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一种带激荡水流的滚筒洗衣机控制方法
A control method of a drum washing machine with surgent water flow
许升u吕艳芬^梁泉1尹悛明s方相九3
XUSheng':LV Yanfen'LIANG Quan'YIN Junming'FANG Xiangjiu'
1.青岛海尔洗衣机有限公司山东青岛266101;
2.数字化家电国家重点实验室山东青岛266101;
3.青岛海尔滚筒洗衣机有限公司山东青岛266101
1.Qingdao Haier Washing Machine Co.,Ltd.Qingdao 266101;
2. State Key Laboratory of Digital Household Appliances Qingdao266101:
3.Qingdao Haier Drum Washing Machine Co.,Ltd.Qingdao266101
摘要
洗衣粉的溶解性能付冼潘性能的提升影响较人，论述/洗衣粉溶解技术的影响w^々
应用现状，针对溶解过程中的问题，提出了一种通过激荡水流溶解洗衣粉的控制方法。基于 DEM离散相模型分析和Simcenter Test.Lab振动测试确定了激荡水流的速度，介绍了激荡水
流的具体程序控制方法，并验证了该技术方案的实际效果。
关键词
洗衣粉；溶解；激荡水流
Abstract
The dissolution of washing powder has a great influence on the improvement of washing performance. Firstly, the influencing factors and application status of washing powder dissolving technology are discussed. Aiming at the problems in the dissolution process, a control method for dissolving washing powder through turbulent water is proposed. Based on
the DEM discrete phase model analysis and Simcenter Test.Lab vibration test, the speed of
the turbulent water flow was determined, the specific program control method of the turbulent
water flow was introduced, and the actual effect of the technical solution was verified.
_____________________________________________
Washing powder; Dissolve; Surgent water flow
中图分类号：T M925.33
DOI: 10.ki.issn1672-0172.2020.05.004
i-J la
随着生活质量的提升，人们对洗衣机的品质要求不
断提高，洗衣机的洗净性能成为消费者衡量洗衣机品质
的首要衡量指标。而洗衣粉溶解问题越来越成为制约洗
净效果的一个重要因素m。各洗涤厂商通过技术研宂推
出了一系列提升洗衣粉溶解性能的方式，在•定程度上
提升了洗涤性能。但是考虑到能耗、结构成本、安装空间
等因素，提升效果性价比不高，直接影响了洗衣机各项性能指标的提高，制约了洗衣机高性能化的发展m。针对洗 衣粉溶解过程中存在的问题，本文研究了一种可以提高 洗衣粉溶解性能的控制方法，使洗衣粉快速高效的参与 洗衣过程成为可能。
2观状分析
如图丨所示为现有滚筒洗衣机的结构原理图（图1中：1-控制面板：2-洗涤剂盒；3-外筒：4-内筒：5-门体：6-泵软管；7-进水阀；8-配重；9-箱体：10-电机），洗衣 前洗衣粉被放置在洗涤剂投放盒2中，随进水过程直接 冲入洗衣筒3中，此过程仅仅起到了投放的作用，本质上 与将洗衣粉直接投入洗衣筒的做法差别不大。在国内 接入洗衣机的水多为常温自来水，难以实现洗衣粉的短 时快速溶解。
问题点：
(1) 洗衣粉落入泵软管，不参与洗衣过程
洗衣粉被投入到洗涤筒以后，尚未溶解的洗衣粉很容易随着水流滑入到与外筒连接的泵软管6中，沉到泵软 管6内的洗衣粉很难被完全溶解，再次参与衣物洗涤的 可能性较小，导致洗衣粉的浪费，影响衣物的洗净率。
(2) 在洗涤筒内被衣服包裹，不参与洗涤过程
在气温较低的情况下，洗衣粉投放后一部分会粘附在待洗的衣物上，在洗衣过程中被裹在衣物中，在接下 来的洗涤、漂洗过程中无法完全溶解，导致洗涤结束后，衣物上仍残留有洗衣粉颗粒。即便洗衣粉可以在洗涤过 程中逐渐溶解，完全溶解过程也需要占用一半的洗涤时 间，特别是一些速洗程序的洗涤时间较短，洗涤结束洗 衣粉还没溶解完全，导致洗涤效果大打折扣|21。
46
—5°C
♦150C
—350C
—45°C
—60°C
1500 1800
300研究发现洗衣粉的溶解性，除了受自身性能的影响 外，受机械力和温度的影响较大，如图2和图3所示。
冯志鹏等的研究131表明，洗衣粉的溶解效率均随温 度的升高而提高，机械力的添加可以明显提高洗衣粉的 溶解效率。针对以上的研究结论，目前洗涤行业促进洗衣 粉溶解的方式主要有以下几种：
(1) 机械力作用下的效果改进一一水流冲刷针对机械力对洗衣粉溶解的促进作用，各洗涤厂家 对洗涤剂盒的结构进行了特殊化设计。在洗涤剂投放盒 中增设搅拌叶轮，通过流入洗涤剂盒内部的水流推动搅 拌叶片旋转，促使洗涤剂发泡，加速洗涤剂的溶解，提高 洗涤剂的洗涤效果。在洗涤剂盒内部设置曲线型水流通 道和水流喷射口，从多角度对洗涤剂进行对冲溶解。该 方式需要对洗涤剂盒的结构进行复杂式设计，且对加速 洗衣粉溶解的持续时间仅短短的10 s ，作用效果有限。
(2) 温度作用下的效果改进一一洗涤水加热针对温度对洗衣粉溶解的促进作用，通过在进水管路中设置速热装置，或者在洗涤筒内部设置加热装置。速 热可以快速加热洗涤水，但是速热装置成本较高，而在洗 漆筒内部设置普通的加热装置，则会存在加热时间长、能 耗大等问题，同时洗衣粉发挥的作用也会被制约。
针对上述技术难题，本文提出了一种基于机械力的洗 衣粉速溶技术。该速溶技术可以产生一种激荡水流，进水
完毕后控制洗涤筒以大于正常洗涤转速的速度快速转筒。
3仿U 分析V 欠验投态研究
采用激荡水流的技术促进洗衣粉的溶解，要保证激 荡水流的效果及洗衣机运行的平稳性，需要确定激荡水 流的转速，本文以8公斤滚筒洗衣机为模型进行研究。
流体仿真分析：因DEM 离散相模型分析常用于模拟 少量分散的粒子的运动情况，故采用DEM 离散相模型进 行洗涤水和水中洗衣粉颗粒运动路径的分析。将内外筒 总成底部封闭，上部进水20 L ，洗衣粉颗粒用碳颗粒代 替，颗粒大小1 mm ，比重设为0.45，逆时针单向持续转动 内筒，观察洗涤水和洗衣粉颗粒的运动情况。图4为未添 加洗衣粉的工况下的洗涤水的水流体积分布，图5为添加 洗衣粉的洗涤水中洗衣粉的运动分布图。
在图4的标尺中蓝色代表水相，经分析可知从90 rpm 开始水流可以随筒转动一周，并且转速越大，筒间水分布
范围越广泛。由图5仿真结果可知转速越大，对内外筒间 底部的水流搅动作用越大，水流动越剧烈，1
20 rpm 时有 水流在凹槽和圆周洗涤区域之间进行交换，150 rpm 转速 条件下凹槽中的水流交换加剧，洗衣粉基本可以被带回 到圆周洗涤区域。
振动测试分析：增大速度可以提高洗衣粉的溶解率 和利用率，但是不能无限增大，要防止激荡水流的转速与 洗衣机总成的共振点速度带重合，同时也避免能源的浪
5
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洗衣机前部300g 偏心
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图4
水流分布水相图
图5
洗衣粉水流分布水相图
图6
共振点测试曲线
费。因此，需要进行振动测试分析来确定研究模型共振带 的速度范围。在外筒上布置PCB 三轴加速度传感器，空筒 设置单脱程序，数据处理采用2 Hz 〜1000 Hz 滤波，利用 51!11^1^1'丁681.1^11)软件采集振动曲线，在8公斤滚筒洗衣 机的前后分别设置0g ，300 g 和500 g 偏心，进行振动测试， 可知其低速共振点速度带为190 rpm 〜250 rpm 。共振点测 试曲线如图6所示。
综上，通过流体仿真分析和振动测试，最终确定激 荡水流的转速范围110 rpm 〜160 rpm 。
4激鉍水流拧制力法
本文涉及的洗衣粉速溶技术的控制方法，主要通 过洗涤过程中精准化的称重检测、偏心控制以及转速控 制，实现筒外搁浅洗衣粉的重新代入及筒内洗衣粉的完 全溶解。上述控制方法的具体流程如下|4_5]，流程图如图7 所示：
(1) 进水打湿
进水到预设水位，洗衣机以30 rpm 〜60 rpm 的速度 按照正转-停止-反转的模式反复运行，待衣物充分吸水 后，控制面板检测洗涤筒内水位的下降情况。当洗涤筒内 水位下降时，执行进水操作，直到筒内水位不再下降为 止。该操作可以保证衣物在匀布时在内筒中的充分滑动， 实现顺利快速的匀布
过程。
(2) 偏心检测
将衣物打湿后，在进行高速激荡洗涤之前，为保证筒 体总成运行的平稳性，需要进行高速前的偏心检测。进 行该项检测可以有效避免筒总成撞击箱体的问题，防止 出现零部件损坏和洗衣机整体移位的情况。
控制面板根据电机反馈的转速，来判断筒内衣物的 偏心情况，如果偏心量大于预设值，则重新执行匀布操 作，条件满足时再次执行偏心检测；如果偏心量小于预设 值，则进行后续的激荡水流操作。
(3) 高速激荡
激荡操作时的转速由偏心量的大小和负载情况来决 定，此速度大于正常的洗涤转速。洗涤水在洗涤筒内的 高速激荡拍打下，水被带起在内外筒之间快速的运动，并 有大量的水分布在外筒内壁上，再从内筒前端投放口重 新返回到内筒中。如此，洗涤水在外筒和内筒之间形成一 个循环，既可以充分溶解洗衣粉，又能让滞留在排水软 管内的水和洗衣粉被重新带回到洗衣机筒内|4'S |。
5实验研究
(1)电导率测试：
测试对象为8公斤滚筒洗衣机，激荡水流速度150 rpm ， 选取普通无磷洗衣粉40 g ，水位选择27_R 位，每隔5 mini 卖 取电导率值。电导率特性曲线图如图8所示。
由电导率特性曲线可以看出添加激荡水流操作后， 电导率随洗衣粉溶解度的增加而增加，电导率的增长速 度变快，且可以提前达到最大值。
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48
30002500
[b ：丨梁青，何云峰，中国，〇N 201210497315.2[P ], 2012-11—?8.
补水到预设水位反射率
洗前均值洗后均值反射率
洗前均值洗后均值24.1150.0323.6652.6124.4050.0724.6155.0424.4948.5324.1452.5024.4949.3524.6753.9224.1849.8123.8251.4925.3148.0324.6652.7225.74
49.9426.3653.94常规水流25.1849.94激荡水流26.1854.0225.4749.5023.7852.5925.0248.3724.8653.9425.5149.2724.5351.4524.9548.4823.6253.5824.5249.6123.1354.7024.5149.4123.2952.9424.95
50.9022.6255.03平均值24.86
49.42平均值24.26
53.36
洗净率0.389洗净率0.457洗净比  1.024
洗净比
1.202
性能提升
17.39%(2)洗涤性能测试：
测试对象为8公斤滚筒洗衣机，激荡水流速度150 rpm (洗涤持续30 s ，漂洗持续30 s )。国标负载布，混合程序 91111丨11(洗涤1〇111丨11，漂洗3次，温度40°(：，转速1200印111)，自来水温15°C ±2°C , 40 g 国标洗衣粉。测试3个周期，洗涤 性能在表1中为国标污染布洗前和洗后的反射率的平均 值。在每个测试周期结束后进行漂洗性能测试，测试结 果如表2所示。
综上，按照国标测试方式进行洗净测试，洗净性能 提升17.39%，漂洗性能提升4.32%。
6结论
本文提出了通过激荡水流的方式进行洗衣粉快速充 分溶解的方法。阐述了目前行业内通用的促进洗衣粉溶 解的方法及弊端，利用模型仿真测试确定了激荡水流的 转速参数，并通过实验验证了该方法的可行性，该方法 令洗衣机不必添加任何部件，在洗衣机结构和成本没有 变化的情况下，仅通过程序的调节，即可实现洗衣粉的充
分溶解利用，大大提高了洗净比|41。
参考文献
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[?：丨汤志鸣.全自动洗衣机新型洗衣粉速溶进水机构研究[J ].家电科 技，2019(02): 108-112.[3] 冯志鹏.洗涤剂在洗衣机环境下的溶解、去污与漂洗行为的硏究 [D ].无锡：江南大学，？013.
[4] 许升，梁青，何云峰，呂艳芬.一种带激荡水流的滚筒洗衣机控制
方法：中国，CN 201611083010.1 [P ]. 2012-11—28.■ 7
图8
电导率特性曲线图
停止水位检测，加速到80〜
100 rpm
检测筒内衣物是否平衡是
加速到110〜160 rpm ，激荡
水流溶解洗衣粉\/
重复以上1〜8次后正常洗涤
+常温激荡水流 +常温非瀲荡
溶解时间t  (min )李海涛•一种带激荡水流的滚筒洗衣机控制方法：滴定试验用滴定主洗溶滴定残留漂
漂洗液
去除率P r 每千克干燥负
测试项目
测试循环
水盐酸用量
(ml )
液盐酸用量
(ml )
洗液盐酸用置
(ml )
载中洗涤剂残 留量（g/Kgl
漂洗率Tx  H E
提升
Cycle  .10.815.2  4.276.39%0.32796.70%激荡水流测Cycle . 20.815.4  4.475.34%0.36496.30%试数据
Cycle .3
0.815.2  4.276.39%0.33896.60%平均值
0.815.27  4.376.04%0.34396.60%  4.32%
Cycle . 10.815.8  6.860.00%0.75492.40%常规水流测Cycle .20.815.8  6.860.81%0.74892.50%试数据
Cycle .3
0.815.6  6.660.27%0.74092.60%平均值
0.8
15.73
6.7
60.36%
0.747
92.60%
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表1洗涤性能测试
表2漂洗性能测试
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洗衣粉,水流,洗涤,洗衣机,溶解