波轮洗衣机不同工况下振动测试与分析

康献民，李宏宇，亢宗楠，张迅，罗源昌，黄光润

波轮洗衣机不同工况下振动测试与分析

康献民，李宏宇，亢宗楠，张迅，罗源昌，黄光润

（五邑大学 智能制造学部，广东 江门 529020）

传统波轮洗衣机在工作过程中由于电机产生振动从而使机身产生振动效果。以某一型号的洗衣机为研究对象，为了研究该洗衣机的减振系统对振动的抑制效果，通过传感器、数据采集卡等硬件获得在有水和无水、转速不同条件下振动的加速度峰值、速度峰值、位移峰值、频率。从而得出在不同条件下滚筒振动的减弱程度。实验结果表明，在水位不同转速相同情况下、轴内壁方向的振动幅度较小，当转速不同水位相同时，、、轴内壁方向上振动差别较小，当转速相同水位相同时，方向上内外壁的振动波动幅度较大，内壁振动比外壁振动的波动大了200%左右。

波轮洗衣机；振动测试；减弱程度

近年来，波轮洗衣机因为售价低、洗净度高、洗涤均匀性较好、结构简单、省水等优点在市场上占了很大的比例。为了了解波轮洗衣机在各个工作阶段的振动情况，陈敏等[1]通过建立洗衣机箱体的有限元模型，利用模态分析与形貌优化方法确定了洗衣机箱体的加强肋合理布局，提高箱体刚度,降低振动和噪声。周兆国等[2]针对洗衣机脱水阶段非稳态共振问题进行分析，通过实验验证了改变系统激励形式对系统共振的影响。钱静[3]通过对洗衣机桶体建立振动数学模型，仿真出桶体脱水阶段的运动状态，为顶装式洗衣机动态特性的进一步研究提供了理论依据。钱静等[4]建立了洗衣机振动微分方程，讨论了阻尼、弹簧刚度、吊杆倾角及脱水启动函数对振动特性的影响，最终在洗衣机的设计方面给出了建议。

为了更直观的查看洗衣机振动情况，本文运用对比法来对洗衣机进行振动试验，主要测试在不同的水位和程序下，洗衣机减震系统对滚筒震动的减弱程度。通过对洗衣机进行不同水位同一转速或同一水位不同转速及传感器按、、轴的方向摆放，通过得到相关数据的对比来得到外壳对滚筒震动减弱的程度。

1 振动模型分析与建立

1.1 振动模型分析

波轮洗衣机是依靠波轮的连续正反转动来带动水和洗涤物浸没的衣物进行转动的来达到洗净衣物目的的洗衣机。

顶装式波轮洗衣机的洗涤结构主要包括电气控制系统、机械支撑系统、洗衣桶、悬挂减震系统四大部分构成，其中电气控制系统主要包括程序控制器、各种传感器、进水阀、排水泵等，机械支撑系统包括箱体、底座等，用于支撑和封闭桶体，桶体包括盛水桶、排水桶、平衡环、波轮等，平衡环固定在脱水桶上部，波轮位于脱水桶底部，与传动装置相连。悬挂系统由四根吊杆弹簧将桶体悬挂于箱体的角板上[2]。

其中，平衡环是波轮洗衣机上两大减震系统之一。当洗涤桶旋转时，平衡环内的液态盐水根据惯性抵消或缓冲了旋转桶产生的惯性，从而调整洗涤桶的偏心量，使偏心降到极低。能大大降低洗衣机的振动[3]。

悬挂系统连接在箱体外壳以及盛水桶之间，在整个滚筒下方设有配重块，配重块部分主要作用为减少并隔离振动[4,14]。盛水桶与脱水桶同轴，通过轴链接，电机驱动脱水桶在洗涤/脱水工况下旋转。平衡环作为一种被动平衡装置，安装在脱水桶外圈的两侧[10-11]。

将洗衣机减少振动的措施称为隔振，其意义在于在振源与基础、振动的基础与设备之间，安装具有一定弹性的装置，使得振源与基础之间或基础与设备之间的近刚性连接变成弹性连接，以隔离或减少振动能量的传递，从而达到减振的目的。隔振可以根据效果可以分为积极隔振与消极隔振。其中积极隔振为降低设备的振动对周围环境的影响，同时减小设备自身的振动，积极隔振又称为第一类隔振或隔力[12]。消极隔振为降低基础的振动对设备的影响，使设备的振动小于基础的振动，从而达到保护设备的目的，消极隔振又成为第二类隔振或隔幅。用于评价各镇效果的指标为振动传递率。

在进行洗涤的情况下，桶内衣物收到的离心力难以抵消自身的重力从而不断被浸入含有洗涤剂的水中，通过电机的运行转动，实现了衣物的洗涤与冲洗，以达到洗净衣物的目的[5]；洗衣机结构简图如图1所示。

1.平衡环；2.内桶；3.外桶；4.波轮；5.悬挂系统； 6.驱动系统；7.箱体。

1.2 振动模型的建立

在平衡环动态中，因为环液质心相对于内桶来说在该点处的位移很小，环液质心的运动速度就近似等于内桶在该点处的速度[6]。为了保证模型的正常建立，做出以下假设：①将桶体部分看作刚体；②当弹簧刚度和阻尼选定时，在整个工作区间内为完全保持不变的[7]。

建立振动系统的运动微分方程如式（1）所示。稳态响应振幅如式（2）所示。

质量1的振幅如式（6）所示。振幅比如式（7）所示。阻尼比不同的情况下振幅比曲线如图3所示。

2 测试系统设计

2.1 硬件设计

选择某品牌滚筒洗衣机，额定电压为220 V，频率50 Hz，洗涤脱水容量均为6 kg，额定洗涤功率为350 W，脱水输入功率为220 W。确定水位17 L，将速度传感器粘贴在提前用砂纸打磨好的滚筒边缘及外壳上，两个传感器分别按照轴的方向进行固定，选择洗衣机上的标准和超快洗两个程序分别运行来测定滚筒振动对外壳的影响大小，测量完毕后将水位改变为30 L，重新测量。

图2 振动模型简图

在采集数据时，使用速度传感器链接电桥盒，数据采集卡，最后通过电脑中Labview程序采集数据。其采集信号的流程如图4所示。

图3 振幅比曲线（μ＝0.05，α＝1）

图4 信号流程图

2.2 软件设计

选择选用信号，截止频率设定为5000，样本数为5000。其中，数据设置区的代码如图5所示，数据采集区如图6所示，程序前面板如图7所示。

3 振动测试分析

将速度传感器粘贴在滚筒边缘及外壳上，两个传感器按照轴的方向进行固定。在粘贴传感器的时候应注意：①选择粘贴力较高的粘贴剂是保证粘贴质量的关键；②构架被测部位的打磨质量及其粘贴部位对传感器的粘贴质量和测试精度的影响；③传感器粘贴后应严格检查打磨面是否平整，胶水是否变质，涂胶层是否薄而均匀，胶底有无气泡。

开启洗衣机，在电动机的带动下按程序设置进行正转、停止、反转周期性运动，根据不同的程序、水位、传感器的不同方向，得出不同的振动幅度，通过数据采集卡在电脑上显示振动峰值变化并记录。其中振动峰值包括正峰值和负峰值。其因为水位、程序、传感器方向的不同而产生不同的结果，根据控制变量法，对比内外壁的振动大小得出洗衣机振动的减弱程度。

图5 数据设置区

图6 数据采集区

图7 程序前面板

当转速为快速，水位分别为30 L和17 L时，、、三个方向的振动峰峰值对比如图8所示，其中当水位不同转速相同时，、内壁方向的振动幅度较小，而在内壁方向上则振动幅度比较明显。

如图9所示，当转速不同水位相同时，、、轴内壁方向上，标准洗时振动的峰峰值幅度数据波动较大，当把转速调整到快速时，在水位相同的条件下，整体都处在一个振动波动幅度较高的情况，、、轴内壁方向差别不大。

当转速相同水位相同时，如图10所示，方向上内外壁的振动波动幅度较大，内壁振动比外壁振动的波动大了200%左右。

图8 水位不同转速相同条件下的数据

图9 转速不同水位相同条件下的数据

图10 内外振动信号对比

峰峰值是指一个周期内信号最高值和最低值之间的差值，描述了信号值的变化范围的大小，代表振动波动的程度[8]。并且峰峰值＝正峰值－负峰值。由上述结果综合分析可知，当洗衣机的转速在快速挡位时，振动产生的峰峰值比标准转速总体要更大。、轴在转速相同，水位不同的情况下对峰峰值没有太大影响。

4 结论

本文以某款洗衣机内外滚筒为例，通过建立波轮洗衣机的振动模型并建立微分方程计算出了振动峰峰值与阻尼的关系[9]。完整的测试了在不同条件下内部滚筒与外壁的振动情况并得出数据，通过分析数据可知，外部显示出的振动效果要比滚筒振动小很多，所以此款洗衣机的外壳对滚筒振动的减弱程度较好。此方法对于滚筒洗衣机内外振动程度的比较有很好的效果。

[1]陈敏，石卫卫，张华伟，等. 基于形貌优化的滚筒洗衣机箱体的结构设计[J]. 机械，2016，43（10）：40-42.

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[10]杨晓文. 滚筒式洗衣机的振动模态分析[D]. 上海：上海交通大学，2006.

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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

康献民（1964－），男，博士，研究员，主要研究方向为机械设备故障检测、自动化装备、激光加工等，E-mail：kxmjml@163.com。