波轮洗衣机又称祸游式洗衣机,是一种依靠旋转波轮产生的洗涤液祸流,带动织物在涡流中运动,并在洗涤剂的物理和化学作用及水流的机械作用下,使污垢不断脱离衣物,达到洗净效果的洗衣机。
20世纪50年代,波轮洗衣机在
日本诞生,日本在引入
英国喷流式洗衣机生产技术的基础上改进研制成功。1962年,日本在单桶洗衣机结构基础上推出双桶洗衣机,增加了离心脱水功能。70年代,由于单桶和双桶结构难以实现全自动运行,日本推出可实现“洗涤-漂洗-脱水”连续运行的套桶式结构。1978年,中国开始模仿日本样机研制波轮洗衣机,最初是简单的单桶洗衣机,之后发展出中大容量的双桶洗衣机,还陆续有了各种机械控制和电脑控制的全自动洗衣机。从1998年开始,波轮式全自动洗衣机在中国市场以低廉价格保持着约六成的市场份额。由于人类对全自动洗衣机需求日益增加,自2021年起,洗衣机的研究方向朝着智能化、健康化等领域发展。
波轮洗衣机的基本构造包括洗衣桶、波轮、
机箱等。其分类主要有一般控制型洗衣机、自动控制型洗衣机、智能控制型洗衣机等。波轮洗衣机主要应用于家庭。其作用价值包括波轮相互摩擦,提供彻底、温和的清洁;其更高的旋转速度可以吸收更多的水分,因此干燥时间更快;洗衣篮中有更多的空间可以放置大件衣物,并且易于装卸。
历史沿革
20世纪50年代,波轮洗衣机在
日本诞生,日本引入
英国喷流式洗衣机生产技术并改进研制成功。该类洗衣机多见于东南亚各国,是中国首批引入机型,后来一直主导中国市场。1962年,日本在单桶洗衣机结构基础上推出双桶洗衣机,增加了离心脱水功能。其洗涤系统与脱水系统相对独立,需两个不同电机带动,可实现“洗漂连续”和“漂脱连续”两种半自动运行。
20世纪70年代,日本推出可实现“洗涤-漂洗-脱水”三者连续运行的套桶式结构。其洗涤桶与脱水桶同轴,盛水桶固定盛放洗涤液,脱水桶盛放衣物且侧壁开有小孔,洗涤液可在两桶间自由流动。在洗涤或漂洗时,波轮低速旋转,脱水桶不动;脱水时,波轮与脱水桶同步旋转,依靠
离心力甩干衣物,这种结构在波轮式全自动洗衣机中广泛采用,可自动完成洗涤到脱水全过程。
1978年,中国开始模仿
日本样机研制波轮洗衣机,这一研制持续了十多年。从最初的单桶洗衣机发展到有中大容量的双桶洗衣机,还陆续出现各种机械控制和电脑控制的全自动洗衣机,性能接近或达到日本80年代中期水平。随着技术进步与用户需求提高,洗衣机不断发展完善,自动化程度逐步提升。
70年代后期,波轮洗衣机的自动化程度逐步提高。随后,全自动洗衣机因造型美观、功能完善、使用方便等优点受到消费者欢迎,成为洗衣机市场主流产品,品种和型号不断增多,市场潜力大。中国全自动洗衣机主要有波轮式与滚筒式两大类,波轮式全自动洗衣机自1998年以来以低廉价格保持着约六成的市场份额,在中国全自动洗衣机市场占绝对优势。由于人类对全自动洗衣机需求日益增加,自2021年起,洗衣机的研究方向朝着智能化、健康化等领域发展。
工作原理
波轮洗衣机的工作原理是通过电机正反转,使洗涤液不断产生换向的旋转涡,并不断的使衣物翻滚、展曲、揉搓和挤压,在一定时间内使附着在衣物上的污垢剥离衣物,达到洗净衣物的目的。波轮是位于洗涤桶中心位置的运动部件,跟离合器同轴相连。当电机通过皮带传动带动离合器工作时,波轮便会根据一定的洗涤节拍进行“正反转”旋转运动。由于
离心力的作用,越趋向于波轮边缘,所产生的离心力越大,带动水流效果越强。因此,在一个工作周期内,正转时,水流呈现出中心下凹,边缘上升的现象,衣物受径向离心力的作用正向向下螺旋运动;停止时,水流趋于平静,中心下凹的部分逐渐恢复,衣物在
浮力的作用下上浮,但会在
惯性力的作用下,继续正向旋转一段时间。反转时,水流反向旋转,再次形成中心下凹,边缘上升的逆向水流,此时衣物会进行逆向向下螺旋运动;停止时,水流再次趋于平静,中心下凹的部分再次恢复,衣物在浮力的作用下再次上浮。如此反复,类似于双手正反揉搓衣物,形成一定强度的洗涤力。
基本构造
洗衣桶
洗衣桶的功能是盛洗涤液和被洗涤的衣物,是用来完成洗净或漂洗的主要部件之一。桶内装有波轮,桶底开有排水孔,桶上部有溢水孔等,有些洗衣机在内标出水位线。洗衣桶截面形状有方形、圆形、长方形等式样,桶内壁光滑,有些桶内壁表面上设有凸起挡块或做成波浪形,目的是加强洗涤作用。洗衣桶的材料可用钢板瓷、铝板、塑料、
不锈钢、镀锌铁板等。
波轮
波轮在传动系统驱动下,以每分钟数百转的速度旋转,拨动洗涤液呈涡卷状。波轮一般用塑料注射成型,外表面有几件突起的筋,均匀分布在波轮表面上。
机箱
机箱用来安装洗衣机的各零部件,表面喷塗各种颜色的料,起防腐和装饰作用。机箱应具有足够的刚性的稳定性,以减轻振动和噪声。
操作面板
操作面板上装有定时器旋钮、排水开关、进水孔、指示灯等,有的还装有控制强、中、弱洗的琴键开关,面板上有产品商标及其它装饰图案。面板常用印铁制品或铝板经
化学处理制作。
波轮轴、轴封及轴承
波轮轴是支撑波轮、传递动力、完成洗衣工作的重要零件。要求波轮轴有足够的
刚度、强度和耐、耐腐蚀性。常用
不锈钢制作,用普通钢材制作时应对其表面进行防锈处理。轴的加工精度和表面光洁度对洗衣机噪声和寿命都有直接影响。
洗衣机的轴封是保证洗涤液和水不外漏的重要零件。它应具有良好的物理性能及化学稳定性,通常用丁睹橡胶制作。它经常处在洗涤波的浸泡中,并与波轮有较高的相对廖擦,是洗衣机容易损坏的零件之一。轴封多用标准件,便于维修互换。有单式、双唇式以及多唇式等。多唇式较好,能在间保存
润滑油脂,可减轻轴封与轴的磨损。
动力及控制系统
定时器
定时器是洗机的“大脑”,通过定时器控制电动机按规定时间运转,普通定时器,只能使洗衣机作正反方向旋转。为了使洗衣机能洗各种不同质地的衣物,定时器上设置了强洗、中洗、弱洗等方式,强、中、弱洗的变换可依靠洗衣机面板上琴键开关来控制,使用时根据需要按下琴键开关就行。
电动机
电动机是洗衣机的“心脏”,洗衣机的电气安全性能、温升、启动、耐潮、噪音、耗电量等质量指标无不与驱动电动机相关,在个产品成本中又占较大的比例。由于家用洗衣机的特殊使用方式,确定了洗衣机电动机的特殊工作条件。
基本分类
一般控制型洗衣机
一般控制型洗衣机主要指双桶结构的洗衣机,包括原来按自动化程度分类的普通型和半自动型洗衣机,其控制器件主要由定时器或程序控制器、洗涤选择开关、排水开关或进水及排水电磁阀等组成。为了协助洗衣机完成洗涤、漂洗和脱水等全部洗涤过程,人工需要多次介入,包括洗涤过程的转换和洗涤过程的状态确定,前者需要人的体力,而后者需要人的经验或脑力。具体来说,普通洗衣机的洗涤、漂洗和脱水都是分别单独完成的,其余一切辅助工作均需手工操作来完成。半自动洗衣机能按预定程序自动完成洗涤和漂洗两个功能,其余一切工作也需手工操作来完成。
自动控制型洗衣机
自动控制型洗衣机指套桶结构的洗衣机,包括原来按自动化程度分类的机械式程控全自动和电脑程控全自动洗衣机,其控制器件主要由程序控制器、水位选择开关、进水及排水电磁阀、减速离合器等组成。自动控制型洗衣机的操作特点是一次性,人工介入是在洗涤开始之前。使用时,人工只需要操作程序控制器以及有关洗涤选择开关,洗衣机就会按预定程序自动完成洗涤、漂洗和脱水各种工序,实现洗涤过程的自动转换,使得人工操作不需要体力上的介入成为现实。但是,操作者仍然需要很据衣物状况来预先设定洗涤程序以及有关开关,从而确定注水量、洗时间、水流强弱、脱水时间等洗涤过程的状态。毫无疑问,人工操作仍然需要人的经验或脑力的介入。由于操作者有文化差异及老少之别,有关洗衣方面的经验和思考又不尽相同,洗涤效果自然有差异。所以,对于自动型洗衣机来说,实际上并末真正实现洗涤的合理性。
智能控制型洗衣机
智能控制型洗衣机指模糊技术控制的套桶结构洗衣机,包括模糊控制全自动和神经模糊控制全自动洗衣机,其控制器件主要由模糊控制器、各种
传感器、进水及排水电磁阀、离合器等组成。智能控制型洗衣机的操作特点是单次性,人工介入实质上已不存在。也就是说,为了启动洗衣机工作,人只需要按一下按钮,洗衣机就可以从布质布量、水位、浑浊度这三种传感器获得信息,自动判断被洗衣物的多少及软硬、脏污程度及性质,从而根据总结出的“专家经验”或利用经过训练的
神经元网络,通过模糊控制器自动预定注水量、洗涤时间、水流强弱、脱水时间等洗涤过程的状态。洗衣机在完成整个洗涤的过程中同时实施监控或闭环控制,适时调整这些运行参量,从而真正实现洗涤的合理性,达到最佳洗涤效果,使得人工操作即不需要体力也不需要经验或脑力上的介入成为现实。这样,对于洗衣机的操作可以说老少皆可,使得洗涤的合理性操作的方便性达到统一。
性能参数
洗衣机规格参数
波轮参数
线性模型关系
关键技术
筒模块仿真技术
筒模块仿真技术借助UG软件构建内外筒总成的三维几何模型,该总成包含平衡环、内筒体、内筒底、法兰盘、外桶、外桶盖、减速器大板、减速器轴、减速器罩等部件。在此基础上,进一步建立有限元仿真模型,利用有限元数值来获取筒模块的振型。与此同时,针对转速为800rpm且内筒偏心负载施加于内筒体底部这一工况,对内外筒间隙是否符合安全设计要求进行验证。
内桶底平衡环技术
波轮洗衣机在洗衣时,其内部的内桶和波轮能够正反转,由此产生运动水流。在这种水流的带动下,衣物于洗涤桶内上下、左右翻转,进而使衣物与衣物相互摩擦,或者与桶壁、波轮表面产生摩擦。此时,在洗涤剂的作用下,污渍便从衣物上被剥离下来。而在洗涤桶高速旋转进行脱水操作之际,借助
离心力可将衣物中的洗涤水分离出去,如此便完成了整个洗衣流程。
波轮洗衣机有着自身的结构组成,不过也存在振动噪音问题。通过对振动模型进行力学分析,提出了一种解决方案,即在内桶底部设置平衡环结构,以此构建波轮洗衣机上下平衡环的双平衡系统。基于LMS Virtural.Lab motion软件,建立内外桶总成的
动力学仿真模型,进而确定了上下平衡环平衡液的配比。通过振动噪音比对测试,有效验证了该平衡系统的实际效果。此外,内桶底平衡环还有一个额外的作用,它能够对桶体的底部进行封闭,这样就避免了传统内桶底加强筋处容易出现脏污的问题,从而保证内桶环境的清洁,进一步提高了衣物的洁净度。
脱水控制技术
波轮洗衣机的不平衡(out of balance)控制方法为:在工作台上安装有机械式开关,该机械式开关与盛水桶部装之间保持一定距离,并且它具有特定的断开行程。在洗涤过程中,衣物容易发生缠绕,这会致使衣物在桶内分布不均。这种不均匀分布产生的不平衡现象,会让脱水桶向一侧倾斜,进而使盛水桶产生较大幅度的振动。当盛水桶触碰到机械式开关,且触动幅度达到其断开行程时,机械开关便会断开,脱水过程随之终止。此后,洗衣机会继续进行补水操作,待衣物被抖散后再重新开始脱水。
机械式开关因成本低廉,在波轮洗衣机中得到了较为广泛的应用。然而,它存在精度较低的问题。多数情况下,当脱水桶内衣物缠绕严重时,会产生较大程度的不平衡。而且,由于脱水启动状态的不同,脱水运动可能呈现不规律的情况。此时,即便出现了较大的偏心量,也可能不会触碰到机械开关,这样就无法及时切断脱水状态,导致感应失效。这种感应失效会引发一系列问题,比如脱水桶撞击箱体产生很大的噪音,甚至可能出现洗衣机移动等现象。
不平衡控制方法采用加速度传感器取代机械式开关,以此来感应脱水过程中的振动量大小。在脱水时,所检测到的加速度能够以高精度对偏心量大小进行实时监测。通过对偏心量的判断来选择合适的脱水模式以及确定最高脱水转速,这样可以有效避免脱水失控的状况,从而保障脱水过程安全且稳定。
主要特点
与滚筒洗衣机的区别
波轮洗衣机使用脉动器搅动水和衣物,产生来回运动,搅动水和衣物。这种运动有助于去除污垢和污渍,并均匀分布洗涤剂。波轮洗衣机通常被认为比基于搅拌器的洗衣机更温和地洗涤精致的织物。而滚筒洗衣机在洗涤和漂洗过程中使用肋条提起和放下衣物。滚筒或桶通常由
不锈钢制成,在洗涤过程中容纳衣物。
优点
波轮洗衣机的优点是结构简单、体积小、重量轻、操作方便、耗电量少、洗净率高。使用微电脑根据内部程序控制从洗衣到脱水(甩干)的整个过程,省时省力。
缺点
波轮洗衣机的缺点是耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳、对衣物的磨损程度也大。漂洗衣物不均匀、损衣率高。
应用领域
使用领域
波轮洗衣机的应用领域主要为家庭应用。
使用价值
波轮洗衣机的使用价值包括:波轮相互摩擦,提供彻底、温和的清洁。由于更高的旋转速度可以吸收更多的水分,因此干燥时间更快。洗衣篮中有更多的空间可以放置大件衣物,并且易于装卸。
发展趋势
人类对波轮式全自动洗衣机的需求日益增加,已经占据了全部洗衣机年销量的大半。另外对于环保型洗衣机的钟爱程度日益增加,逐渐与国际社会所提倡的建立环保节约型的理念趋于一致。同时小型智能洗衣机也逐渐走入人们的生活,受到越来越多人的喜爱。因此以后洗衣机的研究方向将向着自动化、健康化、节能、品种多样化等领域发展。
高度自动化
除了现有的洗衣服和晒衣服的同时,还可以晾衣服,整个过程较短,节省时间。
健康化
由于人们对健康特别注重,对洗衣机的设计要求更苛刻。除了现在通用的材料外,以后也可以让洗衣机采用一些不易
吸附污渍的特殊材料,同时对洗完的衣物增加一些杀菌消毒的功能。
节能
本身在制造过程中优化结构性能,减少原材料的浪费,另外有的洗衣机具有洗涤剂和洗涤水循环利用的功能,增加过滤与净化装置,使资源可再生利用。
品种的多样性
从已有的三种洗衣机的基础上,在满足人们对洗衣机重量、性能、结构特点等多方面需求的条件下,增加洗衣机的品种,研究出更多类型的洗衣机。
标准规范