一種迷你波輪洗衣機設(shè)計思路分析

左岐 杜春寶 王碩

摘 要：本文結(jié)合居民家庭實際狀況，設(shè)計了一種洗滌小件衣物的迷你全自動洗衣機，討論了該洗衣機的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計思路和主要功能，可作為居民家庭第二臺小件衣物的專用洗衣機。最后對目前洗衣機存在的衛(wèi)生等問題進行了分析。

關(guān)鍵詞：迷你洗衣機；波輪；滾筒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.003

1 主流洗衣機類型及原理

洗衣機已經(jīng)成為城鎮(zhèn)居民家庭基本的電器設(shè)備，總體上可分為波輪和滾筒兩大類型。

波輪洗衣機問世較早，分為雙缸型和全自動的內(nèi)外桶型結(jié)構(gòu)；滾筒洗衣機是在波輪機之后設(shè)計的，為全自動單筒型結(jié)構(gòu)。

波輪洗衣機的固定桶底裝有一個圓盤波輪，駁論上有凸出的加強筋。在波輪的帶動下桶內(nèi)水流形成時而左旋、時而右旋的渦流，織物跟著水流旋轉(zhuǎn)、翻滾，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行輕柔摩擦，上下翻轉(zhuǎn)和左右旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)去污清洗。波輪式洗衣機總體結(jié)構(gòu)相對簡單，維修方便，洗凈率較高，但對衣物磨損率大，用水量多。

滾筒洗衣機是由不銹鋼內(nèi)桶、外殼、平衡塊等組成，衣物在內(nèi)桶中上下重復(fù)摔打而得到清洗。洗滌過程衣物無纏繞、洗滌均勻、磨損率要比波輪洗衣機小，可洗滌羊絨、羊毛、真絲等高檔貴重衣物。許多滾筒機還設(shè)計了加熱功能，提高了去污效能。此外，滾筒洗衣機用水僅為波輪式洗衣機的1/3。

日常生活中無論是滾筒還是波輪洗衣機，均能滿足不同消費者的不同需求。但有一點基本達成共識，那就是波論洗衣機對衣物的纏繞和損害程度大于滾筒洗衣機。

2 迷你洗衣機設(shè)計

無論是波輪洗衣機還是滾筒洗衣機，居民家庭通常選用較大容量的洗衣機，市場調(diào)查結(jié)果表明：5--7kg是目前居民家庭選擇洗衣機的主流產(chǎn)品。在洗滌嬰幼兒衣物或少量成人貼身內(nèi)衣等小件衣物時會造成水、電資源的浪費，同時也存在衛(wèi)生問題。在廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上，申請了北方工業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項目并獲得資助，目標(biāo)在于設(shè)計出一種小件衣物、內(nèi)衣專用洗衣機（稱作微型洗衣機或迷你洗衣機），作為家庭選擇的第二臺洗衣機，可在一定程度上解決上述問題。

市場上有許多小型洗衣機在銷售，但是這些產(chǎn)品大多是非自動的低檔劣質(zhì)產(chǎn)品，不能滿足多數(shù)用戶提高生活質(zhì)量的需求。

本文設(shè)計的迷你洗衣機專用于小件內(nèi)衣或嬰幼兒衣物，為家庭改善型高端產(chǎn)品。設(shè)計中主要針對所洗滌的衣物量和衣物性能，考慮其基本使用功能、體積、安裝擺放方式、自動化程度、便捷和安全性等指標(biāo)。

3 波輪式迷你洗衣機的結(jié)構(gòu)

滾筒機因其滾筒結(jié)構(gòu)的限制，其滾筒直徑必須保證一定的尺寸，只能在滾筒深度上進行縮減，體積的減小受到限制。而波輪機則可以作到比較小的體積，因此本文設(shè)計為波輪式結(jié)構(gòu)。

按全自動波輪式洗衣機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括進水排水系統(tǒng)、洗滌和脫水系統(tǒng)、電機及傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)內(nèi)桶支承結(jié)構(gòu)及外殼等部分組成。因該洗衣機為小件專用，在程序設(shè)計上進行了優(yōu)簡化，用戶可根據(jù)不同衣物選擇不同的洗滌方式和洗滌時間等功能。

洗滌桶采用套桶式結(jié)構(gòu)，塑料材質(zhì)、帶有網(wǎng)狀孔的內(nèi)桶可繞軸旋轉(zhuǎn)，帶有加強筋波輪裝在內(nèi)桶的底部，以利于水流的形成。外殼為鋁合金材料組裝成的框架結(jié)構(gòu)，外桶彈性懸掛于鋁框上。在鋁框四角安裝有進水和排水閥，外桶的底部裝有驅(qū)動電機及變速離合器。動力和傳動系統(tǒng)按程序設(shè)定提供兩種轉(zhuǎn)速，低速用于洗滌和漂洗，高速用于脫水，通過減速離合器來實現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)速的切換。

4 電氣控制系統(tǒng)

4.1 上水排水及水位檢測

進水系統(tǒng)包括單片機控制的繼電器、繼電器控制的電磁閥、水位檢測信號組成。排水系統(tǒng)則由水位檢測開關(guān)、牽引式排水閥構(gòu)成。系統(tǒng)設(shè)置每為次排水時都進行甩干來提高漂洗效率，水位檢測則由壓力式水位傳感器進行開關(guān)量控制。在洗滌或漂洗狀態(tài)且當(dāng)水位達到設(shè)定值時進行下一工序；達不到水位設(shè)定值則繼續(xù)供水，當(dāng)水位達到設(shè)定位置時，壓力開關(guān)發(fā)出關(guān)閉水源的信號。若在定時器設(shè)定時間內(nèi)上下水開關(guān)出現(xiàn)問題而無法滿足洗滌條件，系統(tǒng)進行報警，同時關(guān)閉上下水電磁閥。

4.2 洗滌

啟動洗滌鍵，系統(tǒng)自動打開上水電磁閥，同時進行水位檢測；達到設(shè)定的水位則關(guān)閉上水電磁閥進入洗滌工序。在洗滌過程中，電機為低速運轉(zhuǎn)，波輪定時進行左、右旋轉(zhuǎn)。洗滌過程計時時間到則停止對電機的供電，打開排水閥進行排水。

4.3 漂洗與甩干

漂洗是指完成衣物洗滌后還需要對洗滌的衣物進行數(shù)次的洗滌以消除衣物上存留洗滌液。對所有洗衣機而言，漂洗的效果是用戶最關(guān)心的問題，因此，一個性能優(yōu)良的洗衣機必須具備按洗滌物選擇漂洗次數(shù)的功能。漂洗過程電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，漂洗結(jié)束則進入排水與甩干程序，本洗衣機每次漂洗都進行甩干，實踐證明這樣有利于提高漂洗效率，節(jié)約總的洗滌時間。

4.4 伺服系統(tǒng)的設(shè)計

為節(jié)省系統(tǒng)成本，全自動洗衣機一般采用減速離合器來進行排水閥的控制。當(dāng)洗滌或漂洗完成后，單片機給電磁鐵供電，將排水閥打開，同時使棘輪脫離減速器。當(dāng)排水結(jié)束時對電機供電，摘脫棘輪而切換為高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)甩干功能。

現(xiàn)階段洗衣機的電機通常為BLDC電機和DD直驅(qū)。BLDC系統(tǒng)的電機皮帶多駁論進行傳動。DD是直驅(qū)電機，直接裝在桶后實現(xiàn)電機軸與波輪軸重合。DD直驅(qū)電機減少了減速器，齒輪箱，皮帶輪等連接機構(gòu)及總成體積，節(jié)電效果也比較明顯，同時大大降低了系統(tǒng)噪音，但DD電機的價格還比較高。

5 存在的問題

安放位置：迷你波輪洗衣機必須安放在地面，占據(jù)了家庭有限的空間，已有墻掛式滾筒洗衣機在銷售，這是今后努力的方向。

二次污染：家用全自動洗衣機的應(yīng)用，減輕了勞動強度，提高了生活質(zhì)量，提供了更多的休閑時間。然而洗衣機一般由內(nèi)外筒相套組成，隨著時間積累，內(nèi)外筒的夾層會附著大量的污垢和細菌，一些菌種即使通過晾曬也不能殺死，尤其是貼身的內(nèi)衣褲，一定要警惕洗衣機對衣物的“二次污染”。

個性化、具有自動消毒功能的洗衣機是今后的發(fā)展方向。

作者簡介：左岐（1962-），男，回族，北京人，學(xué)士，副教授，研究方向：檢測與自動化裝置。