PROJEKTIRANJE REZERVOARJA ZA PLITEK PRALNI STROJ R · 2020. 1. 30. · Rezervoar so z vezno cevjo...

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

-I-

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa

PROJEKTIRANJE REZERVOARJA ZA PLITEK

PRALNI STROJ –R

Študent: Matjaž KUHAR

Študijski program: Visokošolski

Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev

Mentor: red. prof. dr. Srečko GLODEŽ

Somentor : doc.dr. Miran ULBIN

Maribor, november 2008


-II-


-III-


-II-

I Z J A V A

Podpisani Matjaž KUHAR izjavljam, da:

• je predložena diplomska naloga samostojno delo, ki je bilo opravljeno pod

mentorstvom red. prof. dr. Srečka GLODEŽA in somentorstvom doc.dr. Mirana

ULBINA;

• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 22.11.2008 Podpis: ___________________________


-III-

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju Srečku GLODEŽU in

somentorju Miranu ULBINU za pomoč in vodenje pri

opravljanju diplomskega dela. Moje posebne zahvale

pa naj bodo deležni tudi Zlatko NOVAK in Matej

MEJAČ za pomoč pri izdelavi konstrukcije in

eksperimentov, kakor tudi Boštjan SOVIČ in Jože

KATANEC za pomoč pri sprejemanju odločitev, ki so

bile ključne za izvedbo projekta, katerega potek

opisuje moja diplomska naloga.


-IV-

PROJEKTIRANJE REZERVOARJA ZA PLITEK PRALNI STROJ –R

Ključne besede: pralni stroj z rezervoarjem, plitek pralni stroj, rezervoar, metoda končnih

elementov

UDK: 621-22:532.1(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu je opisan potek projekta uvajanja novega rezervoarja za plitek pralni stroj

»R« izvedbe. Obravnavali in analizirali smo vpliv hidrostatičnega tlaka na deformacijo stene

rezervoarja, izdelanega po v naprej predpisanem tehnološkem postopku in vpliv vertikalne

sile stolpa nakladanja na nosilnost rezervoarja. Eksperimentalno smo določili fizikalne

lastnosti materiala pri ekstremnih temperaturah, te meritve pa so bile osnova za trdnostno

analizo po MKE postopku. Opisani so tudi postopki izdelave konstrukcije ostalih

konstrukcijskih elementov, ki so potrebni za uvedbo v proizvodnjo ter končno uporabo

omenjenega rezervoarja. Opisani so postopki izdelave vzorcev, transportnih, varnostnih in

trajnostnih testov. Analiziran je bil vpliv konstrukcije na tehnologijo montaže, embaliranje in

transport. Izdelana je ekonomska analiza.


-V-

DIMENSIONING OF THE SLIM WASHING MACHINE TANK Key words: washing machine with tank, slim washing machine, tank, finite elements method

UDK: 621-22:532.1(043.2)

ABSTRACT

In present diploma work we described the project of new washing machine tank. Influence of

hydrostatic pressure to the deflection of the tank wall is analysed and influence of the vertical

force acting in the warehouse where washing machines together with tanks are compounded

in the tower, to the stability of tower, is analysed as well. The material properties by extreme

temperatures were defined in the experimental manner. Based on that the structural analysis

by finite elements method was carried out. Constructional Methods of other important

building elements, the way of construction and execution of prototypes and first samples, test

method of packaging suitability and duration test are described as well. We analysed

adequacy of the design to the production i.e. assembly, packaging and logistic necessity.

Moreover the economical analysis was elaborated.


-VI-

KAZALO

1. UVOD................................................................................................. 1

1.1 Predstavitev problema in osnovni pojmi ..........................................................................1

1.2 Cilj diplomskega dela .......................................................................................................4

2. NOVA GENERACIJA PRALNIH STROJEV Z REZERVOARJEM V

GORENJU.............................................................................................. 5

2.1 Zgodovina.........................................................................................................................5

2.2 Nova generacija pralnih strojev z rezervoarjem...............................................................9

3. ZASNOVA IN PROJEKTIRANJE REZERVOARJA SLIM................ 12

3.1 Konstrukcija rezervoarja.................................................................................................12

3.1.1 Konstrukcijske zahteve............................................................................................12

3.1.2 Konstruiranje rezervoarja ........................................................................................22

3.2 Konstrukcija ostalih elementov rezervoarja ...................................................................43

3.2.1 Pokrov rezervoarja...................................................................................................43

3.2.2 Vezna spona – pritrditev rezervoarja na pralni stroj................................................47

3.2.3 Vezna cev ................................................................................................................56

3.2.4 Polnilni ventil ..........................................................................................................58

3.2.5 Varnostni preliv .......................................................................................................59

3.2.6 Elementi embalaže...................................................................................................60

4. ANALIZA REZULTATOV................................................................ 62

4.1 Analiza transporta...........................................................................................................62

4.2 Analiza montaže na proizvodni liniji..............................................................................67

4.3 Ekonomska analiza ........................................................................................................69

5. SKLEP ............................................................................................. 71

6. ŽIVLJENJEPIS................................................................................. 73

SEZNAM UPORABLJENIH VIROV ..................................................... 74


-1-

1. UVOD

1.1 Predstavitev problema in osnovni pojmi

Za pralni stroj R-Slim je potrebno izdelati rezervoar, ki skupaj s strojem tvori eno embalažno oziroma

transportno enoto (slika 1.1). Rezervoar mora biti ločljiv od pralnega stroja, samostoječ in opremljen s

sistemom, ki omogoča uporabo na območjih z motenim oz. nestabilnim vodovodnim sistemom

(pogoste prekinitve dobave vode, prenizek pritisk…). Potrebno je izdelati konstrukcijo veznih

elementov in elementov embalaže.

Slika 1.1: Ideja za postavitev rezervoarja

Pralni stroj R

Pralni stroj R je pralni stroj z dodanim posebnim rezervoarjem (slika 1.2), v katerega uporabnik pred

uporabo natoči potrebno količino vode za vsaj en pralni cikel. Tak pralni stroj je primeren za uporabo

na območjih, kjer ni vodovodnega sistema ali pa je ta moten (prenizek pritisk, motena dobava

vode…). Za razliko od klasičnega pralnega stroja, kjer dovod vode v dozirno posodo in naprej v kad


-2-

pralnega stroja omogočajo elektroventili, ki jih krmili signal iz programatorja, pri R-stroju isto

funkcijo opravljajo dovodne črpalke. Te omogočajo polnjenje PS z vodo iz prej omenjenega

rezervoarja.

Slika 1.2: Pralni stroj R

Plitek pralni stroj

Plitek pralni stroj, t.i. slim stroj (slika 1.3), je po globini ožji od klasičnega pralnega stroja. Zunanje

mere stroja slim so 600 x 800 x 400 mm (klasični stroj 600 x 800 x 600 mm). Temu primerna je tudi

polnitev. Namesto 6 kg, kot pri klasičnem pralnem stroju, je tu največja polnitev 4,5 kg perila. Ciljni

kupci tega pralnega stroja so samske osebe in majhne družine, predvsem pa vzhodnoevropski trg, kjer

zaradi arhitekturnih omejitev (širina vrat v kopalnicah v večjih stanovanjskih enotah je 500 mm) ni

mogoča namestitev klasičnih pralnih strojev v kopalnice.

Slika 1.3: Plitek pralni stroj


-3-

Pralni stroj R-slim

Pralni stroj manjših zunanjih mer z dodanim rezervoarjem (slika 1.4), ki je samostojno zaembaliran in

ga kot dodatno opremo dodajamo pralnemu stroju.

Slika 1.4: Pralni stroj R-slim

Pralni stroj R slim z rezervoarjem slim

Pralni stroj manjših zunanjih mer z dodanim rezervoarjem, ki skupaj s pralnim strojem tvorita eno

transportno enoto (slika 1.5). Konstrukcija tega rezervoarja je tema diplomskega dela.

Slika 1.5: Pralni stroj R-slim z rezervoarjem slim


-4-

1.2 Cilj diplomskega dela

Izdelati je potrebno konstrukcijo rezervoarja za plitek pralni stroj (slim). Rezervoar, ki bo sicer

samostojna enota, se bo embaliral skupaj s pralnim strojem, predvidoma v obstoječo embalažo

širokega pralnega stroja tako, da bo modul nakladanja na transportna sredstva podoben trenutnemu

stanju transportiranja širokih pralnih strojev.

Volumen rezervoarja mora zagotavljati dovolj veliko količino vode, da se izvede en pralni cikel,

ob, za porabo vode, najbolj neugodni izbiri pralnega programa.

Tehnologija izdelave rezervoarja je pihana plastika ali rotoliv. Material naj bo polietilen s

povečano gostoto (PE-HD) za pihanje ali lahkotekoči polietilen z nizko gostoto (PE-LLD) za rotoliv.

Rezervoar se lahko zaradi vpliva hidrostatičnega tlaka elastično deformira za velikost

izbočenosti, ki je primerljiva z izbočenostjo polnega obstoječega rezervoarja.

Rezervoar mora biti samostoječ in mora, kot del embalirane enote, zagotoviti svoj del nosilnosti

za višino stolpa nakladanja štirih strojev. To nosilnost mora zagotavljati v temperaturnem območju od

-30 do +50 °C.

Rezervoar je predvidoma opremljen s sistemom polnjenja za moteno vodovodno omrežje ali za

individualno polnjenje z eksternim viri. Polnjenje rezervoarja mora biti izvedeno na uporabniku

prijazen način.


-5-

2. NOVA GENERACIJA PRALNIH STROJEV Z REZERVOARJEM V

GORENJU

2.1 Zgodovina

Lahko rečemo, da so pralni stroji z rezervoarjem stalni spremljevalec pralnih strojev, ki jih

izdelujemo v Gorenju skoraj od vsega začetka proizvodnje, ki je datirana z letom 1966. Pred inženirji v

Gorenju se pojavi nova naloga, kako nov proizvod kar najbolj približati uporabnikom na takrat ciljnem

slovenskem, še bolj pa na širšem jugoslovanskem trgu. Takrat še mlada država je imela zelo slabo

razvito infrastrukturo. Elektrifikacija je bila v glavnem že zaključena, kar je načelno omogočalo

uporabo pralnih strojev v večini gospodinjstev. Veliko večji problem pa je bila vodovodna

infrastruktura. Že v neposredni bližini večjih urbanih središč je ta infrastruktura temeljila na

individualnih ali manjših skupnih vodovodnih sistemih, ki so na hribovitih terenih delovali na principu

višinske razlike, na ravninskih delih pa so bili v uporabi skoraj izključno vodnjaki in stalni vodni

pritoki (potoki, reke, studenci….). Zadano nalogo so v Gorenju rešili na zelo enostaven in izviren

način. Pralnemu stroju so dodali rezervoar, v katerega je uporabnik pred uporabo natočil vodo,

potrebno za izvedbo enega pralnega cikla (slika 2.1). Rezervoar so z vezno cevjo povezali s črpalko, ki

so jo vgradili v pralni stroj. Črpalka je imela nalogo, da z vodo iz rezervoarja polni kad pralnega stroja,

njeno delovanje pa je krmilil programator. Vsi potrebni načrti so bili izdelani konec leta 1968 in že

naslednjega leta se je na trgu pojavil PS 653 R.


-6-

Slika 2.1: Montažna skica rezervoarja

Slika 2.2: Kovinski rezervoar


-7-

Stroj je bil opremljen s kovinskim rezervoarjem, zaščitenim z emajlom, in je v popolnosti

izpolnjeval svoje konstrukcijske zahteve (slika 2.2). Novost na trgu je kmalu postala tržna uspešnica,

kar nenazadnje dokazuje tudi dejstvo, da še danes brez težav najdemo primerke prvotnega rezervoarja

na podstrešjih ali skednjih bolj ali manj oddaljenih kmetij, ki jih varčni kmečki ljudje niso zavrgli,

čeprav ne služijo več svojemu namenu.

Leta 1971 smo zamisel in izvedbo R-stroja patentno zaščitili (slika 2.3).

Slika 2.3: Povzetek patentne zaščite

V naslednjih petindvajsetih letih pralni stroj z rezervoarjem ni bil deležen večjih konstrukcijskih

sprememb. Glede na tehnološki razvoj so se izvedle določene spremembe, ki so bile pogojene s

pocenitvami in prilagajanjem na osnovni model pralnega stroja, iz katerega je izdelana R-izvedba.


-8-

Največja sprememba pri proizvodnji R-strojev pred uvedbo nove generacije je bila osvojitev

plastičnega rezervoarja (slika 2.4, slika 2.5), ki je leta 1995 nadomestil kovinski rezervoar, asinhronski

motor črpalke pa sinhronski (slika 2.6).

Slika 2.4: Pralni stroj R stare generacije s plastičnim rezervoarjem


-9-

Slika 2.5: Rezervoar PL 95 Slika 2.6: Dovodna črpalka R-zadnje stanje pred

uvedbo nove generacije

2.2 Nova generacija pralnih strojev z rezervoarjem

Slika 2.7: Pralni stroj R nove generacije


-10-

Med uvedbo nove generacije pralnih strojev (slika 2.7) je bil razvoj pralnih strojev z

rezervoarjem potisnjen v ozadje. To je po svoje razumljivo, saj takratna proizvodnja teh strojev ni

dosegala niti 10 000 kosov na leto, kar je približno 1,5 % zmogljivosti proizvodnje. Potrebe po teh

strojih je pokrivala proizvodnja osnovnih strojev prejšnje generacije. Z ukinitvijo proizvodnje teh

strojev pa je bilo potrebno izdelati pralni stroj nove generacije, ki bo osnova za pralni stroj z

rezervoarjem. Način dovoda vode do dozirne posode in naprej v kad pralnega stroja smo izvedli na

podoben način kot pri stari generaciji, kjer smo signal programatorja, ki je sicer namenjen odpiranju

elektroventilov, privedli do dovodne črpalke. Pri stari generacije je bil v uporabi enojni elektroventil,

ki ga je pri strojih z rezervoarjem nadomeščala ena črpalka (slika 2.6). Dotok vode v prekat pranja oz.

predpranja dozirne posode je krmilil mehanski programator z ročičnim mehanizmom. Pri novi

generaciji pralnih strojev se uporablja izključno elektronski programator, za dotok vode v prekat pranja

oz. predpranja pa skrbi dvojni elektroventil. Novonastalo situacijo smo pri razvoju R-stroja nove

generacije rešili tako, da smo za dovod vode do dozirne posode uporabili dve dovodni črpalki (slika

2.8). Eno za prekat pranja in eno za prekat predpranja.

Slika 2.8: Sistem dovodnih črpalk pred spremembo

Proizvodnja R-strojev nove generacije se je začela septembra 2005. Vseskozi so jo spremljale

težave pri zagotavljanju tesnosti sorazmerno kompliciranega sistema dovodnih črpalk (slika 2.8), kjer

je bilo potrebno zagotoviti tesnost kar na osmih spojnih mestih. Elementi sestava so bili iz gume in


-11-

pihane plastike, kjer je vedno težko zagotoviti potrebne tolerance. Konec leta 2007 smo v proizvodnjo

uvedli nov sklop dovodnih črpalk (slika 2.9), ki je v celoti odpravil prej naštete težave in je zelo

pocenil proizvodne stroške, obenem pa omogočil izvedbo plitkega pralnega stroja z rezervoarjem.

Slika 2.9: Sistem dovodnih črpalk po spremembi

V začetku letošnjega leta smo v proizvodnjo uvedli plitki pralni stroj z rezervoarjem (PSR-slim), ki

predstavlja tudi osnovo za izvedbo projekta »UVEDBA NOVEGA REZERVOARJA ZA PS SLIM

60 x 60«, katerega potek opisuje to diplomsko delo.


-12-

3. ZASNOVA IN PROJEKTIRANJE REZERVOARJA SLIM

3.1 Konstrukcija rezervoarja

3.1.1 Konstrukcijske zahteve

Zunanje dimenzije (slika 3.1)

Slika 3.1: Zunanje mere rezervoarja

Zunanja oblika je dodatno omejena z obliko elementov embalaže (ekstrudirani polistiren).

Potrebni volumen rezervoarja

Volumen rezervoarja mora zagotavljati minimalno potrebno uporabno količino vode za en cikel

pranja plitkega pralnega stroja pri izbiri, za porabo vode, najbolj neugodnega programa in polnitve

perila pri vseh tipih programatorjev. Pod uporabno količino vode se razume količina vode, ki sodeluje

v pranju (slika 3.2). To je, z ozirom na obliko rezervoarja, količina vode, ki jo omejuje višina med

izlivno cevjo in zgornjo zapiralno višino polnilnega ventila (slika 3.1), ki omogoča samostojno

polnjenje rezervoarja na območjih, kjer sicer obstaja vodovodni sistem, je pa nestabilen ali pa ne

zagotavlja dovolj velikega pritiska za odpiranje elektroventilov (min 0,5 bar).

Izhodiščne mere za konstrukcijo

rezervoarja:

A = širina: 600 mm H = višina : 800 mm B = globina: 200 mm


-13-

Slika 3.2: Uporabni volumen rezervoarja

Analiza porabe vode

Slika 3.3: Meritev parametrov delovnega cikla


-14-

Tabela 3.1: Maksimalna poraba vode – tabela rezultatov meritev

Programator

Pralni program Polnitev

[kg]

Predpranje / pranje

[liter]

I..izpiranje/ II. izpiranje/

III. Izpiranje

[liter]

Skupna

poraba vode

[liter]

Invensys SLIM

PG0

Bombaž 95 °C

+ predpranje brez 13,4 / 5,7 12,8 / 10,1 / 13,0 55,0

EGO,AKO

SLIM PG1

Bombaž 60 °C

+ predpranje

+ višji nivo

4,5 12,2 / 6,9 12,6 / 13,3 / 13,1 58,1

EGO, AKO

SLIM PG2

Bombaž 95 °C

+ predpranje 4,5 12,5 / 7,3 17,3 / 12,9 / 12,5 62,5

Glede na analizo porabe vode na stroju s programatorjem PG2 (slika 3.3) pri najbolj neugodni izbiri

pralnega programa vidimo, da je (ob upoštevanju zahteve, da mora volumen rezervoarja zagotavljati še

najmanj 5 litrov rezerve) minimalni uporabni volumen omejen na 68 l vode (tabela 3.1).

Teoretična minimalna potrebna višina vode v rezervoarju (slika 3.4)

Slika 3.4: Višina vode v rezervoarju

H [m] – potrebna višina vode v rezervoarju

hp [m] – višina priključka črpalk

hu [m] – uporabna višina vode

Vu [m3] – uporabni volumen vode

V [m3] – potrebni volumen rezervoarja


-15-

64,008,056,0 =+=+= Pu hhH m (3.1)

56,06,02,0

068,0=

⋅=

⋅=

BA

Vh uu m (3.2)

08,0=ph m

076,064,06,02,0 =⋅⋅=⋅⋅= HBAV m3 (3.3)

Kontrola stabilnosti rezervoarja

Varnostni predpis zahteva, da mora biti sila, ki je potrebna za prevrnitev polnega rezervoarja

(slika 3.5), večja od 50 N. Kot poln rezervoar razumemo, da je v njem natočen minimalni uporabni

volumen vode, povečan s petimi litri rezerve in nefunkcionalnim volumnom pod višino priključka

črpalk.

Slika 3.5: Sile pri prevrnitvi

FX [N] – sila prevrnitve

FG [N] – sila teže

ρ [kg/m3] – gostota vode

m [kg] – masa vode

V [m3] – volumen vode

g [m/s2] – zemeljski pospešek


-16-

1,08,0 ⋅−⋅=∑ GXo FFM = 0 (3.5)

1000=ρ kg/m3

76076,01000 =⋅=⋅= Vm ρ kg (3.6)

56,74581,976 =⋅=⋅= gmFG N (3.7)

2,938,0

1,056,745

8,0

1,0=

⋅=

⋅=

G

X

FF N (3.8)

50≥XF N …. izpolnjen pogoj stabilnosti.

Obremenitve

Hidrostatični tlak

Na stene rezervoarja deluje hidrostatični tlak vode, katerega velikost je pogojena z višino vode v

rezervoarju. Predpostavljamo, da je rezervoar do vrha napolnjen z vodo. Iz tega sledi, da na stene

rezervoarja deluje hidrostatični tlak:

78488,081,91000 =⋅⋅=⋅⋅= hgp ρ N/mm2 (3.9)

Dopusten pomik stene rezervoarja

Jasno je, da se bo pod vplivom hidrostatičnega tlaka in ob dejstvu, da gre za sorazmerno mehak

in elastičen material, stena rezervoarja nekoliko elastično deformirala. Določiti je potrebno

maksimalen, še dopustni pomik, da bo zagotovljena trdnost in funkcionalnost rezervoarja. Za

primerjavo vzamemo že obstoječ rezervoar PL 95, na katerega modelu izvedemo MKE analizo

delovanja hidrostatičnega tlaka in meritve dejanskega pomika (izbočenosti). Ta postopek nam bo


-17-

obenem služil kot kontrola točnosti MKE trdnostne analize, ki jo bomo uporabljali pri preračunu

konstrukcije novega rezervoarja. Odločimo se, da lahko ima nov rezervoar približno enak pomik

(dopustno izbočenost), kot obstoječi rezervoar.

Meritev pomika stene na obstoječem rezervoarju (slika 3.6)

Slika 3.6: Meritev izbočenosti (pomika) pri obstoječem rezervoarju

Tabela 3.2: Rezultati meritev pomika stene obstoječega rezervoarja

Pomik [mm]

Točke meritev Prazen Temparatura vode

12 °C

Temparatura vode

20 °C

T1 0 18 22

T2 0 23 33

T3 0 28 33

T4 5 26 30

Tmax 29 33

T1

T2

T3

T4


-17-

MKE analiza pomika stene zaradi hidrostatičnaga tlaka na modelu rezervoarja PL 95

(slika 3.7)

Slika 3.7: MKE analiza deformacije obstoječega rezervoarja

Tabela 3.3: Rezultati

Model Material Obremenitev Modul

elastičnosti

Debelina

stene

Maksimalni

pomik

PL 95

Egyptene HD 5502 GA

-Polietilen z visoko

gostoto (PE-HD)

Hidrostatični

tlak

1070 N/mm2

4 mm

31,6 mm

Iz meritev dejanskega pomika in izračuna po MKE analizi je razvidno, da je razlika rezultatov

malenkostna, kar lahko prepisujemo neenakomerni debelini stene pihanega rezervoarja.

Primerjava nam je potrdila upravičenost uporabe MKE analize za trdnostno kontrolo pri

izdelavi rezervoarja.

PROJEKTIRANJE REZERVOARJA ZA PLITEK PRALNI STROJ R · 2020. 1. 30. · Rezervoar so z vezno cevjo...

Documents

Transcript of PROJEKTIRANJE REZERVOARJA ZA PLITEK PRALNI STROJ R · 2020. 1. 30. · Rezervoar so z vezno cevjo...