滚筒洗衣机给排水系统设计设计.docx

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滚筒洗衣机给排水系统设计设计

本科毕业设计（论文）

题　　目：

滚筒洗衣机给排水系统设计

作　　者：

黄辉

二级学院：

机械工程学院

专业班级：

机械设计制造及其自动化11级2班

指导教师：

田敬

职　　称：

　　讲师　

2015年6月10日

衢州学院本科毕业设计（论文）任务书

课题名称

滚筒洗衣机给排水系统设计

二级学院

机械工程学院

专业/班级

机械设计制造及其自动化11级2班

学生姓名

黄辉

学号

4110111231

指导教师

田敬

单位/职称

机械工程学院/讲师

课题来源

科研课题

成果类型

论文/图纸

一、毕业设计（论文）的主要内容、任务及目标

通过对滚筒洗衣机六个部分：

洗涤系统、支撑系统、给排水系统、传动系统、操作系统和控制系统等的了解。

设计一种节能、省时、低噪音、重量轻、体积小的环保型洗衣机。

使学生充分掌握所学专业知识，在设计过程还能增强他们独立解决问题和创新的能力。

1．对滚筒洗衣机总体分析

2．对给水系统进行设计；

3．对排水系统进行设计；

4．对洗衣机节水设计进行数学建模；

5．对洗衣机部分进行cad制图

二、毕业设计（论文）要求

1．完成不少于3000字的开题报告；

2．完成不少于3000字的外文翻译；

3．完成不少于2000字的文献综述；

4．完成不少于10000字的设计说明书；

三、进度安排

2015年1月19日-1月31日：

毕业实习，查阅文献资料，完成文献综述报告1份；

2015年3月9日-3月20日（1-2周）：

毕业实习，撰写英文文献翻译1份，完成开题报告1份；

2015年3月23日-4月3日（3-4周）：

分析、计算节水模型；

2015年4月6日-4月17日（5-6周）：

设计对各部件的总体方案；

2015年4月20日-5月1日（7-8周）：

完成对各部件总体方案的结构设计，对各部件的三维建模与二维工程图；

2015年5月4日-5月15日（9-10周）：

完成节水模型；

2015年5月18日-5月29日（11-12周）：

撰写毕业设计论文；

2015年6月1日-6月7日（13周）：

修改并完善毕业设计论文，提交毕业设计相关材料；

2015年6月8日-6月12日（14周）：

毕业答辩。

四、主要参考资料

[1]GB/T4288-2008，家用和类似用途电动洗衣机[S].

[2]韩雪涛.新型洗衣机速查宝典[M].北京：

电子工业出版社，2010.7

[3]韩雪涛.洗衣机完全精通[M].北京：

化学工业出版社，2014.2

[4]张新德，张新春.全自动/半自动洗衣机金牌维修实训[M].北京：

机械工业出版，2014.2

[5]韩雪涛，韩广兴，吴瑛.洗衣机常见故障实修演练[M].北京：

人民邮电出版社，2011.10

[6]张云坤，张新德.零基础[M].北京：

机械出版社，2012.7

[7]韩广兴.新型洗衣机故障检修学用速训[M].北京：

电子工业出版社，2011.1

[8]InternationalElectrotechnicalCommission.IEC60456-2008Clotheswashingmachinesforhouseholduse-Methodsformeasuringtheperformance[S].Switzerland:

InternationalElectrotechnicalCommission，2008

[9]Ming-langYANG，Zhong-qiangYANG.BasedontheTheoryofTRIZinInnovationDesignoftheWashingMachine.Proceedingsof2011IEEEthe18thInternationalConferenceonIndustrialEngineeringandEngineeringManagement（Volume3）.2011

指导教师签名：

年月日

专业负责人签名：

年月日

滚筒洗衣机给排水系统设计

摘要

科学技术的发展也使洗衣机迅速发展，同时资源的减少和人们所需能源的增大产生了越来越大的矛盾，以至于形成如今社会必定是一个追求更加节能、环保的社会。

而洗衣机也向着节约能源、环保健康、低噪音、体积小且轻、高智能等方向全面发展。

针对五水共治中的抓节水及现在滚筒洗衣机基本上都是上排水设计带来的污水回流、排水泵噪音大且耗电等问题，所以本论文主要内容如下：

1.综合国内外的有关文献，对滚筒洗衣机的发展历史、行业现状、发展方向、优缺点做出详细地描述；

2.根据文献、期刊了解洗衣机并进行总体分析；

3.对进水系统各部件进行设计、分析、优化；

4.对下排水系统各部件进行设计、分析、优化；

5.节水方案设计、分析；

6.cad制图并做分析；

关键词：

节能环保，高智能，噪音，节水方案

Drainagesystemdesignfordrumwashingmachine

Abstract

Developmentofscienceandtechnologyofthewashingmachineisdevelopingrapidlyandthedecreaseoftheavailableresourcesandpeoplerequiredenergy,withtheincreaseofthecontradictionthattoday'ssocietymustbethepursuitofamoreenergyefficientandenvironmentallyfriendlyprocess.Andwashingmachinetowardsthedirectionandoveralldevelopmentofsavingenergy,environmentalprotection,health,lownoise,smallvolumeandlight,highintelligenceandsoon.

Foratotaloffivewatertreatmentinthecatchwaterandnowdrumwashingmachinebasicallyarebroughtaboutbythedesignofwatersupplyandsewagedrainage,drainagepumpnoisewithlargepowerandproblems,sothemaincontentsofthisthesisareasfollows:

1.Therelevantliteratureathomeandabroad,thedrumwashingmachinedevelopmenthistory,industrystatus,developmentdirection,advantagesanddisadvantagestomakedetaileddescription;

2.Therelevantliteratureathomeandabroad,thedrumwashingmachinedevelopmenthistory,industrystatus,developmentdirection,advantagesanddisadvantagestomakedetaileddescription;

3.Thedesign,analysis,optimizationofwatersystemcomponents;

4.Thedesign,analysis,optimizationofthecomponentsunderthedrainagesystem;

5.Analysisanddesign,watersavingscheme;

6.CADmappingandanalysis;

Keywords:

Energysavingandenvironmentalprotection,highintelligence,noise,watersavingscheme

第一章绪论

1.1滚筒洗衣机的历史

19世纪80年代，世界上诞生了第一台洗衣机，制作者是美国的一位科学家。

其原理是在木质里装有六片叶片，通过手摇转动，结构及其简单，洗涤效果也不佳。

但是这个发明思路启发了后人，使得洗衣机走上了一条向前发展的道路。

20世纪初，洗衣机的动力由之前的手摇已经进化到以电动机为动力，其发明者是被美国的菲舍尔。

洗衣机从此走上了一条通向自动化的道路。

20世纪20年代初，世界上第一台搅拌洗衣机的出世并且在当时非常受欢迎。

由美国玛依塔格公司研成制成。

这种洗衣机损衣率非常低，在当时非常受欢迎，唯一的缺点就是耗电量太大。

20世纪30年代，世界上首台滚筒洗衣机诞生于德国，它的诞生对如今欧美的影响非常之大。

其优点是耗水量低并且对衣物磨损非常少，但是存在着噪音大等问题。

20世纪50年代，世界上首台波轮式洗衣机诞生于日本，它的诞生对中国这行业的发展造成巨大的影响。

其洗涤方式使得洗净度非常高，但是存在着损衣率比较高、洗涤衣物效果不是非常均匀、并且衣物容易缠绕等问题。

1.2国内洗衣机发展历程

我国的第一台洗衣机是在1979年制造的，是电机直接带动轮子，用玻璃钢制作的内筒。

之后国内的洗衣机的发展时间大致在改革开放之后，总共经过了三个过程。

第一个过程为初期的起步学习阶段，从1985年到1889年。

这一个过程主要是对日本发展相对成熟的波轮式洗衣机技术方面的引进，使国内走上了洗衣机发展的道路。

第二个过程是洗衣机技术的发展过程，从1990年到1995年。

这一过程主要是市场逐渐的激烈，洗衣机主要的发展方向是技术、质量方面的提高，以及成本的降低。

第三个过程是1995年到1998年，这个阶段主要是国外企业对我国洗衣机企业的投资，使得洗衣机行业的竞争更加激烈。

对于滚筒式洗衣机，在我国市场上一直发展缓慢，其一是价格太贵，其二是制造商盲目模仿使得滚筒洗衣机不适合中国人们的生活习惯。

对于搅拌式洗衣机，在1998年引进我国，但是市场上占不到一席之地，隐隐有退出我国洗衣机行列的趋势。

如今我国的洗衣机已经非常成熟，技术质量的提高，成本的降低，以及各种高科技、节能、环保等洗衣机的出现，使得洗衣机发展的趋势越来越明显。

如今我国洗衣机制造水平已处于全球领先地位，比较热门的品牌有海尔、松下、小天鹅、三星、西门子、三洋等。

1.3行业现状

洗衣机的功能越来越强大，主要原因是微处理器的出现，这种小型的处理器使得洗衣机有着更多的功能。

制造商把编写好的各种程序输入微处理器，可以进行多种洗涤效果，实现对于不同材料的衣物专项洗涤。

人们只需要轻松的按几个按键，就可以实现衣服的自动洗涤。

还可以在微处理器的条件下，通过对洗衣机整体结构的改进以及和电机驱动效果的配合，达到滚筒中水流的有效控制，使得衣物被洗涤的更加彻底[1]。

如今洗衣机几大新技术有如下几项：

1．不用洗涤剂技术主要是靠超声波、电解水、臭氧等三种形式实现，因为有些含磷洗衣粉会使得河水富营养化。

所以此种技术既可以减少人们的操作，也可以起到环保的作用。

2．模糊控制技术是通过智能电脑加上各种传感器来实现洗衣机的自动控制，因为洗衣的各种模式是依靠人工操作的，有了此种技术，可以通过一键操作完成洗衣的全部工作。

3．变频调速主要是通过制造不同的电流频率来实现不同的转速，有着不同流速洗涤，震动比较小，噪音低，而且转速快使得洗衣脱水的时间大大降低。

4．纳米材料技术主要是通过对筒壁，水管添加一层纳米材料，因为每次洗完后残留的水以及温度容易滋生大量细菌，当我们第二次洗衣时衣物上的细菌会严重影响人们的健康。

而纳米材料有着强杀菌效果，其通过破会细菌里面的蛋白质来实现减少细菌的滋生。

5．静音平衡主要是通过选用直流电动机、采用直接传动以及装平衡环来减少噪音的产生。

因为噪音会严重影响人们的情绪，静音平衡技术的发展是至关重要的。

6．蒸汽技术是通过把蒸汽喷到衣物的各个位置，使得衣物被更深层次的清洗，实现衣物低磨损，抗菌等效果，使得衣物的洗涤达到节能环保等效果。

7．信息技术是通过互联网与洗衣机的结合实现对洗衣机远程操控，可以在网上清除的知道洗涤过程、经过、干净程度以及洗涤结果。

[2]

1.4发展方向

未来洗衣机的技术发展必定是朝着更加节能环保、智能化、静音等方面前进。

1．节能环保：

如今人们生活水平的不断提高，对能源的需求量也越来越大，以及不可再生能源的渐渐减少，洗衣机的节能必定是一个发展趋势。

所以在未来洗衣机的发展方向必定是与节水、节电、省时环保等方面挂钩。

2．智能化：

普通功能的洗衣机已经满足不了现在人们的需求，如今人们需要的是高智能的洗衣机。

主要实现对需要洗涤的衣质、衣物的赃物的情况进行识别，对识别的结果进行合理的分析，然后会自动选择相应的洗涤剂、水量以及水流的速度进行更加高效的洗涤。

想要实现此效果，其中微处理器的发展以及传感器的发展是必不可少也是至关重要的。

3．静音：

滚筒洗衣机的优点很多，但最重要的缺点之一就是震动产生的噪音太大。

噪音会严重影响人们的生活， 所以洗衣机的静音技术必定是未来的发展方向之一。

1.5滚筒洗衣机的优缺点

如今的滚筒洗衣机大部分都装有微处理器，使得其洗衣效果更加智能化，可以实现不同衣物、不同材质的自动识别，然后进行衣物的全方位洗涤。

一般情况下，这种滚筒洗衣机都带有加热水温的功能，使得洗衣粉充分溶解，使洗衣粉中的酶能充分发挥他的去污渍能力。

虽然滚筒洗衣机普遍比波轮洗衣机要贵，不过其质量要比波轮洗衣机好很多，使用寿命会比波轮洗衣机多五年左右。

相对其他洗衣机，滚筒洗衣机的优点还有衣物基本不会缠绕、洗涤效果更加均匀、最最重要的是其磨损率要比其他洗衣机小百分之十左右，甚至其用水量只有其他类别洗衣机的三分之一左右。

还有着体积小以至于不会占用太多空间等优点。

但是存在着洗衣耗时长，耗电量比较大等缺点。

1.6本文研究重点

本文主要是通过对洗涤剂盒结构、内部水管材料、进水电磁阀工作原理、过滤器结构等等的分析与研究，对节水方案进行设计，以及排水方式选择排水阀排水，并对排水阀进行研究和优化。

通过对这些研究、优化、设计，使得滚筒洗衣机在节水、环保、健康、减噪等方面得到很大的改善。

第二章滚筒洗衣机总体分析

2.1滚筒洗衣机的结构组成

滚筒式洗衣机主要是由固定在箱体上的不同功能部件组成。

图2-1所示为滚筒洗衣机的外形结构。

图2-1滚筒洗衣机的外形结构图

市场上基本所有的滚筒洗衣机都比较复杂，其结构组成主要有洗衣机前面右上角的操作显示面板、处于中心的滚筒及前门组件、水位控制开关、处于左上角洗涤剂盒、处于底部的排水泵、上部给水电磁阀、以及处于各个部位的排水管等等。

滚筒洗衣机各辅助功能部件的布局和位置关系，主要有上平衡块、电源线、悬吊拉簧、外筒、减震器、电动机和机械传动组件等[3]。

2.2滚筒式洗衣机的工作原理

2.2.1滚筒洗衣机的工作流程

3

3.2

滚筒式洗衣机一般由六大系统组成，负责洗涤衣物的洗涤系统、负责整体的平衡减震系统、负责进出水的给排水系统、负责带动滚筒高速滚动的传动系统、以及最最重要的操作系统和控制系统等组成。

可以通过对图2-2的分析来了解洗衣过程和六个系统的作用。

1-操作面板2-洗涤剂3-内筒4-圆形前窗5-玻璃视孔6-洗涤液面7-异型密封圈8-洗涤物9-外筒排水管10-排水泵11-过滤器12-小皮带轮13-双速电动机14-传动三角带15-洗衣机排水管16-管状加热器17-外筒18-轴承与轴承座19-大皮带轮20-外筒的Y型支架21-进水电磁阀22-进水管23-自来水笼头

图2-2滚筒洗衣机的总体结构

首先是将滚筒洗衣机通上电，并且将门关上，通过操作系统中的操作显示面板输入洗涤方式、温度等人工控制指令之后，程序控制器里的程序会运行起来，首先是把相应信号传达给进水电磁阀，电磁阀线圈通电后被打开，水随着内进水管流入洗涤剂盒上盖的喷嘴，通过相应指令流入相应的洗涤剂抽屉盒内，带着相应的洗涤剂、软化剂或着漂白粉进入外筒。

随着自来水不断进入外筒，外筒水压会不断升高，水位开关紧接着开始工作，当达到设定模式所需水位值后，水位开关内部的开关触点断开，进水电磁阀铁芯就会堵住泄压口使工作停止[4]。

当进水电磁阀停止进水之后，控制系统会控制加热器紧接着加热工作，当滚筒内水温达到温度控制器的所需要的温度之后，温度控制器将相应信号发送给控制系统，紧接着控制系统会发出电动机工作命令，通过电动机转速传动使得内筒实现高速旋转。

而内筒的稳定高速旋转是依靠固定外筒四周的各种减震装置得意实现[5]。

其结构图如图2-3所示

1-减震吊弹簧2-前置平衡块3-上置平衡重块

4-平衡块稳固螺母5-减震装置6-外箱体

图2-3滚筒洗衣机支撑减震结构

当衣物洗涤初步完成时，程序控制器就会发出相应信号，紧接着排水阀的电路被打开。

排水阀开始工作使得内排水管的通道被打开，水随着排水管的倾斜依靠重力的作用排放到滚筒洗衣机外。

当滚筒洗衣机把脏水排出之后，洗衣机就开始进行衣物的脱水工作。

由主控电路控制使得电动机开始高速运转，通过传动使得内筒也高速旋转，使衣物紧贴内筒通过高速产生的离心力使水分离出衣物，达到洗衣机脱水的效果，然后通过几轮的洗漂，使得衣物的干净程度达到所需要求[6]。

2.2.2滚筒洗衣机电路控制原理

图2-4表示的是整机工作原理方框示意图。

从此图中可以明显的发现，滚筒洗衣机的各功能部件都与主控电路相连接，并且受其控制。

而人们是通过操作显示电路控制整个洗衣机。

图2-4典型滚筒式洗衣机的整机工作原理方框图

首先接通洗衣机电源，通过操作面板输入人工指令，设置需要的洗涤方式、温度等。

设置完成之后主控电路就会发出信号给进水电磁阀使其开始工作，与此同时主控电路发信号给水位开关使其进行进水量控制，当达到所需水量时就会发送信号给主控电路。

主控电路会根据接收到的信号再发送信号给加热器使其对滚筒里的水进行加热，等滚筒内水温达到所需水温时，温度传感器会把相应信号发送给主控电路。

接下来主控电路会发送信号给电动机使其运转带动滚筒滚动进行洗涤。

洗涤衣物完成时，主控电路发送信号给排水泵使其进行排水工作。

当排水完成之后，再控制电机使滚筒快速滚动，再控制电机使滚筒快速滚动，使得衣物通过离心力以及挤压脱水完成脱水工作。

2.3本章小结

本章主要是对滚筒洗衣机各功能部件的具体位置、整机工作流程、典型滚筒式洗衣机的整机工作原理方框图进行分析，使自己对滚筒洗衣机的了解更加透彻，以便于接下来的设计。

第三章滚筒洗衣机给水系统设计

3.1进水系统组成元件以及工作流程

进水系统主要是由各类进水管、洗涤剂盒、程序控制器、水位开关以及进水电磁阀等各种元件组合而成，其核心是程序控制器，是此系统的灵魂。

通过程序控制器控制进水电磁阀、洗涤剂盒以及水位开关等，协调它们之间的工作，实现洗衣机进水、水速的控制、洗涤剂的选择、以及进水量的控制。

其工作流程图如3-1下所示。

图3-1进水系统工作流程图

3.2进水管

连接水龙头的外进水管一般都是橡胶管，能在比较高的水压下工作，也具有耐腐蚀的效果，一般不宜老化。

内进水管一般由普通橡胶制成，其中一端与电磁阀相连，另一端则与洗涤剂盒连接。

进水管的外形结构设计如图3-2所示，其参数如表3-1所示。

图3-2内进水管

表3-1通常情况下内进水管各种标准需求

初始特性

扯断力

（㎏/cm

）

扯断伸长率（%）

硬度

（邵尔A）

混合材料

70

200

丁苯橡胶

耐老化试验，进水管在恒温65℃下加热65小时

-15%

-15%

耐腐蚀试验，65℃自来水中加0.05%洗涤剂试验65小时

-15%

-15%

回旋进水管一端与洗涤剂盒相连，另一端则与进入外筒的水管连接，一般是由橡胶做成，具有耐腐蚀性，主要是对自来水起导向作用。

结构尺寸如图3-3所示。

图3-3回旋进水管

3.2.1抗菌材料

为了减少进水管、内进水管、回旋进水管内残水滋生的细菌造成洗衣的二次污染，所以对洗衣管的材料添加抗菌橡塑材料达到抗菌作用。

所谓的抗菌橡塑材料是一定量的工业防霉抗菌剂加入到模压成型前的橡胶颗粒或塑料颗粒中而形成，例如苯并咪唑氨基甲酸酯，或者氨基甲酸酯防霉抗菌剂，一般抗菌剂的重量是总重量的0.02～0.1％为最佳[7]。

3.2.2其他抗菌方面

另外，还可以添加其它类物质达到抗菌成效，比如在塑料中添加纳米载银材料，纳米二氧化钛材料等等，如果为了达到可持续性抗菌，可在上述材料中再添加缓释成分，使得抗菌成分能够缓慢释放。

同时，如果需要实现抗菌性能的针对性，我们可以利用光来激励抗菌材料，并在洗衣机机体内安装发光部件，使得只有运行抗菌程序时才开启发光部件，激发抗菌性能。

本次各进水管均采用添加抗菌橡塑材料来减少细菌[8]。

3.3进水电磁阀

3.3.1FPS18.0G电磁阀简介

进水电磁阀的作用就是控制自来水的进入、停止以及控制流量，依靠程序控制器来自动控制进水电磁阀。

程序控制器的信号是通过洗衣桶里的水位信号传达而来的，通过通断电产生的电磁控制进水电磁阀的开关动作。

进水电磁阀采用的是小天鹅，格兰仕滚筒洗衣机进水电磁阀型号为FPS18.0G，为双出水进水电磁阀此电磁阀的材料为塑料，参数如下[9]：

尺寸：

公称通径：

26.2mm，进水口外径：

，出水口外径：

。

线圈电阻：

4.4-5.0KΩ。

工作电压：

220V。

耐水压：

自来水一般水压在：

0.05-1.0MPa之间，而此电磁能在2.0MPa工作环境下10min无异常。

流量特性：

0.02MPa时流量A/B:

3-5L/min；0.1-1.0MPa时流量:

A/B:

8±15%L/min。

FPS18.0G其结构如图3-4

图3-4双出水进水电磁阀的内部结构示意图

3.3.2FPS18.0G电磁阀工作原理

当电磁阀不通电时铁芯会受到弹簧向外的推力，所以电磁阀压紧橡胶阀上的泄压孔，刚好压住塑料盘和橡胶阀上的泄压孔。

此时控制腔里的水就无法流出，这样就起到了封闭效果。

如果此时通电，那么通电线圈会产生磁场克服弹簧弹力使其移动，那么泄压孔就会被打开。

由于泄压孔径比压力孔大，以至于控制腔内的自来水会很快的流出电磁阀，慢慢形成控制腔一边的水压逐渐小于进水腔一边的水压，橡胶阀和塑料盘就会被进水腔一边的水压慢慢顶开，进水电磁阀也就开始变成了进水状态。

3.3.3FPS18.0G注意事项

基本上所有的进水电磁阀都是对水压有要求的，一般进水电磁阀要求水压小于0.8Mpa。

因为如果水压大于0.8Mpa，那么线圈产生的电磁力可能小于铁芯底部所受的压力差，以至于铁芯不移动[10]。

3.4洗涤剂盒

3.4.1洗涤剂盒的组成以及喷嘴的作用

基本上所有的洗涤剂盒都是由洗涤剂盒底盖、洗涤剂盒上盖、分