一種迷你波輪洗衣機設計思路分析

左岐 杜春寶 王碩

摘 要：本文結合居民家庭實際狀況，設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構、設計思路和主要功能，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生等問題進行了分析。

關鍵詞：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

洗衣機已經成為城鎮居民家庭基本的電器設備，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外桶型結構；滾筒洗衣機是在波輪機之后設計的，為全自動單筒型結構。

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水流形成時而左旋、時而右旋的渦流，織物跟著水流旋轉、翻滾，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行輕柔摩擦，上下翻轉和左右旋轉實現去污清洗。波輪式洗衣機總體結構相對簡單，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桶、外殼、平衡塊等組成，衣物在內桶中上下重復摔打而得到清洗。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，市場調查結果表明：5--7kg是目前居民家庭選擇洗衣機的主流產品。在洗滌嬰幼兒衣物或少量成人貼身內衣等小件衣物時會造成水、電資源的浪費，同時也存在衛生問題。在廣泛調研基礎上，申請了北方工業大學大學生科技創新項目并獲得資助，目標在于設計出一種小件衣物、內衣專用洗衣機（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，但是這些產品大多是非自動的低檔劣質產品，不能滿足多數用戶提高生活質量的需求。

本文設計的迷你洗衣機專用于小件內衣或嬰幼兒衣物，為家庭改善型高端產品。設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。

3 波輪式迷你洗衣機的結構

滾筒機因其滾筒結構的限制，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，因此本文設計為波輪式結構。

按全自動波輪式洗衣機進行結構設計，主要包括進水排水系統、洗滌和脫水系統、電機及傳動系統、電氣控制系統、旋轉內桶支承結構及外殼等部分組成。因該洗衣機為小件專用，在程序設計上進行了優簡化，用戶可根據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構，塑料材質、帶有網狀孔的內桶可繞軸旋轉，帶有加強筋波輪裝在內桶的底部，以利于水流的形成。外殼為鋁合金材料組裝成的框架結構，外桶彈性懸掛于鋁框上。在鋁框四角安裝有進水和排水閥，外桶的底部裝有驅動電機及變速離合器。動力和傳動系統按程序設定提供兩種轉速，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兩種轉速的切換。

4 電氣控制系統

4.1 上水排水及水位檢測

進水系統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。排水系統則由水位檢測開關、牽引式排水閥構成。系統設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量控制。在洗滌或漂洗狀態且當水位達到設定值時進行下一工序；達不到水位設定值則繼續供水，當水位達到設定位置時，壓力開關發出關閉水源的信號。若在定時器設定時間內上下水開關出現問題而無法滿足洗滌條件，系統進行報警，同時關閉上下水電磁閥。

4.2 洗滌

啟動洗滌鍵，系統自動打開上水電磁閥，同時進行水位檢測；達到設定的水位則關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，波輪定時進行左、右旋轉。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心的問題，因此，一個性能優良的洗衣機必須具備按洗滌物選擇漂洗次數的功能。漂洗過程電磁閥處于關閉狀態，漂洗結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，節約總的洗滌時間。

4.4 伺服系統的設計

為節省系統成本，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。當排水結束時對電機供電，摘脫棘輪而切換為高速旋轉，實現甩干功能。

現階段洗衣機的電機通常為BLDC電機和DD直驅。BLDC系統的電機皮帶多駁論進行傳動。DD是直驅電機，直接裝在桶后實現電機軸與波輪軸重合。DD直驅電機減少了減速器，齒輪箱，皮帶輪等連接機構及總成體積，節電效果也比較明顯，同時大大降低了系統噪音，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用，減輕了勞動強度，提高了生活質量，提供了更多的休閑時間。然而洗衣機一般由內外筒相套組成，隨著時間積累，內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展方向。

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