搅拌式洗衣机

一、洗衣机的功能设计(一)机器洗涤机理机器洗涤分干洗和湿洗，干洗主要采用有机溶剂喷洒在织物上，如120号汽油、三氯乙烯和四氯乙烯等。有机溶剂与油性污垢溶合，通过挥发或吸附达到去污效果。干洗多用于工业化洗涤的场合。家用机器洗涤主要采用湿洗，其中水、洗涤剂和机械力是湿式洗涤的三要素。（1)污垢的种类织物上常见的污垢可分三类：水溶性污垢、油性污垢和固体污垢。水溶性污垢主要来自人体的汗水等分泌物或外界污染源中的无机盐类等。有些果汁汗汁与织物起理化反应，有较强的吸附作用而形成色斑。油性污垢是能溶于有机溶剂的非水溶性液体或脂状物，如人体分泌物中的油脂和蛋白质，以及外界污染源中的油脂及其氧化物。固体污垢是既不溶了水又不溶于油的颗粒和微尘，如泥沙之类，往往与油脂混杂一起。(2)污垢与织物的结合这主要是机械附着、静电吸附和化学吸附。固体污垢微粒和尘埃散落在织物表面，油脂类污垢洒落到织物表面，并嵌入织物纤维的间隙中，这是机械附着、固体尘埃在空中漂浮摩擦会形成电荷，织物与人体或其他物体摩擦也会形成电荷，极性相反时就产生静电吸附。污垢和织物间的化学反应，反应物或生成物的分子间吸引力就引起化学吸附。由于环境和对象的复杂性，上述三种结合方式以及¡ª些未知因素是同时作用和相互影响的。(3)湿式洗涤过程湿式洗涤常用的洗涤剂含有表面活性物质，该分子结构一端为亲油基，另¡ª端为亲水基。洗涤剂在水中溶解扩散，渗透进织物的纤维中，其亲油基与油污结合，破坏污垢与织物的结合力，并形成水溶性物质，使油性污垢被乳化、分解和软化，同时也加速了水溶性污垢的溶解和扩散。洗涤剂与污垢作用的同时也把污垢包裹起来，然后依靠机械力使其从织物上完全剥离下来。洗衣机运转时，机械力直接和间接地作用于织物，相当于手工揉搓和拍打，使织物反复旋转、翻滚、变形、摩擦和被水流冲击，污垢颗粒在机械力作用下从织物上剥离下来，分散到洗涤液中。再经过一定量水的反复漂洗，每一次排尽水再注清水漂洗，使洗涤剂和污垢混合物的浓度不断下降，污垢不断随洗涤水排出，水溶液逐渐变清，达到了机械力去污的目的。最后通过离心脱水或挤压脱水，使织物中的水分降到尽量低．以便缩短晒干时间。如要现洗现用的洗涤物，则可增加热气流烘干。这样便完成织物的整个洗净过程。也就是说，洗涤¡ª¡ª漂洗¡ª¡ª脱水是洗衣机工作过程的主要功(二)洗衣机功能设计)搅拌式。被洗物浸没于洗涤液中，靠安装在洗涤筒中轴线上的搅拌器作往复摆动来进行洗涤，一般摆动幅度在120°～180°左右，其屈伸和摩擦作用类似手工的搓揉动作。该机洗涤量大，适于洗涤质地细致的布料。被洗物不易缠绕，洗净比和磨损率介于波轮式和滚筒式之间。(4)洗衣机的主要性能指标洗衣机的技术性能应符合国家标准GB／T4288¡ª1992《家用电动洗衣机》的相关要求，安全性能应符合GB4706．1¡ª1998《家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求》、GB4706．24¡ª2000《家用和类似用途电器的安全洗衣机的特殊要求》和GB4706．26一2000《家用和类似用途电器的安全离心式脱水机的特殊要求》。下面介绍几个主要指标。1)使用环境。洗衣机使用环境温度为0～40℃；空气的相对湿度在95%以下(温度为25℃时)。2)洗净性能。洗净性能是洗衣机的重要技术指标。用实测洗净率来反应洗衣机的洗净能力。洗净率的测定方法是将人工标准污染布附在标准负载布上，用标准洗涤剂按规定浓度在被测洗衣机中进行洗涤，最后用光电反射率计测定洗涤前后人工标准污染布反射率的变化，经计算确定该洗衣机的洗净率D(％)。3)磨损性能。洗衣机对洗涤物的磨损性能是指洗衣机在洗涤过程中对被洗物的磨损程度。它用磨损率η来表示。通过测量在洗涤水和漂洗水中过滤所得的分离纤维和绒毛的重量来确定洗衣机对标准洗涤物的机械磨损程度。4)漂洗性能。根据GB／T4288¡ª1992规定的方法试验，漂洗后被洗织物上残留漂洗液的碱度相对于试验用水的碱度应不大于0.07mol/L(物质的量浓度)。5)机盖安全连锁装置。当洗衣机脱水时，内桶处于高速旋转状态，人体接触是危险的。为了安全起见，机盖和机门都应装有保险连锁装置，只有机盖和机门关上后才能操纵机器运转。带离心脱水的洗衣机当顶部开盖或前面开门的开口度超过50mm之前，连锁装置应自动断开电动机电源，并对高速旋转桶体立即进行降速和制动。(5)洗衣机的技术要求性能优良的洗衣机应具有较高的洗净比和较低的磨损率，以及良好的漂洗和脱水性能，还要满足国标所规定的各项安全指标。事实上设计人员会遇到许多矛盾，要求在设计中辨证地分析和对待。1)洗净比和磨损率。洗净比和磨损率是一对显见的矛盾，加强机械揉搓作用有利于污垢剥离织物，提高洗净比，但加大了织物的磨损程度。也许认为多用些洗涤剂可提高洗净比，这倒不是一个简单的浪费问题。适当提高洗涤剂浓度是有效的，但有些洗涤剂浓度太高反而会降低去污效果，同时还增加了漂洗的难度。往往要增加漂洗次数，才能使织物上的残留洗涤剂浓度降低到规定标准，这样将违背节约用水的原则。2)洗涤节水技术。我国是世界上13个贫水国之一，目前拥有约6000万台洗衣机，年耗水约5亿吨，节水是洗衣机设计的重要课题。目前，国产洗衣机一个标准洗涤程序耗水100¡ª180L，与先进水平相比尚有改进余地。节水的主要技术措施：采用节水结构、优化洗涤用水、回收处理田水等。采用节水结构是节水的根本，结构不良的洗涤机械必然造成洗涤效果差而用水又浪费。从商品化成熟的经验来看，滚筒式洗衣机用水比波轮式较为节约。波轮式必须用很高的水位把所有的洗涤物浸没在水中，而滚筒式洗涤时采用低水位，洗涤物部分浸没在水中，靠滚筒旋转带动洗涤物翻滚和摔打来实现洗涤物的浸润和洗净。另外，内筒壁一般都采用均布小扎的脱水筒结构，该结构有利于洗涤物水分的析出，但漂洗时额外增加了内外筒之间环状水道的蓄水量。改进方案是采用无孔脱水筒结构，沿简壁布置脱水水份的析出通道，实际证明无孔脱水可节水40％左右。离心洗涤是优化洗涤用水的一个方案．它把波轮式洗衣机的波轮旋转改变为内简旋转，内简旋转使洗涤水呈旋涡状运动，因离心力作用使洗涤水沿外筒壁向上爬升．再由上方流入内筒，反复地冲击被洗织物。虽然耗水量不多，然而水流的机械冲刷力明显增强了洗涤效果。同时，离心力能使较少的水完全浸润被洗织物。因单向旋转时织物与内筒相对静止，改善了织物的磨损和缠绕问题。实际证明这种离心洗涤可节水30％左右。优化洗涤用水的另一个方案是智能化水位控制。通过传感器与微机控制系统的软件功能，对不同数量的被洗织物采用不同的水位。对不同的洗涤或漂洗阶段采用不同的水位。洗涤初期用低水位使洗涤剂浓度较高，在漂洗过程中按需要逐渐增高水位，并根据传感器反映的洗涤水的浑浊程度来决定漂洗次数，这就是模糊控制洗衣机中的节水方案。漂洗是用水量较多的过程，除了上述变水位控制，还可采用耗水少效率较高的喷淋漂洗。传统的蓄水漂洗每次进水满桶让织物浸透，漂洗后脱水排水，再进水漂洗，再脱水排水，周而复始用水量是很大的、喷淋漂洗是一面向织物喷淋，一面离心脱水把带有洗涤剂的漂洗水排出。喷淋用水饺少，对表层织物漂洗效果明显。主要问题是被洗物较多时内层织物漂洗不均匀。还有，离心脱水转速要适当，转速过快会造成喷淋水的飞溅。一般耍有电动机的无级调速。商品化的变频洗衣机采用蓄水漂洗和喷淋漂洗相结合，与同容量洗衣机相比可节水25％左右。回收处理用水是把漂洗后较清的水存储起来，作为下一次洗涤用水，这样需要增加存水容器和多重过滤设备。此外，化学和生物方法的废水处理技术正在被人们重视。3)高速脱水。漂洗中高速脱水能快速降低漂洗液中洗涤剂浓度，既能节水又能提高洗衣效率。高速脱水一般指1000r／min以上的高速旋转，最高可达1800r／min左右。由于洗涤桶内织物不均匀，旋转时将产生离心惯性力，会造成激烈机振和噪声。因此，洗衣机外桶都装有弹性悬挂系统以及液压减振器。波轮式洗衣机在内桶上沿加装平衡环，滚筒式洗衣机加装上部配重块和前部配重块，以减轻振动而适应现代家庭较高的生活质量。4)加热洗涤。提高温度能增加分子动能、增加洗涤剂活性、增加污垢在洗涤液中的溶解和扩散作用是增强洗涤效果的有效方法。大部分滚筒式洗衣机装有一套水温加热控制系统。电加热功率在1500w以上．能耗是应考虑的问题，同时要注意化纤、丝绸和加酶洗衣粉是不适宜高温的。加热功能主要用于洗涤阶段，温度可以由操作人员按经验手工设定，也可由微机控制系统的智能化软件来确定，它将按传感器反映的信息确定当前较理想的温度.5)安全与维修。洗衣机的安全性应能适应各种层次的使用者，不能依赖一本完整的使用说明书。机器要有良好的防误操作、防意外温水、防触电等安全保障功能。机器带有内部故障自诊断停车报警功能。使用者在机器运行时不慎开盖开门，到一定程度机器自动停车并智能化处理当前操作。二、洗衣机的结构设计造商一般把基本结构分成五个系统：机械支承系统、电气控制系统、洗涤脱水系统、传动系统和进水排水系统。虽然它们构造的细节有许多差异，但基本形式都有两个同轴套装的简体。外筒弹性悬挂于机箱外壳上，主要用于盛水，并配有一套进水和徘水系统，进水由电磁阀控制，排水有一个不易堵塞的离心水泵，洗涤剂由进水通道带入。内简带有加强筋和均布小孔的网状结构，并可绕轴旋转。传递扭矩的动力系统都能提供两种转速，低速用于洗涤和漂铣，高速用于脱水。3．搅拌式全自动洗衣机的永磁无刷直流电动机搅拌式全自动洗衣机也具有波轮式洗衣机的套筒结构。为了避免结构复杂的减速离合器，新型搅拌式全自动洗衣机采用电动机直接驱动洗涤桨叶，并采用浮力式离合器使内简在洗涤时被大量洗涤液浮起，而不致与搅拌桨叶一起转动。但脱水时因几乎无洗涤液，浮力式离合器放下内筒，合上转动轴，使内筒进入高速脱水(见图2－22和图2－23)。图2－22上部是内筒与传动轴合上，下部是分离状态。高速脱水和低速洗涤的旋转运动由同一电动机经电子调速来完成。旋转动力来自于无刷直流电动机。无刷直流电动机主要由三部分组成：电动机本体、位置传感器和电子驱动电路。与一般电动机相反，外部的永磁主转子是电动机的转动部分，是由永磁体和导磁体组成。永磁体是铝镍钴铁氧体及高性能钕铁硼材料，导磁体是硅钢或电工纯铁，经注塑成型做成产生励磁磁场的转子磁极部件。转子中部经花键向主轴传递转矩，并由螺母使转子和主轴可靠联结。内部带绕组的主定子是电动机的静止部分，定子铁芯由硅钢片叠成，经注塑成型使其符合强度和绝缘要求。定子绕组按工艺分集中绕制和分散绕制，后者空间利用率高，散热好，被优先采用，但绕制工艺较复杂。绕组连线方式有星形、封闭式及特殊连接绕组。该电动机外形与常规差异较大，但必须满足电磁方面的要求，保证在工作气隙中产生足够的磁通；定子绕组应允许通过规定的电流，以便产生规定的电磁转矩。在机械方面，要满足结构牢固稳定，能有效传递转矩，并能经受复杂的使用环境条件。三、洗衣机的控制系统设计全自动洗衣机电气控制系统有机械程控式和微电脑程控式两类.(一)机械程控式机械程控器以永磁单相罩极式低速同步电动机作为产生时间节拍的动力源。同步电动机通过齿轮减速，带动同轴凸轮组转动，由凸轮组依次控制弹性触头的闭合和脱开，依次接通和断开被控制的电动执行机构，完成进水、排水、洗涤、漂洗、脱水等顺序操作。只要同步电动机转动正常，电气触头接触良好，这种控制应是可靠的，抗干扰能力强，结构较直观。在洗衣机控制系统中常遇到的驱动、控制电路和传感器简介如下：(1)电子驱动电路无刷直流电动机的运转与一般直流电动机一样需要换向器来切换绕组电流的方向，但它用晶体管逆变器配相应的驱动电路来进行换向工作。电子驱动电路由位置传感器得到当前转子位置信息，通过电子换向电路驱动与定了绕组相连的功率开关元件--绝缘栅双极晶体管（IGBT），使主定子绕组按一定的逻辑顺序依次馈电。这样主定子产生旋转磁场，拖动主转子旋转。被驱动的定子绕组按Y形三相方式与功率开关元件连接，称为¡°三相星形娇式接法¡±，定子绕组采用二相同时馈电的方式，称为¡°二相导通星形三相六状态¡±。满足这种导通方式的六个功率开关元件的驱动顺序如下：