一种迷你波轮洗衣机设计思路分析

左岐 杜春宝 王硕

摘 要：本文结合居民家庭实际状况，设计了一种洗涤小件衣物的迷你全自动洗衣机，讨论了该洗衣机的基本结构、设计思路和主要功能，可作为居民家庭第二台小件衣物的专用洗衣机。最后对目前洗衣机存在的卫生等问题进行了分析。

关键词：迷你洗衣机；波轮；滚筒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.003

1 主流洗衣机类型及原理

洗衣机已经成为城镇居民家庭基本的电器设备，总体上可分为波轮和滚筒两大类型。

波轮洗衣机问世较早，分为双缸型和全自动的内外桶型结构；滚筒洗衣机是在波轮机之后设计的，为全自动单筒型结构。

波轮洗衣机的固定桶底装有一个圆盘波轮，驳论上有凸出的加强筋。在波轮的带动下桶内水流形成时而左旋、时而右旋的涡流，织物跟着水流旋转、翻滚，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行轻柔摩擦，上下翻转和左右旋转实现去污清洗。波轮式洗衣机总体结构相对简单，维修方便，洗净率较高，但对衣物磨损率大，用水量多。

滚筒洗衣機是由不锈钢内桶、外壳、平衡块等组成，衣物在内桶中上下重复摔打而得到清洗。洗涤过程衣物无缠绕、洗涤均匀、磨损率要比波轮洗衣机小，可洗涤羊绒、羊毛、真丝等高档贵重衣物。许多滚筒机还设计了加热功能，提高了去污效能。此外，滚筒洗衣机用水仅为波轮式洗衣机的1/3。

日常生活中无论是滚筒还是波轮洗衣机，均能满足不同消费者的不同需求。但有一点基本达成共识，那就是波论洗衣机对衣物的缠绕和损害程度大于滚筒洗衣机。

2 迷你洗衣机设计

无论是波轮洗衣机还是滚筒洗衣机，居民家庭通常选用较大容量的洗衣机，市场调查结果表明：5--7kg是目前居民家庭选择洗衣机的主流产品。在洗涤婴幼儿衣物或少量成人贴身内衣等小件衣物时会造成水、电资源的浪费，同时也存在卫生问题。在广泛调研基础上，申请了北方工业大学大学生科技创新项目并获得资助，目标在于设计出一种小件衣物、内衣专用洗衣机（称作微型洗衣机或迷你洗衣机），作为家庭选择的第二台洗衣机，可在一定程度上解决上述问题。

市场上有许多小型洗衣机在销售，但是这些产品大多是非自动的低档劣质产品，不能满足多数用户提高生活质量的需求。

本文设计的迷你洗衣机专用于小件内衣或婴幼儿衣物，为家庭改善型高端产品。设计中主要针对所洗涤的衣物量和衣物性能，考虑其基本使用功能、体积、安装摆放方式、自动化程度、便捷和安全性等指标。

3 波轮式迷你洗衣机的结构

滚筒机因其滚筒结构的限制，其滚筒直径必须保证一定的尺寸，只能在滚筒深度上进行缩减，体积的减小受到限制。而波轮机则可以作到比较小的体积，因此本文设计为波轮式结构。

按全自动波轮式洗衣机进行结构设计，主要包括进水排水系统、洗涤和脱水系统、电机及传动系统、电气控制系统、旋转内桶支承结构及外壳等部分组成。因该洗衣机为小件专用，在程序设计上进行了优简化，用户可根据不同衣物选择不同的洗涤方式和洗涤时间等功能。

洗涤桶采用套桶式结构，塑料材质、带有网状孔的内桶可绕轴旋转，带有加强筋波轮装在内桶的底部，以利于水流的形成。外壳为铝合金材料组装成的框架结构，外桶弹性悬挂于铝框上。在铝框四角安装有进水和排水阀，外桶的底部装有驱动电机及变速离合器。动力和传动系统按程序设定提供两种转速，低速用于洗涤和漂洗，高速用于脱水，通过减速离合器来实现两种转速的切换。

4 电气控制系统

4.1 上水排水及水位检测

进水系统包括单片机控制的继电器、继电器控制的电磁阀、水位检测信号组成。排水系统则由水位检测开关、牵引式排水阀构成。系统设置每为次排水时都进行甩干来提高漂洗效率，水位检测则由压力式水位传感器进行开关量控制。在洗涤或漂洗状态且当水位达到设定值时进行下一工序；达不到水位设定值则继续供水，当水位达到设定位置时，压力开关发出关闭水源的信号。若在定时器设定时间内上下水开关出现问题而无法满足洗涤条件，系统进行报警，同时关闭上下水电磁阀。

4.2 洗涤

启动洗涤键，系统自动打开上水电磁阀，同时进行水位检测；达到设定的水位则关闭上水电磁阀进入洗涤工序。在洗涤过程中，电机为低速运转，波轮定时进行左、右旋转。洗涤过程计时时间到则停止对电机的供电，打开排水阀进行排水。

4.3 漂洗与甩干

漂洗是指完成衣物洗涤后还需要对洗涤的衣物进行数次的洗涤以消除衣物上存留洗涤液。对所有洗衣机而言，漂洗的效果是用户最关心的问题，因此，一个性能优良的洗衣机必须具备按洗涤物选择漂洗次数的功能。漂洗过程电磁阀处于关闭状态，漂洗结束则进入排水与甩干程序，本洗衣机每次漂洗都进行甩干，实践证明这样有利于提高漂洗效率，节约总的洗涤时间。

4.4 伺服系统的设计

为节省系统成本，全自动洗衣机一般采用减速离合器来进行排水阀的控制。当洗涤或漂洗完成后，单片机给电磁铁供电，将排水阀打开，同时使棘轮脱离减速器。当排水结束时对电机供电，摘脱棘轮而切换为高速旋转，实现甩干功能。

现阶段洗衣机的电机通常为BLDC电机和DD直驱。BLDC系统的电机皮带多驳论进行传动。DD是直驱电机，直接装在桶后实现电机轴与波轮轴重合。DD直驱电机减少了减速器，齿轮箱，皮带轮等连接机构及总成体积，节电效果也比较明显，同时大大降低了系统噪音，但DD电机的价格还比较高。

5 存在的问题

安放位置：迷你波轮洗衣机必须安放在地面，占据了家庭有限的空间，已有墙挂式滚筒洗衣机在销售，这是今后努力的方向。

二次污染：家用全自动洗衣机的应用，减轻了劳动强度，提高了生活质量，提供了更多的休闲时间。然而洗衣机一般由内外筒相套组成，随着时间积累，内外筒的夹层会附着大量的污垢和细菌，一些菌种即使通过晾晒也不能杀死，尤其是贴身的内衣裤，一定要警惕洗衣机对衣物的“二次污染”。

个性化、具有自动消毒功能的洗衣机是今后的发展方向。

作者简介：左岐（1962-），男，回族，北京人，学士，副教授，研究方向：检测与自动化装置。