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一種帶激蕩水流的滾筒洗衣機(jī)控制方法
發(fā)表時(shí)間:2020-10-23 14:36:09
1、引言

隨著生活質(zhì)量的提升，人們對(duì)洗衣機(jī)的品質(zhì)要求不斷提高，洗衣機(jī)的洗凈性能成為消費(fèi)者衡量洗衣機(jī)品質(zhì)的首要衡量指標(biāo)。而洗衣粉溶解問(wèn)題越來(lái)越成為制約洗凈效果的一個(gè)重要因素[1]。各洗滌廠商通過(guò)技術(shù)研究推出了一系列提升洗衣粉溶解性能的方式，在一定程度上提升了洗滌性能。但是考慮到能耗、結(jié)構(gòu)成本、安裝空間等因素，提升效果性價(jià)比不高，直接影響了洗衣機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)的提高，制約了洗衣機(jī)高性能化的發(fā)展[1]。針對(duì)洗衣粉溶解過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文研究了一種可以提高洗衣粉溶解性能的控制方法，使洗衣粉快速高效的參與洗衣過(guò)程成為可能。

2、現(xiàn)狀分析

如圖1所示為現(xiàn)有滾筒洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖（圖1中：1-控制面板；2-洗滌劑盒；3-外筒；4-內(nèi)筒；5-門體；6-泵軟管；7-進(jìn)水閥；8-配重；9-箱體；10-電機(jī)），洗衣前洗衣粉被放置在洗滌劑投放盒2中，隨進(jìn)水過(guò)程直接沖入洗衣筒3中，此過(guò)程僅僅起到了投放的作用，本質(zhì)上與將洗衣粉直接投入洗衣筒的做法差別不大。在國(guó)內(nèi)接入洗衣機(jī)的水多為常溫自來(lái)水，難以實(shí)現(xiàn)洗衣粉的短時(shí)快速溶解。

圖1 滾筒洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

問(wèn)題點(diǎn)：
（1）洗衣粉落入泵軟管，不參與洗衣過(guò)程
洗衣粉被投入到洗滌筒以后，尚未溶解的洗衣粉很容易隨著水流滑入到與外筒連接的泵軟管6中，沉到泵軟管6內(nèi)的洗衣粉很難被完全溶解，再次參與衣物洗滌的可能性較小，導(dǎo)致洗衣粉的浪費(fèi)，影響衣物的洗凈率。

（2）在洗滌筒內(nèi)被衣服包裹，不參與洗滌過(guò)程
在氣溫較低的情況下，洗衣粉投放后一部分會(huì)粘附在待洗的衣物上，在洗衣過(guò)程中被裹在衣物中，在接下來(lái)的洗滌、漂洗過(guò)程中無(wú)法完全溶解，導(dǎo)致洗滌結(jié)束后，衣物上仍殘留有洗衣粉顆粒。即便洗衣粉可以在洗滌過(guò)程中逐漸溶解，完全溶解過(guò)程也需要占用一半的洗滌時(shí)間，特別是一些速洗程序的洗滌時(shí)間較短，洗滌結(jié)束洗衣粉還沒(méi)溶解完全，導(dǎo)致洗滌效果大打折扣[2]。

研究發(fā)現(xiàn)洗衣粉的溶解性，除了受自身性能的影響外，受機(jī)械力和溫度的影響較大，如圖2和圖3所示。

圖2 洗衣粉在各溫度下的溶解曲線[3]

圖3 洗衣粉在35度的水溫下靜態(tài)和機(jī)械力下的溶解曲線[3]

馮志鵬等的研究[3]表明，洗衣粉的溶解效率均隨溫度的升高而提高，機(jī)械力的添加可以明顯提高洗衣粉的溶解效率。針對(duì)以上的研究結(jié)論，目前洗滌行業(yè)促進(jìn)洗衣粉溶解的方式主要有以下幾種：
（1）機(jī)械力作用下的效果改進(jìn)——水流沖刷
針對(duì)機(jī)械力對(duì)洗衣粉溶解的促進(jìn)作用，各洗滌廠家對(duì)洗滌劑盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊化設(shè)計(jì)。在洗滌劑投放盒中增設(shè)攪拌葉輪，通過(guò)流入洗滌劑盒內(nèi)部的水流推動(dòng)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，促使洗滌劑發(fā)泡，加速洗滌劑的溶解，提高洗滌劑的洗滌效果。在洗滌劑盒內(nèi)部設(shè)置曲線型水流通道和水流噴射口，從多角度對(duì)洗滌劑進(jìn)行對(duì)沖溶解。該方式需要對(duì)洗滌劑盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜式設(shè)計(jì)，且對(duì)加速洗衣粉溶解的持續(xù)時(shí)間僅短短的10s，作用效果有限。

（2）溫度作用下的效果改進(jìn)——洗滌水加熱
針對(duì)溫度對(duì)洗衣粉溶解的促進(jìn)作用，通過(guò)在進(jìn)水管路中設(shè)置速熱裝置，或者在洗滌筒內(nèi)部設(shè)置加熱裝置。速熱可以快速加熱洗滌水，但是速熱裝置成本較高，而在洗滌筒內(nèi)部設(shè)置普通的加熱裝置，則會(huì)存在加熱時(shí)間長(zhǎng)、能耗大等問(wèn)題，同時(shí)洗衣粉發(fā)揮的作用也會(huì)被制約。

針對(duì)上述技術(shù)難題，本文提出了一種基于機(jī)械力的洗衣粉速溶技術(shù)。該速溶技術(shù)可以產(chǎn)生一種激蕩水流，進(jìn)水完畢后控制洗滌筒以大于正常洗滌轉(zhuǎn)速的速度快速轉(zhuǎn)筒。

3、仿真分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)研究

采用激蕩水流的技術(shù)促進(jìn)洗衣粉的溶解，要保證激蕩水流的效果及洗衣機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，需要確定激蕩水流的轉(zhuǎn)速，本文以8公斤滾筒洗衣機(jī)為模型進(jìn)行研究。

流體仿真分析：因DEM離散相模型分析常用于模擬少量分散的粒子的運(yùn)動(dòng)情況，故采用DEM離散相模型進(jìn)行洗滌水和水中洗衣粉顆粒運(yùn)動(dòng)路徑的分析。將內(nèi)外筒總成底部封閉，上部進(jìn)水20L，洗衣粉顆粒用碳顆粒代替，顆粒大小1mm，比重設(shè)為0.45，逆時(shí)針單向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)筒，觀察洗滌水和洗衣粉顆粒的運(yùn)動(dòng)情況。圖4為未添加洗衣粉的工況下的洗滌水的水流體積分布，圖5為添加洗衣粉的洗滌水中洗衣粉的運(yùn)動(dòng)分布圖。

圖4 水流分布水相圖

圖5 洗衣粉水流分布水相圖

在圖4的標(biāo)尺中藍(lán)色代表水相，經(jīng)分析可知從90rpm開(kāi)始水流可以隨筒轉(zhuǎn)動(dòng)一周，并且轉(zhuǎn)速越大，筒間水分布范圍越廣泛。由圖5仿真結(jié)果可知轉(zhuǎn)速越大，對(duì)內(nèi)外筒間底部的水流攪動(dòng)作用越大，水流動(dòng)越劇烈，120rpm時(shí)有水流在凹槽和圓周洗滌區(qū)域之間進(jìn)行交換，150rpm轉(zhuǎn)速條件下凹槽中的水流交換加劇，洗衣粉基本可以被帶回到圓周洗滌區(qū)域。

振動(dòng)測(cè)試分析：增大速度可以提高洗衣粉的溶解率和利用率，但是不能無(wú)限增大，要防止激蕩水流的轉(zhuǎn)速與洗衣機(jī)總成的共振點(diǎn)速度帶重合，同時(shí)也避免能源的浪費(fèi)。因此，需要進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試分析來(lái)確定研究模型共振帶的速度范圍。在外筒上布置PCB三軸加速度傳感器，空筒設(shè)置單脫程序，數(shù)據(jù)處理采用2Hz～1000Hz濾波，利用Simcenter Test.Lab軟件采集振動(dòng)曲線，在8公斤滾筒洗衣機(jī)的前后分別設(shè)置0g，300g和500g偏心，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，可知其低速共振點(diǎn)速度帶為190rpm～250rpm。共振點(diǎn)測(cè)試曲線如圖6所示。

圖6 共振點(diǎn)測(cè)試曲線

綜上，通過(guò)流體仿真分析和振動(dòng)測(cè)試，最終確定激蕩水流的轉(zhuǎn)速范圍110rpm～160rpm。

4、激蕩水流控制方法

本文涉及的洗衣粉速溶技術(shù)的控制方法，主要通過(guò)洗滌過(guò)程中精準(zhǔn)化的稱重檢測(cè)、偏心控制以及轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)筒外擱淺洗衣粉的重新代入及筒內(nèi)洗衣粉的完全溶解。上述控制方法的具體流程如下[4-5]，流程圖如圖7所示：

圖7激蕩水流控制方法

（1）進(jìn)水打濕
進(jìn)水到預(yù)設(shè)水位，洗衣機(jī)以30rpm～60rpm的速度按照正轉(zhuǎn)-停止-反轉(zhuǎn)的模式反復(fù)運(yùn)行，待衣物充分吸水后，控制面板檢測(cè)洗滌筒內(nèi)水位的下降情況。當(dāng)洗滌筒內(nèi)水位下降時(shí)，執(zhí)行進(jìn)水操作，直到筒內(nèi)水位不再下降為止。該操作可以保證衣物在勻布時(shí)在內(nèi)筒中的充分滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)順利快速的勻布過(guò)程。

（2）偏心檢測(cè)
將衣物打濕后，在進(jìn)行高速激蕩洗滌之前，為保證筒體總成運(yùn)行的平穩(wěn)性，需要進(jìn)行高速前的偏心檢測(cè)。進(jìn)行該項(xiàng)檢測(cè)可以有效避免筒總成撞擊箱體的問(wèn)題，防止出現(xiàn)零部件損壞和洗衣機(jī)整體移位的情況。

控制面板根據(jù)電機(jī)反饋的轉(zhuǎn)速，來(lái)判斷筒內(nèi)衣物的偏心情況，如果偏心量大于預(yù)設(shè)值，則重新執(zhí)行勻布操作，條件滿足時(shí)再次執(zhí)行偏心檢測(cè)；如果偏心量小于預(yù)設(shè)值，則進(jìn)行后續(xù)的激蕩水流操作。

（3）高速激蕩
激蕩操作時(shí)的轉(zhuǎn)速由偏心量的大小和負(fù)載情況來(lái)決定，此速度大于正常的洗滌轉(zhuǎn)速。洗滌水在洗滌筒內(nèi)的高速激蕩拍打下，水被帶起在內(nèi)外筒之間快速的運(yùn)動(dòng)，并有大量的水分布在外筒內(nèi)壁上，再?gòu)膬?nèi)筒前端投放口重新返回到內(nèi)筒中。如此，洗滌水在外筒和內(nèi)筒之間形成一個(gè)循環(huán)，既可以充分溶解洗衣粉，又能讓滯留在排水軟管內(nèi)的水和洗衣粉被重新帶回到洗衣機(jī)筒內(nèi)[4-5]。

5、實(shí)驗(yàn)研究

（1）電導(dǎo)率測(cè)試：
測(cè)試對(duì)象為8公斤滾筒洗衣機(jī)，激蕩水流速度150rpm，選取普通無(wú)磷洗衣粉40g，水位選擇2水位，每隔5min讀取電導(dǎo)率值。電導(dǎo)率特性曲線圖如圖8所示。

圖8電導(dǎo)率特性曲線圖

由電導(dǎo)率特性曲線可以看出添加激蕩水流操作后，電導(dǎo)率隨洗衣粉溶解度的增加而增加，電導(dǎo)率的增長(zhǎng)速度變快，且可以提前達(dá)到最大值。

（2）洗滌性能測(cè)試：
測(cè)試對(duì)象為8公斤滾筒洗衣機(jī)，激蕩水流速度150rpm（洗滌持續(xù)30s，漂洗持續(xù)30s）。國(guó)標(biāo)負(fù)載布，混合程序91min（洗滌10min，漂洗3次，溫度40℃，轉(zhuǎn)速1200rpm），自來(lái)水溫15℃±2℃，40g國(guó)標(biāo)洗衣粉。測(cè)試3個(gè)周期，洗滌性能在表1中為國(guó)標(biāo)污染布洗前和洗后的反射率的平均值。在每個(gè)測(cè)試周期結(jié)束后進(jìn)行漂洗性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。



綜上，按照國(guó)標(biāo)測(cè)試方式進(jìn)行洗凈測(cè)試，洗凈性能提升17.39%，漂洗性能提升4.32%。

6、結(jié)論

本文提出了通過(guò)激蕩水流的方式進(jìn)行洗衣粉快速充分溶解的方法。闡述了目前行業(yè)內(nèi)通用的促進(jìn)洗衣粉溶解的方法及弊端，利用模型仿真測(cè)試確定了激蕩水流的轉(zhuǎn)速參數(shù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性，該方法令洗衣機(jī)不必添加任何部件，在洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)和成本沒(méi)有變化的情況下，僅通過(guò)程序的調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)洗衣粉的充分溶解利用，大大提高了洗凈比[4]。


本文作者
青島海爾洗衣機(jī)有限公司 許升
青島海爾滾筒洗衣機(jī)有限公司 呂艷芬 梁泉 尹俊明 方相九

參考文獻(xiàn)
[1] 魯建國(guó). 洗衣粉在洗衣機(jī)中的使用和節(jié)能[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè),2010, (02): 32-35.
[2] 湯志鳴. 全自動(dòng)洗衣機(jī)新型洗衣粉速溶進(jìn)水機(jī)構(gòu)研究[J].家電科技, 2019(02): 108-112.
[3] 馮志鵬. 洗滌劑在洗衣機(jī)環(huán)境下的溶解、去污與漂洗行為的研究[D]. 無(wú)錫: 江南大學(xué), 2013.
[4] 許升, 梁青, 何云峰, 呂艷芬. 一種帶激蕩水流的滾筒洗衣機(jī)控制方法: 中國(guó),N201611083010.1[P]. 2012-11-28.
[5] 梁青, 何云峰, 李海濤. 一種帶激蕩水流的滾筒洗衣機(jī)控制方法:中國(guó), CN201210497315.2[P]. 2012-11-28.

來(lái)源：《家電科技》2020年第五期