赵子墨，刘相君，刘家铭，姜鑫宇

一种洗衣机自清洁技术方案

赵子墨，刘相君，刘家铭，姜鑫宇

（河北科技大学，河北 石家庄 050018）

针对家用洗衣机普遍存在的难清洁问题，设计一款可以上下活动的清洁刷，并辅以紫外线杀菌，使得在不拆卸洗衣机内筒的情况下，有效地清洁洗衣机内筒外壁和机体内侧，真正实现高清洁、无污染、低成本的绿色节能。

洗衣机；自清洁；毛刷；水电资源

1 研发背景和意义

洗衣机内筒和外筒夹层间是一个封闭的环境，在长期的使用过程中，水中的污渍会逐渐附着在内外筒夹层之间的筒壁上，堆积出一层又黑又黏的脏渍和污垢，滋生大量病菌，容易对衣物造成二次污染，影响到使用者的身体健康。

传统的清洁方式主要有两类：一种是化学清洁，利用化学洗涤剂浸泡冲洗，但由于污渍附着力强，清洁效果较差，且污染环境；另一种则是由专业人员上门拆卸清洗，虽能达到较好的清洁效果，但要耗费较多的人力、财力、物力，无法从根本上解决洗衣机的日常清洁问题。因此本团队以波轮式洗衣机为例进行研发，使用洗衣机清洁刷这一装置来完成洗衣机的自清洁功能，节省了大量的人力、财力、物力，节约了水电资源，弥补了市场上这一空白。

2 设计方案

2.1 方案构想

本设计的主要组成部分是一款为解决洗衣机清洁问题以及填补市场需求空缺而设计的洗衣机清洁刷。针对家用洗衣机普遍存在的难清洁问题，该产品可以在不拆卸洗衣机内筒的情况下，有效清洁洗衣机内筒外壁和机体内侧，实现高效清洁。设计简视图如图1所示。

图1 设计简视图

2.2 整体设计及运行流程

洗衣机清洁刷主要由清洁刷、升降转盘、丝杠传动结构、可控开关及电源、底座、步进电机及固定圆盘、吸盘稳定结构、喷淋装置、紫外线灯灭菌装置构成。清洁刷截面可视结构主要分为8个部分，如图2所示。

1—进水通道；2—分水口；3—可伸缩软管及喷淋头；4—分水槽；5—步进电机及螺纹丝杠；6—脱水桶（洗衣机内桶）；7—盛水桶（洗衣机外桶）；8—环形机械刷。

装置底座下带有3个吸盘，设有3根螺纹丝杠分别与固定圆盘、底座连接形成稳定结构，升降转盘套在三根丝杠上，其内外两侧设有环形清洁刷，毛刷尖端刚好分别接触洗衣机内桶外侧和机体内侧，3根丝杠顶端各有步进电机，3台步进电机与电源、可控开关相连。

在装置的顶端设有喷淋装置，由1根可伸缩软管与带有4个喷淋头的软管相连，环状围至并固定于升降转盘顶端。可伸缩软管另一端连接洗衣机进水口。固定圆盘顶端设有一防水紫外线灯灭菌装置。通过可控开关的控制给电源信号供电，3台步进电机同向同速转动形成扭转力，带动三根丝杠转动，利用螺纹啮合进而带动转盘升降，实现清洁刷对洗衣机内桶外侧和机体内侧的清洁。在机械刷工作同时，启动喷淋装置，冲洗机体表面污垢。工作结束后，启用紫外线灯灭菌装置。

二维截面视图如图3所示。

图3 二维截面视图

工作时，将洗衣机调至甩干工作状态，启动新命令1，产品开始运转，步进电机同时运转带动丝杠转动，升降圆盘设有3个内螺纹孔，与丝杠配合，经扭转带动圆盘匀速平稳升降。在升降圆盘降至底端之前，电路板启动新命令2，使3台步进电机匀降速至0，圆盘随之停止运动，此时升降圆盘刚好降至与底盘接触，电路板再次启动新命令3，使电机再以某一稳定动力逆向转动，并提供丝杠转速带动圆盘匀速平稳上升，在圆盘上升至顶端之前，电路板启动新命令4，使得电机匀降速至0，带动圆盘停止上升。往复启用命令1、2、3、4，实现丝杠周期性正向、逆向旋转，进而带动升降圆盘的周期升降，使得内外侧清洁刷能够进行筒壁清洁。

与此同时，在洗衣机的脱水筒外壁和盛水桶内壁形成的环状空间内的喷水装置在电路板的设定下启动清洗命令，自来水经过进水通道后通过通进水阀出水通道和连接管进入喷淋头，水通过环状喷淋头内外两侧面小孔喷射到脱水筒外壁和盛水桶内壁上进行冲洗，达到清洁洗衣机内部的目的。在甩干桶停止旋转的同时，结束清洁刷和喷水软管工作命令，电脑板启动紫外线灯打开命令，进行15 min的灭菌后，终止程序。

2.3 传动结构

产品采用了步进电机提供动力，通过丝杠和转盘之间的螺纹啮合配合使用来实现装置工作。将3台步进电机分别与3根螺纹丝杠链接，电机机身固定于固定圆板之上，保证步进电机自身的稳定性。在工作状态下，3台步进电机同时运作，步距角1.8°，步长为0.01米/步，项数为2，工作额定电压3.5 V，工作额定电流约为0.5 A，适应中速反应，扭矩约为0.4 N·m，可持续推力为336.14 N，保证了工作时稳定性。电机与内桶由隔板间隔，避免了接触水源短路的可能。自重仅为275 g，在固定圆板可支撑范围之内。接配步进电机控制器模块，配速调制在100～300 r/min之间，完成一次周期清洗约为2 min，与同类装置相比较大程度上降低了耗能。

3 结论

产品在设计上采用了物理清洁和紫外线灯灭菌技术相结合，加以少量水流喷淋冲洗，解决了洗衣机内外桶污垢难清洗这一难题。与传统清洁方式相比，本设计能有效使污垢与机体彻底分离，克服了化学制剂清洁效果差的缺点，也避免了频繁人工拆解，并运用洗衣机甩干时的自转加大物理摩擦力度，以及甩干水流辅助清洗筒壁，节水节电，是一种高清洁、自动化、低成本的绿色节能装置。

TM925.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.060

2095－6835（2020）08－0136－02

赵子墨（2000—），男，河北石家庄人，本科在读。

〔编辑：张思楠〕