双桶洗衣机径向摆动脱水研究

摘要：双桶洗衣机脱水时脱水桶的运行平稳性对洗衣机的使用寿命有重要影响。洗衣机脱水时脱水桶径向摆动不平稳，不仅会造成衣服脱不干水，还会对脱水系统的核心零部件造成严重破坏。现通过对市场上洗衣机的代表机型进行取样测试，提出了改善脱水桶径向摆动状况的方法，对于提升双桶洗衣机性能具有借鉴作用。

关键词：双桶洗衣机;脱水桶;径向摆动;移动液体平衡环

1 双桶洗衣机脱水时脱水桶径向摆动转速慢的原因分析

1.1    用户操作

用户在向双桶洗衣机脱水桶中投放衣物时，如果衣物放置不平衡，脱水桶内部就会产生偏心负载。在偏心负载作用下，脱水程序启动时脱水桶会产生离心力，造成脱水桶径向摆动，低转速脱水。当偏心负载超过一定值后，脱水系统不能实现自平衡，就会出现脱水桶“打桶”现象。如果出现此种现象，用户需要多次重新放置衣物，才能达到正常脱水的目的。

1.2    结构属性

一般雙桶洗衣机脱水系统结构简图如图1所示，这个结构最大的特点就是整个脱水桶承力支点为3个减震弹簧。假设支点采用刚性连接，如果偏心量e只有5 mm，2 kg洗衣机脱水时的偏心质量为5 kg，转速按常规1 400 r/min的话，这种状态下的离心力将达到537 N，这个力就会释放到底座上，对其造成损伤。如果脱水桶和底座之间加装减震弹簧，那么弹簧会起到缓冲离心力的作用。但如果用户放置的衣物负载偏差过大，转速往往达不到标准的1 400 r/min，而是脱水桶在400～500 r/min的低转速径向摆动中脱水，这会对脱水系统造成致命破坏。

2 取样测试分析

本文抽取市场上具有行业代表性的样机进行脱水实验。首先，洗衣机在不同负载下正常运转，脱水系统零部件正常运行。随后，在负载偏心条件下，任由洗衣机在径向摆动低转速状态下脱水运转（脱水桶不得撞击塑料外桶），实验样机在连续运转24个脱水程序（24×5=120 min）后，橡胶密封皮碗出现破裂。分析实验结果可以得出：脱水桶“长时间径向摆动低速脱水”导致橡胶密封皮碗拉扯变形过大，是引起橡胶密封破裂的直接原因。根据振动理论，洗衣机脱水系统的振动是一种有阻尼的受迫振动。脱水电机旋转中产生的简谐激振力的圆频率ω与系统的固有频率P的频率比λ=ω/P=1时，受迫振动的振幅达到峰值，脱水装置最易发生共振。共振现象一般在电机转速为400～500 r/min时发生。脱水系统处于启动或停止阶段，此时如果衣物放置偏心情况严重，系统将长时间径向摆动低速共振。如何正确使用洗衣机的脱水装置，在洗衣机的使用说明书中有说明：“脱水振动晃动大时应暂停脱水，并重新将衣物放置均匀。”有的用户往往忽视了这一点，认为只要脱水桶能转起来就是正常状态，任由洗衣机长时间低转速径向摆动，对整个脱水系统的零部件造成严重损伤，尤其对里面的橡胶密封皮碗很容易造成拉扯破裂。因此，减少脱水系统径向摆动的次数是解决此问题的主要途径。

3 采取的解决措施和改进建议

3.1    解决措施

针对双桶洗衣机脱水过程中存在的上述问题，本文提出了以下解决措施：（1）优化脱水桶结构，让脱水桶形状为口大底小，呈锥形，这样用户放置衣物时重心会和漏斗原理一样，使衣物居脱水桶中下位置，改善衣物放置不平衡问题。（2）改进橡胶密封皮碗结构和材料，增强皮碗材料的使用性能，增加皮碗高度，即使脱水桶径向摆动晃动拉扯皮碗时，不会损坏橡胶密封皮碗本身。（3）加大电机功率，改变电机结构，让电机重心位置下移，径向加大减震簧支撑点位置。（4）加强减振弹簧的刚性和阻尼。（5）加强减振弹簧的支撑底座刚性，加固其结构。（6）从工艺上控制脱水桶的跳动误差。（7）确保橡胶密封皮碗孔和联轴器孔及联轴器和电机轴之间的孔对中。（8）从工艺上控制减振弹簧的高度误差及脱水系统塑料制件的变形量。

3.2    改进建议

上述解决措施均能改善脱水桶径向摆动脱水的状况，但实验测试效果表明，最有效的改进措施是加大电机功率，改变电机结构，让电机重心位置下移，径向加大减震簧支撑点位置。脱水桶会随着不同的负载和衣物放置方式产生不同的工作状态，要想更好地全程动态地去控制脱水时候的脱水桶径向摆动情况，实验证明液体平衡环是一个不错的选择。为了安装操作方便，目前市场上的液体平衡环均固定在脱水桶的上边缘，这样洗衣机满载脱水时液体平衡环能很好地发挥其作用。

4 移动式液体平衡环

目前市场上部分洗衣机机型采用固定式液体平衡环来降低洗衣机脱水时出现径向摆动的概率，以提升用户体验，提高洗衣机的耐用性。然而，固定式液体平衡环只能在洗衣机满载时发挥其作用，在洗衣机半载脱水时因为固定式液体平衡环位置固定，反而有可能加重脱水不平衡现象，如图2所示，桶内箭头所示为模拟脱水状态固定式和移动式液体平衡环的重心位置，固定式液体平衡环相比移动式液体平衡环重心靠左，不利于脱水系统维持平衡。

如果将固定式液体平衡环改为移动式液体平衡环（此产品笔者已筹备申请实用新型发明专利），经过测试，脱水桶径向摆动概率大大降低，移动式液体平衡环具有可自由移动性，所以它可以与衣物紧密贴合在一起进行动态矫正，提高了洗衣机的脱水率，延长了脱水系统的使用寿命。

5 结语

目前家电产品都在保证功能完善的情况下尽量优化成本，移动式液体平衡环虽然在洗衣机脱水过程中的应用效果明显，但物料和装配成本相对偏高，且用户常习惯于洗衣机满载脱水，所以大部分洗衣机生产厂家耗费大量时间选择优化脱水系统零部件的匹配性或者采用固定式液体平衡环。然而，要想有效降低双桶洗衣机出现径向摆动脱水的概率，完善洗衣机性能，提高洗衣机的耐用性，移动式液体平衡环将是不错的选择。

[参考文献]

[1] 彭作新.离心式脱水桶的力学分析及设计改进[J].家用电器科技，1986（6）：11-12.

[2] 杨景利，万国胜，张强.偏心负载时双桶洗衣机脱水系统分析[J].电器，2013（S1）：392-395.

[3] 党新建.双桶洗衣机水封破裂问题的分析和解决措施[J].甘肃科技，2007（6）：25-27.

收稿日期：2020-07-28

作者简介：王博（1989—），男，陕西西安人，工程师，研究方向：洗衣机研发。