波輪洗衣機不同工況下振動測試與分析

康獻民，李宏宇，亢宗楠，張迅，羅源昌，黃光潤

波輪洗衣機不同工況下振動測試與分析

康獻民，李宏宇，亢宗楠，張迅，羅源昌，黃光潤

（五邑大學 智能制造學部，廣東 江門 529020）

傳統波輪洗衣機在工作過程中由于電機產生振動從而使機身產生振動效果。以某一型號的洗衣機為研究對象，為了研究該洗衣機的減振系統對振動的抑制效果，通過傳感器、數據采集卡等硬件獲得在有水和無水、轉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。實驗結果表明，在水位不同轉速相同情況下、軸內壁方向的振動幅度較小，當轉速不同水位相同時，、、軸內壁方向上振動差別較小，當轉速相同水位相同時，方向上內外壁的振動波動幅度較大，內壁振動比外壁振動的波動大了200%左右。

波輪洗衣機；振動測試；減弱程度

近年來，波輪洗衣機因為售價低、洗凈度高、洗滌均勻性較好、結構簡單、省水等優點在市場上占了很大的比例。為了了解波輪洗衣機在各個工作階段的振動情況，陳敏等[1]通過建立洗衣機箱體的有限元模型，利用模態分析與形貌優化方法確定了洗衣機箱體的加強肋合理布局，提高箱體剛度,降低振動和噪聲。周兆國等[2]針對洗衣機脫水階段非穩態共振問題進行分析，通過實驗驗證了改變系統激勵形式對系統共振的影響。錢靜[3]通過對洗衣機桶體建立振動數學模型，仿真出桶體脫水階段的運動狀態，為頂裝式洗衣機動態特性的進一步研究提供了理論依據。錢靜等[4]建立了洗衣機振動微分方程，討論了阻尼、彈簧剛度、吊桿傾角及脫水啟動函數對振動特性的影響，最終在洗衣機的設計方面給出了建議。

為了更直觀的查看洗衣機振動情況，本文運用對比法來對洗衣機進行振動試驗，主要測試在不同的水位和程序下，洗衣機減震系統對滾筒震動的減弱程度。通過對洗衣機進行不同水位同一轉速或同一水位不同轉速及傳感器按、、軸的方向擺放，通過得到相關數據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

波輪洗衣機是依靠波輪的連續正反轉動來帶動水和洗滌物浸沒的衣物進行轉動的來達到洗凈衣物目的的洗衣機。

頂裝式波輪洗衣機的洗滌結構主要包括電氣控制系統、機械支撐系統、洗衣桶、懸掛減震系統四大部分構成，其中電氣控制系統主要包括程序控制器、各種傳感器、進水閥、排水泵等，機械支撐系統包括箱體、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、波輪等，平衡環固定在脫水桶上部，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，平衡環是波輪洗衣機上兩大減震系統之一。當洗滌桶旋轉時，平衡環內的液態鹽水根據慣性抵消或緩沖了旋轉桶產生的慣性，從而調整洗滌桶的偏心量，使偏心降到極低。能大大降低洗衣機的振動[3]。

懸掛系統連接在箱體外殼以及盛水桶之間，在整個滾筒下方設有配重塊，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，電機驅動脫水桶在洗滌/脫水工況下旋轉。平衡環作為一種被動平衡裝置，安裝在脫水桶外圈的兩側[10-11]。

將洗衣機減少振動的措施稱為隔振，其意義在于在振源與基礎、振動的基礎與設備之間，安裝具有一定彈性的裝置，使得振源與基礎之間或基礎與設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，從而達到減振的目的。隔振可以根據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備的振動對周圍環境的影響，同時減小設備自身的振動，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的振動對設備的影響，使設備的振動小于基礎的振動，從而達到保護設備的目的，消極隔振又成為第二類隔振或隔幅。用于評價各鎮效果的指標為振動傳遞率。

在進行洗滌的情況下，桶內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，通過電機的運行轉動，實現了衣物的洗滌與沖洗，以達到洗凈衣物的目的[5]；洗衣機結構簡圖如圖1所示。

1.平衡環；2.內桶；3.外桶；4.波輪；5.懸掛系統； 6.驅動系統；7.箱體。

1.2 振動模型的建立

在平衡環動態中，因為環液質心相對于內桶來說在該點處的位移很小，環液質心的運動速度就近似等于內桶在該點處的速度[6]。為了保證模型的正常建立，做出以下假設：①將桶體部分看作剛體；②當彈簧剛度和阻尼選定時，在整個工作區間內為完全保持不變的[7]。

建立振動系統的運動微分方程如式（1）所示。穩態響應振幅如式（2）所示。

質量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 測試系統設計

2.1 硬件設計

選擇某品牌滾筒洗衣機，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，兩個傳感器分別按照軸的方向進行固定，選擇洗衣機上的標準和超快洗兩個程序分別運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為30 L，重新測量。

圖2 振動模型簡圖

在采集數據時，使用速度傳感器鏈接電橋盒，數據采集卡，最后通過電腦中Labview程序采集數據。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 軟件設計

選擇選用信號，截止頻率設定為5000，樣本數為5000。其中，數據設置區的代碼如圖5所示，數據采集區如圖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，兩個傳感器按照軸的方向進行固定。在粘貼傳感器的時候應注意：①選擇粘貼力較高的粘貼劑是保證粘貼質量的關鍵；②構架被測部位的打磨質量及其粘貼部位對傳感器的粘貼質量和測試精度的影響；③傳感器粘貼后應嚴格檢查打磨面是否平整，膠水是否變質，涂膠層是否薄而均勻，膠底有無氣泡。

開啟洗衣機，在電動機的帶動下按程序設置進行正轉、停止、反轉周期性運動，根據不同的程序、水位、傳感器的不同方向，得出不同的振動幅度，通過數據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峰值。其因為水位、程序、傳感器方向的不同而產生不同的結果，根據控制變量法，對比內外壁的振動大小得出洗衣機振動的減弱程度。

圖5 數據設置區

圖6 數據采集區

圖7 程序前面板

當轉速為快速，水位分別為30 L和17 L時，、、三個方向的振動峰峰值對比如圖8所示，其中當水位不同轉速相同時，、內壁方向的振動幅度較小，而在內壁方向上則振動幅度比較明顯。

如圖9所示，當轉速不同水位相同時，、、軸內壁方向上，標準洗時振動的峰峰值幅度數據波動較大，當把轉速調整到快速時，在水位相同的條件下，整體都處在一個振動波動幅度較高的情況，、、軸內壁方向差別不大。

當轉速相同水位相同時，如圖10所示，方向上內外壁的振動波動幅度較大，內壁振動比外壁振動的波動大了200%左右。

圖8 水位不同轉速相同條件下的數據

圖9 轉速不同水位相同條件下的數據

圖10 內外振動信號對比

峰峰值是指一個周期內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－負峰值。由上述結果綜合分析可知，當洗衣機的轉速在快速擋位時，振動產生的峰峰值比標準轉速總體要更大。、軸在轉速相同，水位不同的情況下對峰峰值沒有太大影響。

4 結論

本文以某款洗衣機內外滾筒為例，通過建立波輪洗衣機的振動模型并建立微分方程計算出了振動峰峰值與阻尼的關系[9]。完整的測試了在不同條件下內部滾筒與外壁的振動情況并得出數據，通過分析數據可知，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內外振動程度的比較有很好的效果。

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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

康獻民（1964－），男，博士，研究員，主要研究方向為機械設備故障檢測、自動化裝備、激光加工等，E-mail：kxmjml@163.com。