趙子墨，劉相君，劉家銘，姜鑫宇

一種洗衣機(jī)自清潔技術(shù)方案

趙子墨，劉相君，劉家銘，姜鑫宇

（河北科技大學(xué)，河北 石家莊 050018）

針對(duì)家用洗衣機(jī)普遍存在的難清潔問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款可以上下活動(dòng)的清潔刷，并輔以紫外線殺菌，使得在不拆卸洗衣機(jī)內(nèi)筒的情況下，有效地清潔洗衣機(jī)內(nèi)筒外壁和機(jī)體內(nèi)側(cè)，真正實(shí)現(xiàn)高清潔、無(wú)污染、低成本的綠色節(jié)能。

洗衣機(jī)；自清潔；毛刷；水電資源

1 研發(fā)背景和意義

洗衣機(jī)內(nèi)筒和外筒夾層間是一個(gè)封閉的環(huán)境，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，水中的污漬會(huì)逐漸附著在內(nèi)外筒夾層之間的筒壁上，堆積出一層又黑又黏的臟漬和污垢，滋生大量病菌，容易對(duì)衣物造成二次污染，影響到使用者的身體健康。

傳統(tǒng)的清潔方式主要有兩類：一種是化學(xué)清潔，利用化學(xué)洗滌劑浸泡沖洗，但由于污漬附著力強(qiáng)，清潔效果較差，且污染環(huán)境；另一種則是由專業(yè)人員上門(mén)拆卸清洗，雖能達(dá)到較好的清潔效果，但要耗費(fèi)較多的人力、財(cái)力、物力，無(wú)法從根本上解決洗衣機(jī)的日常清潔問(wèn)題。因此本團(tuán)隊(duì)以波輪式洗衣機(jī)為例進(jìn)行研發(fā)，使用洗衣機(jī)清潔刷這一裝置來(lái)完成洗衣機(jī)的自清潔功能，節(jié)省了大量的人力、財(cái)力、物力，節(jié)約了水電資源，彌補(bǔ)了市場(chǎng)上這一空白。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 方案構(gòu)想

本設(shè)計(jì)的主要組成部分是一款為解決洗衣機(jī)清潔問(wèn)題以及填補(bǔ)市場(chǎng)需求空缺而設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)清潔刷。針對(duì)家用洗衣機(jī)普遍存在的難清潔問(wèn)題，該產(chǎn)品可以在不拆卸洗衣機(jī)內(nèi)筒的情況下，有效清潔洗衣機(jī)內(nèi)筒外壁和機(jī)體內(nèi)側(cè)，實(shí)現(xiàn)高效清潔。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)視圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)視圖

2.2 整體設(shè)計(jì)及運(yùn)行流程

洗衣機(jī)清潔刷主要由清潔刷、升降轉(zhuǎn)盤(pán)、絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、可控開(kāi)關(guān)及電源、底座、步進(jìn)電機(jī)及固定圓盤(pán)、吸盤(pán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、噴淋裝置、紫外線燈滅菌裝置構(gòu)成。清潔刷截面可視結(jié)構(gòu)主要分為8個(gè)部分，如圖2所示。

1—進(jìn)水通道；2—分水口；3—可伸縮軟管及噴淋頭；4—分水槽；5—步進(jìn)電機(jī)及螺紋絲杠；6—脫水桶（洗衣機(jī)內(nèi)桶）；7—盛水桶（洗衣機(jī)外桶）；8—環(huán)形機(jī)械刷。

裝置底座下帶有3個(gè)吸盤(pán)，設(shè)有3根螺紋絲杠分別與固定圓盤(pán)、底座連接形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，升降轉(zhuǎn)盤(pán)套在三根絲杠上，其內(nèi)外兩側(cè)設(shè)有環(huán)形清潔刷，毛刷尖端剛好分別接觸洗衣機(jī)內(nèi)桶外側(cè)和機(jī)體內(nèi)側(cè)，3根絲杠頂端各有步進(jìn)電機(jī)，3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)與電源、可控開(kāi)關(guān)相連。

在裝置的頂端設(shè)有噴淋裝置，由1根可伸縮軟管與帶有4個(gè)噴淋頭的軟管相連，環(huán)狀圍至并固定于升降轉(zhuǎn)盤(pán)頂端。可伸縮軟管另一端連接洗衣機(jī)進(jìn)水口。固定圓盤(pán)頂端設(shè)有一防水紫外線燈滅菌裝置。通過(guò)可控開(kāi)關(guān)的控制給電源信號(hào)供電，3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同向同速轉(zhuǎn)動(dòng)形成扭轉(zhuǎn)力，帶動(dòng)三根絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，利用螺紋嚙合進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)升降，實(shí)現(xiàn)清潔刷對(duì)洗衣機(jī)內(nèi)桶外側(cè)和機(jī)體內(nèi)側(cè)的清潔。在機(jī)械刷工作同時(shí)，啟動(dòng)噴淋裝置，沖洗機(jī)體表面污垢。工作結(jié)束后，啟用紫外線燈滅菌裝置。

二維截面視圖如圖3所示。

圖3 二維截面視圖

工作時(shí)，將洗衣機(jī)調(diào)至甩干工作狀態(tài)，啟動(dòng)新命令1，產(chǎn)品開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，升降圓盤(pán)設(shè)有3個(gè)內(nèi)螺紋孔，與絲杠配合，經(jīng)扭轉(zhuǎn)帶動(dòng)圓盤(pán)勻速平穩(wěn)升降。在升降圓盤(pán)降至底端之前，電路板啟動(dòng)新命令2，使3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)勻降速至0，圓盤(pán)隨之停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)升降圓盤(pán)剛好降至與底盤(pán)接觸，電路板再次啟動(dòng)新命令3，使電機(jī)再以某一穩(wěn)定動(dòng)力逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，并提供絲杠轉(zhuǎn)速帶動(dòng)圓盤(pán)勻速平穩(wěn)上升，在圓盤(pán)上升至頂端之前，電路板啟動(dòng)新命令4，使得電機(jī)勻降速至0，帶動(dòng)圓盤(pán)停止上升。往復(fù)啟用命令1、2、3、4，實(shí)現(xiàn)絲杠周期性正向、逆向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)升降圓盤(pán)的周期升降，使得內(nèi)外側(cè)清潔刷能夠進(jìn)行筒壁清潔。

與此同時(shí)，在洗衣機(jī)的脫水筒外壁和盛水桶內(nèi)壁形成的環(huán)狀空間內(nèi)的噴水裝置在電路板的設(shè)定下啟動(dòng)清洗命令，自來(lái)水經(jīng)過(guò)進(jìn)水通道后通過(guò)通進(jìn)水閥出水通道和連接管進(jìn)入噴淋頭，水通過(guò)環(huán)狀噴淋頭內(nèi)外兩側(cè)面小孔噴射到脫水筒外壁和盛水桶內(nèi)壁上進(jìn)行沖洗，達(dá)到清潔洗衣機(jī)內(nèi)部的目的。在甩干桶停止旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，結(jié)束清潔刷和噴水軟管工作命令，電腦板啟動(dòng)紫外線燈打開(kāi)命令，進(jìn)行15 min的滅菌后，終止程序。

2.3 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品采用了步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)絲杠和轉(zhuǎn)盤(pán)之間的螺紋嚙合配合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置工作。將3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別與3根螺紋絲杠鏈接，電機(jī)機(jī)身固定于固定圓板之上，保證步進(jìn)電機(jī)自身的穩(wěn)定性。在工作狀態(tài)下，3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)運(yùn)作，步距角1.8°，步長(zhǎng)為0.01米/步，項(xiàng)數(shù)為2，工作額定電壓3.5 V，工作額定電流約為0.5 A，適應(yīng)中速反應(yīng)，扭矩約為0.4 N·m，可持續(xù)推力為336.14 N，保證了工作時(shí)穩(wěn)定性。電機(jī)與內(nèi)桶由隔板間隔，避免了接觸水源短路的可能。自重僅為275 g，在固定圓板可支撐范圍之內(nèi)。接配步進(jìn)電機(jī)控制器模塊，配速調(diào)制在100～300 r/min之間，完成一次周期清洗約為2 min，與同類裝置相比較大程度上降低了耗能。

3 結(jié)論

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上采用了物理清潔和紫外線燈滅菌技術(shù)相結(jié)合，加以少量水流噴淋沖洗，解決了洗衣機(jī)內(nèi)外桶污垢難清洗這一難題。與傳統(tǒng)清潔方式相比，本設(shè)計(jì)能有效使污垢與機(jī)體徹底分離，克服了化學(xué)制劑清潔效果差的缺點(diǎn)，也避免了頻繁人工拆解，并運(yùn)用洗衣機(jī)甩干時(shí)的自轉(zhuǎn)加大物理摩擦力度，以及甩干水流輔助清洗筒壁，節(jié)水節(jié)電，是一種高清潔、自動(dòng)化、低成本的綠色節(jié)能裝置。

TM925.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.060

2095－6835（2020）08－0136－02

趙子墨（2000—），男，河北石家莊人，本科在讀。

〔編輯：張思楠〕