一種可更換內(nèi)筒式的洗衣機的設(shè)計

洗衣機是一種常見的清潔電器。但是在洗衣機的使用過程中存在許多衛(wèi)生問題。有關(guān)機構(gòu)的調(diào)查結(jié)果顯示：按一臺洗衣機使用10年計算，如果從不清潔，細菌的超標率有可能達到81.3%，而霉菌檢出率高達60.2%，總大腸菌群檢出率甚至高達高達100%。如果長期不清潔外筒內(nèi)壁，污垢在空氣中經(jīng)過氧化，形成肉眼可見的黑色污垢并導致外筒等部位滋生大量病菌，并污染下一次清洗的衣物。[1]。

中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與衛(wèi)生相關(guān)產(chǎn)品安全所調(diào)查了民用洗衣機的污染狀況。調(diào)查顯示洗衣機內(nèi)含有多種致病菌。在洗衣機的洗滌水中平均細菌菌落數(shù)已達13206CFU/mL，真菌菌落總數(shù)達229CFU/mL[2]。

我們決定研發(fā)出一種新型洗衣機。針對于傳統(tǒng)洗衣機的痛點，對內(nèi)外筒進行改造。這款洗衣機可以更換內(nèi)筒，通過更換內(nèi)筒避免一些疾病的交叉感染。

一、設(shè)計方案

（一）洗衣機整體設(shè)計

如圖1所示，我們所設(shè)計的洗衣機是在滾筒式洗衣機的基礎(chǔ)上進行改造和設(shè)計的。根據(jù)該洗衣機的結(jié)構(gòu)，該洗衣機內(nèi)筒與外筒之間是分離處理的。如圖所示，在內(nèi)筒外設(shè)計一個抽屜結(jié)構(gòu)，起到盛放和支撐內(nèi)筒的作用，我們可以將抽屜結(jié)構(gòu)拉出，這時內(nèi)筒可以自由從中取出來。這樣的結(jié)構(gòu)可以保證內(nèi)筒在預(yù)定的滑軌上按預(yù)想運行，以此來合理地使內(nèi)筒可以通過滑軌自由出入洗衣機內(nèi)部，從而達到自由更換內(nèi)筒的效果。其次，內(nèi)筒的傾角有15°，這使這臺洗衣機有非常明顯的優(yōu)點，即方便放取衣物，節(jié)約洗衣機的用水量。洗衣機的外殼作為支撐和保護內(nèi)部組件的結(jié)構(gòu)，需要具備足夠的強度和穩(wěn)定性。我們選取強化塑料材料以確保其結(jié)構(gòu)牢固，并能夠承受洗衣過程中的壓力和振動。強化塑料具有較輕的重量和更好的耐腐蝕性，能夠降低洗衣機的整體重量，并更加適合某些特定環(huán)境下的使用。

（二）洗衣機內(nèi)外筒構(gòu)成

如圖2，圖3所示，這是我們所設(shè)計的可更換內(nèi)筒式洗衣機的內(nèi)筒模塊：洗衣機內(nèi)筒本體的上端固定安裝有一限位環(huán)，在此限位環(huán)的下端均勻固定安裝著有限位塊，在內(nèi)筒本體的下端卡接有嵌合塊，同時，嵌合塊的另一端滑動卡接有減振塊，在減振塊的另一端固定安裝有伺服電機。內(nèi)筒本體的一端均勻的排列著眾多底部漏水孔，在內(nèi)筒本體的側(cè)面均勻開設(shè)有側(cè)面漏水孔，內(nèi)筒本體通過底部漏水孔和側(cè)面漏水孔與外部相連通。內(nèi)筒本體的下部周圍均勻開設(shè)有限位槽，限位槽的一端位于底部漏水孔的之間。內(nèi)筒本體的下部開設(shè)有環(huán)形卡槽，在內(nèi)筒本體的側(cè)面均勻開設(shè)有條型卡槽，而側(cè)面漏水孔位于條型卡槽之間。內(nèi)筒本體的一端開設(shè)有嵌合卡槽，嵌合塊滑動卡接在嵌合卡槽中，嵌合塊的另一端開設(shè)有方型卡槽。減振塊的一端固定安裝有方形卡條，方形卡條固定卡接在方型卡槽中。外筒的內(nèi)部均勻開設(shè)有限位卡槽，限位塊滑動卡接在限位卡槽,所屬伺服電機的另一端與洗衣機內(nèi)部一端固定連接。

內(nèi)筒以不銹鋼為原材料，其中長為50cm，直徑為31cm。在內(nèi)筒內(nèi)壁上，均勻分布三個直線提升筋，每個直線提升筋高1cm，寬1cm。采用不銹鋼主要因為有以下優(yōu)點：

高度耐用：不銹鋼內(nèi)筒具有出色的耐久性，能夠經(jīng)受高頻次的使用。

耐腐蝕：不銹鋼抗腐蝕性強，不易生銹。

容易清潔：不銹鋼表面光滑，容易清潔，并且不會保留異味或污漬。

選用直線提升筋主要因為這是最常見的提升筋樣式之一，有助于提高洗衣效果，確保衣物的均勻清潔。

電機相連的減振塊的作用是減少洗衣機在工作過程中的震動和噪音。橡膠材料具有良好的減震和吸振性能，可以有效減少洗衣機在運行過程中的震動和噪音。在實際應(yīng)用過程中常用丁腈橡膠與丁苯橡膠這兩種?？紤]到丁腈橡膠有限的耐溶劑性，及丁苯橡膠更加優(yōu)良的減振性能，我們選取丁苯橡膠材料。

方形卡條，方形卡槽，嵌合塊需要能夠承受洗衣機運行時的產(chǎn)生的高溫，不同洗滌劑的腐蝕性問題，多次拆卸和安裝的壓力，以及洗衣機的震動和振動。聚丙烯（PP）烯是一種常見的塑料材料，具有良好的耐熱性和耐腐蝕性，適合用于洗衣機內(nèi)部連接件。

（三）洗衣機內(nèi)筒模塊設(shè)計原理及作用

可更換內(nèi)筒式洗衣機的設(shè)計基于以下原理：

內(nèi)筒與洗衣機外殼分離: 內(nèi)筒作為獨立的組件與洗衣機外殼分離，使其更換變得簡單且不涉及機器其他部分。

連接機制: 設(shè)計內(nèi)筒與洗衣機外殼之間或的連接機制，確保內(nèi)筒能夠穩(wěn)固地安裝在外殼內(nèi)，并保證正常運行時不會發(fā)生松動。使用插銷將內(nèi)筒和洗衣機主體連接在一起。插銷可以通過插入和拔出來實現(xiàn)連接和拆卸。如圖二，圖三所示：3限位塊，11條形卡槽的凸起與16限位卡槽凹槽連接，12嵌合卡槽與4嵌合塊連接，14方形卡條與13方形卡槽進行連接。當將內(nèi)筒插入外殼時，通過凸起和凹槽的配合，使內(nèi)筒與外殼連接穩(wěn)固。這種連接方式相對簡單，但需要確保插銷的穩(wěn)定性和可靠性。

（四）斜式內(nèi)筒洗衣機設(shè)計

可更換內(nèi)筒式洗衣機所采用的設(shè)計形式為斜式滾筒洗衣機的相關(guān)設(shè)計。洗衣機內(nèi)筒采用斜筒設(shè)計的主要目的是為了提高洗滌效果和水的利用率以及方便操作者的使用。下面是有關(guān)斜筒設(shè)計的一些常見考慮因素和解釋：

洗滌效果：斜筒設(shè)計可以幫助更好地摻和洗滌液和衣物，增加摩擦力和沖擊力，從而提高清潔效果。斜筒的旋轉(zhuǎn)運動可以使洗滌液更好地滲透到衣物纖維中，并將污漬從衣物表面剝離。

方便操作：斜式滾筒洗衣機采用角度為15°的斜式內(nèi)筒來裝置。較小的傾角能夠提供更好的清潔效果，因為它可以增加水和洗滌液與衣物的接觸面積和沖擊力。此角度的內(nèi)筒設(shè)計符合人體力學，便于操作者的使用與清潔，這種結(jié)構(gòu)能夠讓操作者可以以正常站立的姿勢對洗衣機進行操作和放置衣物進入其中，通過這種角度的設(shè)計可以讓操作者不需要屈膝和深度彎腰進行使用，讓洗衣過程更加的方便和自然[3]。

二、可更換內(nèi)筒式洗衣機工作原理

（一）化學反應(yīng)原理

主要利用洗衣液等洗滌劑中的成分。首先衣物上的污垢被洗滌劑濕潤，然后洗滌劑中含有的表面活化劑與高分子污漬結(jié)合，并使其分散與衣物分離；通過生物酶將高分子污漬分解為小分子，最終實現(xiàn)高分子污垢與衣物的分離，達到洗滌衣物的目的。

（二）物理反應(yīng)原理

電動機的機械做功運動使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在洗衣機中與內(nèi)筒內(nèi)壁相互摩擦，對衣物產(chǎn)生類似于揉搓的效果，同時衣物在隨內(nèi)筒運動到高處的時候，從高處落下，產(chǎn)生類似于拍打的作用。這些都與手工清洗衣物類似，既可以將衣物清洗干凈，又可以降低衣物的磨損。

（三）工作過程及原理

當洗衣機開始運轉(zhuǎn)工作時，水位傳感器先開始工作，控制洗衣機進水，隨著水流的進入，洗衣機內(nèi)部氣壓增加，水位開關(guān)中氣室口處氣壓增加，當水位上升至設(shè)計的水位時，水位開關(guān)控制進水閥所在電路斷路，停止進水，使衣物部分浸入水中。之后進行洗滌，洗滌主要通過滾筒定時的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)等實現(xiàn)的。在洗滌過程中，內(nèi)筒的旋轉(zhuǎn)是通過電動機帶動的，電動機的運轉(zhuǎn)速度是由電路板所控制的。因此，洗衣機的使用者可以通過在操作面板選擇不同的模式，使洗衣機內(nèi)筒以不同的轉(zhuǎn)速，不同的旋轉(zhuǎn)方向進行旋轉(zhuǎn)。洗滌結(jié)束后，開始排水，污水通過排水泵到達排水口，進而排出洗衣機，在排水過程中，水位開關(guān)的氣壓降低，，觸碰程序控制器后，切斷了排水泵的電路，排水泵停止工作。

在以上步驟進行完畢之后，洗衣機接著會進行脫水。在洗衣機脫水時，洗衣機電動機高速轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，衣物所包含的水分會被隨之甩出衣物，同時在支撐減震系統(tǒng)中的平衡塊會保持滾筒的轉(zhuǎn)動平衡；而支撐減震系統(tǒng)中的吊裝彈簧和減振器，可以有效減輕內(nèi)筒的晃動，以此來保證滾筒的穩(wěn)定性，保證洗衣機工作的正常運行。

當洗衣機處于正常工作狀態(tài)的時候，外筒由下端半連接裝置帶動內(nèi)筒的正常工作，使洗衣機的運行達到正常的工作要求，而在此時，作為斜筒洗衣機，此時在洗衣機內(nèi)部內(nèi)筒同時會被作為斜置的支撐點所抬持，由此可以通過固定裝置固定內(nèi)筒方位，在這種情況下，從而可以保證洗衣機內(nèi)筒在洗衣機運行時的正常運作；

當洗衣機呈非工作狀態(tài)，位于洗衣機內(nèi)部的內(nèi)筒可以通過抽屜式的結(jié)構(gòu)從斜筒式洗衣機的內(nèi)部將內(nèi)筒連同固定裝置一同拉出，從而達到可更換內(nèi)筒的工作需求，而作為可換的內(nèi)筒，其內(nèi)筒，此時可以在從洗衣機其中被取下之后作為獨立部分被使用。

（四）換筒過程

當內(nèi)筒出現(xiàn)損壞或需要更換時，用戶可以通過以下步驟進行更換：

①關(guān)閉洗衣機，并斷開電源。

②打開洗衣機門，取下舊的內(nèi)筒。

③ 將新的內(nèi)筒插入外殼，并使用相應(yīng)的連接機制（嵌合卡槽和嵌合塊的連接）進行安裝。

④確保連接穩(wěn)固后，關(guān)閉洗衣機門，接通電源。

⑤測試新更換的內(nèi)筒是否正常工作。

三、結(jié)語

可更換內(nèi)筒式洗衣機的內(nèi)筒可以被我們?nèi)〕?，取出之后?nèi)筒可以作為盛衣筒，方便學生等群體在學校等公共場所的使用，取出之后便于清理洗衣機外筒內(nèi)壁附著的污垢。采用斜筒式洗衣機的構(gòu)造，方便我們添加衣物。總而言之，可更換內(nèi)筒式洗衣機相較于傳統(tǒng)洗衣機，具有很大優(yōu)勢。

本文來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://www.00559.cn/w/kj/32519.html