8、洗衣机设计V2011

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1、8 机电一体化设计实例 全自动洗衣机 各类洗衣机 8 1洗衣机设计的基础 8 1 1洗衣机的工作原理洗衣机洗净衣物的过程实质上是在化学力和机械力的共同作用下 将衣物上的污垢从衣物表面及纤维孔隙中拉挤出来的过程口在这一过程中 通过水 洗涤剂和机械力二者的作用 降低 削弱和破坏了污垢与织物间所形成的表面附着 机械附着 分子间引力结合和化学结合 使垢脱离衣物 达到洗净的目的 通常把水 洗涤剂和机械力称为洗涤过程的三要素 洗涤过程可表述为 织物 污垢 洗涤剂织物 织物 污垢 洗涤剂 洗涤过程的三要素 1 洗涤剂活化作用 2 一定温度的水吸收污垢的媒介作用 3 机械力作用 揉搓作用 8 1 2洗衣机的类

2、型与性能比较 1 按自动化程度分类 1 普通洗衣机洗涤 漂洗 脱水各功能的操作均需用手动转换 它装有定时器 可根据衣物的脏污程度和织物种类选定操作时间 2 半自动洗衣机洗涤 漂洗 脱水各功能中任意两个功能的转换不用手动操作而能自动进行 它一般由洗衣和脱水两部分组成 在洗衣筒中可以定时完成洗涤和漂洗程序 但不能自动脱水 需要人工把衣物从洗涤筒中取出 放人离心脱水简中进行脱水 有的可以在脱水筒内连续地完成漂洗和脱水程序 3 全自动洗衣机洗涤 漂洗和脱水各功能的转换不用手动操作而能自动进行 衣物放人后能自动进行洗涤 漂洗 脱水 全部程序自动完成 当衣物甩十后 蜂鸣器发出声响 有的还具有烘干功能 2

3、按结构原理分类 1 波轮式洗衣机被洗涤衣物浸没在洗涤液中 依靠波轮连续转动或定时正反向转动的方式形成强烈的涡流进行洗涤 它由洗涤筒 波轮和传动机构等部分组成 如图8一6所示 波轮在洗衣筒中有不同的安装位置 装于筒底时 也称为涡漩式 装于筒侧壁上时 可称为喷流式 在洗衣筒两相对侧壁上都安装波轮的叫做双喷流式 2 滚筒式洗衣机这种洗衣机的结构特点是有一个盛水的圆柱形外筒 外筒中有一个可旋转的内筒 内筒壁上开了许多规则排列的小孔 并有几条突出的肋 衣物投放在内筒中 内筒有规律地旋转 突出的肋将衣物带起到一定高度又将衣物抛落在洗涤液中 这样就在内筒中完成洗涤过程 其结构如图8一7所示 这类洗衣机洗净度

4、低 机内常设有加热器 加热洗涤液以提高洗净度 其洗涤作用柔和 对衣物损伤较小 适合洗涤毛料衣物 但机器结构复杂 制造难度大 造价较高 日前 欧 美主要生产滚筒洗衣机 世界上现有的洗衣机中近70 属于这类 近年来 我国各主要洗衣机制造厂开始生产这种类型的洗衣机 西门子超薄新款滚筒洗衣机 图8一7前装型滚简式洗衣机的结构图1 自来水龙头2 外箱体3 操作面板4 洗涤剂5 洗涤内筒6 圆形门环7一透明玻璃视孔8 洗涤液9一异形密封圈10洗涤物ll 排水管连挤12 排水泵13 过滤器14一调节螺钉15一小带轮16 双速电动机17一传动带18 外排水管19一盛水桶20 轴承支座与转轴21 大带轮22一外

5、筒支架23 进水电磁阀 3 搅拌式洗衣机被洗衣物浸没于洗涤液中 依靠搅拌器往复运动的方式进行洗涤 其结构是在洗衣筒中央 竖直安装着搅拌器 搅拌器绕轴心在一定角度范围内正反摆动 搅动洗涤液和衣物 以达到洗净目的 如图8 8所示 除上述类型外 还有超声波洗衣机 电磁洗衣机 真空洗衣机 气泡洗衣机 振动式洗衣机等 但产量均较小 8 1 3洗衣机设计的主要性能指标 I 洗净率洗净率是指在标准使用状态下 洗衣机对衣物的洗净能力 通常用洗净比来表示 即在标准使用状态下 被测洗衣机的洗净率与参比洗衣机洗净率的比值 C Dr Ds 2 漂洗性能漂洗性能指洗衣机漂清衣物的能力 漂洗比是通过漂洗前后测定的洗涤液及

6、漂洗液的电导率来确定 漂洗比 A B A C KA 洗涤液 原液 的电导率 B 漂洗后液体的电导率 C 自来水的电导率 K 漂洗系数 取0 9 洗衣机设计的主要性能指标 3 脱水性能脱水性能指脱水机或洗衣机的脱水装置 对漂洗后衣物内水分甩干的能力 用脱水率来表示 脱水率 额定脱水负载布干重 脱水后的重量 X100 国家标准规定 双筒洗衣机的脱水率应大于50 4 磨损率洗衣机在洗涤过程中对衣物总要造成不同程度的磨损 用磨损率来表示 磨损率的侧定方法为 把标准试布放在被测洗衣机中 在标准使用状态下进行洗涤 分别测量出试验布洗涤前的重量和洗涤结束后被磨损的重量 从洗涤液中捞出并过滤所得的织物绒毛渣

7、计算出磨损量与洗涤前重量的百分比 5 噪声洗衣机在标准使用状态下 洗涤 脱水时的噪声应不大于75dB 6 消耗功率在标准使用状态下 洗衣机的消耗功率应在额定输入功率的115 以内 7 起动特性洗衣机在电源电压达到额定值的85 时 即187V 电动机及相应电器部件应能起动运转 8 电压波动特性当电源电压在额定值上下波动10 洗衣机应能无故障运转 洗衣机设计的主要性能指标 主要安全性能指标 为保证洗衣机的正常运转及使用者的人身安全 国家标准中规定了下列主要安全性能指标 1 温升洗衣机在标准使用状态下 电动机绕组的温升不应大于75度 E级绝缘 电磁阀和电磁铁线圈的温升不应大于80度 E级绝缘 2 制

8、动性能脱水筒在额定脱水状态下 当脱水筒转速达到稳定时 迅速打开脱水筒外盖 脱水筒应在10秒之内完全停止转动 3 泄漏电流洗衣机在标准状态下使用 洗衣机外露非带电金属部分与电源线之间的泄漏电流应不大于0 5mA 4 绝缘电阻洗衣机的带电部分与外露非带电金属部分之间的绝缘电匪玫左大于2M 5 电气强度洗衣机的带电部分与外露非带电金属部分之间 应能承受热态试验电压1500V 潮态试验电压1250V 历时1min的电气强度试验 而不发生闪络或击穿现象 主要安全性能指标 6 接地电阻洗衣机的外露非带电金属部分与接地线之间的电阻不应大于0 1 与接地线末端 或电源线插头的接地极 之间的电阻应不大于0 2

9、7 溢水绝缘性能将洗衣机平稳放置好后 以20L min的流量向洗衣筒内连续注水 使洗衣筒上口溢水5min 在溢水过程中用500V绝缘电阻表连续监测带电部分与外露非带电金属部分之间的绝缘电阻值 应不小于2M 8 淋水绝缘性能将洗衣机平稳放置 盖好上盖 从其上部中央距洗衣机放置的地面2m高处的喷水装置内 以20L min的流量向洗衣机上部均匀淋水 用500V绝缘电阻表连续监测带电部分与外露非带电金属部分之间的绝缘电阻值 应不小于2M 8 1 4全自动洗衣机的设计理念 首先了解它的洗涤过程湿式洗涤常用的洗涤剂含有表而活性物质 该分子结构一端为亲油基 另一端为亲水基 洗涤剂在水中溶解扩散 渗透进织物的

10、纤维中 其亲油基与油污结合 破坏污垢与织物的结合力 并形成水溶性物质 使油性污垢被乳化 分解和软化 同时也加速了水溶性垢的溶解和扩散 洗涤剂与污垢作用的同时也把污垢包裹起来 然后依靠机械力使其从织物上完全剥离下来 洗衣机运转时 机械力直接或间接地作用于织物 相当于手工揉搓和拍打使织物反复旋转 翻滚 变形 摩擦和被水流冲击 污垢颗粒在机械力作用下从织物上剥离下来 分散到洗涤液中 再经过一定量水的反复漂洗 每一次排尽水再注清水漂洗 使洗涤剂和污垢混合物的浓度不断下降 污垢不断随洗涤水排出 水溶液逐渐变清 达到了机械力去污的目的 最后通过离心脱水或挤压脱水 使织物中的水分降到尽炭低 以便缩短晒干时间

11、 如要现洗现用的洗涤物则可增加热气流烘干 这样便完成织物的整个洗净过程 也就是说 洗涤 漂洗 脱水是全自动洗衣机的主要工作过程口 然后进行所要设计洗衣机的功能分析 确定洗衣机的主要功能 洗衣机功能树图如图所示 最后根据所确定的功能和所要达到的性能指标 进行完成该功能 达到该性能的机械结构设计和电控系统设计 全自动洗衣机功能树图 8 2全自动洗衣机的基本结构设计 全自动洗衣机按基本结构 也可分为套筒式和滚筒式两大类 按控制方法 可分为电动程控器控制和电脑控制两大类 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 主要由洗涤和脱水系统 进排水系统 电动机和传动系统 电气控制系统 支撑机构等5大部分组成 波轮式全

12、自动洗衣机多采用套筒式结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 1波轮式全自动洗衣机结构 8 2 2滚筒式全自动洗衣机的基本结构 滚筒式全自动洗衣机可分为6个部分 即洗涤部分 传动部分 操作部分 支承部分 电气部分和给排水部分 1 洗涤部分洗涤部分主要由内简 滚筒 外筒 盛水筒 内筒叉形架 外筒叉形架 转轴 轴承等组成 内筒结构如图所示 前端有圆口 是取放衣物口 后端面有又形架 内筒的叉形架 轴套被铸成一体 然后用螺栓固

13、定于内筒后端面上 滚筒洗衣视内筒结构图 滚筒洗衣机外筒结构图 2 支承部分洗衣机的外筒 内筒和电动机组装一起后 软连接于洗衣机壳体的支承部分 滚简式洗衣机外筒的挂簧支架址联接四个吊簧 将外简吊挂于外壳上 外筒的下部还安装有两个减震支承装置 该洗衣机支承系统结构如图8一14所示 3 传动部分滚简式全白动洗衣机的传动部分由双速单相电动机 大小带轮 传动V带等组成 传动机构如图8 15所示 洗衣机的大小带轮为铝合金铸件 大带轮用M8x16螺钉紧固在从外筒叉形架中心孔穿出的内简主轴上 电动机安装于外筒的电动机支架上 电动机轴上安装小带轮 电动机驱动带轮转动 从而使洗衣机内筒转动 电动机有低速 450r

14、 min 和高速 2800r min 两种转速 洗涤时电动机低速运行 脱水时电动机高速运行 双速电动机定子槽内嵌有两套绕组 一套是高速绕组 另一套是低速绕组 电动机高速的初级 次级绕组嵌于定子铁心槽的外层 而低速初级 次级绕组和公共绕组嵌于定于铁心槽的里层 电动机高速时定子磁极为2极 低速时定子磁极为12极 电动机两套绕组接线如图8 16所示 4 操作部分滚筒式全自动洗衣机操作部分 主要由操作面板上的各手动按钮和旋钮以及前门结构组成 如图8 l7所示 5 给排水系统滚筒式全自动洗衣机都能自动进水和排水 给排水系统由进水管 进水电磁阀 内进水管 洗涤剂盒 滋水管 回旋进水管 排水管 过滤器 排水

15、泵及排水泵连接管等组成 图8 18是滚筒式全自动洗衣机排水系统结构示意图 5 给排水系统 滚筒式全自动洗衣机排水系统没有排水阀 而用排水泵排水 排水泵所用电动机为单相罩极电动机 排水泵电动机装有过热保护器 当排水泵堵塞 电动机温升过高时 过热保护器动作 电动机自动断电停止运行 待温度下降后 过热保护器会自动恢复原状态 电动机电路接通 排水泵可再次运行 因为滚筒式全自动洗衣机采用排水泵排水 所以在排水泵 人l 处加装过滤网 以免杂物流到泵体内使电动机过载运行 过滤网应及时清理 以保持排水管路畅通 全自动洗衣机的电气控制有多种多样的形式 常用的有电动程控式 电脑程控式 模糊控制式等 8 3全自动洗

16、衣机的电气控制设计 图8 30为全自动洗衣机电动程控器轴上的凸轮和触点之间的结构示意图 电动程控器的凸轮共计有10个 分为主凸轮组 也称低速凸轮组 和副凸轮组 也称高速凸轮组 1 全自动洗衣机电动程控器的基本结构及工作原理 主凸轮组中每个凸轮的几何形状是根据洗衣机洗涤 漂洗 脱水的总时间和它们之间程序排列的需要而设计 主凸轮组固定在旋钮上 7个主凸轮随轴转动时 各个凸轮带动的动触点有规律地与动合触点和动断触点断开与接通 按一定程序将有关的电气线路接通或断开 从而实现注水 洗涤 排水 漂洗 脱水等洗衣全过程 在设计凸轮组时 共安排了二种程序 即标准洗衣程序 部分洗衣程序和单洗涤程序 操作者可根据需要选择不种程序中的任意一种 选择洗衣程序 应在洗衣机洗衣前完成 洗衣程序选择通过旋动控制器旋钮实现 副凸轮组的三个凸轮带动动触点与动合触点和动断触点断开接通 控制电动机正转 反转间歇运行及实现水流选择 副凸轮的几何形状是根据波轮运行周期的长短 即电动机运转和停止时间精心设计的 2 电路工作过程由程控器和外围元器件组成的电动程控式全自动洗衣机电气原理如图所示 程控器 滚筒式洗衣机所用的电动式程控器