全自動(dòng)洗衣機(jī)溢水故障研究

王曉楠 施清清 周伯儒 賴(lài)宏偉

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

目前，全自動(dòng)洗衣機(jī)逐漸的成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚募矣秒娖?，而在使用洗衣機(jī)的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種故障影響客戶(hù)使用及體驗(yàn)效果，其中溢水故障為一種常見(jiàn)的故障模式。溢水故障主要是為了防止用戶(hù)在使用洗衣機(jī)過(guò)程中，出現(xiàn)因進(jìn)水不止導(dǎo)致水流出洗衣機(jī)筒體，造成水泡到其它家用物品影響用戶(hù)體驗(yàn)及造成財(cái)產(chǎn)損失。全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用液位傳感器對(duì)進(jìn)水量進(jìn)行檢測(cè)，液位傳感器又叫做液位開(kāi)關(guān)，起到檢測(cè)洗衣機(jī)進(jìn)水量及排水量作用，進(jìn)而控制洗衣機(jī)的進(jìn)水與排水動(dòng)作，屬于洗衣機(jī)的關(guān)鍵零部件。一旦液位傳感器檢測(cè)不準(zhǔn)確或失效將導(dǎo)致進(jìn)水量錯(cuò)誤，造成洗衣不凈、浪費(fèi)水資源，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致水溢流出洗衣機(jī)筒體，造成較為嚴(yán)重后果。

1 故障案例及分析

某款試制全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)在測(cè)試性能的過(guò)程中，偶發(fā)性出現(xiàn)溢水故障報(bào)警，但查看報(bào)警時(shí)實(shí)際水位未達(dá)到溢水水位。溢水故障原因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)接收到液位傳感器的水位達(dá)到設(shè)定的報(bào)警水位，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)報(bào)故障時(shí)整機(jī)實(shí)際水位距離設(shè)定的溢水水位有約5 cm距離，核實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)置最大進(jìn)水量60 L，實(shí)際流量計(jì)檢測(cè)到的進(jìn)水量59.6～60 L，未達(dá)到溢水條件。為明確造成故障原因，分別對(duì)控制系統(tǒng)的軟、硬件以及液位傳感器進(jìn)行排查。

1.1 主控板硬件排查

為排查是否為主控板異常原因?qū)е抡`報(bào)警，首先更換正常使用的監(jiān)控主控板進(jìn)行復(fù)核，仍會(huì)出現(xiàn)溢水故障。主控板上影響到液位傳感器輸入電壓的只有穩(wěn)壓塊，穩(wěn)壓塊的輸出電壓范圍在5.1 V到5.5 V，實(shí)測(cè)出現(xiàn)故障時(shí)輸出電壓為5.35 V，穩(wěn)壓塊無(wú)異常。模擬穩(wěn)壓塊輸出值上下限時(shí)，液位傳感器對(duì)采樣的頻率偏差只有20 Hz，而液位傳感器的波動(dòng)允差帶為0.4 kHz，故不會(huì)因電壓波動(dòng)導(dǎo)致故障，排除主板本身元器件差異問(wèn)題。

1.2 主控板軟件程序排查

對(duì)整機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)故障時(shí)主控板收到的水位頻率已超出溢水設(shè)定頻率值，程序判定無(wú)異常。整機(jī)在運(yùn)行到t1時(shí)檢測(cè)到水位偏高，執(zhí)行打開(kāi)排水閥后檢測(cè)到水位正常，關(guān)閉排水閥繼續(xù)運(yùn)行；運(yùn)行到t2時(shí)再次檢測(cè)到水位偏高，觸發(fā)溢水故障報(bào)警，符合邏輯設(shè)定。以上監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表明，液位傳感器反饋的頻率值確實(shí)輸出了超出溢水保護(hù)設(shè)定頻率值的信號(hào)，達(dá)到了控制器報(bào)溢水保護(hù)故障的條件。

1.3 液位傳感器排查

1.3.1 液位傳感器工作原理

全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)將液位傳感器安裝在洗衣機(jī)產(chǎn)品的箱體頂部，液位傳感器是通過(guò)氣管與洗衣機(jī)外筒通氣室連接，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)氣管內(nèi)空氣壓力，并把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，對(duì)照轉(zhuǎn)換成水位信息的檢測(cè)器件。洗衣機(jī)用液位傳感器普遍使用機(jī)械式，主要由殼體、彈簧座、磁芯、調(diào)壓簧、膜片、壓力彈簧等器件組成。

全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)的外筒通氣室與液位傳感器的氣管連接，當(dāng)筒內(nèi)注水時(shí)，通氣室內(nèi)水位逐漸上升，氣管內(nèi)壓力隨之逐步上升，液位傳感器內(nèi)的膜片隨壓力升高產(chǎn)生形變，進(jìn)而壓縮壓力彈簧產(chǎn)生壓力信號(hào)，示意圖1。壓力信號(hào)與水位信號(hào)存在對(duì)應(yīng)性，當(dāng)壓力達(dá)到一定值表示水位達(dá)到設(shè)定位置，信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)后停止進(jìn)水。當(dāng)水位下降后，液位傳感器氣管內(nèi)壓力減小，彈簧逐漸復(fù)位，當(dāng)下降到設(shè)定水位時(shí)，控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后可控制洗衣機(jī)進(jìn)行下一步動(dòng)作。當(dāng)液位傳感器感應(yīng)水位出現(xiàn)偏差時(shí)，如控制系統(tǒng)接收到液位達(dá)到溢水水位時(shí)，洗衣機(jī)會(huì)出現(xiàn)溢水故障。

圖1 液位傳感器控制示意圖

1.3.2 液位傳感器故障件復(fù)核

出現(xiàn)溢水故障的整機(jī)使用的液位傳感器，對(duì)故障單體復(fù)核發(fā)現(xiàn)各檔位的頻率值均符合技術(shù)要求，可排除液位傳感器本身故障。

1.4 實(shí)驗(yàn)環(huán)境排查

鑒于故障機(jī)液位傳感器各項(xiàng)參數(shù)均符合圖紙要求，為了查明液位傳感器輸出異常信號(hào)的原因，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行了排查。發(fā)現(xiàn)性能測(cè)試臺(tái)其他臺(tái)位上（洗衣機(jī)性能臺(tái)可同時(shí)測(cè)試多臺(tái)洗衣機(jī)）正在測(cè)試性能的滾筒洗衣機(jī)在脫水狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由低至高、再由高到底的轉(zhuǎn)速變化，從而產(chǎn)生頻率不斷變化的振動(dòng)激勵(lì)，帶動(dòng)地面進(jìn)行振動(dòng)（實(shí)驗(yàn)室地面進(jìn)行保溫處理，非實(shí)心地面）。由于波輪洗衣機(jī)自身質(zhì)量較輕，受振動(dòng)激勵(lì)后機(jī)身亦同步產(chǎn)生振動(dòng)，液位傳感器感受壓力變化的關(guān)鍵部件壓力彈簧與振動(dòng)激勵(lì)產(chǎn)生共振，從而輸出異常液位信號(hào)。通過(guò)查看實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控錄像，發(fā)現(xiàn)每次出現(xiàn)異常液位數(shù)據(jù)時(shí)，故障機(jī)旁邊的滾筒洗衣機(jī)則處于脫水模式。

為了進(jìn)一步監(jiān)控振動(dòng)干擾對(duì)液位傳感器影響，將出現(xiàn)過(guò)故障的整機(jī)分別在性能試驗(yàn)臺(tái)、可靠性試驗(yàn)臺(tái)（模擬客戶(hù)安裝的實(shí)心地面）進(jìn)行測(cè)試，并監(jiān)控水位頻率。通過(guò)對(duì)比測(cè)試，整機(jī)在性能臺(tái)位測(cè)試時(shí)，在旁邊滾筒洗衣機(jī)未脫水情況下液位傳感器頻率值相對(duì)穩(wěn)定且不會(huì)出現(xiàn)溢水故障，但滾筒洗衣機(jī)脫水時(shí)頻率會(huì)出現(xiàn)急劇跳動(dòng)，測(cè)試20次出現(xiàn)1次溢水故障，截取部分典型數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖2。整機(jī)在可靠性試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試時(shí)，無(wú)論周邊洗衣機(jī)是否進(jìn)行脫水，液位傳感器頻率均穩(wěn)定，測(cè)試20次不會(huì)出現(xiàn)溢水故障，截取部分典型數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖3。

圖2 性能試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試水位頻率曲線(xiàn)

圖3 可靠性試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試頻率曲線(xiàn)

2 分析小結(jié)

綜上，本次全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試性能時(shí)出現(xiàn)的偶發(fā)性溢水故障，經(jīng)分析及實(shí)驗(yàn)復(fù)現(xiàn)確認(rèn)非整機(jī)實(shí)際故障，屬于測(cè)試環(huán)境有振動(dòng)激勵(lì)導(dǎo)致液位傳感器感應(yīng)水位不準(zhǔn)確的誤報(bào)警，暴露出整機(jī)抗環(huán)境擾動(dòng)能力差的問(wèn)題，需優(yōu)化解決。同時(shí)在新品洗衣機(jī)測(cè)試過(guò)程中，除了常規(guī)條件測(cè)試外，需模擬售后各種使用條件引入不同的環(huán)境干擾，提早發(fā)現(xiàn)各種可能出現(xiàn)的故障類(lèi)型，并予以整改。

3 預(yù)防改善

3.1 邏輯優(yōu)化

整機(jī)報(bào)溢水故障增加防干擾判定邏輯，原檢測(cè)方案為t時(shí)間內(nèi)第一次有1 s監(jiān)測(cè)到超出溢水頻率，執(zhí)行排水動(dòng)作到正常水位，再有一次1 s檢測(cè)到超出溢水頻率即報(bào)溢水故障。優(yōu)化后在t時(shí)間內(nèi)需要連續(xù)5 s檢測(cè)達(dá)到超出溢水頻率，執(zhí)行排水操作到正常水位，再有一次5 s連續(xù)檢測(cè)到超出溢水頻率即報(bào)溢水故障，如是不連續(xù)超出溢水頻率則清零進(jìn)行下一次檢測(cè)。

3.2 液位傳感器單體檢驗(yàn)方法優(yōu)化

液位傳感器原入廠(chǎng)檢驗(yàn)方位為使用氣壓泵，將壓力控制在恒定狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，而實(shí)際使用條件整機(jī)洗衣過(guò)程存在晃動(dòng)導(dǎo)致液面波動(dòng)，壓力存在一定的波動(dòng)范圍，原入廠(chǎng)檢驗(yàn)方式存在波動(dòng)范圍大而無(wú)法檢出的漏洞，調(diào)整入廠(chǎng)檢驗(yàn)方式為使用整機(jī)按正常進(jìn)水帶負(fù)載方式，模擬實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的抗干擾能力，防止出現(xiàn)因假故障導(dǎo)致的用戶(hù)使用不便，提高用戶(hù)使用滿(mǎn)意度及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)采取以下措施：

1）在開(kāi)發(fā)階段對(duì)各種故障代碼進(jìn)行全面分析，確認(rèn)報(bào)警閥值，以及使用中的自身波動(dòng)因素、環(huán)境擾動(dòng)因素等，制定抗干擾措施。

2）零部件檢驗(yàn)結(jié)合實(shí)際使用環(huán)境，制定可靠檢驗(yàn)手段，防止因零部件波動(dòng)導(dǎo)致整機(jī)故障。

3）完善測(cè)試方法，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)及使用條件，引入環(huán)境干擾因素對(duì)整機(jī)進(jìn)行惡劣條件工況測(cè)試，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以?xún)?yōu)化解決。