雙桶洗衣機(jī)徑向擺動(dòng)脫水研究

摘要：雙桶洗衣機(jī)脫水時(shí)脫水桶的運(yùn)行平穩(wěn)性對(duì)洗衣機(jī)的使用壽命有重要影響。洗衣機(jī)脫水時(shí)脫水桶徑向擺動(dòng)不平穩(wěn)，不僅會(huì)造成衣服脫不干水，還會(huì)對(duì)脫水系統(tǒng)的核心零部件造成嚴(yán)重破壞。現(xiàn)通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上洗衣機(jī)的代表機(jī)型進(jìn)行取樣測(cè)試，提出了改善脫水桶徑向擺動(dòng)狀況的方法，對(duì)于提升雙桶洗衣機(jī)性能具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：雙桶洗衣機(jī);脫水桶;徑向擺動(dòng);移動(dòng)液體平衡環(huán)

1 雙桶洗衣機(jī)脫水時(shí)脫水桶徑向擺動(dòng)轉(zhuǎn)速慢的原因分析

1.1? ? 用戶操作

用戶在向雙桶洗衣機(jī)脫水桶中投放衣物時(shí)，如果衣物放置不平衡，脫水桶內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生偏心負(fù)載。在偏心負(fù)載作用下，脫水程序啟動(dòng)時(shí)脫水桶會(huì)產(chǎn)生離心力，造成脫水桶徑向擺動(dòng)，低轉(zhuǎn)速脫水。當(dāng)偏心負(fù)載超過(guò)一定值后，脫水系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)自平衡，就會(huì)出現(xiàn)脫水桶“打桶”現(xiàn)象。如果出現(xiàn)此種現(xiàn)象，用戶需要多次重新放置衣物，才能達(dá)到正常脫水的目的。

1.2? ? 結(jié)構(gòu)屬性

一般雙桶洗衣機(jī)脫水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，這個(gè)結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是整個(gè)脫水桶承力支點(diǎn)為3個(gè)減震彈簧。假設(shè)支點(diǎn)采用剛性連接，如果偏心量e只有5 mm，2 kg洗衣機(jī)脫水時(shí)的偏心質(zhì)量為5 kg，轉(zhuǎn)速按常規(guī)1 400 r/min的話，這種狀態(tài)下的離心力將達(dá)到537 N，這個(gè)力就會(huì)釋放到底座上，對(duì)其造成損傷。如果脫水桶和底座之間加裝減震彈簧，那么彈簧會(huì)起到緩沖離心力的作用。但如果用戶放置的衣物負(fù)載偏差過(guò)大，轉(zhuǎn)速往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的1 400 r/min，而是脫水桶在400～500 r/min的低轉(zhuǎn)速?gòu)较驍[動(dòng)中脫水，這會(huì)對(duì)脫水系統(tǒng)造成致命破壞。

2 取樣測(cè)試分析

本文抽取市場(chǎng)上具有行業(yè)代表性的樣機(jī)進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)。首先，洗衣機(jī)在不同負(fù)載下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，脫水系統(tǒng)零部件正常運(yùn)行。隨后，在負(fù)載偏心條件下，任由洗衣機(jī)在徑向擺動(dòng)低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下脫水運(yùn)轉(zhuǎn)（脫水桶不得撞擊塑料外桶），實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)24個(gè)脫水程序（24×5=120 min）后，橡膠密封皮碗出現(xiàn)破裂。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：脫水桶“長(zhǎng)時(shí)間徑向擺動(dòng)低速脫水”導(dǎo)致橡膠密封皮碗拉扯變形過(guò)大，是引起橡膠密封破裂的直接原因。根據(jù)振動(dòng)理論，洗衣機(jī)脫水系統(tǒng)的振動(dòng)是一種有阻尼的受迫振動(dòng)。脫水電機(jī)旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧激振力的圓頻率ω與系統(tǒng)的固有頻率P的頻率比λ=ω/P=1時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅達(dá)到峰值，脫水裝置最易發(fā)生共振。共振現(xiàn)象一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速為400～500 r/min時(shí)發(fā)生。脫水系統(tǒng)處于啟動(dòng)或停止階段，此時(shí)如果衣物放置偏心情況嚴(yán)重，系統(tǒng)將長(zhǎng)時(shí)間徑向擺動(dòng)低速共振。如何正確使用洗衣機(jī)的脫水裝置，在洗衣機(jī)的使用說(shuō)明書中有說(shuō)明：“脫水振動(dòng)晃動(dòng)大時(shí)應(yīng)暫停脫水，并重新將衣物放置均勻?！庇械挠脩敉鲆暳诉@一點(diǎn)，認(rèn)為只要脫水桶能轉(zhuǎn)起來(lái)就是正常狀態(tài)，任由洗衣機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低轉(zhuǎn)速?gòu)较驍[動(dòng)，對(duì)整個(gè)脫水系統(tǒng)的零部件造成嚴(yán)重?fù)p傷，尤其對(duì)里面的橡膠密封皮碗很容易造成拉扯破裂。因此，減少脫水系統(tǒng)徑向擺動(dòng)的次數(shù)是解決此問(wèn)題的主要途徑。

3 采取的解決措施和改進(jìn)建議

3.1? ? 解決措施

針對(duì)雙桶洗衣機(jī)脫水過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，本文提出了以下解決措施：（1）優(yōu)化脫水桶結(jié)構(gòu)，讓脫水桶形狀為口大底小，呈錐形，這樣用戶放置衣物時(shí)重心會(huì)和漏斗原理一樣，使衣物居脫水桶中下位置，改善衣物放置不平衡問(wèn)題。（2）改進(jìn)橡膠密封皮碗結(jié)構(gòu)和材料，增強(qiáng)皮碗材料的使用性能，增加皮碗高度，即使脫水桶徑向擺動(dòng)晃動(dòng)拉扯皮碗時(shí)，不會(huì)損壞橡膠密封皮碗本身。（3）加大電機(jī)功率，改變電機(jī)結(jié)構(gòu)，讓電機(jī)重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點(diǎn)位置。（4）加強(qiáng)減振彈簧的剛性和阻尼。（5）加強(qiáng)減振彈簧的支撐底座剛性，加固其結(jié)構(gòu)。（6）從工藝上控制脫水桶的跳動(dòng)誤差。（7）確保橡膠密封皮碗孔和聯(lián)軸器孔及聯(lián)軸器和電機(jī)軸之間的孔對(duì)中。（8）從工藝上控制減振彈簧的高度誤差及脫水系統(tǒng)塑料制件的變形量。

3.2? ? 改進(jìn)建議

上述解決措施均能改善脫水桶徑向擺動(dòng)脫水的狀況，但實(shí)驗(yàn)測(cè)試效果表明，最有效的改進(jìn)措施是加大電機(jī)功率，改變電機(jī)結(jié)構(gòu)，讓電機(jī)重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點(diǎn)位置。脫水桶會(huì)隨著不同的負(fù)載和衣物放置方式產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，要想更好地全程動(dòng)態(tài)地去控制脫水時(shí)候的脫水桶徑向擺動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)證明液體平衡環(huán)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。為了安裝操作方便，目前市場(chǎng)上的液體平衡環(huán)均固定在脫水桶的上邊緣，這樣洗衣機(jī)滿載脫水時(shí)液體平衡環(huán)能很好地發(fā)揮其作用。

4 移動(dòng)式液體平衡環(huán)

目前市場(chǎng)上部分洗衣機(jī)機(jī)型采用固定式液體平衡環(huán)來(lái)降低洗衣機(jī)脫水時(shí)出現(xiàn)徑向擺動(dòng)的概率，以提升用戶體驗(yàn)，提高洗衣機(jī)的耐用性。然而，固定式液體平衡環(huán)只能在洗衣機(jī)滿載時(shí)發(fā)揮其作用，在洗衣機(jī)半載脫水時(shí)因?yàn)楣潭ㄊ揭后w平衡環(huán)位置固定，反而有可能加重脫水不平衡現(xiàn)象，如圖2所示，桶內(nèi)箭頭所示為模擬脫水狀態(tài)固定式和移動(dòng)式液體平衡環(huán)的重心位置，固定式液體平衡環(huán)相比移動(dòng)式液體平衡環(huán)重心靠左，不利于脫水系統(tǒng)維持平衡。

如果將固定式液體平衡環(huán)改為移動(dòng)式液體平衡環(huán)（此產(chǎn)品筆者已籌備申請(qǐng)實(shí)用新型發(fā)明專利），經(jīng)過(guò)測(cè)試，脫水桶徑向擺動(dòng)概率大大降低，移動(dòng)式液體平衡環(huán)具有可自由移動(dòng)性，所以它可以與衣物緊密貼合在一起進(jìn)行動(dòng)態(tài)矯正，提高了洗衣機(jī)的脫水率，延長(zhǎng)了脫水系統(tǒng)的使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

目前家電產(chǎn)品都在保證功能完善的情況下盡量?jī)?yōu)化成本，移動(dòng)式液體平衡環(huán)雖然在洗衣機(jī)脫水過(guò)程中的應(yīng)用效果明顯，但物料和裝配成本相對(duì)偏高，且用戶常習(xí)慣于洗衣機(jī)滿載脫水，所以大部分洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家耗費(fèi)大量時(shí)間選擇優(yōu)化脫水系統(tǒng)零部件的匹配性或者采用固定式液體平衡環(huán)。然而，要想有效降低雙桶洗衣機(jī)出現(xiàn)徑向擺動(dòng)脫水的概率，完善洗衣機(jī)性能，提高洗衣機(jī)的耐用性，移動(dòng)式液體平衡環(huán)將是不錯(cuò)的選擇。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡(jiǎn)介：王博（1989—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：洗衣機(jī)研發(fā)。