一種洗衣機自清潔技術方案

趙子墨，劉相君，劉家銘，姜鑫宇

一種洗衣機自清潔技術方案

趙子墨，劉相君，劉家銘，姜鑫宇

（河北科技大學，河北 石家莊 050018）

針對家用洗衣機普遍存在的難清潔問題，設計一款可以上下活動的清潔刷，并輔以紫外線殺菌，使得在不拆卸洗衣機內筒的情況下，有效地清潔洗衣機內筒外壁和機體內側，真正實現高清潔、無污染、低成本的綠色節能。

洗衣機；自清潔；毛刷；水電資源

1 研發背景和意義

洗衣機內筒和外筒夾層間是一個封閉的環境，在長期的使用過程中，水中的污漬會逐漸附著在內外筒夾層之間的筒壁上，堆積出一層又黑又黏的臟漬和污垢，滋生大量病菌，容易對衣物造成二次污染，影響到使用者的身體健康。

傳統的清潔方式主要有兩類：一種是化學清潔，利用化學洗滌劑浸泡沖洗，但由于污漬附著力強，清潔效果較差，且污染環境；另一種則是由專業人員上門拆卸清洗，雖能達到較好的清潔效果，但要耗費較多的人力、財力、物力，無法從根本上解決洗衣機的日常清潔問題。因此本團隊以波輪式洗衣機為例進行研發，使用洗衣機清潔刷這一裝置來完成洗衣機的自清潔功能，節省了大量的人力、財力、物力，節約了水電資源，彌補了市場上這一空白。

2 設計方案

2.1 方案構想

本設計的主要組成部分是一款為解決洗衣機清潔問題以及填補市場需求空缺而設計的洗衣機清潔刷。針對家用洗衣機普遍存在的難清潔問題，該產品可以在不拆卸洗衣機內筒的情況下，有效清潔洗衣機內筒外壁和機體內側，實現高效清潔。設計簡視圖如圖1所示。

圖1 設計簡視圖

2.2 整體設計及運行流程

洗衣機清潔刷主要由清潔刷、升降轉盤、絲杠傳動結構、可控開關及電源、底座、步進電機及固定圓盤、吸盤穩定結構、噴淋裝置、紫外線燈滅菌裝置構成。清潔刷截面可視結構主要分為8個部分，如圖2所示。

1—進水通道；2—分水口；3—可伸縮軟管及噴淋頭；4—分水槽；5—步進電機及螺紋絲杠；6—脫水桶（洗衣機內桶）；7—盛水桶（洗衣機外桶）；8—環形機械刷。

裝置底座下帶有3個吸盤，設有3根螺紋絲杠分別與固定圓盤、底座連接形成穩定結構，升降轉盤套在三根絲杠上，其內外兩側設有環形清潔刷，毛刷尖端剛好分別接觸洗衣機內桶外側和機體內側，3根絲杠頂端各有步進電機，3臺步進電機與電源、可控開關相連。

在裝置的頂端設有噴淋裝置，由1根可伸縮軟管與帶有4個噴淋頭的軟管相連，環狀圍至并固定于升降轉盤頂端。可伸縮軟管另一端連接洗衣機進水口。固定圓盤頂端設有一防水紫外線燈滅菌裝置。通過可控開關的控制給電源信號供電，3臺步進電機同向同速轉動形成扭轉力，帶動三根絲杠轉動，利用螺紋嚙合進而帶動轉盤升降，實現清潔刷對洗衣機內桶外側和機體內側的清潔。在機械刷工作同時，啟動噴淋裝置，沖洗機體表面污垢。工作結束后，啟用紫外線燈滅菌裝置。

二維截面視圖如圖3所示。

圖3 二維截面視圖

工作時，將洗衣機調至甩干工作狀態，啟動新命令1，產品開始運轉，步進電機同時運轉帶動絲杠轉動，升降圓盤設有3個內螺紋孔，與絲杠配合，經扭轉帶動圓盤勻速平穩升降。在升降圓盤降至底端之前，電路板啟動新命令2，使3臺步進電機勻降速至0，圓盤隨之停止運動，此時升降圓盤剛好降至與底盤接觸，電路板再次啟動新命令3，使電機再以某一穩定動力逆向轉動，并提供絲杠轉速帶動圓盤勻速平穩上升，在圓盤上升至頂端之前，電路板啟動新命令4，使得電機勻降速至0，帶動圓盤停止上升。往復啟用命令1、2、3、4，實現絲杠周期性正向、逆向旋轉，進而帶動升降圓盤的周期升降，使得內外側清潔刷能夠進行筒壁清潔。

與此同時，在洗衣機的脫水筒外壁和盛水桶內壁形成的環狀空間內的噴水裝置在電路板的設定下啟動清洗命令，自來水經過進水通道后通過通進水閥出水通道和連接管進入噴淋頭，水通過環狀噴淋頭內外兩側面小孔噴射到脫水筒外壁和盛水桶內壁上進行沖洗，達到清潔洗衣機內部的目的。在甩干桶停止旋轉的同時，結束清潔刷和噴水軟管工作命令，電腦板啟動紫外線燈打開命令，進行15 min的滅菌后，終止程序。

2.3 傳動結構

產品采用了步進電機提供動力，通過絲杠和轉盤之間的螺紋嚙合配合使用來實現裝置工作。將3臺步進電機分別與3根螺紋絲杠鏈接，電機機身固定于固定圓板之上，保證步進電機自身的穩定性。在工作狀態下，3臺步進電機同時運作，步距角1.8°，步長為0.01米/步，項數為2，工作額定電壓3.5 V，工作額定電流約為0.5 A，適應中速反應，扭矩約為0.4 N·m，可持續推力為336.14 N，保證了工作時穩定性。電機與內桶由隔板間隔，避免了接觸水源短路的可能。自重僅為275 g，在固定圓板可支撐范圍之內。接配步進電機控制器模塊，配速調制在100～300 r/min之間，完成一次周期清洗約為2 min，與同類裝置相比較大程度上降低了耗能。

3 結論

產品在設計上采用了物理清潔和紫外線燈滅菌技術相結合，加以少量水流噴淋沖洗，解決了洗衣機內外桶污垢難清洗這一難題。與傳統清潔方式相比，本設計能有效使污垢與機體徹底分離，克服了化學制劑清潔效果差的缺點，也避免了頻繁人工拆解，并運用洗衣機甩干時的自轉加大物理摩擦力度，以及甩干水流輔助清洗筒壁，節水節電，是一種高清潔、自動化、低成本的綠色節能裝置。

TM925.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.060

2095－6835（2020）08－0136－02

趙子墨（2000—），男，河北石家莊人，本科在讀。

〔編輯：張思楠〕