趙子墨，劉相君，劉家銘，姜鑫宇

一種洗衣機自清潔技術(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）

針對家用洗衣機普遍存在的難清潔問題，設(shè)計一款可以上下活動的清潔刷，并輔以紫外線殺菌，使得在不拆卸洗衣機內(nèi)筒的情況下，有效地清潔洗衣機內(nèi)筒外壁和機體內(nèi)側(cè)，真正實現(xiàn)高清潔、無污染、低成本的綠色節(jié)能。

洗衣機；自清潔；毛刷；水電資源

1 研發(fā)背景和意義

洗衣機內(nèi)筒和外筒夾層間是一個封閉的環(huán)境，在長期的使用過程中，水中的污漬會逐漸附著在內(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，清潔效果較差，且污染環(huán)境；另一種則是由專業(yè)人員上門拆卸清洗，雖能達(dá)到較好的清潔效果，但要耗費較多的人力、財力、物力，無法從根本上解決洗衣機的日常清潔問題。因此本團隊以波輪式洗衣機為例進(jìn)行研發(fā)，使用洗衣機清潔刷這一裝置來完成洗衣機的自清潔功能，節(jié)省了大量的人力、財力、物力，節(jié)約了水電資源，彌補了市場上這一空白。

2 設(shè)計方案

2.1 方案構(gòu)想

本設(shè)計的主要組成部分是一款為解決洗衣機清潔問題以及填補市場需求空缺而設(shè)計的洗衣機清潔刷。針對家用洗衣機普遍存在的難清潔問題，該產(chǎn)品可以在不拆卸洗衣機內(nèi)筒的情況下，有效清潔洗衣機內(nèi)筒外壁和機體內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)高效清潔。設(shè)計簡視圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計簡視圖

2.2 整體設(shè)計及運行流程

洗衣機清潔刷主要由清潔刷、升降轉(zhuǎn)盤、絲杠傳動結(jié)構(gòu)、可控開關(guān)及電源、底座、步進(jìn)電機及固定圓盤、吸盤穩(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)電機及螺紋絲杠；6—脫水桶（洗衣機內(nèi)桶）；7—盛水桶（洗衣機外桶）；8—環(huán)形機械刷。

裝置底座下帶有3個吸盤，設(shè)有3根螺紋絲杠分別與固定圓盤、底座連接形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，升降轉(zhuǎn)盤套在三根絲杠上，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內(nèi)桶外側(cè)和機體內(nèi)側(cè)，3根絲杠頂端各有步進(jìn)電機，3臺步進(jìn)電機與電源、可控開關(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個噴淋頭的軟管相連，環(huán)狀圍至并固定于升降轉(zhuǎn)盤頂端?？缮炜s軟管另一端連接洗衣機進(jìn)水口。固定圓盤頂端設(shè)有一防水紫外線燈滅菌裝置。通過可控開關(guān)的控制給電源信號供電，3臺步進(jìn)電機同向同速轉(zhuǎn)動形成扭轉(zhuǎn)力，帶動三根絲杠轉(zhuǎn)動，利用螺紋嚙合進(jìn)而帶動轉(zhuǎn)盤升降，實現(xiàn)清潔刷對洗衣機內(nèi)桶外側(cè)和機體內(nèi)側(cè)的清潔。在機械刷工作同時，啟動噴淋裝置，沖洗機體表面污垢。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，將洗衣機調(diào)至甩干工作狀態(tài)，啟動新命令1，產(chǎn)品開始運轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機同時運轉(zhuǎn)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，升降圓盤設(shè)有3個內(nèi)螺紋孔，與絲杠配合，經(jīng)扭轉(zhuǎn)帶動圓盤勻速平穩(wěn)升降。在升降圓盤降至底端之前，電路板啟動新命令2，使3臺步進(jìn)電機勻降速至0，圓盤隨之停止運動，此時升降圓盤剛好降至與底盤接觸，電路板再次啟動新命令3，使電機再以某一穩(wěn)定動力逆向轉(zhuǎn)動，并提供絲杠轉(zhuǎn)速帶動圓盤勻速平穩(wěn)上升，在圓盤上升至頂端之前，電路板啟動新命令4，使得電機勻降速至0，帶動圓盤停止上升。往復(fù)啟用命令1、2、3、4，實現(xiàn)絲杠周期性正向、逆向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動升降圓盤的周期升降，使得內(nèi)外側(cè)清潔刷能夠進(jìn)行筒壁清潔。

與此同時，在洗衣機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)定下啟動清洗命令，自來水經(jīng)過進(jìn)水通道后通過通進(jìn)水閥出水通道和連接管進(jìn)入噴淋頭，水通過環(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)到清潔洗衣機內(nèi)部的目的。在甩干桶停止旋轉(zhuǎn)的同時，結(jié)束清潔刷和噴水軟管工作命令，電腦板啟動紫外線燈打開命令，進(jìn)行15 min的滅菌后，終止程序。

2.3 傳動結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品采用了步進(jìn)電機提供動力，通過絲杠和轉(zhuǎn)盤之間的螺紋嚙合配合使用來實現(xiàn)裝置工作。將3臺步進(jìn)電機分別與3根螺紋絲杠鏈接，電機機身固定于固定圓板之上，保證步進(jìn)電機自身的穩(wěn)定性。在工作狀態(tài)下，3臺步進(jìn)電機同時運作，步距角1.8°，步長為0.01米/步，項數(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，保證了工作時穩(wěn)定性。電機與內(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)計能有效使污垢與機體徹底分離，克服了化學(xué)制劑清潔效果差的缺點，也避免了頻繁人工拆解，并運用洗衣機甩干時的自轉(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〕