой стрелке). Эти команды вырабатываются системой управления 13, при этом число циклов реверсирования определяется выбранной программой стирки.

Одновременно с началом вращения барабана 3 система управления 13 начинает опрашивать датчик положения поворота барабана в баке (не показан). В момент начала совмещения необходимых отверстий во вращаемом барабане с отверстиями струйных форсунок система управления 13 вырабатывает команду на переключение первого трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 в третье положение, при этом поток жидкости из гидропневматического аккумулятора 7 подается в левый ряд форсунок и выполняется воздействие струй на стираемое изделие. По умолчанию (без подачи управляющего напряжения) второй трехходовой трехпозиционный гидрораспределитель 9 находится в состоянии подачи раствора в левый ряд форсунок (на чертеже).

Длительность воздействия струи на стираемые изделия определяется частотой вращения барабана, радиусом барабана и длиной овальных отверстий в корпусе барабана.

После команды на переключение первого трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 в третье положение система управления контролирует противостояние отверстий сопел струйных форсунок и барабана, а после прекращения этого противостояния вырабатывается команда на переключение первого трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 во второе положение.

Вследствие этого прекращается подача жидкости из гидропневматического аккумулятора 7 к форсункам 6, а устройство управления процессом стирки переходит в режим ожидания следующего совмещения отверстий сопел и барабана. При этом контролируется давление в гидропневматическом аккумуляторе, при его уменьшении до предельно минимального значения включается насос и первый трехходовой трехпозиционный распределитель потока 8 переводится в первое положение.

Так, процесс стирки повторяется в соответствии с программой стирки до момента реверса - изменения направления вращения барабана.

После выработки системой управления 13 команды реверса одновременно с переключением направления вращения барабана вырабатывается команда перевода второго трехходового трехпозиционного распределителя потока 9 во II положение. Это переключение сопровождается перенаправлением потока в правый ряд форсунок (для принятой схемы) и включением режима контроля совмещения отверстий с противоположной стороны бака 2 (на чертеже - справа).

Все управляющие команды и переключения трехходового трехпозиционного распределителя потока 8 для подачи моющего раствора в правые форсунки идентичны описанному выше процессу подачи моющего раствора к левым форсункам. Процесс циклически повторяется в соответствии с программой процесса стирки.

В конце программы «стирка» система управления 13 вырабатывает команду на переключение трехходового двухпозиционного клапана слива 11 во второе положение и включение насоса для удаления жидкости в канализацию 12, одновременно удаляется жидкость из гидропневматического аккумулятора. Далее процесс полоскания также выполняется по вышеописанному алгоритму.

Третье положение второго трехходового трехпозиционного распределителя потока 9 используется, когда необходимо одновременное включение двух рядов форсунок для увлажнения и предварительной обработки стираемых изделий.

Приведенный вариант схемы управления стиральной машиной барабанного типа со струйным воздействием на стираемое изделие показывает реализуемость нового отличительного признака заявляемой стиральной машины - введение в конструкцию стиральной машины гидропневматического аккумулятора и, по меньшей мере, одного гидрораспределителя потока. Использование двух распределителей потока и переключающего клапана, как показано в примере, позволяет получить полезный вариант с улучшенными функциями работы предложенной стиральной машины согласно описанию. Введение в конструкцию стиральной машины гидропневматического аккумулятора раскрывает другие возможности в модернизации стиральных машин барабанного типа. А именно, увеличивать эффективность воздействия струй моющего раствора при стирке и увеличивать эффективность полоскания при обработке белья струями воды.

В примере рассмотрен вариант использования второго трехходового трехпозиционного распределителя потока 9, введение которого обеспечивает увлажнение белья с той же целью, как и в аналоге /2/ - одновременно из двух рядов струйных форсунок. В то же время трехходовой трехпозиционный распределитель потока может быть заменен на трехходовой двухпозиционный клапан, чем будет исключена функция подачи моющего раствора или воды к двум рядам форсунок одновременно. Возможны и другие схемы применения в стиральных машинах барабанного типа гидропневматического аккумулятора.

Источники информации

1. Современные стиральные машины и моющие средства. /Н.А.Скоробогатов/ БХВ, С.-Петербург, Арлит, 2001 г., стр.223, рис.5.67.

2. Стиральная машина с верхней загрузкой. Патент на изобретение RU №2435884 С2, МПК D06F 21/00. Патентообладатель: ЭЛЕКТРОЛЮКС ХОУМ ПРОДАКТС КОРПОРЕЙШН Н.В. (BE), опубликовано: 10.12.2011. Конвенционный приоритет: 24.11.2006, ЕР 06124769.8. Дата публикации заявки: 27.05.2009.

3. Стиральная машина барабанного типа. Патент на изобретение RU №2412289/ Лемешко М.А., Алехин С.Н., Климов А.П., Калашников А.А., Смирнова С.А., Лемешко A.M. Опубл. 20.02.2011.

4 Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика/ Справочное пособие. Изд. 2-е переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1971. - С.115).