波輪洗衣機(jī)不同工況下振動測試與分析

康獻(xiàn)民，李宏宇，亢宗楠，張迅，羅源昌，黃光潤

波輪洗衣機(jī)不同工況下振動測試與分析

康獻(xiàn)民，李宏宇，亢宗楠，張迅，羅源昌，黃光潤

（五邑大學(xué) 智能制造學(xué)部，廣東 江門 529020）

傳統(tǒng)波輪洗衣機(jī)在工作過程中由于電機(jī)產(chǎn)生振動從而使機(jī)身產(chǎn)生振動效果。以某一型號的洗衣機(jī)為研究對象，為了研究該洗衣機(jī)的減振系統(tǒng)對振動的抑制效果，通過傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等硬件獲得在有水和無水、轉(zhuǎn)速不同條件下振動的加速度峰值、速度峰值、位移峰值、頻率。從而得出在不同條件下滾筒振動的減弱程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水位不同轉(zhuǎn)速相同情況下、軸內(nèi)壁方向的振動幅度較小，當(dāng)轉(zhuǎn)速不同水位相同時(shí)，、、軸內(nèi)壁方向上振動差別較小，當(dāng)轉(zhuǎn)速相同水位相同時(shí)，方向上內(nèi)外壁的振動波動幅度較大，內(nèi)壁振動比外壁振動的波動大了200%左右。

波輪洗衣機(jī)；振動測試；減弱程度

近年來，波輪洗衣機(jī)因?yàn)槭蹆r(jià)低、洗凈度高、洗滌均勻性較好、結(jié)構(gòu)簡單、省水等優(yōu)點(diǎn)在市場上占了很大的比例。為了了解波輪洗衣機(jī)在各個(gè)工作階段的振動情況，陳敏等[1]通過建立洗衣機(jī)箱體的有限元模型，利用模態(tài)分析與形貌優(yōu)化方法確定了洗衣機(jī)箱體的加強(qiáng)肋合理布局，提高箱體剛度,降低振動和噪聲。周兆國等[2]針對洗衣機(jī)脫水階段非穩(wěn)態(tài)共振問題進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改變系統(tǒng)激勵(lì)形式對系統(tǒng)共振的影響。錢靜[3]通過對洗衣機(jī)桶體建立振動數(shù)學(xué)模型，仿真出桶體脫水階段的運(yùn)動狀態(tài)，為頂裝式洗衣機(jī)動態(tài)特性的進(jìn)一步研究提供了理論依據(jù)。錢靜等[4]建立了洗衣機(jī)振動微分方程，討論了阻尼、彈簧剛度、吊桿傾角及脫水啟動函數(shù)對振動特性的影響，最終在洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方面給出了建議。

為了更直觀的查看洗衣機(jī)振動情況，本文運(yùn)用對比法來對洗衣機(jī)進(jìn)行振動試驗(yàn)，主要測試在不同的水位和程序下，洗衣機(jī)減震系統(tǒng)對滾筒震動的減弱程度。通過對洗衣機(jī)進(jìn)行不同水位同一轉(zhuǎn)速或同一水位不同轉(zhuǎn)速及傳感器按、、軸的方向擺放，通過得到相關(guān)數(shù)據(jù)的對比來得到外殼對滾筒震動減弱的程度。

1 振動模型分析與建立

1.1 振動模型分析

波輪洗衣機(jī)是依靠波輪的連續(xù)正反轉(zhuǎn)動來帶動水和洗滌物浸沒的衣物進(jìn)行轉(zhuǎn)動的來達(dá)到洗凈衣物目的的洗衣機(jī)。

頂裝式波輪洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)主要包括電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械支撐系統(tǒng)、洗衣桶、懸掛減震系統(tǒng)四大部分構(gòu)成，其中電氣控制系統(tǒng)主要包括程序控制器、各種傳感器、進(jìn)水閥、排水泵等，機(jī)械支撐系統(tǒng)包括箱體、底座等，用于支撐和封閉桶體，桶體包括盛水桶、排水桶、平衡環(huán)、波輪等，平衡環(huán)固定在脫水桶上部，波輪位于脫水桶底部，與傳動裝置相連。懸掛系統(tǒng)由四根吊桿彈簧將桶體懸掛于箱體的角板上[2]。

其中，平衡環(huán)是波輪洗衣機(jī)上兩大減震系統(tǒng)之一。當(dāng)洗滌桶旋轉(zhuǎn)時(shí)，平衡環(huán)內(nèi)的液態(tài)鹽水根據(jù)慣性抵消或緩沖了旋轉(zhuǎn)桶產(chǎn)生的慣性，從而調(diào)整洗滌桶的偏心量，使偏心降到極低。能大大降低洗衣機(jī)的振動[3]。

懸掛系統(tǒng)連接在箱體外殼以及盛水桶之間，在整個(gè)滾筒下方設(shè)有配重塊，配重塊部分主要作用為減少并隔離振動[4,14]。盛水桶與脫水桶同軸，通過軸鏈接，電機(jī)驅(qū)動脫水桶在洗滌/脫水工況下旋轉(zhuǎn)。平衡環(huán)作為一種被動平衡裝置，安裝在脫水桶外圈的兩側(cè)[10-11]。

將洗衣機(jī)減少振動的措施稱為隔振，其意義在于在振源與基礎(chǔ)、振動的基礎(chǔ)與設(shè)備之間，安裝具有一定彈性的裝置，使得振源與基礎(chǔ)之間或基礎(chǔ)與設(shè)備之間的近剛性連接變成彈性連接，以隔離或減少振動能量的傳遞，從而達(dá)到減振的目的。隔振可以根據(jù)效果可以分為積極隔振與消極隔振。其中積極隔振為降低設(shè)備的振動對周圍環(huán)境的影響，同時(shí)減小設(shè)備自身的振動，積極隔振又稱為第一類隔振或隔力[12]。消極隔振為降低基礎(chǔ)的振動對設(shè)備的影響，使設(shè)備的振動小于基礎(chǔ)的振動，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的，消極隔振又成為第二類隔振或隔幅。用于評價(jià)各鎮(zhèn)效果的指標(biāo)為振動傳遞率。

在進(jìn)行洗滌的情況下，桶內(nèi)衣物收到的離心力難以抵消自身的重力從而不斷被浸入含有洗滌劑的水中，通過電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)了衣物的洗滌與沖洗，以達(dá)到洗凈衣物的目的[5]；洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

1.平衡環(huán)；2.內(nèi)桶；3.外桶；4.波輪；5.懸掛系統(tǒng)； 6.驅(qū)動系統(tǒng)；7.箱體。

1.2 振動模型的建立

在平衡環(huán)動態(tài)中，因?yàn)榄h(huán)液質(zhì)心相對于內(nèi)桶來說在該點(diǎn)處的位移很小，環(huán)液質(zhì)心的運(yùn)動速度就近似等于內(nèi)桶在該點(diǎn)處的速度[6]。為了保證模型的正常建立，做出以下假設(shè)：①將桶體部分看作剛體；②當(dāng)彈簧剛度和阻尼選定時(shí)，在整個(gè)工作區(qū)間內(nèi)為完全保持不變的[7]。

建立振動系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程如式（1）所示。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)振幅如式（2）所示。

質(zhì)量1的振幅如式（6）所示。振幅比如式（7）所示。阻尼比不同的情況下振幅比曲線如圖3所示。

2 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

選擇某品牌滾筒洗衣機(jī)，額定電壓為220 V，頻率50 Hz，洗滌脫水容量均為6 kg，額定洗滌功率為350 W，脫水輸入功率為220 W。確定水位17 L，將速度傳感器粘貼在提前用砂紙打磨好的滾筒邊緣及外殼上，兩個(gè)傳感器分別按照軸的方向進(jìn)行固定，選擇洗衣機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)和超快洗兩個(gè)程序分別運(yùn)行來測定滾筒振動對外殼的影響大小，測量完畢后將水位改變?yōu)?0 L，重新測量。

圖2 振動模型簡圖

在采集數(shù)據(jù)時(shí)，使用速度傳感器鏈接電橋盒，數(shù)據(jù)采集卡，最后通過電腦中Labview程序采集數(shù)據(jù)。其采集信號的流程如圖4所示。

圖3 振幅比曲線（μ＝0.05，α＝1）

圖4 信號流程圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

選擇選用信號，截止頻率設(shè)定為5000，樣本數(shù)為5000。其中，數(shù)據(jù)設(shè)置區(qū)的代碼如圖5所示，數(shù)據(jù)采集區(qū)如圖6所示，程序前面板如圖7所示。

3 振動測試分析

將速度傳感器粘貼在滾筒邊緣及外殼上，兩個(gè)傳感器按照軸的方向進(jìn)行固定。在粘貼傳感器的時(shí)候應(yīng)注意：①選擇粘貼力較高的粘貼劑是保證粘貼質(zhì)量的關(guān)鍵；②構(gòu)架被測部位的打磨質(zhì)量及其粘貼部位對傳感器的粘貼質(zhì)量和測試精度的影響；③傳感器粘貼后應(yīng)嚴(yán)格檢查打磨面是否平整，膠水是否變質(zhì)，涂膠層是否薄而均勻，膠底有無氣泡。

開啟洗衣機(jī)，在電動機(jī)的帶動下按程序設(shè)置進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)周期性運(yùn)動，根據(jù)不同的程序、水位、傳感器的不同方向，得出不同的振動幅度，通過數(shù)據(jù)采集卡在電腦上顯示振動峰值變化并記錄。其中振動峰值包括正峰值和負(fù)峰值。其因?yàn)樗弧⒊绦?、傳感器方向的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，根據(jù)控制變量法，對比內(nèi)外壁的振動大小得出洗衣機(jī)振動的減弱程度。

圖5 數(shù)據(jù)設(shè)置區(qū)

圖6 數(shù)據(jù)采集區(qū)

圖7 程序前面板

當(dāng)轉(zhuǎn)速為快速，水位分別為30 L和17 L時(shí)，、、三個(gè)方向的振動峰峰值對比如圖8所示，其中當(dāng)水位不同轉(zhuǎn)速相同時(shí)，、內(nèi)壁方向的振動幅度較小，而在內(nèi)壁方向上則振動幅度比較明顯。

如圖9所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速不同水位相同時(shí)，、、軸內(nèi)壁方向上，標(biāo)準(zhǔn)洗時(shí)振動的峰峰值幅度數(shù)據(jù)波動較大，當(dāng)把轉(zhuǎn)速調(diào)整到快速時(shí)，在水位相同的條件下，整體都處在一個(gè)振動波動幅度較高的情況，、、軸內(nèi)壁方向差別不大。

當(dāng)轉(zhuǎn)速相同水位相同時(shí)，如圖10所示，方向上內(nèi)外壁的振動波動幅度較大，內(nèi)壁振動比外壁振動的波動大了200%左右。

圖8 水位不同轉(zhuǎn)速相同條件下的數(shù)據(jù)

圖9 轉(zhuǎn)速不同水位相同條件下的數(shù)據(jù)

圖10 內(nèi)外振動信號對比

峰峰值是指一個(gè)周期內(nèi)信號最高值和最低值之間的差值，描述了信號值的變化范圍的大小，代表振動波動的程度[8]。并且峰峰值＝正峰值－負(fù)峰值。由上述結(jié)果綜合分析可知，當(dāng)洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)速在快速擋位時(shí)，振動產(chǎn)生的峰峰值比標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速總體要更大。、軸在轉(zhuǎn)速相同，水位不同的情況下對峰峰值沒有太大影響。

4 結(jié)論

本文以某款洗衣機(jī)內(nèi)外滾筒為例，通過建立波輪洗衣機(jī)的振動模型并建立微分方程計(jì)算出了振動峰峰值與阻尼的關(guān)系[9]。完整的測試了在不同條件下內(nèi)部滾筒與外壁的振動情況并得出數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)可知，外部顯示出的振動效果要比滾筒振動小很多，所以此款洗衣機(jī)的外殼對滾筒振動的減弱程度較好。此方法對于滾筒洗衣機(jī)內(nèi)外振動程度的比較有很好的效果。

[1]陳敏，石衛(wèi)衛(wèi)，張華偉，等. 基于形貌優(yōu)化的滾筒洗衣機(jī)箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械，2016，43（10）：40-42.

[2]周兆國，金乃慶，楊宇澄，等. 大容量波輪洗衣機(jī)減振難題的研究[C]. 2011年中國家用電器技術(shù)大會論文集，2011.

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[7]楊泓基，姜金輝，王柯，等. 滾筒洗衣機(jī)箱體振動特性分析與CAE結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[J]. 國外電子測量技術(shù)，2018，37（10）：76-81.

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[10]楊曉文. 滾筒式洗衣機(jī)的振動模態(tài)分析[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2006.

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Vibration Testing and Analysis of Wave Washing Machines under Different Conditions

KANG Xianmin，LI Hongyu，KANG Zongnan，ZHANG Xun，LUO Yuanchang，HUANG Guangrun

( FacultyofIntelligentManufacturing, Wuyi University,Jiangmen 529020,China )

The vibration effect of a conventional drum washing machine is caused by the vibration generated by the motor during operation. In order to study the vibration suppression effect of the damping system of the washing machine, the acceleration peak, velocity peak, displacement peak and frequency of the vibration under different conditions with and without water are obtained by means of hardware such as sensors and data acquisition cards and thus the degree of dampening of drum vibration under different conditions. The experimental results show that the vibration amplitude of the inner wall of theand Y axes is smaller when the water level is different and the speed is the same, and that the difference in vibration between the,andaxes is smaller when the speed is different and the water level is the same, and that when the speed is the same and the water level is the same, the vibration fluctuation of the inner and outer walls in thedirection is larger, and the vibration of the inner wall is about 200% larger than that of the outer wall.

wave washing machine；vibration testing；degree of attenuation

TK268.+1

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2022.08.012

1006-0316 (2022) 08-0076-05

2021-07-28

康獻(xiàn)民（1964－），男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)備故障檢測、自動化裝備、激光加工等，E-mail：kxmjml@163.com。