|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Техника и технология сферы сервисаСтр 1 из 13Следующая ⇒
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики
Техника и технология сферы сервиса Учебное пособие для студентов дневного и заочного отделений
Санкт-Петербург 2011 ББК
Одобрено на заседании кафедры «Сервиса бытовой техники и приборов коммунального хозяйства», протокол № от
Утверждено Методическим Советом ИСАКБТ, протокол № от
Лепеш Г.В., Гладилин Ю.А. Техника и технология сферы сервиса.
Рецензент: д-р физ.-мат. наук, проф. Г.С. Сухов
ISBN
Ó Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики 2011 г. Оглавление Введение.. 5 1. Классификация и основные 1.1. Классификация бытовой техники 1.2. Основные тенденции развития 2. бытовая техника и Технологии 2.1. Особенности хранения продуктов 2.2. Физические основы получения Основы теории холодильных машин . 20 2.4. Схема и принцип работы компрессионной 2.5. Абсорбционные бытовые Термоэлектрические холодильные приборы .. 33 3. техника и Технологии обеспечения Факторы загрязнения воздушной среды .. 36 Параметры состояния воздуха . 37 Системы вентиляции воздуха . 43 Естественная вентиляция . 44 Механическая вентиляция . 45 3.6. Упрощенный расчет систем Системы кондиционирования воздуха . 52 3.8. Схема и принцип работы Центральные кондиционеры .. 60 Воздухоочистители . 72 Фотокаталитические воздухоочистители . 75 3.12. Малошумная местная Увлажнители воздуха . 80 Обогреватели воздуха . 81 4. техника и Технологии нагрева.. 86 4.1. Электронагрев и электронагревательные СВЧ нагрев и микроволновые (СВЧ) печи . 89 5. техника и Технологии удаления пыли.. 95 5.1. Свойства и состав Пневматическая уборка пыли пылесосами . 97 5.3. Физические основы рабочих 5.4. Принцип работы и схема 5.5. Принцип работы и схема 5.6. Принцип работы и схема конструкции 6. Техника и технологии мойки и стирки.. 116 Механизм воздействия СМС .. 116 Физические основы стирки . 118 6.3. Принципы работы и конструкции История развития стиральных машин . 125 Плесени – это простейшие растения из семейства грибов. Однако они намного сложнее по структуре, чем бактерии или дрожжи. Принимая во внимание, что бактерия или дрожжи состоят из одной клетки, плесени состоят из множества клеток, которые образуют длинные нити волокон, называемые гифами. Плесень размножается спорами. Спора – это микроорганизм, который защищен прочным покрытием. Он находится в состоянии бездействия и ждет возникновения благоприятных условий окружающей среды прежде, чем начнутся процессы его жизнедеятельности. Споры плесени находятся везде, и особенно их много в воздухе, который переносит их с места на место. Плесень развивается в темной влажной среде при большом количестве кислорода и повышенной влажности воздуха. Особенно активно она растет при недостаточной циркуляции воздуха. Условия в холодильных камерах часто идеальны для развития плесени, особенно зимой. Данную проблему можно решить, если поддерживать хорошую циркуляцию воздуха в камере хранения, применять бактерицидные краски для оборудования, использовать ультрафиолетовое облучение и часто чистить камеру. В отличие от бактерий плесень развивается только на пищевых продуктах, которые содержат относительно большое количество сахара или кислот, поэтому ее часто находят на кислых плодах и в емкостях для маринования. Плесень – это наиболее частая причина порчи цитрусовых и яблок. Хотя плесень менее стойка к высокой температуре, чем бактерии, она более терпима к низкой температуре. Она свободно развивается при температуре, близкой к замерзанию воды, но не выживает при температуре ниже 0°С. Но гибель происходит больше от недостаточной влажности воздуха, чем от низкой температуры. Развитие плесени полностью прекращается при температуре ниже -12°С. Для того чтобы ослабить влияние всех перечисленных факторов необходимо подобрать такие условия хранения, которые оказывают сдерживающее или останавливающее действие на их протекание. Так на продукт можно воздействовать теплом или холодом, обрабатывать его химическими веществами, хранить в охлажденном, в замороженном видах - или в вакууме - что может увеличивать срок его хранения. С этими воздействиями связаны и основные следующие способы хранения: 1. хранение в естественном состоянии при небольших положительных температурах; достоинства - простота, дешевизна, большие объемы хранимых продуктов. недостатки - малый срок хранения. 2. хранение после предварительной термической обработки при температуре 90 – 150 0С; Достоинства - универсальность, надежность. Недостатки - потеря продуктами при обработке большей части витаминов, вкуса, объема и внешнего вида. 3. хранение после химического, нетермического консервирования (засолка и т.д., но не нагрев); достоинства - простота, отсутствие особых требований к хранению, большее количество сохранения витаминов; недостатки - изменение вкуса, необходимость емкости для хранения. 4. хранение продуктов в охлажденном виде, т.е. при температуре около +4 ºС; достоинства - сохранение практически всех полезных качеств продуктов и внешнего вида. Недостатки - небольшой срок хранения. 5. хранение продуктов в замороженном виде, т.е. при температурах меньше 0 ºС (в случае современных холодильных машин –18 ÷ –24 ºС), что приводит к замерзанию внутриклеточной воды в продуктах; достоинства - практически неограниченный срок хранения; недостатки - при размораживании, потеря продуктом части массы, изменение вкуса и вида. Последние два способа получили распространение только в последние десятилетия, но показали неоспоримые преимущества, а потому занимают центральное место в системе консервации и длительного хранения, в том числе и в быту. В охлажденном состоянии (0 ÷ -2 0С) целесообразно хранить “всесезонные” продукты (молоко, мясо, рыбу) и продукты, имеющие значительный срок хранения. Все остальные продукты, которые должны входить в ежедневный рацион питания, но созревающие в определенный сезон, необходимо хранить в замороженном состоянии. На окончательное качество и срок хранения любого замороженного продукта влияют: природа и состав продукта, который будет заморожен; тщательность отбора, обработки и подготовки продукта для замораживания; способ замораживания; условия хранения. Обычно замораживают: свежие овощи, фрукты, соки, мясо, птицу, морепродукты и яйца (без скорлупы); хлеб, печенье и мороженое; разнообразные готовые продукты и полуфабрикаты, например упакованные обеды. Увеличение срока хранений при охлаждении до низких положительных температур связано с понижением активности и снижением интенсивности размножения микробов, но жизнедеятельность их продолжается, что и приводит через 5 - 10 дней к порче продукта (временные рамки хранения для каждого продукта свои и в зависимости от характера микробиологической среды). Повышение срока хранения продуктов в замороженном состоянии (от -18 до -24) 0С связано с замедлением химических реакций в них, снижением активности микроорганизмов и ферментов, помогающих расщеплять молекулы химических соединений продукта на простые, более малые молекулы. Для снижения активности ряда ферментов (пепсина, трипсина) требуется понижение температуры до -24 0С. Однако жизнеспособность микробов и ферментов сохраняется, т.е. микроорганизмы не погибают, а прекращается только их размножение. Так что после размораживания активность ферментов восстанавливается, а у некоторых (периксидазы, типозинады и каталозы) наблюдается даже кратковременное повышение активности. Это объясняется тем, что в результате структурных изменений во время замораживания высвобождаются различные первоначально связанные компоненты ферментов. Холодильная обработка практически не влияет на витамины А, В, Д и Е. Содержание витамина С уменьшается, но не так существенно, как при естественном хранении или термообработке. При размораживании активность ферментов восстанавливается, а микроорганизмов резко усиливается. Размороженный продукт испортится быстрее, чем в случае естественного хранения, что связано с частичным разрушением клеточных мембран тканей продукта, кристаллами льда при недостаточно быстром замораживании, а также со свойствами самих живых организмов. Холодная обработка (охлаждение) не влияет на витаминные группы А, В, Д, Е и несколько уменьшает содержание витамина С. На качество продуктов после размораживания также влияет скорость замораживания. Чем, быстрее это происходит, тем лучше, т.к. при быстрой заморозке образуется меньшее количество кристаллов льда с острыми гранями, т.е. разрушится меньшее количество клеток. Большинство из них замерзнет целиком. Таким образом единственным средством сохранения продуктов в первоначальном свежем состоянии является охлаждение. Это принципиальное преимущество холода перед другими способами. Однако у охлаждения есть следующие недостатки: 1. Когда пищевые продукты сохраняются холодом, процесс охлаждения необходимо начать сразу после сбора. 2. Процесс охлаждения должен быть непрерывным до потребления продуктов. 3. Способ сохранения холодом требует относительно дорогого и громоздкого оборудования. Данные условия делают охлаждение неудобным и неэкономичным способом сохранения пищевых продуктов во многих случаях. Основываясь на этом, можно отметить, что нет ни одного способа, который был бы оптимальным во всех случаях. Выбор способа зависит от:
2. длительности хранения; 3. цели использования; 4. наличия оборудования для хранения. Для реализации технологий охлаждения и замораживания продуктов целесообразно формирование двух типов устройств, оно из которых реализует охлаждение, а другое - замораживание. Это привело к разработке конструкций холодильников и холодильных машин с разными отсеками. Например, двухкамерные холодильники позволяют хранить продукты в охлажденном и замороженном видах, а трехкамерные еще и в естественных условиях. На основе анализа норм рационального питания российские и зарубежные исследователи рекомендуют объем холодильной и морозильной камеры на одного человека 150 – 200 дм3, а объем холодильника для средней семьи должен быть 500 – 700 дм3 с учетом объема морозильной камеры (40% общего объема). На основании изложенного можно сформулировать требования к перспективным моделям холодильников. 1. Общий объем холодильника должен быть 250 – 700 дм3 в зависимости от числа членов семьи из расчета 200 дм3 на одного члена семьи. 2. Объем морозильной или низкотемпературной камер должен составлять 40 – 50% общего объема холодильника. 3. Температура в холодильной камере должна быть 0 ÷- 20 С. 4. Температура в низкотемпературной камере при режиме замораживания должна быть от -180 до -240 С.
Подготовка овощей для замораживания Овощи необходимо обработать перед замораживанием. Их необходимо: 1. очистить и вымыть, чтобы удалить все инородные материалы с поверхности листьев, грязь, насекомых и соки; 2. бланшировать в горячей воде или паре при 100°С, чтобы уничтожить естественные ферменты; 3. охладить до 10°С немедленно после бланшировки, чтобы оставшиеся бактерии их не испортили; 4. заморозить и поместить на низкотемпературное хранение. Бланшировка — это процесс, при котором пищевые продукты быстро нагревают до температуры, которая уничтожает большинство микроорганизмов, но продукт не должен приготовиться. Это делают для уничтожения большинства ферментов, что весьма увеличивает срок хранения замороженных овощей. Продолжительность бланшировки зависит от вида овоща, обычно она длится от одной минуты для зеленой фасоли до 11 минут для больших початков кукурузы. Хотя большая часть микробов, наряду с ферментами, разрушается в процессе бланшировки, но многие бактерия выживают. Поэтому продукт после бланшировки быстро охлаждают, чтобы оставшиеся бактерии его не испортили. В настоящее время в отечественной и зарубежной практике накоплен достаточный опыт хранения замороженных продуктов, который позволил наметить основные тенденции в развитии этого направления. К ним относится понижение температурного уровня хранения замороженного мяса до −25…-30°С. Преимущества низкотемпературного хранения (-25…-30°С) исследованы и подтверждены на практике на ряде холодильников, как в нашей стране, так и в других странах. Однако увеличение затрат, связанное с усилением теплоизоляции, повышением расхода электроэнергии на выработку холода, предопределяет необходимость детального экономического обоснования целесообразности дальнейшего понижения (до −35…-40°С) температур хранения замороженного мяса. При этом также следует учитывать технические возможности существующего холодильного транспорта и эксплуатационные затраты последующего звена непрерывной холодильной цепи — размораживания. Интересным является предложенный в Санкт-Петербургском государственном университете низкотемпературных и пищевых технологий (СПГУНиПТ) способ переменного температурного режима хранения. По этому способу на первом этапе хранения поддерживалась температура в камере −30°С, а на втором — −12°С. При этом наряду с сокращением энергозатрат снижаются потери массы продукта на 0,4%. Обычно изменения температуры внутрикамерного воздуха, а тем более колебания ее в значительных пределах не допускаются из-за опасности ухудшения качества продукта. Однако с теплофизической точки зрения возможен такой режим холодильного хранения, когда температура в камере остается все время на десятые доли градуса ниже температуры воздуха.
Физические основы образования льда Возможны два случая образования льда при охлаждении воды: первый, когда в воде отсутствуют-кристаллы льда или ядра для их образования, второй — когда в охлаждаемой воде они присутствуют. Каждый из них имеет свои особенности образования льда. В первом случае процесс льдообразования характеризуется большой сложностью и еще недостаточно изучен. Во втором случае процесс льдообразования более простой, что позволяет определить количественные зависимости толщины и скорости намораживания льда от условий охлаждения воды и установить, таким образом, степень влияния отдельных факторов на этот процесс. В холодильной технике льдообразование почти всегда протекает в условиях, когда имеются необходимые предпосылки для возникновения кристаллов льда. Образование твердой фазы из жидкой начинается только в отдельных точках — центрах кристаллизации. В свою очередь образование первичных центров кристаллизации возможно только при переохлаждении жидкости. Переохлаждением жидкости — называют разность температур между температурой плавления твердой фазы и температурой, при которой выделяются первые кристаллы. После появления кристаллов температура жидкости возрастает до температуры плавления. Необходимость переохлаждения вызывается тем, что возникающие группировки (диспергированные кристаллы) с упорядоченным размещением молекул, близким к структуре кристаллов твердой фазы, неустойчивы. Эти группировки в соответствии с квазикристаллическим строением жидкости непрерывно разрушаются под воздействием теплового движения молекул. Когда температура жидкости становится ниже точки плавления, воздействие теплового движения молекул уменьшается.
Однако эти группировки, представляющие собой только несколько молекул с правильной кристаллической ориентировкой, остаются неустойчивыми и в условиях переохлаждении. Кристаллическая группировка становится устойчивой только тогда, когда в ней содержится несколько сот молекул. Образование такой группировки не может происходить самопроизвольно: оно требует содержания в жидкости твердых частиц. Стабильность этих групп может возникнуть только на поверхности раздела жидкости и твердых частиц, так как здесь имеется пленка жидкости, обладающая особыми свойствами молекулярной ориентации, отличающими ее от остальной массы жидкости. При движении воды у охлаждаемой стенки первые кристаллы должны выделяться в виде тонкого слоя льда, так как у нее находится наиболее переохлажденная пленка жидкости, обладающая свойствами молекулярной организации, необходимыми для образования устойчивых группировок. Наиболее благоприятными условия будут тогда, когда теплопередающая стенка по структуре своей поверхности приближается к структуре кристаллов льда и когда теплопередача через стенку проходит интенсивно. Поэтому шероховатые металлические стенки, особенно медные, при интенсивном охлаждении создают более благоприятные условия для образования первых кристаллов льда, чем гладкие и полированные, особенно стеклянные, при медленном их охлаждении. При интенсивном охлаждении воды с температурой выше 0°С у металлической стенки образуется тонкий сплошной слой льда и переохлаждение воды резко падает до тысячных долей градуса (практически можно считать, что переохлаждение отсутствует). Температура поверхности льда на границе с водой в течение всего дальнейшего процесса охлаждения ее остается постоянной и равной 0°С. Действительно, температура плавления льда при атмосферном давлении не может быть выше 0°С, так как известно, что иметь двойную фазу вещество в перегретом состоянии не может. С другой стороны, температура может понижаться лишь на тысячные доли градуса. Таким образом, практически температура льда на границе может быть принята равной 0°С. Эта важная особенность процесса намораживания льда у охлаждаемой стенки, омываемой водой, позволяет получить сравнительно простые расчетные зависимости, характеризующие динамику намораживания льда в воде плюсовой температуры. Сначала кристаллы льда образуются в межклеточной жидкости, концентрация растворенных веществ которой вследствие вымерзания воды начинает увеличиваться. Возникает разность между концентрациями растворов в межклеточном пространстве и внутри клеток, что приводит к перемещению влаги из клеток к кристаллам в межклеточном пространстве. Таким образом, увеличиваются кристаллы снаружи клеток, и обезвоживается их содержимое. В дальнейшем процесс кристаллизации может начаться и в самих клетках. При оттаивании рассмотренные явления развиваются в обратной последовательности.
В случае быстрого понижения температуры биологических объектов кристаллизация может происходить одновременно внутри клеток и в окружающей их межклеточной жидкости. В процессе хранения наблюдается миграционная перекристаллизация — увеличение размеров крупных кристаллов вследствие исчезновения мелких. Одной из причин повреждения клеток является механическое действие на них кристаллов льда, которое приводит к разрыву клеток, проколам и порезам. Кроме того, из-за разрастания кристаллов льда в межклеточном пространстве уменьшаются размеры клетки, что вызывает сжатие и образование складок в оболочке, в результате чего может произойти механическое повреждение протоплазмы. При поступлении воды в клетку во время размораживания тесно соприкасающиеся слои протоплазмы начинают расходиться и при этом часто происходит отрыв протоплазмы от оболочки, что приводит к повреждению структуры клетки. Еще более сильным повреждающим фактором является денатурация протоплазматических белков, вызванная обезвоживанием клетки в результате вымораживания воды. Так, сближение молекул белка в результате обезвоживания приводит к тому, что сульфгидрильные группы -SH- отдельных белковых молекул вступают во взаимодействие и образуют дисульфидные связи. При оттаивании вода проникает в клетки и начинает раздвигать белковые молекулы. Однако вследствие того, что энергия образовавшихся дисульфидных связей выше, чем энергия водородных связей в структуре самой молекулы, происходит разрыв не дисульфидных, а водородных связей, что вызывает развертывание макромолекул белка, т. е. их денатурацию. В результате вымораживания воды обезвоживание клетки может достигнуть такой степени, что различные протоплазматические структуры приходят в соприкосновение. При этом возможен перенос ряда активных структурных компонентов с одной поверхности на другую. Например, соприкосновение сложных мембран митохондрий, на которых расположены ферменты в строго установленной последовательности, может нарушить энергетические процессы и привести к гибели клетки. Наконец, еще одним фактором повреждающего действия является повышение концентрации минеральных солей (электролитов) в незамерзшей клеточной жидкости при обезвоживании в процессе кристаллообразования. Под действием образующихся концентрированных солевых растворов происходит денатурация белков, причем развитие ее зависит не только от концентрации солей, но и от величины рН среды. К повышению концентрации солей особенно чувствительны липопротеиды, из которых в основном состоят мембраны клеток.
На степень загрязнения материала оказывают также его диэлектрические свойства. Так ткани, имеющие высокое объемное электрическое сопротивление, накапливают заряды и притягивают к себе пыль из окружающей среды. С древнейших времен основным принципом стирки считается интенсивное прокачивание моющего раствора через волокна ткани. С тех пор как трудоемкий процесс стирки возложили на машины, они претерпели много конструктивных изменений, сохраняя при этом, как правило, основной принцип, осуществляемый за счет активации моющего процесса. По способу активации стиральные машины разделяют на: -активаторные; -барабанные; -воздушно-пузырьковые; -ультразвуковые; -вибрационные. Стиральные машины активаторного типа - самые простые и дешевые машины, они представляют собой бак для стирки с присоединенным к нему электромотором, который приводит в движение активатор (диск с лопастями), установленный внутри бака. Активатор попеременно вращает воду с бельем то в одну, то в другую сторону. Водяные потоки при этом сталкиваются и, проникая через волокна, эффективно отстирывают грязь. Главный их недостаток в том, что белье постоянно скручивается. Из-за этого и невысоко качество стирки и быстро изнашивается ткань. Кроме того, хозяйке или оператору нужно постоянно находиться рядом, чтобы контролировать процесс стирки и вовремя выключать машину. Ниже перечислены простейшие активаторные машины с пластмассовым корпусом отечественного производства [12]: -«Малютка» - максимальная загрузка - 1 кг сухого белья; -«Лилия» - загрузка - 1 кг; -«Фея» - загрузка - 2 кг; -«Минивятка» - загрузка - 2 кг. Стиральная машина барабанного типа представляет собой бак, к которому подключены системы подачи и слива воды. В нем вращается барабан, представляющий собой цилиндрический бак со множеством отверстий и с перфорированными ребрами внутри. В барабан загружают белье и частично заполняют водой. Бак вращается и белье подхватывается ребрами, поднимается вверх, а затем падает в воду (процесс напоминает отбивание о воду). Помимо того, перфорированные ребра зачерпывают воду снизу барабана и, повернувшись, выливают ее сверху на белье (система «дождь»). В более дорогих моделях применяется система принудительного дождевания путем впрыска моющего раствора. Посредством специального насоса вода бьет сильной струей в белье, распластанное на стенках барабана. Таким образом вода дополнительно прокачивается через ткань, то есть белье проходит своеобразный «душ Шарко». Систему впрыска разные производители называют по-разному: «Актива» - Саndy, «джет» - Zanussi, «душ» - Еlectroluх, «Гейзер» - Sangiorgiо и т. д. Бак и барабан обычно изготавливают из нержавеющей стали, у более дешевых моделей они выполнены из стали, покрытой эмалью или лаком. В последние годы стали появляться стиральные машины, у которых бак и барабан сделаны из специальных пластиков или композитных нержавеющих материалов. Для загрузки и дозирования моющих средств предназначен специальный выдвижной контейнер. В нем несколько отделений, в которые могут загружаться как стиральный порошок, так и жидкие моющие средства, которые автоматически смываются в бак при выполнении определенной программы стирки. В барабанных стиральных машинах при перемешивании белья оно не скручивается, что выгодно отличает их от активаторных. Кроме того, процессы стирки в таких машинах легко автоматизируются, что более трудно сделать в активаторных стиральных машинах. Воздушно-пузырьковые стиральные машины на российском рынке представлены моделями Daewоо DWF-5580 и DWF - 5590DР. Они представляют собой активаторные машины с компрессором, который нагнетает в воду множество воздушных пузырьков. При стирке используется эффект кавитации, когда воздушные пузырьки в воде лопаются (захлопываются), излучая при этом ударную волну, выбивающую грязь из волокон. У подобных машин нет нагревательной спирали, поэтому стирка происходит в холодной воде. Воздушно-пузырьковые машины сохранили такие недостатки активаторных машин, как скручивание белья, большой расход воды и, как следствие, повышенный расход стирального порошка. Ультразвуковые стиральные машины избавляют белье от грязи с помощью акустических колебаний. При этом образуются микропузырьки, создающие кавитационный эффект. Правда, это невозможно увидеть. Результат от подобной стирки примерно равен эффекту замачивания белья в порошке, и потому может быть удобен в походных условиях, а продающиеся миниатюрные ультразвуковые машины (типа Sonata Biniclean) обладают очень малой мощностью. В вибрационных стиральных машинах установлена мембрана, которая вибрирует и эффективно прокачивает моющий раствор через ткань. Такие машины работают очень шумно, расходуют неоправданно много воды и электроэнергии. По сути это - тупиковое направление в производстве стиральных машин, поэтому в настоящее время они практически не выпускаются. 6.4. История развития стиральных машин
Идея современной стиральной машины возникла на рубеже ХХ в. Первую в мире электрическую стиральную машину, показанную на рис. 6.3, создал американец Ална Фишер в 1906 г. Задача хозяйки заключалась только в том, чтобы загрузить в горизонтальный металлический барабан белье, моющее средство и воду, а затем, после стирки и сушки, выгладить белье. К этому моменту уже применялись все элементы, необходимые для развития принципов механической стирки: -стирка в горячей воде; -использование растворенного в воде моющего средства; -встряхивание и перемешивание белья в резервуаре, приводимом в движение двигателем. Первоначально нагрев воды осуществлялся извне, и горячая вода заливалась в бак. Когда развитие электрических сетей достигло такого уровня, что электричество стало доступным индивидуальным пользователям, вода стала нагреваться в самом резервуаре. Производство нового бытового прибора развивалось бурными темпами. Уже в 1920 г. в США свыше 1300 фирм выпускали стиральные машины самых разных видов, например, с приводом от бензинового двигателя, с подогревом воды в баке газовой горелкой, со 100-килограммовым редуктором, как у трактора и др.
В любом случае первоначально отжим белья осуществлялся при проходе его через специальное устройство, которое состояло из двух валиков, соединенных пружиной и вращающихся в противоположных направлениях, приводимых в движение вручную или с помощью небольшого электродвигателя. Это устройство называлось валками. Дальнейшая сушка белья производилась путем развешивания его на открытом воздухе. Только в последние десятилетия для более тщательного отжима белья используется центробежная сила. Белье загружается в барабан, снабженный отверстиями в стенках и вращающийся с высокой скоростью. При этом влага выжимается из ткани и собирается в специальном резервуаре машины. Первоначально программа стирки была автоматизированной только отчасти. Хозяйка была вынуждена почти неотлучно находиться около машины для выполнения целого ряда необходимых операций (открывать и закрывать кран, включать и выключать электродвигатель и пр.). Для сушки мокрое белье вручную вынималось из барабана и перекладывалось в сушильное устройство, подобное описанному выше. К этой же категории относятся и стиральные машины с двумя барабанами, оси которых располагались вертикально. Один из барабанов предназначен для стирки, а второй - для отжима. Первые машины с барабаном, служившим как для стирки, так и для отжима, выпустила в 1924 г. американская фирма Savage Arms Соmpany. В наше время полуавтоматические стиральные машины продолжают находить применение благодаря простоте конструкции, легкости выполнения ремонта и невысокой стоимости. В автоматических стиральных машинах, представляющих сегодня почти весь ассортимент машин, имеющийся на рынке, все операции по стирке выполняются автоматически в соответствии с многочисленными циклами, предусмотренными изготовителями и выбираемыми пользователем по своему усмотрению. Независимо от конструкторского решения, единственными выполняемыми вручную операциями, остаются следующие: -загрузка белья в специальную емкость, которая почти у всех машин представляет собой барабан с мелкими отверстиями в стенках; -загрузка моющего средства и различных добавок в соответствующий отсек распределителя, откуда в соответствующий момент цикла оно автоматически подается в барабан; -разгрузка стиральной машины после отжима с помощью центрифуги и окончательная сушка на воздухе или в специальной машине. Что же касается выбора программ стирки, то здесь прогресс в развитии стиральных машин наиболее значителен - применяемые в современных машинах системы управления на основе так называемой «размытой логики» (Fuzzy Logiс) дают возможность реализации тысяч возможных вариантов. Специальные датчики контролируют жесткость и температуру воды, концентрацию раствора моющих средств и загрузку белья. Пока машина не может сама определить тип белья, но уже есть предложения снабдить каждый предмет одежды нашивкой со штрих-кодом, а машину - считывающим устройством. Микропроцессор современной машины вычисляет наиболее характерный для пользователя тип стирки (температуру, продолжительность) и после нескольких повторов владельцем этой стирки готов выполнить ее «по умолчанию». Последней тенденцией развития современной бытовой техники, и стиральных машин, в частности, стало объединение их в локальную сеть с подключением к сети Интернет. Это позволяет им связываться с сервисным центром, сообщать о случившихся сбоях в работе и снабжать сервисную службу точными данными для подготовки эффективного визита мастера. 6.5. Активаторные стиральные машины В машинах активаторного типа в дно или стенку стирального бака вмонтирован активатор, представляющий собой диск с лопастями различной формы (рис. 6.5). Частота вращения активатора в различных машинах колеблется от 400 до 800 об/мин. Активаторные машины могут быть одно- или двухбаковыми. В двухбаковых машинах в одном баке происходит стирка, а в другом - отжим в центрифуге, т. е. вращающемся с большой скоростью перфорированном барабане. Двухбаковые машины являются полуавтоматами, т. к. в процессе стирки требуется вмешательство оператора [13]. Внешний вид современной активаторной машины показан на рис. 6.6. Получить представление о конструкции и принципе стирки в полуавтоматической стиральной машине активаторного типа можно ознакомившись с рис. 6.7. Главным достоинством активаторных стиральных машин является их относительная дешевизна и простота конструкции, а основным недостатком сложность автоматизации процесса стирки в целом.
6.6. Барабанные стиральные машины Барабанные стиральные машины бывают полуавтоматическими и автоматическими. Полуавтоматические стиральные машины барабанного типа имеют мягкую подвеску и электронное управление. Они предназначены для стирки, полоскания и отжима белья в одном перфорированном барабане с гребнями на внутренней стороне. По сравнению с двухбаковыми машинами активаторного типа, применение барабана позволяет меньше расходовать воды и моющих средств. Электронная система управления дает возможность выбирать различные варианты режимов стирки и отжима. Пуск и переключение операций производится путем поворота ручки реле времени или командоаппарата, что также позволяет установить продолжительность любой операции. Мягкая система подвески барабана на фрикционно-пружинных амортизаторах позволяет снизить воздействия вибрации на корпус, уменьшить массу противовесов, повысить надежность работы машины, уменьшить шум. Гидросистема машины барабанного типа состоит из подсистем заполнения и откачки жидкости из бака. Система заполнения включает дозатор моющих средств и шланг налива жидкости в бак машины. Система откачки включает: сливной шланг, фильтр для очистки, электронасос, сливные трубки. Почти полное вытеснение полуавтоматическими машинами барабанного типа активаторных машин произошло благодаря автоматизации процесса стирки, которая весьма просто осуществима при барабанной стирке. Сегодня если речь заходит о барабанной стиральной машине, то, скорее всего, подразумевается автоматическая стиральная машина. Автоматические стиральные машины (тип СМА) отличаются от стиральных машин других типов широким использованием элементов автоматики. Все процессы в этих машинах полностью автоматизированы: налив и слив воды, ввод моющих средств, нагрев воды до заданной температуры, стирка, полоскание и отжим. Широкий выбор программ позволяет стирать белье разной степени загрязненности, прочности и химического состава. Две основные группы, на которые можно разделить автоматические стиральные машины - это машины с фронтальной и с верхней загрузкой белья. Машины с фронтальной загрузкой бывают только барабанного типа, машины с верхней загрузкой могут иметь как горизонтальный, так и вертикальный барабан (последний тип стиральных машин популярен в Америке и странах дальнего Востока). Стиральные машины с фронтальной загрузкой различаются по геометрическим размерам. Наиболее массовым является «стандартный» размер - высота 85 см, ширина 60 см, глубина 55...60 см. Модели этой группы столь многочисленны, что перечисление их заняло бы несколько страниц. Машины, корпус которых имеет глубину менее 55 см, относят к категории «узких». Существуют модели глубиной 45 см (например, Аriston А8 848 ТХ), 42 см (Еlectrolux EW 9623), 34 см (Whirрооl АWG 322, Siltal SL 346T, Siemens WV 108000), 33 см (Zerrowat Х331) и даже 32 см (Еlectrolux EW 914S). Естественно, что загрузка белья в такие машины уменьшена с 5 кг до 3...4,5 кг. Разрабатывая «узкие» модели, конструкторы стиральных машин учитывают интерес к ним потребителей с ограниченной площадью кухни или ванной комнаты. Проблема дефицита места для установки стиральной машины актуальна для многих россиян, поэтому узкие стиральные машины здесь пользуются наибольшим спросом. Однако в технике уменьшение размеров изделия не означают его меньшую цену, чаще бывает наоборот: «узкая» (особенно «очень узкая») машина оказывается дороже машины стандартных размеров. Малые величины зазоров между движущимися элементами привода машины приводят к тому, что при вибрациях, неизбежных во время работы стиральной машины, вращающийся вал электродвигателя зацепляет заднюю стенку машины (в ряде моделей на уровне вала предусмотрен технологический вырез на задней стенке со съемной крышкой), в результате чего нередки повреждения стенки и элементов трансмиссии (шкивов и приводного ремня и др.). Для предотвращения этого явления в конструкцию машины вводят специальные элементы, призванные исключить близкое соприкосновение вала или шкива с задней стенкой изделия, что удорожает конструкцию и снижает ее эксплуатационные параметры. Внешний вид типовой автоматической стиральной машины с фронтальной загрузкой представлен на рис. 6.8. Схема конструкции стиральной машины с фронтальной загрузкой представлена на рис. 6.9. Для автоматических стиральных машин одной из важнейших характеристик является виброшумовая защищенность, поэтому на всех машинах устанавливается система виброизоляции и вибропоглощения. Схема системы подвески и вибропоглощения стиральной машины с фронтальной загрузкой представлена на рис. 6.10.
Кроме габаритных и компоновочных различий автоматические стиральные машины отличаются по наличию функции сушки белья. Отдельные сушильные машины, выпускаемые практически всеми производителями стиральных машин, не «прижились» на российском рынке из-за своей стоимости, сравнимой со стоимостью обычной стиральной машины, и необходимости выделения дополнительной площади для их размещения. Хотя ряд производителей, например финский концерн АSКО, предлагает варианты вертикальной состыковки этих аппаратов – сушильная машина устанавливается на верхней панели стиральной машины. Есть также варианты настенной подвески сушильного аппарата. Гораздо более популярны машины, в которых совмещены стиральные и сушильные функции. Схема стиральной машины с сушкой (иногда их называют стирально-сушильными машинами) приведена на рис. 6.11.
В режиме сушки воздух, нагнетаемый вентилятором 1, обтекает ТЭН сушки 2 и, уже нагретый, поступает по воздуховоду 3 в барабан 4. Из барабана увлажненный воздух отводится по патрубку 5 в конденсатор влаги 6. В режиме сушки такая машина потребляет холодную воду – эта вода омывает развитую внутреннюю поверхность конденсатора влаги, благодаря чему из покинувшего барабан увлажненного воздуха выпадает конденсат. Осушенный воздух вновь поступает в вентилятор 1, а конденсат и вода, использованная для омывания внутренних стенок конденсатора влаги, выводятся из машины с помощью сливного насоса 7. Благодаря такой системе воздух в помещении, где работает стиральная машина с сушкой белья, не увлажняется. Стиральные машины с сушкой выпускаются как во фронтальном исполнении стандартных габаритов (например, Аriston А1858 СТХ – 85 х 60 х 55 см) или в «узком» варианте (Ardo Тrорiс 42 Х – 85 х 60 х 42 см), так и с верхней загрузкой белья (Вrand S113В-1200 с габаритами 85 х 45 х 60 см). Автоматические стиральные машины с верхней загрузкой белья и вертикально расположенным барабаном популярны на американском континенте (марки Genеrаl Еlесtriс и др.). Схема такой машины показана на рис. 6.12.
Рис. 6.12. Стиральная машина с верхней загрузкой белья 1 - панель управления; 2 -рукоятка командоаппарата; 3 - барабан; 4 - сливной насос; 5 - приводной ремень; 6 - муфта сцепления; 7 - электродвигатель; 8 - передаточный механизм; 9 - бак; 10 - активатор; 11 - фильтр
Преимуществом машин такой компоновки считается возможность в любой момент остановить стирку и, открыв крышку машины, добавить еще один предмет одежды в заполненный водой барабан. 6.7. Кинематические процессы в стиральных машинах Основным рабочим органом бытовых стиральных машин барабанного типа является перфорированный вращающийся барабан, в который помещается обрабатываемое белье. Механическое воздействие заключается в том, что изделия при вращении в барабане поднимаются за счет центробежных сил на определенную высоту и под действием силы тяжести падают в раствор, приобретая в момент удара о раствор и обечайку барабана максимальную кинетическую энергию. После этого изделия проходят через раствор, вновь поднимаются на определенную высоту, и цикл перемещения ткани изделий во вращающемся барабане повторяется. Интенсивность механического воздействия зависит от кинетической энергии, сообщаемой массе ткани, следовательно, зависит от диаметра барабана, уровня воды в баке, частоты вращения барабана, размера и числа гребней. Барабан стиральной машины (рис. 6.13) является основным элементом, осуществляющим гидромеханическое воздействие на ткань изделий и обеспечивающим функциональные показатели стиральной машины: качество стирки, полоскания, отжима и степень износа ткани.
Расчет размеров и частоты вращения барабана производится при следующих задаваемых параметрах:
где Величина центробежного ускорения на радиусе барабана равна произведению квадрата угловой скорости вращения барабана Оптимальные значения коэффициента центробежного ускорения Значения массы загружаемой ткани изделий Величина удельного объема смоченной ткани изделий Оптимальные значения коэффициента загрузки барабана Величина коэффициента загрузки барабана характеризует степень загрузки объема барабана смоченной тканью изделий. Например, если Величина коэффициента длины барабана При проектировании стиральных машин значения диаметра и радиуса барабана рассчитываются по заданным значениям загружаемой предельной массы изделий
Коэффициент загрузки (рис. 6.13) определяется отношением
Сопоставляя выражения (6.85) и (6.86) получим:
откуда определим диаметр барабана:
Как показывает анализ формулы (6.8), диаметр барабана является функцией четырех факторов:
Верхние пределы коэффициентов
Угловая скорость вращения барабана вычисляется по формуле:
тогда частота вращения барабана (оборотов в минуту) определяется формулой (6.4) и равна:
В процессе стирки отдельные части ткани изделий, находящиеся на различных расстояниях
В зависимости от скорости вращения барабана
Рис. 6.14. Траектория перемещения ткани Р - параметр параболы; F - фокус параболы; К - вершина параболы; g R з и g R б - углы отрыва по внутреннему и внешнему слоям. I - зона комкования; II - зона подъема; III - зона свободного полета Перекат ткани изделий после отрыва со своей орбиты ( Режим циклического свободного падения или режим стирки ( В режиме центрифугирования ( Координаты точки отрыва при втором режиме находятся из решения уравнения статики для сил, действующих на отдельную массу
При вращении барабана стиральных машин загрузочная масса ткани изделий, ранее находившаяся в состоянии покоя, разделяется на две отдельные части: одна часть вращается вместе с барабаном, другая часть находится в свободном полете. 6.8. Системы управления Fuzzy Logic В последнее десятилетие в области автоматического управления различными техническими устройствами и, в частности, в изделиями бытовой техники и техники сферы сервиса получили развитие системы, основанные на так называемой «Нечеткой логике» (Fuzzy Logic). Впервые термин Fuzzy Logic был введен американским профессором азербайджанского происхождения Лотфи Заде в 1965 г. в работе «Нечеткие множества», опубликованной в журнале «Информатика и управление». Основанием для создания новой теории послужил спор профессора со своим другом о том, чья из жен привлекательнее. К единому мнению они, естественно, так и не пришли. Это вынудило Л. Заде сформировать концепцию, которая выражает нечеткие понятия типа «привлекательность» в числовой форме. Областью внедрения алгоритмов нечеткой логики являются всевозможные экспертные системы, в том числе - нелинейный контроль за производственными процессами; самообучающиеся системы, исследование рисковых и критических ситуаций; распознавание образов и др. В отличие от традиционной математики, требующей на каждом шаге моделирования точных и однозначных формулировок закономерностей, нечеткая логика предполагает иной подход, при котором постулируется лишь минимальный набор закономерностей. Нечеткие числа, получаемые в результате «не вполне точных измерений», во многом аналогичны распределениям теории вероятностей. В пределе, при возрастании точности, нечеткая логика приходит к стандартной - Булевой логике. По сравнению с вероятностным методом, нечеткий метод позволяет резко сократить объем производимых вычислений, что, в свою очередь, приводит к увеличению быстродействия нечетких систем. Ключевыми понятиями нечеткой логики являются: - фаззификация - сопоставление множеству значений аргумента (х) некоторой функции принадлежности М(х), т.е. перевод значений (х) в нечеткий формат; - дефаззификация - процесс, обратный фаззификации. Все системы с нечеткой логикой функционируют по одному принципу: показания измерительных приборов фаззифицируются (переводятся в нечеткий формат), обрабатываются, дефаззифицируются и в виде привычных сигналов подаются на исполнительные устройства. Причем функция принадлежности - это не вероятность, т.к. нам неизвестно статистическое распределения, т.е. нет повторяемости экспериментов, а некоторая рейтинговая оценка. Значения функции принадлежности М(х) берутся только из априорных знаний, интуиции (опыта), опроса экспертов. В нечеткой логике вводится понятие лингвистической переменной, значениями которой являются не числа, а слова естественного языка, называемые термами. Например, в случае управления мобильным роботом (например роботом-пылесосом), задачей которого является объезд помех, можно ввести две лингвистические переменные: ДИСТАНЦИЯ (расстояние от робота до помехи) и НАПРАВЛЕНИЕ (угол между продольной осью робота и направлением на помеху). Рассмотрим лингвистическую переменную ДИСТАНЦИЯ. Значениями ее можно определить термы ДАЛЕКая, СРЕДНЯЯ, БЛИЗКая и ОЧЕНЬ БЛИЗКая. Для физической реализации лингвистической переменной необходимо определить точные физические значения термов этой переменной. Пусть переменная ДИСТАНЦИЯ может принимать любое значение из диапазона от нуля до бесконечности. Согласно положениям теории нечетких множеств, в таком случае каждому значению расстояния из указанного диапазона может быть поставлено в соответствие некоторое число от нуля до единицы, которое определяет степень принадлежности данного физического расстояния (допустим 40 см) к тому или иному терму лингвистической переменной ДИСТАНЦИЯ. Степень принадлежности определяется так называемой функцией принадлежности М(d), где d - расстояние до помехи. В нашем случае расстоянию 40 см можно задать степень принадлежности к терму ОЧЕНЬ БЛИЗКАЯ, равную 0,7, а к терму БЛИЗКАЯ - 0,3 (см. рис. 6.153). В каждом конкретном случае определение степени принадлежности дается экспертами, разрабатывающими систему управления. Переменной НАПРАВЛЕНИЕ, которая может принимать значения в диапазоне от 0 до 360 °, зададим термы ЛЕВОЕ, ПРЯМО И ПРАВОЕ. Теперь необходимо задать выходные переменные. В рассматриваемом примере достаточно одной переменной, которая будет называться РУЛЕВОЙ УГОЛ. Она может содержать термы: РЕЗКО ВЛЕВО, ВЛЕВО, ПРЯМО, ВПРАВО, РЕЗКО ВПРАВО. Связь между входом и выходом фиксируется в таблице нечетких правил (табл. 6.1). Каждая запись в данной таблице соответствует своему нечеткому правилу, например: «Если ДИСТАНЦИЯ БЛИЗКОЕ и НАПРАВЛЕНИЕ ПРАВОЕ, тогда РУЛЕВОЙ УГОЛ РЕЗКО ВЛЕВО». Таким образом, мобильный робот с нечеткой логикой будет работать по следующему принципу: данные с сенсоров о расстоянии до помехи и направлении на нее будут фаззифицированы, обработаны согласно табличным правилам, дефаззифицированы, и полученные данные в виде управляющих сигналов поступят на привод робота.
Таблица 6.1 Таблица нечетких правил для мобильного робота
Общая структура микроконтроллера, использующего нечеткую логику, показана на рис. 6.14. Она содержит в своем составе следующие составные части: блок фаззификации; базу знаний; блок решений; блок дефаззификации. Блок фаззификации преобразует четкие («crisp») величины, измеренные на выходе объекта управления, в нечеткие величины, описываемые лингвистическими переменными в базе знаний. Блок решений использует нечеткие условные («if - then») правила, заложенные в базе знаний, для преобразования нечетких входных данных в требуемые управляющие воздействия, которые носят также нечеткий характер. Блок дефаззификации преобразует нечеткие данные с выхода блока решений в четкую величину, которая используется для управления объектом. В качестве микроконтроллеров, поддерживающих нечеткую логику, можно назвать 68НСI 1, 68НС12 фирмы Motorola, МС8-96 фирмы Intel, а также некоторые другие. Параллельно с развитием соответствующей элементной базы развиваются и инструменты программирования, которые позволяют как моделировать систему управления с нечеткой логикой, так и получать машинные коды, использующиеся впоследствии в «железе». Fuzzy Logic в стиральной машине. На рис. 6.17 показана схема микроконтроллера системы Fuzzy Logic, управляющей работой стиральной машины. На вход микропроцессора поступает информация о степени загрязнения белья и типе загрязнения. Выходным параметром является время стирки. O степени загрязнения можно судить по прозрачности моющего раствора: чем ниже загрязнение белья, тем прозрачнее вода. Оба входных параметра получаются от одного оптического датчика прозрачности моющего раствора в баке стиральной машины.
Первым входным параметром является «ПРОЗРАЧНОСТЬ РАСТВОРА». О типе загрязнения можно судить по скорости изменения прозрачности раствора (или, иными словами, по времени его насыщения): так жирные загрязнения малорастворимы в воде и их концентрация в растворе медленнее выходит на уровень насыщения, а загрязнения низкой жирности растворяются лучше, и раствор в баке стиральной машины скорее становится насыщенным. Вторым входным параметром здесь является «ВРЕМЯ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА».
Таким образом, можно построить две функции принадлежности: в одном случае аргументом является степень загрязнения белья (рис. 6.16), в другом - тип загрязнения (рис. 6.19). В качестве диапазона изменения аргумента принимается интервал значений от 0 до 100. Значение выходного параметра «ВРЕМЯ СТИРКИ» (в данном случае это четкая величина, измеряемая в минутах) определяется с помощью набора нечетких правил «если... то», например: «Если ПРОЗРАЧНОСТЬ РАСТВОРА НИЗКА и ВРЕМЯ НАСЫЩЕНИЯ РАСТВОРА ВЕЛИКО, то ВРЕМЯ СТИРКИ ВЕЛИКО», или, что то же самое: «Если степень загрязнения высока и загрязнение жирное, то время стирки велико». В данном примере, поясняющем принцип построения системы Fuzzy Logic, которая управляет стиральной машиной, рассматривался только один выходной параметр - «ВРЕМЯ СТИРКИ». Следуя тому же принципу, в реальных системах управления рассматриваются и другие выходные параметры, например, «УРОВЕНЬ ВОДЫ», «СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ ПРИ ОТЖИМЕ» и т.д., а среди входных параметров, кроме рассмотренных, фигурируют такие, как «ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ», «ЗАГРУЗКА БЕЛЬЯ», «ТИП БЕЛЬЯ». Набор нечетких правил в этом случае представляет многопараметрическую таблицу, согласно которой происходит принятие решения (рис. 6.20).
Число возможных вариантов программы стирки при этом исчисляется многими сотнями, в чем и выражается качественное отличие стиральных машин с системой управления Fuzzy Logic от машин с электромеханической системой управления.
6.9. Воздушно-пузырьковые машины Воздушно-пузырьковые стиральные машины на российском рынке представлены двумя моделями фирмы «Великой Вселенной», а именно так переводится на русский язык корейское название фирмы Daewoo, DWF-5580 и DWF-5590DР. Такая стиральная машина использует принцип стирки с помощью воздушных пузырьков. Стиральные машины данного типа не имеют нагревательного элемента. Это снижает энергопотребление и позволяет эффективно стирать деликатные ткани, не подлежащие кипячению (шерсть, шелк, ангара, кашемир). Другими отличиями воздушно-пузырьковых машин Daewoo от машин с фронтальной и верхней загрузкой «европейского» типа является меньший вес (30...47 кгс), низкий уровень шума (55 дБ во время отжима, 46 дБ во время стирки и 43 дБ во время стирки по программе «Suit» (костюм)), а также короткое (до 51 мин) время стирки. Типичный внешний вид стиральных машин Daewoo показан на рис. 6.21 [14].
В вертикальном баке машины расположен барабан, на дне которого имеется так называемый пульсатор, служащий для создания сложно закрученного потока воды. Пульсатор (рис. 6.22) представляет собой расположенный в днище барабана диск с лопастями (активатор), вращение которого приводит к возникновению в объеме барабана сложного движения воды.
Рис. 6.22. Пульсатор стиральных машин Daewoo Пульсатор спроектирован асимметричным образом, со смещением лопастей относительно оси вращения. Это сделано для придания асимметрии вихревому движению воды и минимизации объема застойных зон течения. Схема устройства генератора пузырьков показано на рис. 6.23
При движении вверх якоря с закрепленным на нем магнитом происходит расширение сильфона, заслонка В открывается, заслонка А закрывается, и воздух поступает в полость сильфона. При движении якоря вниз, наоборот, происходит сжатие сильфона, заслонка В закрывается, заслонка А открывается и воздух выталкивается из полости сильфона через выходное сопло. В свою очередь, якорь приводится в действие благодаря периодическому, перемещению прикрепленного к нему магнита в переменном магнитном поле (рис. 6.24).
Частота перемещений якоря составляет порядка 3600 мин -1 . Поступающие с этой частотой через сопло, расположенное в днище стиральной машины, порции воздуха приводят к образованию множества воздушных пузырьков, которые тут же выбрасываются в полость барабана вращающимся пульсатором (рис. 6.25).
6.10. Ультразвуковые стирающие устройства В ряде современных устройств, предназначенных стирки белья используют действие на ткань ультразвука, сопровождающееся в моющем растворе явлением кавитации. В несжимаемой среде, к которой относится и вода, звуковые волны (волны давления) распространяются непрерывно лишь при их малой амплитуде. При увеличении амплитуды в зоне разрежения происходит своего рода разрыв сплошной среды: вследствие испарения образуются пузырьки водяного пара. Подсчитано, что в этой зоне давление достигает 1000 бар, а температура 1000°С. Это явление называется кавитацией, оно и используется для разрушения загрязнений тканей при ультразвуковой стирке изделий. Ультразвук (УЗ) - это волны, имеющие частоту свыше 18 кГц, неслышимые человеческим ухом. В технике УЗ-очистки и стирки обычно используют волны с частотой 20...50 кГц. Применяют два типа источников УЗ-волн: один из них основан на эффекте магнитострикции (сжатие и расширение среды в переменном магнитном поле), а другой на пьезоэлектрическом эффекте (сжатии и расширении среды в переменном электрическом поле). Магнитострикционные УЗ-излучатели генерируют волны большей мощности, но в ограниченном частотном диапазоне. Пьезоэлектрические УЗ-источники менее мощны, но позволяют достичь частот мегагерцевого диапазона. Для наиболее интенсивной кавитации необходимо, чтобы в воде было мало растворенного воздуха. Эффект кавитации уменьшается от того, что из-за растворенного в воде воздуха часть пузырьков сжимается собственным поверхностным натяжением. Для эффективной стирки рекомендуется деаэрировать воду, чтобы снизить концентрацию воздуха в ней до уровня 0,48 ммоль/л. С точки зрения физики задача стирки ткани сводится к тому, что частицы загрязнения, находящиеся на ее поверхности, были растворены (если они растворимы), удалены (если они нерастворимы) или одновременно и растворены, и удалены (нерастворимые частицы в смеси с растворимым носителем). Кавитация способствует и растворению, и удалению частиц грязи. Микроскопические размеры пузырьков, образовавшихся в процессе кавитации, позволяют очищать сколь угодно мелкие элементы структуры тканей, благодаря чему этот способ стирки не может сравниться ни с каким другим. При взрыве не видимых глазом пузырьков одновременно с удалением частиц грязи образуется озон, который убивает вирусы, болезнетворные бактерии и простейшие микроорганизмы, в частности вегетативную микрофлору (кишечную палочку, золотистый стафилококк и т.д.). Кроме того, маломощные акустические волны исполняют при стирке роль катализатора химического процесса: они повышают активность стирального порошка в несколько раз. Ультразвуковые стирающие устройства (УСУ) разрабатываются в течение нескольких десятилетий. Немало усилий затрачено на поиск их оптимальной конструкции. Основные трудности создания кавитационных УСУ и недостатки УЗ-стирки связаны с тем, что: УЗ-колебания неблагоприятно действуют на живые существа; кавитационное действие пузырьков не только удаляет загрязнения, но и разрушает основы стираемых тканей и их красителей; сложно создать конструкцию с равномерно распределенной по всему объему интенсивностью кавитации. Частично эти проблемы уже решены, и на прилавках магазинов стали появляться так называемые «стиральные машины на ладони» - миниатюрные УСУ Solana Biniclean (Болгария), «Колибри» (Зеленоград), «Бионика» (Тольятти), «Ретона» (Томск) и др. Стирка с применением этих устройств заключается в помещении их на дно сосуда емкостью не более 30 л с горячей водой и стиральным порошком. Туда же помещается грязное белье. Приблизительное время стирки при массе белья до 2 кг и объеме воды 20...25 л составляет не менее 40...60 мин. В процессе стирки рекомендуется 2-3 раза перемешать белье. На рис. 6.26 показан внешний вид УСУ «Бионика» и Solana Biniclean [15]. Разработаны УСУ, создающие кавитацию, вызываемую колебаниями частоты 6... 10 кГц или даже более низкой (50...60 Гц). Такая частота позволяет устранить недостатки, описанные выше. Она обеспечивает существенно более щадящий режим стирки, так как для него характерна скорее пульсация микропузырьков, чем их полное схлопывание, как при «настоящей» УЗ-кавитации. На рис. 6.27 приведена предложенная русским инженером Лотоцким конструкция пьезокерамического УСУ.
Пространство между корпусом 1 и пьезокерамическим вибрационным элементом 2 заполнено эластичным герметиком 3. Частотным источником питания для вибрационного элемента может служить промышленная или бытовая электрическая сеть, подключение к которой производится с помощью вилки 4 со шнуром 5. Подвод тока к вибрационному элементу происходит через токопровод 6.
Рис. 6.27. Конструкция пьезокерамического УСУ: 1 - корпус; 2 - пьезокерамический вибрационный элемент; 3 - герметик; Имеется также блок гальванической развязки 7 устройства с питающей сетью, снабженный индикатором питания 8, например индикаторной лампой. Серийно выпускаемые сегодня УСУ имеют блок генерации тока с заданной рабочей частотой, которая соответствует частоте ультразвука. Возможен также вариант УСУ с электромагнитным вибрационным элементом. Проблемой, возникающей при эксплуатации таких ультразвуковых устройств, является разброс их индивидуальных характеристик в одной и той же модели. Эта особенность связана с тем, что при изготовлении каждого из них не производится индивидуальной подстройки рабочей частоты в резонанс с собственной частотой вибрационного элемента. При этом трудно достичь максимальной генерации УЗ-колебаний. Для иллюстрации на рис. 6.28 приведен вид спектров колебаний двух однотипных УСУ.
Рис. 6.28. Спектры излучения УСУ: а) - рабочая частота близка к собственной частоте вибрационного элемента; В случае (а), когда рабочая частота близка к собственной частоте вибрационного элемента, энергия излучения сконцентрирована на основной несущей частоте f 3 и лишь в малой степени приходится на кратные частоты f 1 , f 2 , f 4 , f 5 , и др. Владелец такого УСУ удовлетворен работой своего прибора. В случае (б) рабочая частота УЗ не находится в резонансе с собственной частотой вибрационного элемента и энергия излучения «размазана» по спектру, почти в равной мере приходясь на кратные частоты. Эффективность стирки при эксплуатации такого УСУ невелика, что вызывает жалобы со стороны владельца прибора. К сожалению, конструкция УСУ не допускает возможности подстройки рабочей частоты в резонанс с собственной частотой вибрационного элемента. 6.11. Основные способы мойки посуды Мойка посуды в условиях предприятий сферы питания и быту является одной из наиболее трудоемких операций и составляет 12-15 % общих затрат времени. Внедрение посудомоечных машин значительно облегчает труд и освобождает время. При этом эффективнее используются вода и моющие средства. Кроме этого, мойка посуды в машине более гигиеничная, чем ручная. Технология мойки посуды по физическим явлениям аналогична стирке белья, однако процесс мойки проще. Во-первых, ассортимент моющихся изделий меньше, чем изделий для стирки. Например, для мойки в быту количество изделий едва превышает десяти, включая фарфор, керамику, деревянные, пластмассовые, металлические и эмалированные изделия. Во-вторых, хотя загрязнения и имеют разнообразный характер, но они, как правило, имеют и небольшую адгезию, т.е. легко удаляются с моющихся изделий. В-третьих, моющиеся изделия находятся в статическом состоянии, что значительно упрощает создание оптимальных гидродинамических полей в камере посудомоечной машины. При мытье посуды под воздействием струи воды (гидродинамическое воздействие) уменьшается адгезия загрязнителя к посуде и удаляются загрязнения с посуды. Для уменьшения адгезии в струю воды добавляют моющее средство (поверхностно-активное вещество - ПАВ), которое уменьшает силу сцепления загрязнителя с обрабатываемой поверхностью. Как было показано в пункте 6.1, молекулы ПАВ обладают особым строением - они дифильны, т.е. состоят из двух частей: гидрофильной группы (легко взаимодействующей с водой) и гидрофобного углеродистого радикала (не взаимодействующего с водой). Поэтому одна часть молекул ПАВ взаимодействует с водой, а другая - с обрабатываемой поверхностью. Снижая поверхностное натяжение на границе раздела фаз, ПАВ проникают в виде молекулярной пленки между поверхностью и загрязнением, разделяя их. Кроме этого, при взаимодействии ПАВ с жирами происходит гидролиз жиров. Активность гидролиза зависит от температуры моющего раствора, которая должна быть в пределах 75-80 °С. В посудомоечных машинах применяют механический, погружной и водоструйный способы мойки. Механический способ мойки, основанный на применении щеток различного типа, был применен в посудомоечных машинах ранних образцов. Из-за сложности конфигурации посуды и приборов механический способ нашел применение только для мытья однотипной посуды массового производства, например, бутылок, используемых в пищевой промышленности. Погружной способ мойки аналогичен активаторному способу, применяемому в стиральных машинах: посуда погружается в бак с моющим раствором, а активатор усиливает действие раствора. Пневматические активаторы применяют в машинах с баком, разделенным на две камеры. Камеры соединены между собой через трехходовой клапан с вакуум-насосом. При переключении клапана в камерах поочередно создается разрежение, что приводит к перетеканию раствора из одной камеры в другую и наоборот. При этом смываются загрязнения с находящейся в камере посуды. Ультразвуковые вибраторы или комбинацию активатора и ультразвукового вибратора применяют в посудомоечных машинах для получения возвратно-поступательного перемещения частиц моющего раствора под действием кавитации, возникшей при направленном прохождении ультразвуковых колебаний через раствор. Однако машины с ультразвуковым вибратором имеют увеличенные размеры и сложны в изготовлении. Также недостатком погружного способа являются значительные расходы электроэнергии и воды. Водоструйный способ мойки основан на физико-химическом и гидравлическом воздействии струи моющего раствора на поверхность посуды. В машинах с водоструйным способом моечный бак заполняется водой частично; посуду размещают выше уровня воды в корзинах. Моющий раствор через вращающиеся разбрызгиватели или импеллеры подается на посуду циркуляционным насосом под давлением. Водоструйный способ, обеспечивающий лучшие показатели качества мытья по сравнению с другими способами мойки посуды, конструктивно прост, легко поддается автоматизации и дает наименьшие затраты воды, электроэнергии и моющих средств. В настоящее время этот способ является традиционным для бытовых автоматических посудомоечных машин. Эффективность водоструйного способа зависит от давления на выходе из разбрызгивателей, их конструкции и размеров, вида смываемого загрязнения, температуры моющего раствора, расстояния от разбрызгивателей до посуды, угла между струей и смываемой поверхностью, а также от времени мойки. Из графиков на рис. 6.31 видно, что при повышении температуры раствора до 60 °С смываемость резко увеличивается, однако при дальнейшем подогреве раствора интенсивность смываемости замедляется [16].
Основная масса (60-90%) загрязнений смывается в течение 3 мин, полный смыв загрязнений происходит за 5 мин. Удельная энергия размыва Ер представляет собой отношение энергии, израсходованной на размыв определенного количества загрязнений, к соответствующей размытой площади: Ер = Q p /F, (6.16) где: Q - расход моющего раствора; р - давление у выхода в насадок; F - площадь, размываемая струей. Удельная энергия размыва зависит от температуры раствора и времени воздействия струи (рис. 6.30). Анализ графика показывает, что минимальной энергией размыва в исследуемом диапазоне давлений (0,1-0,5 МПа) обладает струя воды (моющего раствора) давлением 0,1 МПа. Во время эксперимента отверстие в насадке имело диаметр 2,5 мм. Степень автоматизации машины определяется занятостью оператора в технологическом процессе. Если в процессе мойки оператору необходимо выполнять какие-либо дополнительные манипуляции кроме загрузки и выгрузки посуды, то машина считается полуавтоматической. К автоматическим посудомоечным бытовым машинам относятся такие машины, которые после подготовки и пуска не требуют участия оператора. Практически, современные посудомоечные машины выпускают как автоматы. В последнее время автоматические посудомоечные машины оснащают электронными системами управления и контроля, что существенно снижает энергозатраты, расход воды и моющих средств. По направлению загрузки различают машины с верхней и фронтальной загрузкой. Верхнюю загрузку применяют в машинах с погружным способом мойки. При верхней загрузке проще обеспечить герметичность моющей камеры. Машины с фронтальной загрузкой удобны для встраивания или установки в комплексе кухонного оборудования. Их конструкция позволяет использовать верхнюю плоскость как дополнительную рабочую поверхность. Внешний вид посудомоечной машины для предприятий питания представлен на рис. 6.31.
Рис. 6.31. Посудомоечная машина ММУ-1000
Бытовая посудомоечная машина внешне очень напоминает стиральную (рис. 6.32).
Рис. 6.32. Панель управления посудомоечной машины ARDO
Некоторые модели посудомоечных машин снабжаются устройством для измельчения твердых пищевых отходов (мусородробилкой), которые после дробления выносятся при сливе в канализационную сеть. Мусородробилка (рис. 6.33) состоит из дробильной камеры 4, куда через приемную камеру 3 поступают бытовые отходы. В дробильной камере приводом 7 приводятся в движение молоточки 6, которые разбивают отходы и вытесняют их через отверстия 5 в сливную камеру 8. Мусородробилка соединяется с раковиной-мойкой или поддоном посудомоечной машины с помощью переходной муфты 2, которая гасит часть вибрация дробилки. Производительность дробилки более 30 кг/ч отходов. Она дробит практически все отходы, даже кости птицы и рыбы. Размеры дробленых частиц не более 4 мм. Рабочий орган дробилки приводится во вращение двигателем мощностью 250-300 Вт. При открывании крышки (двери) моечной камеры автоматически отключается машина. После закрывания двери камеры, продолжается дальнейшее прохождение программы. При окончании цикла обработки посуды на индикаторе высвечивается индекс и выдается звуковой сигнал окончания цикла мойки. Машины имеют не менее четырех автоматических программ: 1. Интенсивная программа - обработка столовой и кухонной посуды с давностью загрязнения до нескольких суток и включающая предварительное ополаскивание, основную мойку, два ополаскивания при температуре 65 - 70 °С и сушку. 2. Нормальная программа - обработка сильнозагрязненной посуды с предварительным ополаскиванием, основной мойкой при температуре моющего раствора 65 - 70 °С, горячим ополаскиванием с вводом ополаскивающих средств и сушкой. 3. Бережная (или легкая) программа - обработка слабозагрязненной посуды со свежими остатками пищи, с горячим ополаскиванием и вводом ополаскивающих средств и сушкой. 4. Экономичная программа, предусматривающая снижение расхода воды и энергозатрат при половинной загрузке или снижение нагрева с увеличением продолжительности цикла и времени.
Современные посудомоечные машины построены по единому принципу. Примером может служить посудомоечная бытовая машина МПА-4 (рис. 6.34). Машина состоит из корпуса 2, в котором размещена моечная камера 20 с дверью 11 и машинное отделение 1. В машинном отделении расположены: циркуляционный насос 15, сливной насос 14, а также блоки 16 коммутации и 17 питания, взаимодействующие с пультом 10 управления машиной, расположенным на двери 11 моечной камеры. Моечная камера сварной конструкции прямоугольной формы на дне имеет стойку 18, на которой установлен вращающийся разбрызгиватель 12 с форсунками-насадками 25. В нижней части камеры находится поддон 26 (сборник рабочей жидкости), в котором размещены: нагреватель 24, фильтр 23 и датчик 3 температуры. На боковых стенках камеры установлены датчик 4 уровня и две направляющие для размещения корзины с посудой и столовыми приборами. Корзина 5 представляет собой ажурную конструкцию. Дверь плотно закрывает моечную камеру и открывается на себя с помощью ручки 8. В открытом положении дверь горизонтально фиксируется и служит площадкой для выдвижения корзины. В двери находится замок 9 для ее фиксации в закрытом положении. Герметизация моечной камеры и двери обеспечивается специальным резиновым уплотнением 19. На внутренней панели двери размещены: дозаторы 22 моющих и 21 ополаскивающих веществ. Дозатор открывается при срабатывании электромагнитов, команда на срабатывание поступает от блока управления. На лицевой панели размещены пульт 10, сетевой клавишный выключатель 6 и светосигнальный индикатор 7, подтверждающий включение машины в сеть [16].
Корпус машины имеет четыре неподвижных опоры 13 для регулирования машины по высоте и придания ей горизонтального положения. Пульт 10 управления имеет сенсорную или квазисенсорную клавиатуру выбора программ и двухразрядный цифровой индикатор. При выборе и установке программы на индикаторе отображается набранный номер программы, а после пуска программы нажатием клавиши «пуск» показывается время, оставшееся до конца цикла. При этом после каждого процесса время, оставшееся до конца работы, корректируется в зависимости от температуры моющего раствора. На пульте управления имеется возможность выбора режимов работы (нормального, бережного, интенсивного или экономичного), вида, ополаскивания (холодного, или горячего), а также температуры моющего раствора (40, 50 или 65 °С). В случае возникновения необходимости срочно прервать работу машины нажимают на клавишу «стоп» и прерывают дальнейшее прохождение программы. Литература 1. Бондарь С.С., Кравцевич В.Я. Современные электробытовые приборы и машины. – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с. 2. Привалов С.Ф. Электробытовые устройства и приборы. Справочник домашнего мастера. – СПб.: Лениздат, 1994. – 511 с. 3. Зорин И.В., Зорина З.Я. Термоэлектрические холодильники и генераторы. – Л., «Энергия», 1979. – 136 с. 4. http://www.kryotherm.ru 5. Отчет лабораторного мониторинга качества воздуха. – СПб.: ЦГСЭН, 2003. – 213 с. 6. Innosource: Creative and innovative. Innosource BV. – Sassenheim, 2002. – 15 p. 7. Кондиционеры: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 735 Мбайт. 8. Innosource: Silence ventilation. Innosource BV. – Sassenheim, 2002. – 15 p. 9. Innosource: Broshure sonair. Innosource BV. – Sassenheim, 2002. – 95 p. 10. Микроволновые печи: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 725 Мбайт. 11. http://www. Electrolux.ru. 12. Washing machine. Model: DW-7510. Service manual. Daewoo Electronics CO., LTD: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 735 Мбайт. 13. Ремонт стиральных машин. Современные барабанные автоматические стиральные машины: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 735 Мбайт. 14. Washing machine. Model: DWF-5590DР. Service manual. Daewoo Electronics CO., LTD: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 746 Мбайт. 15. Ремонт стиральных машин. Ультразвуковые стиральные устройства: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 735 Мбайт. 16. Современнее посудомоечные машины: Компакт диск мастера. – СПб.: ООО «Мойдодыр», 2004. – 750 Мбайт.
Лепеш Григорий Васильевич Гладилин Юрий Алексеевич
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики
Техника и технология сферы сервиса Учебное пособие для студентов дневного и заочного отделений
Санкт-Петербург 2011 ББК
Одобрено на заседании кафедры «Сервиса бытовой техники и приборов коммунального хозяйства», протокол № от
Утверждено Методическим Советом ИСАКБТ, протокол № от
Лепеш Г.В., Гладилин Ю.А. Техника и технология сферы сервиса.
Рецензент: д-р физ.-мат. наук, проф. Г.С. Сухов
ISBN
Ó Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики 2011 г. Оглавление Введение.. 5 1. Классификация и основные 1.1. Классификация бытовой техники 1.2. Основные тенденции развития 2. бытовая техника и Технологии 2.1. Особенности хранения продуктов 2.2. Физические основы получения |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 440; Нарушение авторского права страницы
1. вида продукта;
Ручная стирка белья всегда оставалась одним из самых тяжелых видов работ, выполняемых домашней хозяйкой, которая всего несколько десятилетий назад не располагала для этого никакими механическими подручными средствами. Белье также выжимали вручную, частично удаляя воду, остальное завершали солнце и ветер. Некоторый прогресс был достигнут с началом использования моющего средства, в качестве которого первоначально выступало просто твердое мыло. В дополнение к этому воду вместе с бельем кипятили. Механизация стирки началась с изобретения ручной стиральной машины, представлявшей собой установленную на опорах деревянную кадку с мешалкой, которая приводилась во вращение с помощью рукоятки (рис. 6.2). В резервуар загружалось белье, горячая или холодная вода и мыло. Успех стирки зависел от того, с какой скоростью вращали рукоятку. Прообразом этой стиральной машины была ручная маслобойка, а первым, кто переделал маслобойку в стиральную машину, был Карл Миле (Саrl Мiеlе) в Германии, в 1900 г.
Примерно в 1920-1925 гг. на рынке появились первые бытовые стиральные машины, которые по своей форме напоминали мебель, а не промышленный агрегат и которые размещались в прачечной или гараже или же прямо в квартире - на кухне или в ванной, в непосредственной близости от крана с водой и канализации. Основным элементом этих машин был цилиндрический резервуар с вертикальной осью, закрывающийся крышкой. Вода приводилась в движение одной или несколькими лопастями, вращающимися в противоположных направлениях, которые приводились в движение от электродвигателя. Нагрев воды также осуществлялся с помощью электрической энергии. Такие стиральные машины получили название машин активаторного типа. Если для приведения воды в движение использовался небольшой винт со множеством лопастей, который направлял поток воды по кругу, то такие машины назывались турбинными.
Размежевание между барабанными и активаторными стиральными машинами произошло также на заре их развития. На рис. 6.4 показана активаторная электрическая стиральная машина начала ХХ в. Такого типа машины предпочитают по сей день на американском континенте, в то время как в Европе доминируют барабанные стиральные машины.
- масса загружаемой ткани изделий в сухом виде, кг;
- удельный объем смоченной ткани изделий, м3/кг;
- коэффициент загрузки барабана смоченной тканью изделий:
; (6.1)
- коэффициент длины барабана:
; (6.2)
- коэффициент центробежного ускорения (число Фруда), определяемый отношением центробежного ускорения на радиусе барабана, выраженного в м/с2, к ускорению силы тяжести g=9,81 м/с2:
; (6.3)
, (6.4)
- частота вращения барабана (об/мин.).
[с-1] на радиус барабана 
[м].
, определяемого отношением длины барабана к его диаметру, находится обычно в пределах 
. Объем заполнения барабана смоченной тканью изделий будет равен:
. (6.5)
, или
. (6.6)
, (6.7)
. (6.8)
. (6.9)
<0,6 определяются нормированными значениями показателей качества стирки. Если принять значения 
, (6.10)
. (6.11)
, (6.12)
. (6.13)
от оси вращения барабана, совершают циклическое движение: подъем к точке отрыва 
, падение по параболе через апогей до точки встречи 
, снова подъем и т.д. Коэффициент центробежного ускорения, или число Фруда зависит от величины радиуса 
. (6.14)
.
) характерен небольшими значениями энергии, сообщаемой барабаном части ткани изделий, что приводит к скольжению данной части под действием силы тяжести по поверхности внутренних слоев всей ткани изделий. Этот режим работы неэффективен для стирки изделий, приводит к комкованию белья, поэтому при расчетах режимов работы барабана стиральных машин его избегают.
) наблюдается при более высоких, по сравнению с режимом переката, скоростях вращения барабана. После момента отрыва отдельные части ткани изделий летят по своим траекториям, практически не сталкиваясь в полете, обладают значительным запасом кинетической и потенциальной энергии, в основном и определяющим гидромеханические свойства барабана и обусловливающим качество стирки.
) все изделие вообще не отрывается от своих орбит вращения. Этот режим характерен для больших скоростей вращения и принимается для отжима белья.
в момент отрыва:
. (6.15)
