全自動洗衣機原理與分析

1、機 電 一 體 化 論 文 題 目：全自動洗衣機原理與分析 姓 名： 何 亞 學(xué) 號： 03111275 班 級： 機自11級2班 全自動洗衣機原理與分析機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件融合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。近年來，機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在各個行業(yè)都得到廣泛地應(yīng)用。微電子信息技術(shù)的引入，使古老的機械工業(yè)煥發(fā)了青春，使傳統(tǒng)的機械電器產(chǎn)品在功能上、性能上以及制造技術(shù)上都提高到一個嶄新水平，所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是十分巨大的。下面我們一全自動化洗衣機為例介紹其相關(guān)原理和技術(shù)分析。無論是波輪式洗衣機也好，還是滾筒

2、式洗衣機也好，都朝著智能化、水流方式多樣化、洗衣方式創(chuàng)新化、設(shè)計更趨人性化四大特征方向發(fā)展。傳統(tǒng)的電氣控制已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀的要求了。使智能化的控制取代了傳統(tǒng)的工業(yè)控制，洗衣機的工作原理：全自洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一心安放的，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。內(nèi)桶的周圍有許多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通，洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時通過控制系統(tǒng)將進水電磁閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電

3、動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位控制開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。隨著先進科學(xué)技術(shù)發(fā)展.應(yīng)用于洗衣機上的技術(shù)越來越成熟，洗衣機的發(fā)展也越來越快，將來的洗衣機主要主要朝以下幾個方面發(fā)展： （1）高度智能化；（2）健康化 （3）節(jié)水節(jié)能； （4）大容量和微型化；全自動洗衣機控制系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)的洗衣機相比更具有智能，實時監(jiān)控，人性化的功能。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點集中體現(xiàn)在：實現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡單、時間計算精確以及可維護方便等。具有可靠性高、安全性好、開發(fā)價值高等一系列優(yōu)點。全自動洗衣機綜合運用了大量力

4、學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等知識，以下就其原理和構(gòu)造作一分析。洗衣機的洗滌過程主要是在機械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實現(xiàn)洗凈的目的。首先充滿于波輪葉片間的洗滌液，在離心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。這樣，在波輪附近形成了以波輪軸線為中心的渦流。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。又由于波輪中心是低壓區(qū)，衣物易被吸在波輪附近，不斷地與波輪發(fā)生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脫離衣物。其次，當衣物被放進洗滌液之后，由于慣性作用運動緩慢，在水流與衣物之間存在

5、著速度差，使得兩者發(fā)生相對運動，水流與衣物便發(fā)生相對摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于污垢離開衣物。再次由于洗衣涌形狀的不規(guī)則，當旋轉(zhuǎn)著的水流碰到桶壁后，其速度和方向都發(fā)生了改變，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做無規(guī)則地運動并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長，衣物相互相摩擦，增大了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。全自動洗衣機是通過水位開關(guān)與電磁進水閥配合來控制進水、排水以及電機的通斷：從而實現(xiàn)自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用。當電磁線圈斷電時，移動鐵芯在重力和彈簧力的作用下，緊緊頂在橡膠膜片上，并將膜片的中心小孔堵塞，這樣閥門關(guān)閉，水流不通。當電磁線圈通電后，移動鐵芯在磁力作用

6、下上移，離開膜片，并使膜片的中心小孔打開，于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側(cè)小孔的流通能力，膜片上方壓強迅速減小，膜片將在壓力差的作用下上移，閉門開啟，水流導(dǎo)通。 水位開關(guān)實際上是一個壓力開關(guān)。氣室的入口與洗衣桶中的貯氣室相聯(lián)接。當水注入洗衣桶后，貯氣室口很快被封閉，隨水位上升，貯氣室的水位也上升，被封閉的空氣壓強亦增大，水位開關(guān)中的波紋膜片受壓而脹起，推動頂桿運動而使觸點改變，從而實現(xiàn)自動通斷。智能型模糊控制的全自動洗衣機還可以自動判斷水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物的臟污情況，決定投放適量的洗滌劑和最佳的洗滌程序。其方法是：在洗衣桶內(nèi)注入一定量水后使電機

7、低速運轉(zhuǎn)，平穩(wěn)后快速斷電，洗衣桶在慣性作用下帶動電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動。此時，電機繞組產(chǎn)生反電動勢，對其半波整流并放大整形后獲得一矩形脈沖系列。通過分析脈沖個數(shù)和脈沖寬度。就能得到衣質(zhì)衣量情況。衣物的臟污程度是通過水的透明度來判斷的。在洗衣桶的排水口處加一紅外光電傳感器，使紅外光通過水而進入另一側(cè)的接收管。若水的透明度低，接收管獲得的光能小，說明衣物較臟。脫水時采用壓電傳感器。當脫水桶高度旋轉(zhuǎn)時，從脫水桶噴射出來的水作用于壓電傳感器上，根據(jù)這個壓變化，自動停止脫水運轉(zhuǎn)。全自動洗衣機控制面板由工作指示區(qū)、編程選擇鍵、增鍵、減鍵、和啟動鍵組成。全自動洗衣機一般采用輕觸式開關(guān)，在按下開關(guān)后，字符旁邊的指示燈會

8、亮。當指示燈亮起表示程序選中，指示燈閃爍表示正在執(zhí)行此程序，指示燈熄滅表示程序未選擇或執(zhí)行完畢。全自動洗衣機電氣控制系統(tǒng)包括微處理器、排水電磁鐵、電容器、門開關(guān)、按鍵開關(guān)、指示燈、中間繼電器，水位壓力開關(guān)、蜂鳴器及進水電磁閥等部件組成。通過微處理器，能自動完成進水，洗滌（漂洗）、排水、脫水、報警等全部程序，只需設(shè)計軟件就可以來達到預(yù)想控制的目的。全自動洗衣機主要是通過波輪對衣物的翻滾達到洗滌目的。波輪安裝在洗滌桶的正中，托盤連接著盛水桶。套桶式全自動洗衣機的脫水桶（甩干籃）既要保證能離心脫水，又要能容納洗滌的衣物，全自動洗衣機的洗滌桶其上部略大，下部略小，呈圓錐形。為了保證洗滌效果，洗滌桶的內(nèi)

9、壁上必需設(shè)計成凸形來增大摩擦力，達到滿意的洗滌效果，當衣物與洗滌桶接觸時，桶壁就產(chǎn)生像搓板那樣的洗滌作用，而且能增強渦旋作用，提高洗滌率。洗滌系統(tǒng)的傳動部分由風(fēng)葉、皮帶、皮帶輪、和洗衣軸體組成。脫水系統(tǒng)由脫水桶、脫水定時器、安全開關(guān)、電動機、制動機構(gòu)等組成。洗衣機具有蓋的帶鎖裝置，該鎖定裝置，包括洗衣機蓋板、洗衣機箱體，還包括控制開關(guān)，與控制脫水的開關(guān)聯(lián)動；電磁鐵，與控制開關(guān)連接；洗衣機蓋板翻口端內(nèi)面在對應(yīng)洗衣機箱體內(nèi)壁處設(shè)有凹緣，凹緣上設(shè)有鎖孔，洗衣機箱體上端設(shè)有所述電磁鐵，電磁鐵銜鐵的伸縮口位于洗衣機箱體內(nèi)壁，而且電磁鐵通電后其銜鐵伸出端正好位于蓋好的洗衣機蓋板凹緣的鎖孔內(nèi)。由于電磁鐵的控

10、制開關(guān)與洗衣機控制脫水的開關(guān)聯(lián)動，使洗衣機在脫水時電磁鐵的銜鐵能伸出，而且正好鎖住洗衣機蓋板凹緣的鎖孔，使用戶在脫水時不能打開洗衣機蓋板，從而確保了洗衣機脫水時的操作安全。全自動洗衣機的進水系統(tǒng)采用水位壓力開關(guān)和進水閥，由程序控制器調(diào)節(jié)。設(shè)有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。全自動洗衣機水位開關(guān)一般有三檔水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能當進水閥注水，內(nèi)桶水位增高到預(yù)選水位時，導(dǎo)通橡皮氣膜受到內(nèi)部空氣的壓縮而被頂出，中觸片上跳，與上觸片閉合。此時主電機導(dǎo)通，進水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。當旋鈕旋至低水位時，凸輪

11、轉(zhuǎn)動，但曲率半徑較小。通過一定的機構(gòu)，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產(chǎn)生壓力P1，壓迫氣膜。當桶內(nèi)水量達到30L時，軟管內(nèi)的空氣被壓縮，產(chǎn)生空氣壓力F1，當F1>P1時,中觸片上跳,與上觸片閉合,主電動機動作,進水閥關(guān)閉.全自動洗衣機的排水系統(tǒng)由程序來控制排水電磁閥，牽引排水閥。排水閥主要同閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。排水電磁鐵主要用來控制自動型洗衣機排水閥的開閉,在套桶式自動型洗衣機中同起到改變減速離合大的洗滌、脫水狀態(tài)、排水電磁鐵主要由線圈、磁軛、靜鐵芯、銜鐵和短路銅環(huán)等組成。全自動洗衣機的傳動系統(tǒng)設(shè)在洗衣機脫水桶的底部,主要由波輪、脫水桶、離合器、傳動帶、電動機、電磁閥及單相

12、電容式電動機組成。離合器是內(nèi)外軸復(fù)合為一體的結(jié)構(gòu)。離合器的內(nèi)軸（洗滌軸），一端固定波輪，另一端固定離合套，離合套上固定大帶輪，離合器外軸（離心軸）的一端固定離心桶（脫水桶），另一端通過抱簧與離合套連接。內(nèi)外桶的聯(lián)動或分動（即實現(xiàn)脫水或洗洗滌），是由撥叉控制抱簧和剎車盤來實現(xiàn)的離合器軸包括脫水軸合洗滌軸。洗滌或漂洗時，牽引電機處在斷電狀態(tài)，制動桿將制動帶收緊，對脫水軸制動。棘爪將棘輪拔動一定角度使方絲離合簧被拔松，所以電機做正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩都不能傳遞給脫水軸，而只是經(jīng)過行星減速器再輸出給波輪，實現(xiàn)洗滌運轉(zhuǎn)。 脫水時，牽引電機是通電狀態(tài)，拉動制動桿使得制動帶松開，棘輪和方絲離合器處于自由狀態(tài)，大皮帶

13、輪順時針旋轉(zhuǎn)將方絲離合簧旋緊，使輸入轉(zhuǎn)矩有效地傳遞給脫水軸，實現(xiàn)高速脫水運轉(zhuǎn)。如果大皮帶輪逆時針轉(zhuǎn)動，則方絲離合簧被撥松而不能傳遞轉(zhuǎn)矩給脫水軸，所以脫水只能順時針單向轉(zhuǎn)動。洗衣機外箱體是洗衣機的盔甲， 很多洗衣機采用高分子聚合塑鋼材料作為外箱體，不怕水，不腐爛，永不生銹，耐碰撞，防漏電，機身輕便，易于搬動。特意添加的抗老化劑，令外箱體歷久彌新。有的采用剛?cè)嵯酀牟讳P鋼做內(nèi)桶剛性，在于不銹鋼材質(zhì)表面分子結(jié)構(gòu)致密，空隙小，故可抗擊細菌等物質(zhì)的侵入和腐蝕，以達到抗菌，抑菌，耐腐蝕的作用。柔性，超級鏡面不銹鋼材料光滑柔細，即便是最嬌柔的面料也不會受到損傷。很多洗衣機內(nèi)桶完全采用世界一流的不銹鋼材料制成

14、，擁有頂級的品質(zhì)保證。機電一體化的出現(xiàn)并不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法和設(shè)計概念正在發(fā)生著革命性的變化。21世紀，機電一體化技術(shù)將扮演機械工業(yè)的主角，與機電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯。我國可以利用后發(fā)的成本優(yōu)勢和廣闊的市場潛力，用全新的方式和更短的時間研發(fā)更多具有知識產(chǎn)權(quán)的機電一體化產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明。參考文獻1 蔡瑞雄. 替代效應(yīng)的滾筒洗衣機市場提升對策研究D. 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000：10-112 郭秉毅. 洗衣

15、機用 DD 無刷直流電機仿真分析與實驗研究：碩士學(xué)位論文.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，20033 C. Van Karsen, J. R. Blough, S. Pipik, A. Frank. Identification of thenon-linear vibration characteristics of an automatic washing machine.Proceedings of the International Modal Analysis Conference - IMAC, 2001, 1:600-6064 趙旭，李鴻升，趙慎嚴. 波輪式洗衣機洗滌模式與優(yōu)缺點的研究.

16、 西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2000，18(2)：70-735 錢靜. 帶平衡環(huán)頂裝式波輪洗衣機振動模型及動特性分析. 淮海工學(xué)院學(xué)報，2001，10(4)：14-176 錢靜，王志偉. 頂裝式波輪洗衣機振動模型及其動態(tài)特性分析. 振動與沖擊，2001，20(4)： 77-807 童寶芳. 波輪洗衣機：不同波輪的不同妙處. 家電大視野，2002，11：52-548 柴新建，朱甫金等. 波輪洗衣機變頻控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用. 家用電器，2000，30(9)：38-399 田樹勛，郭秀珍. 關(guān)于波輪洗衣機降低纏繞率的理論分析. 天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1992，35(1)：15-1710 陳黎明. 波輪洗衣機的

17、模糊控制技術(shù). 信息電子與自動化儀表，1997，42(5)：24-2811 樊曙，周祖榮. 曲柄搖桿機構(gòu)在攪拌式洗衣機上的應(yīng)用. 家用電器，1998，43(2)：23-2412 魯建國. 洗衣機的消費現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢. 家用電器，2005(5)：2813 余永權(quán). 嵌入式智能家電的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.電子世界，2003(7)：414 黃敏. 節(jié)能環(huán)保，家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢. China Appliance，2004(7)：24-2515 Zhu Yu-ming, Guo Peng, Guo Yun-tao, Pan Quan. Application of multiplelinear regre

18、ssion analysis in prediction of development trends for the industryof industrial washing machine. Industrial Engineering and Management, 2005,10(3): 126-916 高英. 減少全自動滾筒洗衣機振動的方法，小鴨科技，2000，30(8)：53-5617 胡海燕. 滾筒洗衣機的建模與運動仿真研究：碩士學(xué)位論文. 武漢：武漢交通科技大學(xué)，200018 錢靜. 洗衣機振動模型及其動態(tài)特性分析：碩士學(xué)位論文. 無錫：無錫輕工業(yè)大學(xué)，199919 Shikawa, Matsumnra. Noise reduction of fully automatic washing machines J.Mitsubishi Denki Giho, 1991, 65(4): 39-4220 張策. 結(jié)構(gòu)動力學(xué). 北京：高等教