雙桶洗衣機徑向擺動脫水研究

摘要：雙桶洗衣機脫水時脫水桶的運行平穩性對洗衣機的使用壽命有重要影響。洗衣機脫水時脫水桶徑向擺動不平穩，不僅會造成衣服脫不干水，還會對脫水系統的核心零部件造成嚴重破壞。現通過對市場上洗衣機的代表機型進行取樣測試，提出了改善脫水桶徑向擺動狀況的方法，對于提升雙桶洗衣機性能具有借鑒作用。

關鍵詞：雙桶洗衣機;脫水桶;徑向擺動;移動液體平衡環

1 雙桶洗衣機脫水時脫水桶徑向擺動轉速慢的原因分析

1.1? ? 用戶操作

用戶在向雙桶洗衣機脫水桶中投放衣物時，如果衣物放置不平衡，脫水桶內部就會產生偏心負載。在偏心負載作用下，脫水程序啟動時脫水桶會產生離心力，造成脫水桶徑向擺動，低轉速脫水。當偏心負載超過一定值后，脫水系統不能實現自平衡，就會出現脫水桶“打桶”現象。如果出現此種現象，用戶需要多次重新放置衣物，才能達到正常脫水的目的。

1.2? ? 結構屬性

一般雙桶洗衣機脫水系統結構簡圖如圖1所示，這個結構最大的特點就是整個脫水桶承力支點為3個減震彈簧。假設支點采用剛性連接，如果偏心量e只有5 mm，2 kg洗衣機脫水時的偏心質量為5 kg，轉速按常規1 400 r/min的話，這種狀態下的離心力將達到537 N，這個力就會釋放到底座上，對其造成損傷。如果脫水桶和底座之間加裝減震彈簧，那么彈簧會起到緩沖離心力的作用。但如果用戶放置的衣物負載偏差過大，轉速往往達不到標準的1 400 r/min，而是脫水桶在400～500 r/min的低轉速徑向擺動中脫水，這會對脫水系統造成致命破壞。

2 取樣測試分析

本文抽取市場上具有行業代表性的樣機進行脫水實驗。首先，洗衣機在不同負載下正常運轉，脫水系統零部件正常運行。隨后，在負載偏心條件下，任由洗衣機在徑向擺動低轉速狀態下脫水運轉（脫水桶不得撞擊塑料外桶），實驗樣機在連續運轉24個脫水程序（24×5=120 min）后，橡膠密封皮碗出現破裂。分析實驗結果可以得出：脫水桶“長時間徑向擺動低速脫水”導致橡膠密封皮碗拉扯變形過大，是引起橡膠密封破裂的直接原因。根據振動理論，洗衣機脫水系統的振動是一種有阻尼的受迫振動。脫水電機旋轉中產生的簡諧激振力的圓頻率ω與系統的固有頻率P的頻率比λ=ω/P=1時，受迫振動的振幅達到峰值，脫水裝置最易發生共振。共振現象一般在電機轉速為400～500 r/min時發生。脫水系統處于啟動或停止階段，此時如果衣物放置偏心情況嚴重，系統將長時間徑向擺動低速共振。如何正確使用洗衣機的脫水裝置，在洗衣機的使用說明書中有說明：“脫水振動晃動大時應暫停脫水，并重新將衣物放置均勻。”有的用戶往往忽視了這一點，認為只要脫水桶能轉起來就是正常狀態，任由洗衣機長時間低轉速徑向擺動，對整個脫水系統的零部件造成嚴重損傷，尤其對里面的橡膠密封皮碗很容易造成拉扯破裂。因此，減少脫水系統徑向擺動的次數是解決此問題的主要途徑。

3 采取的解決措施和改進建議

3.1? ? 解決措施

針對雙桶洗衣機脫水過程中存在的上述問題，本文提出了以下解決措施：（1）優化脫水桶結構，讓脫水桶形狀為口大底小，呈錐形，這樣用戶放置衣物時重心會和漏斗原理一樣，使衣物居脫水桶中下位置，改善衣物放置不平衡問題。（2）改進橡膠密封皮碗結構和材料，增強皮碗材料的使用性能，增加皮碗高度，即使脫水桶徑向擺動晃動拉扯皮碗時，不會損壞橡膠密封皮碗本身。（3）加大電機功率，改變電機結構，讓電機重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點位置。（4）加強減振彈簧的剛性和阻尼。（5）加強減振彈簧的支撐底座剛性，加固其結構。（6）從工藝上控制脫水桶的跳動誤差。（7）確保橡膠密封皮碗孔和聯軸器孔及聯軸器和電機軸之間的孔對中。（8）從工藝上控制減振彈簧的高度誤差及脫水系統塑料制件的變形量。

3.2? ? 改進建議

上述解決措施均能改善脫水桶徑向擺動脫水的狀況，但實驗測試效果表明，最有效的改進措施是加大電機功率，改變電機結構，讓電機重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點位置。脫水桶會隨著不同的負載和衣物放置方式產生不同的工作狀態，要想更好地全程動態地去控制脫水時候的脫水桶徑向擺動情況，實驗證明液體平衡環是一個不錯的選擇。為了安裝操作方便，目前市場上的液體平衡環均固定在脫水桶的上邊緣，這樣洗衣機滿載脫水時液體平衡環能很好地發揮其作用。

4 移動式液體平衡環

目前市場上部分洗衣機機型采用固定式液體平衡環來降低洗衣機脫水時出現徑向擺動的概率，以提升用戶體驗，提高洗衣機的耐用性。然而，固定式液體平衡環只能在洗衣機滿載時發揮其作用，在洗衣機半載脫水時因為固定式液體平衡環位置固定，反而有可能加重脫水不平衡現象，如圖2所示，桶內箭頭所示為模擬脫水狀態固定式和移動式液體平衡環的重心位置，固定式液體平衡環相比移動式液體平衡環重心靠左，不利于脫水系統維持平衡。

如果將固定式液體平衡環改為移動式液體平衡環（此產品筆者已籌備申請實用新型發明專利），經過測試，脫水桶徑向擺動概率大大降低，移動式液體平衡環具有可自由移動性，所以它可以與衣物緊密貼合在一起進行動態矯正，提高了洗衣機的脫水率，延長了脫水系統的使用壽命。

5 結語

目前家電產品都在保證功能完善的情況下盡量優化成本，移動式液體平衡環雖然在洗衣機脫水過程中的應用效果明顯，但物料和裝配成本相對偏高，且用戶常習慣于洗衣機滿載脫水，所以大部分洗衣機生產廠家耗費大量時間選擇優化脫水系統零部件的匹配性或者采用固定式液體平衡環。然而，要想有效降低雙桶洗衣機出現徑向擺動脫水的概率，完善洗衣機性能，提高洗衣機的耐用性，移動式液體平衡環將是不錯的選擇。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡介：王博（1989—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：洗衣機研發。