勒布朗水动力稳定剂的特性和建模:稳定和瞬态模型的新途径

文摘

由于增加了客户的要求,产品变得更加复合物和动力学控制增加了到产品开发的作用。为例,衣服洗衣机使用勒布朗平衡器,以减少振动问题。然而,这种装置的行为仍难以描述,这种振动控制的数值模拟是基于球环。这项工作的主要目的是定义和描述一个数值模型来描述瞬态流体动力学平衡环的除了稳态模型。作为结果,平衡环的行为被认定在计算流体动力学工具和一个方程描述恢复力量,不平衡力阶段,发现偏心。

1。介绍

最后几年,高性能设备的需求日益增长,使得纵轴洗衣机的发展是遵循容量的增加,水萃取、洗涤质量,减少振动或噪音。由于增加了产能,内阁和浴缸等组件之间的差距往往是减少,而增加的篮子旋转打算改善水提取。因此,这种组合的因素往往会创造更严重的应用条件,隔离器和稳压器系统,确保机器的设计至关重要。

最常见的一种稳定剂系统可能被发现在垂直轴洗衣机是勒布朗稳定器,也称为水动力平衡环,如图1。在这个图中,主要元素的垂直洗衣机也提出,在不平衡质量代表的不平衡造成的衣服在搅拌和水萃取(1,2]。

这个勒布朗稳定器由空心环中部分由流体振动,并减少在水中提取阶段(旋转),它的主要目的。在纺丝阶段,是很常见的,衣服是隐含在不平衡质量,诱发的振动清洗系统并生成力量在篮子里。这个条件的主要后果之一,我们可以强调接触篮和浴缸,浴缸和内阁之间的联系,和机器的过度振动,甚至可以导致步行机(1- - - - - -8]。

尽管高容量平衡环和洗衣机相关的研究动态,大多数的模型中发现这些研究忽略瞬态响应,仍然有一些需要克服的挑战。此外,这些模型的计算实现动态系统是非常困难的,几乎导致一个自信的瞬态响应4]。等替代复杂性、平衡环模型最常用的动态研究在于球的分布在一个环的摩擦提供抑制球运动(2- - - - - -6,8]。

因此,这项工作的主要目的是提出一个新的模型的平衡环考虑稳态或瞬态,在计算动力系统容易实现。此外,该模型中实现动态系统在平面上,证明平衡环洗衣机的好处。为了实现这一目的,这项工作分为三部分,稳态、瞬态和动力系统的实现。

稳态的研究中,我们应用响应面方法确定平衡环的行为作为一个函数的怪癖,轨道方向,旋转速度。本研究的反应平衡环力(修复或平衡力)和水分布(内部质量不平衡水室)。

本研究的另一个点是偏心的分解,轨道方向,旋转平移和旋转运动沿着时间增量。因此,它允许我们确定瞬时恢复力和角相位不平衡负载。

瞬态分析,我们提交了平衡环4种不同状态水平相同的旋转变化,分析行为的恢复力和这些国家之间的配水。通过这种方式,一个过渡方程定义的行为平衡环稳定或瞬态状态被确认。

最后,我们应用此模型简化的动力学模型,以识别的贡献平衡环机的动力学和主要工作。

2。材料和方法

稳态的研究中,我们应用响应面与3变量和5的水平。偏心,轨道方向和转速的控制因素和恢复力,恢复力角和配水反应。这些反应是通过计算流体动力学(CFD)分析,在多相方法已被用于模型在环腔流体的行为。

在这项研究中,我们还考虑了勒布朗装满水的体积稳定剂50%的内部及其几何常数。在这一点上,这枚戒指的主要几何特征是内径455毫米;外径545毫米;80毫米的高度;和6稀释80毫米的高度和20毫米的长度。这个几何学的原理图中可以看到2。

在表1,可以看到研究设计矩阵,在每一个变量的值的5个层次。偏心值从1到15毫米不等,从50到850 rpm转速不同,轨道方向各不相同,从0到90°。

仿真模型,我们定义了平均网格大小等于0.1毫米和棱镜指数8层。对于瞬态多相领域,我们应用体积的液体(受到)方法,空气和水都是液体阶段。我们也用于瞬态研究时间步等于0.00001秒和10的一个错误⁻⁸每一个交互。此外,CFD软件,用于模拟实验研究是明星CCM +。

对轨道的方向,它是指离心率的提升。分析这种情况下,我们假设平衡环的地方和活动协调系统放置在环的中心。因此,我们定义了偏心率和轨道取向通过旋转、平移运动的结合提出了(4)和(5)。

分析研究反应,我们包括一个参考不平衡负载,有助于确定恢复之间的相位角和不平衡力。也认为,恢复力可能只由一个质量离心力,简化了配水引起的力,呈现在图3。

瞬态分析,我们分析了恢复力的行为,恢复力的角度,和时间需要改变国家之间,如图4。在这个图中,可以看到国家水平的变化,如过渡区,3类型的转换行为,每个状态的定义。

在这种情况下,我们选择了4个州水平偏心率的变化多样的从10到1毫米,10到5毫米,1到10毫米,5 - 10毫米。在表2一个矩阵的偏心值,定义状态和状态的改变级别。此外,该表还显示瞬态时间的价值()和拟合曲线方程可能定义了瞬态作为时间的函数。

最后,我们建立了一个刚体模型和3自由度问题建议平衡环模型,弹簧刚度和粘性阻尼(摩擦)和。此外,洗涤集团质量和不平衡力也被认为是在这个模型。在图5,可以看到该模型的原理,在不平衡负载提供了最初的励磁系统停止。此外,这个数字还介绍了该系统的主要参数,如刚度、摩擦,质量,和不平衡负载。

为了分析勒布朗稳定器对这个系统的影响在不同的条件下,我们被迫3特定转速坡道(15、20、25转/秒),如图6。因此,我们分析了环的力量,力量不平衡负载,生成轨道。重要的是要注意,这些转速坡道被选为了确定加速勒布朗稳定剂的效果。此外,由于这些值通常用于洗衣机,这项工作的结果可以直接应用于优化这样的机器。

3所示。结果和讨论

在稳态的研究中,可以确定环力的变化,简化的质量分布和角之间的相位不平衡负载(参考)和恢复力。从CFD分析获得的结果,提出了在桌子上3,控制因素或因素的响应。

在表3引用不平衡负载的力量,结果从0.3公斤的不平衡也可以看到。通过这个引用,可以识别的有效性平衡环恢复力量,而这些力量之间的平衡可能指示系统的稳态轨道。例如,如果轨道方向是180°,旋转是400 rpm,和不平衡负载为0.3公斤,恢复力量,需要平衡系统是105 N。因此,轨道诱发这种恢复力平衡环4毫米。

我们也可以发现环恢复力随旋转或怪癖,即使恢复水质量偏心的影响。

此外,图7提出了恢复力的响应面(N)的转速(rpm)和偏心率(mm)。

作为本研究的结果,可以确定一个稳态方程平衡环修复质量和力是基于旋转速度和轨道。这个模型可以描述的 在哪里是修复质量(公斤),偏心(毫米),转速(rpm),戒指(N)的恢复力量,然后呢是环半径(米)。

在这个表中,我们也可以确定绝对环力可能不受轨道方向的影响,即使平移组件在不同的配水运动的结果。在图8说明平衡环配水,导致旋转500 rpm, 10毫米的怪癖,轨道方向等于90°(a)和180°(b)。

为了模型计算的方式平衡环的行为,我们认为平衡环有一个地方和活动协调系统放置在环的中心。因此,局部坐标系的位置在s-esim时间增量可以定义 在哪里是动坐标系的位置矩阵s-esim时间增量,是e-esim时间增量,和是绝对的中心环之间的距离和一个固定的全球坐标系统[m],是可移动的坐标之间的绝对角度设在(环)和解决全球坐标系统(rad),和是可移动的递减坐标在s-esim时间增量[m],然后呢是角的减量s-esim时间增量(rad)。

在相同的方式,转速可能被定义为 在哪里是角速度(rad / s),转速(rpm),的衰减角在瞬间的时间()(rad)。

结果,翻译和一个常数的组合旋转引起离心率定义:

此外,尽管偏心,也可以确定运动的方向对全球协调和不平衡负载,呈现在图9。

它可以指出,每个轨道定位结果在不平衡负载之间的不同的角度,遵循当地的协调和径向偏心向量。因此,我们可以定义这个轨道取向角()通过

因此,如果我们更换(3)和(4)(1),我们可以找到修复质量的绝对值()和恢复力():

对瞬态研究,可以确定每个变化的瞬态方程的水平,如表所示2。在这个表中,可以确定或稳定状态之间的过渡时间瞬态方程。同样重要的是要强调这些方程结果从相同的模型,只有一个小散度系数值。

尽管如此,它可能会指出,这个瞬态方程是时间的函数,因此,隐含在离散时间计算实现很难。因此,我们从时域方程转换到时间域的减量,以便做卷积操作。

这种转换的结果中可以看到(7)的时域瞬态方程和衰减时间域,是恢复大众作为时间的函数,是质量稳定状态恢复,是过渡系数。在这个方程,是时间的增加或时间步骤:

此外,我们可以确定在每个即时修复质量的增量时间根据(8),增量恢复质量:

因此,如果我们更换(6)(7我们可以找到勒布朗稳定器的瞬态模型,角模型系数和吗是一个指数模型系数:

因此,这个模型可能显示恢复力的瞬时值(),等效质量不平衡(),和不平衡负载之间的相位角和恢复力环转化递减的函数(,)和环角减量()。

最后,我们应用数值模型为刚体模型和3自由度(自由度),识别不平衡负载的力量,恢复力,轨道,和不平衡负载之间的相位角和恢复力。

在图10,没有平衡环的动态系统分析的结果,轨道位移和不平衡负载的图表示这项研究的主要反应。

在这个图中,可以看到,在最后阶段,往往会随着轨道旋转加速度的函数,而分析的初始阶段,选择的轨道,这可能与系统的固有频率。在这两种情况下,我们也可以发现不平衡负载是隐含在950和1000 N之间的力,导致额外的应力和挠度的机械组件,如篮子、轮毂、轴。例如,如果我们认为篮高度为500毫米,放置在中间高度不平衡负载,电机轴顶端的那一刻将大约250 N·m。此外,这一努力可能隐含在过度偏转篮子(桶之间的干扰和篮子),甚至系统崩溃。

另一方面,数字11显示了动态系统分析,认为平衡环。可以看到,平衡环导致减少轨道在中间和最后阶段,即使初始阶段仍然存在轨道的选择与固有频率有关。否则,配置的动态系统,轨道离心率的值已经被证明是减少从10 6毫米,从振动的角度指示一个巨大的改进。

尽管如此,重要的是要注意,平衡环导致部队从750年到850年在最后阶段N。因此,如果我们认为篮高度等于500米,在中间高度和不平衡负载的平衡环的篮子,由此产生的力矩电机轴的小费是125 N·m。那一刻减少(125 N·m)可能的结果,例如,在轴直径的减少,从而减少成本。另一方面,这种情况也有可能增加旋转和洗衣机容量。

最后,可以看到勒布朗的贡献稳定器洗衣机动力是非常重要的,而它减少了讣告瞬态和减少工作的系统结构机械部件,如篮子和轴。

4所示。结论

总之,提出了两种新的稳定和瞬态模型在这工作,是可以描述的一般行为勒布朗稳定器作为转速的函数,偏心,轨道方向。

在这工作,也有可能找到一个简化的方程修复质量和力,这个力之间的相位角和不平衡负载的引用。此外,模型基于3自由度运动也提出,在旋转,偏心,轨道方向可以通过旋转与平移增量描述时间(,,)。

另一方面,这项工作还允许寻找瞬态方程是基于时间和增加的时间域。因此,对于平衡环的特性,时域模型帮助我们比较平衡环的效率在一个简单的方法(状态之间的过渡时间),而时间的增量模型并实现模型计算。

由于这个模型,我们能够建立一个简化的动力学模型和3自由度,哪里可以识别的一般行为平衡环在动态系统中除了预测该系统的响应。

另一方面,它可以帮助其他类型的分析,如篮子偏转的预测之间的区别不平衡和恢复力量。

此外,尽管这个工作还是有一些需要克服的挑战,这项工作提出了一个新颖的方法描述的勒布朗稳定器使它可能代表平衡环的行为在动力学仿真计算的性能缺陷。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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