多功能超强洗净力洗衣机设计研究

　　摘要：生活节奏的加快使人们对于织物洗涤的洗净力、智能化和绿色化的需求也越来越迫切。文章设计了一款多功能超强洗净力洗衣机，其通过内外双桶结构、双水路、换挡总成、深度清洁机构的设计，配合传感器、电磁阀，并基于中央控制单元的智能程式来实现织物的超强洗涤功能，具有多项可选功能来实现新型洗涤模式，为深度清洁、节能环保洗涤的现代洗涤技术开发提供参考。

　　0 引言

　　织物清洁洗涤，已不局限于人们日常生活，可扩展至医疗机构、商务旅游、工业企业等诸多行业，洗涤类机器种类繁多、功能齐全、洗涤面广且普及范围大，但仍然存在些许不尽如人意的地方。对于洗涤类机器人性化和智能化技术的开发已经十分完善，但洗净力和节能问题经过多年改善依然存在。满足人们对于织物的分类洗涤、增强型深度清洁和节能高效的全自动化洗涤需求，仍然是洗涤类机器发明制造的首要任务。

　　1 多功能超强洗净力洗衣机结构设计

　　本设计提出了一种多功能超强洗净力洗衣机（见图1），对整个洗涤过程进行控制的中央控制系统设置在外接模块中，以便人工操作和定期检查、维修，中央控制系统可直接连接手机和其他智能设备并通过APP进行控制、调试。本设计基于中间换挡传动总成、主传动机构总成及行星轮总成档位配合可实现内波轮单独旋转洗涤模式I、外波轮单独旋转洗涤模式II、内外波轮同步旋转洗涤模式III。水路可配合各种洗涤模式实现内桶单独进水、外桶单独进水和内外桶同步进水。深度清洁机构总成设计在内桶和外桶之间，仅在外波轮工作时启动，可实现拍打式深度清洁功能。

　　1.1　中间换挡传动总成工作过程

　　中间换挡传动总成工作过程如下。第一气缸的活塞杆沿竖直方向往复运动同步带动换挡推杆进而同步推动换挡花键，定义换挡花键被推入位于换挡轴大齿轮中部的换挡轴配合孔内时为中间换挡传动总成档位I，定义换挡花键被推入位于第一换挡轴小齿轮中部的第一换挡小齿轮花键配合槽内时为中间换挡传动总成档位II。

　　中间换挡传动总成为档位I时，换挡花键滑移至换挡轴与换挡花键配合键竖直方向的最底端并且换挡轴大齿轮、

　　注：1-中间换挡传动总成；2-内波轮总成；3-外波轮；4-外桶；5-内桶；6-进出水水路总成；7-深度清洁机构总成；8-行星轮总成；9-主传动机构总成；

　　10-电机轴总成。

　　图1　多功能超强洗净力洗衣机结构设换挡花键及换挡轴同步旋转且换挡轴大齿轮仅在此刻实施旋转运动。中间换挡传动总成为档位II时，换挡花键滑移至换挡轴与换挡花键配合键的竖直方向最顶端并且第一换挡轴小齿轮、换挡花键及换挡轴同步旋转，且第一换挡轴小齿轮仅在此刻实施旋转运动。

　　1.2　主传动机构总成工作过程

　　主传动机构总成工作过程如下。主传动机构总成可实现两档位动力传输形式，档位一为第二主传动轴小齿轮与主传动轴不同步旋转档位即主传动轴电磁铁通电则弹簧套桶配合键被吸引退出第二主传动轴小齿轮中心孔且进入弹簧套桶中心孔中，此时仅弹簧套筒而非第二主传动轴小齿轮与主传动轴同步旋转。档位二为第二主传动轴小齿轮与主传动轴同步旋转档位，前提为弹簧套筒上的位置传感器检测到弹簧套桶中心孔键槽与设置在第二主传动轴小齿轮中心孔内的键槽对齐联通，即主传动轴电磁铁断电在弹簧的弹力下弹簧套桶配合键被推入第二主传动轴小齿轮中心孔中，此时弹簧套筒和第二主传动轴小齿轮与主传动轴同步旋转。主传动轴电磁铁和弹簧套筒上的位置传感器均与中央控制系统电性连接。

　　1.3　洗涤模式设计

　　为了达到深层清洁和节能环保的目的，本设计制定了3种洗涤模式来配合不同的洗涤需求，即内波轮单独旋转洗涤模式I、外波轮单独旋转洗涤模式II、内外波轮同步旋转洗涤模式III，各个洗涤模式工作流程如下。

　　启动多功能超强洗净力洗衣机，调至内波轮单独旋转洗涤模式I（见图2）。第一步：为了洗涤前各桶进出水无误，调整水路各个接口对接，各档位均调整于初始状态。电机启动通过齿形带将动力通过电机轴带轮传递给第二换挡轴小齿轮从而带动换挡轴旋转，当外桶进水口与水路进水口找正对齐后相通以及外桶出水口与水路出水口找正对齐相通后电机停止即动力传递停止。其次对齐外波轮与内波轮总成上的进出水接口。电机启动通过齿形带将动力通过电机轴带轮传递给第二换挡轴小齿轮，当水路内桶进水管接口与电磁阀出水口I找正对齐后以及水路外桶进水管接口与电磁阀出水口II找正对齐后，电机停止即动力传递停止。最后根据程序设定洗涤阶段内桶通过水路内桶进水接口进水。第二步：根据洗涤模式I调整中间换挡传动总成和主传动机构总成的档位，即中间换挡传动总成定位档位I和主传动机构总成定位档位一。电机启动通过齿形带将动力通过电机轴带轮传递给第二换挡轴小齿轮，进而完成程序规定洗涤任务，电机停止即动力传递停止。第三步：重复第一步操作，调整水路各个接口对接，而后内桶出水口和水路出水口同时排水，排水结束后关闭多功能超强洗净力洗衣机。

　　启动多功能超强洗净力洗衣机，调至外波轮单独旋转洗涤模式II（见图3）。第一步：为了洗涤前各桶进出水无误，调整水路各个接口对接，对接过程同洗涤模式I，对接完成后根据程序设定洗涤阶段外桶通过水路外桶进水接口进水。第二步：根据洗涤模式II调整中间换挡传动总成和主传动机构总成的档位，即中间换挡传动总成定位档位II和主传动机构总成定位档位一。电机启动进行洗涤，在洗涤过程中的清洗和漂洗阶段，设计深度清洁任务且每3min执行一次，每个深度清洁任务执行前电机关闭且结束后电机启动，每次深度清洁任务包含3个拍打式深度清洁程序。拍打式深度清洁程序执行过程为当第二气缸的活塞杆端往复运动时被限定在滑槽中的第二气缸铰接轴带动清洁机构推杆上的驱动机构配合铰接孔端沿竖直方向上下移动从而带动清洁机构推杆上的驱动机构配合铰接孔端移动，由于清洁机构连接轴及与其配合的深度清洁机构总成固定轨道的限制清洁机构推杆上的驱动机构，以实现拍打式深度清洁。程序规定的整个洗涤任务结束后，电机停止即动力传递停止。第三步：重复第一步操作，调整水路各个接口对接，而后水路出水口排水，排水结束后关闭多功能超强洗净力洗衣机。

　　启动多功能超强洗净力洗衣机，调至内外波轮同步旋转洗涤模式III（见图4）。第一步：为了洗涤前各桶进出水无误，调整水路各个接口对接，对接过程同洗涤模式I，对接完成后根据程序设定洗涤阶段内桶和外桶通过水路外桶进水接口和水路内桶进水接口进水。第二步：根据洗涤模式III调整中间换挡传动总成和主传动机构总成的档位，即中间换挡传动总成定位档位I和主传动机构总成定位档位二。电机启动通过齿形带将动力通过电机轴带轮传递给第二换挡轴小齿轮。在洗涤过程中的清洗和漂洗阶段，设计深度清洁任务同理洗涤模式II。程序规定的整个洗涤任务结束后，电机停止即动力传递停止。第三步：重复第一步操作，调整水路各个接口对接，而后内桶出水口和水路出水口同时排水，排水结束后关闭多功能超强洗净力洗衣机。

　　2　结语

　　本设计在现有洗衣机功能基础上，增设了深度清洁机构，可对在外筒中洗涤的织物进行拍打式深度清洁，拍打机构的设计亦充分考虑了密封防漏水功效。在节能方面仅以一台电机驱动，通过换挡机构创新设计，根据洗涤织物数量和洗涤要求选取3种洗涤模式。对于各洗涤模式间的智能切换以传感器、电磁阀等硬件配合来完美诠释。

　　基金项目：大学生创新创业训练计划项目（201911437003）；吉林省教育科学规划课题（ZD16046）；吉林省高教学会课题（JGJX2017D150）；吉林省教育厅课题(JJKH20180982KJ)。

　　作者简介：刘炳驿（1998-），男，吉林白山人，长春工程学院国际教育学院，研究方向：机械工程；吴波（1980-），通讯作者，女，吉林长春人, 长春工程学院机电工程学院副教授,博士,研究方向：仿生工程与科学。

　　参考文献

　　[1]蒋玉亮，施桂军，龚熙战.一种筒体可伸缩式滚筒洗衣机以及筒体伸缩方法：中国，2015103605049[P].2017-1-11.

　　[2]秦晓梅，巢明，崔承毅，等.基于单片机技术的智能洗衣机控制系统设计[J].实验技术与管理，2019，36（10）：193-196.

　　[3]张津瑞，何勤求，罗爽，等.浅谈洗衣机发展现状及展望[J].现代经济信息，2019（20）：306-307.

　　[4]包凯.纯电动汽车变速箱换挡机构的设计与性能分析[D].长春：吉林大学，2017.

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