Parametric analysis and suspension design optimization of horizontal axis washing machines

Abstract

ÖZET Bu çalışmada önden yüklemdi yatay eksenli çamaşır makinelarının süspansiyon sisteminin dinamik simülasyonumı yapabilen kullanımı kolay bir bilgisayar programı, değişik çamaşır makinası süspansiyon sistemlerinin modellenmesini gerçekleştirmek üzere geliştirilmiştir. Daha önceki çalışmalarda, zamana göre değişmeyen fiziksel özelliklere sahip bir rijit nonlineer dinamik modelin geliştirilmesi tartışılmıştı. Bu çalışmada, değişik süspansiyon sistemi konfigürasyonuna sahip bir çamaşır makinasımn dinamiği modellenmiş ve bu modelin geçerliliği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Geçiş ve kararlı deplasman genlikleri, sırasıyla, en fazla yüzde 10 ve yüzde 12 hata ile tahmin edilmiştir. Elde edilen sonuçlarla daha önceki çalışmalarda elde edilen sonuçların birbiriyle tutarlı olduğu görülmüştür. Çamaşır makinesının gövdesinden yere iletilen kuvvetler ölçülmüş ve simülasyon programının yürüme marjinal kuvvetini, deneyden elde edilen değerin 17.16N altında tahmin ettiği belirlenmiştir. Böylece, simülasyon programının önden yüklemdi yatay eksenli çamaşır makinelarının süspansiyon sistemlerinin tasarım optimizasyonunun yapılabilmesi için geçerliliği gösterilmiştir. Çalışmanın sonraki kısmında, alternatif optimizasyon modelleri oluşturmak üzere, sistemden istenilen en iyi performans düşünülerek çeşitli amaç ve kısıtlama alternatifleri tanımlanmıştır. Bu tanımlamalarla amaçlanan değişik konfigürasyonlara sahip çamaşır makinası süspansiyon sistemlerinin tasarım optimizasyonuna yönelik olarak en uygun kriterlerin seçilmesidir. Tanımlanan optimizasyon formülasyonlan, eldeki çamaşır makinası süspansiyon sisteminin tasarım parametrelerinden üç tanesinin tasarım değişkeni olarak seçildiği ve kafes yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen ilk optimizasyon çalışmasından elde edilen sonuçlar ile daha sonra uygulanan sequential quadratic programming yöntemi kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve sequential quadratic programming yöntemine yer veren bir optimizasyon modelinin çamaşır makinası süspansiyon sisteminin tasarım optimizasyonundaki uygulanabilirliği tartışılmıştır.

IV ABSTRACT A user friendly simulation program for simulating the dynamics of front loaded horizontal axis washing machines has been developed to enable its use for different suspension system configurations of horizontal-axis washing machines. The development of a non-linear time invariant rigid body dynamic model and the experimental validation of the model of the suspension system of a horizontal-axis washing machine has been discussed in previous works. In the first part of the study, modeling and experimental validation of a different suspension configuration of a test washing machine is assessed after a further development of the dynamic model. The transient and steady-state vertical and horizontal amplitudes have been predicted within maximum errors of 10 per cent and 14 per cent, respectively. The results are found to be consistent with the results of the previous work. The forces transmitted to the ground at the feet of the cabinet of the test washing machine are measured and the simulation program is found to estimate the force margin of stepping 17.16 N lower than the experimental result. Thus, the simulation software code is verified for a generalized suspension design optimization of horizontal-axis washing machines. In the latter part of the study objective and constraint alternatives, related to the best system performance desired, have been defined for the establishment of different optimization models. The primary objective of this effort is to determine the most suitable criteria that will be employed for washing machine suspension system design optimization with different configurations. Optimization studies are implemented on the configuration of the test washing machine suspension system taking three of the design parameters of the system as design variables. First, & grid method is used for optimizing the suspension system dynamics of the test machine for each of the optimization model alternatives. Later, a nonlinear programming method, namely, sequential quadratic programming method have been applied to the problem. Results of the SQP method are compared with the results obtained by the grid method and the applicability of the SQP method to the optimal design problem of the horizontal axis washing machine suspension system is discussed.