滾筒洗衣機課程設(shè)計

無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） PAGE35滾筒洗衣機設(shè)計摘要：滾筒洗衣機發(fā)源于歐洲，洗衣方法是模仿綁捶擊打衣物原理設(shè)計，由不銹鋼內(nèi)筒，機械程序控制器，經(jīng)過磷化，電泳，噴涂三重保護的外殼，和兩塊笨重的水泥塊用于平衡滾筒旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大離心力做重復(fù)運動，加上洗衣粉和水把衣物洗滌凈。關(guān)鍵詞：滾筒洗衣機排水系統(tǒng)滾筒洗衣機結(jié)構(gòu)洗衣機節(jié)水目錄滾筒洗衣機排水系統(tǒng)設(shè)計 -1-續(xù)論 -1-1前言 -5-1.2滾筒洗衣機的現(xiàn)狀與趨勢分析 -5-1.2.1我國洗衣機現(xiàn)狀 -5-1.2.2滾筒洗衣機的發(fā)展趨勢 -5-1.3現(xiàn)有研究的不足及本文研究的內(nèi)容 -5-2滾筒洗衣機的總體設(shè)計 -7-2.1滾筒洗衣機的總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計 -7-2.1.1滾筒式洗衣機洗滌部分結(jié)構(gòu) -9-2.1.2滾筒洗衣機操作部分結(jié)構(gòu) -11-2.1.3滾筒洗衣機支撐部分結(jié)構(gòu) -12-2.1.4滾筒洗衣機傳動部分結(jié)構(gòu) -12-2.1.5滾筒洗衣機給排水部分結(jié)構(gòu) -12-2.2滾筒洗衣機的工作原理 -13-3XQG50-166滾筒洗衣機給排水系統(tǒng)的設(shè)計 -14-3.1給排水系統(tǒng)的總體設(shè)計 -14-3.2進水管 -16-3.3進水電磁閥 -18-3.4洗滌劑盒 -19-3.5過濾器 -21-3.6排水泵 -23-4洗衣機節(jié)水設(shè)計分析 -25-4.1問題的提出與分析 -25-4.2問題的假設(shè) -25-4.3模型的建立與求解 -25-4.4模型結(jié)果的數(shù)據(jù)比較與應(yīng)用 -32-4.5模型的優(yōu)缺點與改進方向 -33-5總結(jié) -35-謝辭 -36-參考文獻 -37-1緒論1.1課題的背景及研究意義洗衣機是利用電能產(chǎn)生機械作用來洗滌衣物的清潔電器。按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類滾筒洗衣機1932年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內(nèi)完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步！這種發(fā)源于歐洲的洗衣機是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計，利用電動機的機械做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運動，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。全面的洗滌能力鶴立雞群。因為衣物在洗滌過程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機內(nèi)洗滌，做到真正的全面洗滌性能?？梢岳眉訜峒せ钕匆路壑械幕钚悦福浞职l(fā)揮出洗衣粉的去污效能。由于用水量較小，可以在桶內(nèi)形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來理想的洗衣效果前滾筒洗衣機也有不盡人意的地方：耗時耗電，而且一旦關(guān)上門，洗衣過程中無法打開；水泵抽水不可能抽得一點都不剩所以就會殘留余水在機內(nèi)久了會發(fā)臭滋生細(xì)菌；水泵把水向上抽的時候只可以抽水出去而不可以把泡沫一同抽出，而且排水速度慢1.2滾筒洗衣機的現(xiàn)狀與趨勢分析1.2.1我國洗衣機現(xiàn)狀1.2.2滾筒洗衣機的發(fā)展趨勢滾筒洗衣機正在逐步的向高端市場發(fā)展，由原來的單純追求節(jié)水節(jié)電逐步向健康環(huán)保等方向發(fā)展。除菌概念日漸流行越來越向著功能多元化集成化發(fā)展，多功能成為未來的發(fā)展趨勢，而操作方面更加趨向去智能化和人性化1.3現(xiàn)有研究的不足及本文研究的內(nèi)容近年北方地區(qū)連續(xù)干旱，許多城市供水告急。作為日常生活中的用水大戶，洗衣機用水日益引起人們的關(guān)注，用水量成為家庭選購洗衣機的重要標(biāo)準(zhǔn)。洗衣機如何實現(xiàn)“節(jié)水”？洗衣機節(jié)約用水與洗衣機洗滌方式、洗滌劑、脫水速度、程序選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計等有關(guān)。節(jié)水并非只是限制、壓縮用水，節(jié)約用水的關(guān)鍵是提高用水效率，減少水的不合理使用和浪費。國家提倡節(jié)約用水，也應(yīng)出臺相應(yīng)的節(jié)水措施和制定節(jié)水器具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并對之宣傳，鼓勵制造廠家開發(fā)、生產(chǎn)、銷售節(jié)水型產(chǎn)品，促使消費者使用節(jié)水型產(chǎn)品。因此，以此為契機我們把節(jié)水設(shè)計作為此后洗衣機的重要參數(shù)。現(xiàn)在很多廠家都把節(jié)水作為洗衣機重要賣點，我們也加入這一行列。本文主要完成XQG50-166滾筒洗衣機設(shè)計-總體方案設(shè)計及給排水系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計原始參數(shù)為：1、洗滌容量：5kg；2、洗滌轉(zhuǎn)速：67r/min；3、脫水轉(zhuǎn)速：600r/min；4、額定電壓：220V；5、最大輸出功率：1150W；6、總重量：約80kg；7、外形尺寸：600x530x855mm；本題目將設(shè)計一種對衣料、床單等紡織物進行洗滌、脫水的全自動滾筒洗衣機。該洗衣機主要有以下幾大部分組成：主體部分(洗滌系統(tǒng))、給排水系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等。具體設(shè)計內(nèi)容為：1.了解滾筒洗衣機給排水系統(tǒng)的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計、生產(chǎn)的基本知識。2.進行滾筒洗衣機給排水系統(tǒng)的設(shè)計。3.畢業(yè)設(shè)計說明書。本次設(shè)計基本要求為：1.能獨立進行設(shè)計計算、分析、繪圖、數(shù)據(jù)處理、撰寫技術(shù)報告。2.掌握工程技術(shù)設(shè)計的基本方法，學(xué)會調(diào)查研究，查閱技術(shù)文獻、資料、手冊、工具書等。3.使用SolidEdge進行滾筒洗衣機給排水系統(tǒng)的零部件及裝配設(shè)計。4.進行指定部件設(shè)計，圖紙表達完整，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。2滾筒洗衣機的總體設(shè)計2.1滾筒洗衣機的總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計查閱資料，確定XQG50-166滾筒洗衣機的總體設(shè)計方案，進行運動和動力計算。結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：1-操作面板2-洗滌劑3-內(nèi)筒4-圓形前窗5-玻璃視孔6-洗滌液面7-異型密封圈8-洗滌物9-外筒排水管10-排水泵11-過濾器12-小皮帶輪13-雙速電動機14-傳動三角帶15-洗衣機排水管16-管狀加熱器17-外筒18-軸承與軸承座19-大皮帶輪20-外筒的Y型支架21-進水電磁閥22-進水管23-自來水籠頭圖2.1滾筒洗衣機的總體結(jié)構(gòu)歸納起來大致分為五部分：即洗滌部分、操作部分、給排水系統(tǒng)、支撐部分、電氣傳動和自動控制部分等構(gòu)成。2.1.1滾筒式洗衣機洗滌部分結(jié)構(gòu)洗滌部分主要由內(nèi)桶（不銹鋼滾筒）、外桶（盛洗滌水及裝脫水器的部件）、內(nèi)桶叉形架、轉(zhuǎn)軸及滾筒軸承等組成。內(nèi)桶及內(nèi)桶叉形架，結(jié)構(gòu)（如圖2.2和2.3）所示1.內(nèi)筒前蓋2.內(nèi)筒3.加強塊4.叉形架5.軸襯套6.內(nèi)筒主軸7.內(nèi)筒后蓋圖2.2內(nèi)筒結(jié)構(gòu)圖1.內(nèi)筒舉升筋2.內(nèi)筒前蓋3.內(nèi)筒4.圓孔5.衣物投入口圖2.3內(nèi)筒滾筒是對衣物進行洗滌、漂洗和脫水的關(guān)鍵運轉(zhuǎn)部件，其結(jié)構(gòu)對洗滌效果有著直接影響。內(nèi)桶叉形架與內(nèi)桶鉚接在一起，以支撐內(nèi)桶，其結(jié)構(gòu)（如圖2.4）所示。1.叉形架固定孔2.叉形架3.主軸圖2.4內(nèi)筒叉形架（2）外筒及外筒叉形架=1\*GB3①外筒。外筒由外桶前蓋、外筒密封圈、外筒扣緊環(huán)等組成的封閉盛水桶。外筒底部懸掛驅(qū)動電機，為調(diào)節(jié)重心而設(shè)置的平衡物也分別安裝在頂部和底部。結(jié)構(gòu)（如圖2.5，2.6）所示1.排水管法蘭2.外筒3.外筒后蓋4.外筒支板5.電動機支架6.橡膠運輸桿襯7.叉形架支架8.上配重支架9.掛簧支架10.外筒支架11.減震器支架12.加熱器支架圖2.5外筒結(jié)構(gòu)圖1.外筒2.外筒橡膠密封圈3.外筒前蓋4.外筒扣緊卡環(huán)圖2.6外筒=2\*GB3②外筒叉形架。結(jié)構(gòu)如圖2.7所示1.螺釘連接孔2.叉形架3.軸承座圖2.7外筒叉形架2.1.2滾筒洗衣機操作部分結(jié)構(gòu)操作部分包括操作盤和前門結(jié)構(gòu)，（1）操作盤操作盤由操作骨架（前面板）、程序標(biāo)牌（前裝飾面版）、琴鍵開關(guān)、程控器旋鈕及指示燈組成。（2）前門前門由門內(nèi)環(huán)、門外環(huán)、玻璃碗、密封圈、手柄、手柄按鈕、門手柄抓鉤、門手柄銷、手柄彈簧及按鈕彈簧等組成。2.1.3滾筒洗衣機支撐部分結(jié)構(gòu)支撐部分是把整個機芯與機箱及底座連接起來，能起到減震或隔震的作用。由于內(nèi)筒的直徑和質(zhì)量都很大，所以轉(zhuǎn)動起來慣性也很大，稍不平衡就會硬起振動。因此通常采用雙重支撐，使洗衣機的洗滌部件懸吊在外箱體的內(nèi)部，一是受力點均勻分布。雙重支撐上部采用的是拉伸彈簧，拉伸彈簧的一端與箱體上部相連，另一端與洗滌外筒連接，既起到了懸吊作用，尤其到了減震作用。下部采用的是彈性支撐裝置，一端與洗滌外桶連接，另一端固定在洗衣機的底座上，可同時起到支撐和減震阻尼的作用。2.1.4滾筒洗衣機傳動部分結(jié)構(gòu)傳動部分主要由電動機、皮帶輪及傳動皮帶等組成。結(jié)構(gòu)如圖所示滾筒洗衣機的內(nèi)筒不僅要以低速、高速轉(zhuǎn)動，而且還要頻繁的正反轉(zhuǎn)，由于內(nèi)筒的質(zhì)量大，所以動扭矩也要大，這些均要有電動機承擔(dān)，因此滾筒式洗衣機中對電動機的要求也較高。目前的洗衣機，廣泛采用的是電容運轉(zhuǎn)式電動機，這種電動機具有運行性能和起動性能好，過載能力強的優(yōu)點。在滾筒式洗衣機中，采用的是電容運轉(zhuǎn)式雙速電動機，它是洗衣機得主驅(qū)動力源。它由兩套繞組裝在同一定子上，使之有不同的轉(zhuǎn)速，就相當(dāng)于兩個不同轉(zhuǎn)速的電動機合為一體。在電動機上安裝的小皮帶輪是用鑄鋼制成的，而經(jīng)傳動皮帶所帶動的大皮帶輪一般為鋁合金制成。大皮帶輪與內(nèi)桶骨架轉(zhuǎn)軸固定在一起，從而實現(xiàn)內(nèi)桶的轉(zhuǎn)動。2.1.5滾筒洗衣機給排水部分結(jié)構(gòu)給排水系統(tǒng)顧名思義包括給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)。給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括，進水管、進水電磁閥、內(nèi)進水管、洗滌劑盒、回旋進水管。排水系統(tǒng)包括排水波紋管、過濾器、排水泵連接管、排水泵、排水管。2.2滾筒洗衣機的工作原理滾筒洗衣機的洗滌原理與波輪式洗衣機有所不同，滾筒式洗衣機是將被洗滌物放在多孔的不銹鋼內(nèi)筒中，內(nèi)筒裝置在盛放洗滌液的外桶里，其洗滌液面高度大約為內(nèi)筒半徑的二分之一。滾筒在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，洗滌物在滾筒內(nèi)隨之轉(zhuǎn)動。滾筒內(nèi)壁沿軸向，設(shè)置了三條凸筋（也稱舉升筋），如圖2.3所示。依靠滾桶內(nèi)三條凸筋的作用，將織物舉升到高出洗滌液面的某一高度時，內(nèi)筒轉(zhuǎn)動的時候，舉升筋把衣服帶著一起轉(zhuǎn)動，逐漸升高，當(dāng)?shù)竭_一定高度時，由于內(nèi)筒的轉(zhuǎn)速很慢，產(chǎn)生的離心力不足以克服衣服的重量，所以衣服斜著落下來，這種跌落會產(chǎn)生錘擊，把衣服里面所含的水，以較高的速度擠出來，使洗滌液與衣服纖維之間有較大的相對運動，衣服在旋轉(zhuǎn)到內(nèi)筒底部時，又重新吸進較多的洗滌液，舉升筋又將衣服帶起來。如此反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)洗滌。脫水的時候，內(nèi)筒往一個方向做高速旋轉(zhuǎn)，靠慣性離心力的作用，衣服里的水往外遷移，經(jīng)內(nèi)壁上的小孔拋散到外筒里。隨著滾筒不斷的正、反方向運轉(zhuǎn)，織物也不斷地被反復(fù)托起和落下，并不斷地與洗滌液發(fā)生撞擊。與此同時，織物與織物之間、織物與筒壁之間不斷地發(fā)生摩擦，這些作用，猶如手搓、板搓、刷洗、甩打等手工洗液的作用，達到洗凈的目的。為了提高洗凈度，滾筒式洗衣機還具有加熱功能，可以對洗滌液自動加熱，溫度可自動調(diào)節(jié)（一般控制在40℃-95℃之間），洗滌液溫度的提高又加快了分子的運動速度，加速了洗滌劑的化學(xué)作用。所以，滾筒式洗衣機是依靠上述機械、化學(xué)和熱三種作用，達到洗滌的目的。結(jié)構(gòu)如圖（2.8）所示。1.滾筒2.凸筋3.洗滌織物4.洗滌液5.盛水外桶6.電動機圖2.8滾筒洗衣機的工作原理3XQG50-166滾筒洗衣機給排水系統(tǒng)的設(shè)計3.1給排水系統(tǒng)的總體設(shè)計給排水系統(tǒng)由進水管，進水電磁閥，內(nèi)進水管，洗滌劑盒，溢水管，回旋進水管，排水波紋管，過濾器，排水泵連接管，排水泵，排水管等組成。其中給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括，進水管、進水電磁閥、內(nèi)進水管、洗滌劑盒、回旋進水管。進水系統(tǒng)如圖3.1所示。1.進水管2.進水電磁閥3.內(nèi)進水管4.洗滌劑盒組件5.回旋進水管6.外桶圖3.1進水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖排水系統(tǒng)包括排水波紋管、過濾器、排水泵連接管、排水泵、排水管。排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。本文主要對給排水系統(tǒng)進行詳細(xì)的設(shè)計，包括進水管，進水電磁閥，洗滌劑盒，過濾器，排水管等。1.排水泵連接管2.排水泵3.排水管4.外箱體5.過濾器6.過濾器網(wǎng)7.排水波紋管8.外桶圖3.2排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.2進水管進水管是由兩端帶有緊固螺紋管接頭的橡膠管制成，耐腐蝕，耐老化，耐高水壓。一端與洗衣機上的進水電磁閥連接，另一端與自來水龍頭連接。內(nèi)進水管是連接電磁閥與洗滌劑盒的進水管道，用普通橡膠制成。結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸如圖3.3和表3.1所示。圖3.3內(nèi)進水管表3.1內(nèi)進水管設(shè)計要求初始特性顏色扯斷力（㎏/cm）扯斷伸長率(%)硬度(邵爾A)混合材料黑70200丁苯橡膠人工老化試驗恒溫箱中70℃加熱70小時-20%-20%70℃水中加入0.05%標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑進入試驗70小時-20%-20%回旋進水管，是連接洗滌劑盒出水口與盛水桶（外桶）進水口的橡膠管，用耐酸堿橡膠制成，自來水由該管進入盛水桶內(nèi)。結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.4所示。圖3.4回旋進水管3.3進水電磁閥在全自動滾筒洗衣機中，進水電磁閥起著控制水源開關(guān)的作用。結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。電磁閥門上有一電磁線圈，線圈內(nèi)有一圓柱形可磁化的防銹金屬芯，設(shè)接通電源時，鋼芯被上端的彈簧壓住，密封住閥中的氣體，閥門是關(guān)閉的。接通電源后，由于電磁力的作用，閥芯被吸引，閥中的氣孔被打開，自來水通過自身的壓力，將閥門打開，水從閥中流過。斷電后，閥芯又被彈簧壓下封住氣孔，閥門緊閉。所以要想打開進水電磁閥必須具備兩個條件：一要有相應(yīng)的電源電壓，二是自來水要有一定的壓力。1-接線端子2-鐵芯3-線圈4-上蓋5-封水班6-橡膠封7-出水口8-導(dǎo)向桿9-閥體10-流量閥11-過濾網(wǎng)12-橡膠墊13-磁芯14-彈簧15-磁芯套圖3.5進水電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖3.4洗滌劑盒它是由洗滌劑盒上蓋，分水聯(lián)動機構(gòu)，洗滌劑盒骨架，洗滌劑盒抽屜組成。洗滌劑盒上蓋內(nèi)有分水槽和噴嘴組成。當(dāng)自來水進入洗滌劑盒上蓋內(nèi)時，由噴嘴根據(jù)程序指令將水噴到指定的水槽內(nèi)，水又由該水槽中的小孔流下，流到洗滌劑盒抽屜里，進入洗衣機盛水桶內(nèi)。結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。分水聯(lián)動機構(gòu)，是洗滌劑盒與程序控制器之間的連接機構(gòu)，它是由小扇齒輪，大扇齒輪，摩擦墊，杠桿臂，控制桿，噴嘴六種塑料件和彈簧組成，安裝在洗滌劑盒上蓋和程控器之間，它的一端與洗滌劑盒上蓋噴嘴柄連接，另一端與程序控制器分水凸輪接觸。當(dāng)程序控制器工作時，凸輪控制分水聯(lián)動機構(gòu)，由自來水按照程序要求，自動分配進水。結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。洗滌劑盒抽屜，分ABCD四格，不同的格內(nèi)放入不同的洗滌劑，A格放預(yù)洗洗滌劑，B格放主洗滌劑，C格內(nèi)放軟化劑，D格內(nèi)放漂白粉或香料。各格內(nèi)的洗滌劑被洗滌劑盒上蓋內(nèi)留下的水按需要先后沖入盛水桶內(nèi)。結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。圖3.6洗滌劑盒組件結(jié)構(gòu)圖圖3.7分水杠桿圖3.8洗滌劑盒抽屜3.5過濾器過濾器是由過濾器體，過濾器網(wǎng)，過濾器塞子和過濾器密封圈這四種零件組成。其中過濾器體和過濾器網(wǎng)是由聚丙烯加40%的滑石粉注塑成型。過濾器密封圈采用耐酸堿橡膠制成，它們固定在箱體右下方，打開過濾器門就可看到。如圖3.9所示。圖3.9過濾器密封圈過濾器塞子由ABS注塑成型。結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。圖3.10過濾器塞子過濾器體有四個孔，最大的孔通過排水管與排水泵連接；最細(xì)的孔是氣孔，通過一根氣管與鼓風(fēng)室相連；其余兩個孔，一個是通過排水波紋管與外桶相連，另一個是通過以橡膠管與冷凝室相連。它的作用是過濾洗滌液中絨毛，鈕扣，硬幣等雜物，以免堵塞管道和損壞排水泵。過濾器安裝在洗衣機外向體的右下方，可以定期打開過濾網(wǎng)清洗雜物，保證排水暢通。如圖3.11所示。圖3.11過濾器體過濾器體總裝配圖，如圖3.12所示。圖3.12過濾器裝配3.6排水泵滾筒式全自動洗衣機的排水方式一般采用上排水方式，且不設(shè)排水閥門，而是排水泵進行排水。排水泵體由塑料注塑成型，揚程一般在1.5米左右，排水量約為25L/分，安裝在洗衣機外向體內(nèi)的右下方，（結(jié)構(gòu)如圖3.13）所示。1-導(dǎo)線2-接線端子3-葉輪式螺釘4-水泵進水口5-葉輪式6-水泵排水口7-安裝支架8-定子鐵芯9-風(fēng)葉圖3.13排水泵結(jié)構(gòu)示意圖排水泵是由電機，泵體，葉輪，風(fēng)葉等組成。在電機帶動下，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將水加壓上排。排水泵的動力源采用開啟式單相罩極電動機驅(qū)動，功率為90W，排水泵電動機有過熱保護器，當(dāng)排水泵堵轉(zhuǎn)，溫L過高或出現(xiàn)異常時，過熱保護其動作，電路自動切斷，停止對排水泵線圈供電。待溫度下降后，過熱保護器又自己接通，排水泵繼續(xù)工作。所以該排水泵有極好的耐熱性能和安全性能，是國內(nèi)其他洗衣機所沒有的。排水泵連接管用耐酸堿橡膠制成，是過濾器和排水泵之間的連接管，其兩端的卡環(huán)分別卡在過濾器和排水泵的進水口上，結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。圖3.14排水泵連接管排水管是一種用橡膠和塑料復(fù)合而成的塑料橡膠管，耐酸堿，耐老化，耐高溫，抗彎折。它的一端用卡環(huán)卡在排水泵的出水口處，另一端有一彎鉤，可直接掛在水池邊沿，洗衣機里的廢液通過排水泵由排水泵管排出機外。4洗衣機節(jié)水設(shè)計分析4.1問題的提出與分析我國淡水資源有限,節(jié)約用水人人有責(zé)。洗衣服在家庭用水中占有相當(dāng)大的份額,因此節(jié)約洗衣機用水十分重要。假設(shè)在放入衣物和洗滌劑后洗衣機的運行過程為:加水-漂洗-脫水;加水-漂洗-脫水;加水-漂洗-脫水(稱“加水-漂洗-脫水”為運行一輪)。我們需要解決的問題就是在滿足一定洗滌效果的條件下,確定一次洗滌衣物所需運行的輪數(shù)和每輪加水量,使總的用水量最少從而達到節(jié)水的目的。目前,洗衣機的類型較多,但它們的工作原理基本相同:一方面靠各種機械力(包括水的上下翻滾、渦旋與器壁相撞產(chǎn)生的力)的作用去污;另一方面這種機械力又加強了洗滌劑對塵污的濕潤、乳化、分散、增溶和脫離等基本去污功效。整個洗滌過程,我們可認(rèn)為洗滌劑能和衣物上的全部塵污充分發(fā)生反應(yīng),使之乳化為可溶于水的微粒,并且在各輪清洗中,該微粒在各種機械力的作用下均勻擴散到水中。對于衣物的洗滌效果,我們可以分別從洗滌后衣物上塵污的相對含量和絕對含量兩方面進行考慮。4.2問題的假設(shè)根據(jù)問題的背景和考慮問題簡便起見,我們作如下幾點假設(shè):(1)洗滌劑一次性加入,即洗衣機的整個洗衣過程為一輪洗滌(加洗滌劑),多輪清洗(不加洗滌劑)；(2)洗滌劑的加入量適當(dāng),即洗滌劑能與衣物上的全部塵污發(fā)生反應(yīng),生成溶于水的乳化微團,但不過量,不轉(zhuǎn)變成塵污；(3)每一輪漂洗中,殘留于衣物中的塵污成分都能均勻擴散到水中；(4)衣物中所含塵污的體積和重量相對于水來說可忽略；(5)每一輪漂洗后水溶液密度近似取為1千克/升。4.3模型的建立與求解對于衣物的洗滌效果,我們可從衣物洗滌后所含塵污的相對含量進行評價。先給出如下定義:塵污比:第n輪漂洗脫水后衣物上所含塵污量與未洗滌前衣物上所含塵污量m之比,記為α。即α=(4.1)衣物的塵污程度和洗滌的干凈程度本是模糊的概念,為便于評價,我們引入塵污比閾值α，并認(rèn)為當(dāng)α≤時,使達到了洗滌效果。這里先解釋一下洗衣機的一個性能參數(shù):脫水率洗滌前干衣物重量與脫水后衣物重量之比值,即r=(4.2)式中，r-洗衣機的脫水率，為常數(shù)；W—洗滌前干衣物的重量；W—脫水后衣物的質(zhì)量。脫水后衣物所含塵污水溶液的體積為V===W（）(4.3)式中，V—脫水后衣物所含水溶液的體積；—水溶液的容重，取=1kg/L。根據(jù)假設(shè)3可知第i輪漂洗過程中，水溶液所含的塵污量應(yīng)等于（i-1）輪漂洗脫水后衣物中所含塵污量，于是：m=(4.4)遞推可得m===…=(4.5)式中m—第i輪漂洗脫水后衣物中所含塵污量（2）；m—為洗滌前衣物所含塵污量。洗衣機的用水量跟機器性能有關(guān),有兩個限制:(1)保證洗衣機能正常運轉(zhuǎn)的最小水量V；(2)受洗衣缸容量限制的最大水量V；其中保證洗衣機正常運轉(zhuǎn)的最小水量V與需洗滌衣物的重量有關(guān),可以為滿足關(guān)系：V=a+b(4.6)根據(jù)以上分析，我們首先建立模型I如下：目標(biāo)函數(shù)minf=(4.7)結(jié)束條件V(4.8)f:總的用水量；V：各輪加水量（1。該模型的求解需要洗滌輪數(shù)n和各輪加水量V（1，使總用水量f最少。我們利用求極值的方法，在固定n的情況下，求出局部最優(yōu)解，再以n為變量，求出全局最優(yōu)解。對于一定的n,根據(jù)定理對于Vx,x,,有x,x,(4.9)當(dāng)且僅當(dāng)時x=，取等號。對目標(biāo)函數(shù)進行變換f=有f又由約束條件可得V所以當(dāng)V=V+V=時取等號，此時minf=n()-V+V(4.10)當(dāng)視n為變量時，(4.10)式對n求導(dǎo)：又可知，f在n上單調(diào)遞減。這說明在沒有邊界條件限制下，漂洗輪數(shù)越多，總用水量f越少?？紤]極限情況：當(dāng)n(0<<1)有羅必塔法則可求得Li(4.11)此時V事實上，用戶要使用水量最小，則要求每一滴水都充分利用，即使脫去的水溶液含污量盡量大，極限情況正說明了這一點。當(dāng)有邊界約束時由V(4.12)得n令n]符號“[Z]”表示取不大于Z的最大整數(shù)。當(dāng)n=n且無邊界約束時最小用水量為f=當(dāng)n=n+1時，必然有各輪加水量為,使總用水量最小，為f=模型的解與下面兩個條件有關(guān)(1)V(4.13)(2)ff(4.14)f:洗n輪無邊界約束時第i輪加水量總和的用水量(2)；f:洗(n+1）輪第i輪加水量和總的用水量(2)。當(dāng)條件(1)、(2)同時滿足時，模型的解為：n=nV=V-Vf=n當(dāng)條件(1)(2)不能同時滿足時，模型的解為:n=n+1V=VVVf=(n模型Ｉ的結(jié)果與實際情況有很多相同之處,但其對洗滌效果采用衣物的塵污比進行評價,有一些不妥之處。因為采用塵污比閾值進行控制,會使原來很臟的衣物洗滌后不能達到用戶要求的干凈程序;而對較干凈的衣物用相同的塵污比閾值進行控制,又沒有必要。因此我們考慮采用衣物上塵污的絕對含量評價洗滌效果。設(shè)衣物的總表面積為S,衣物上的塵污量顯然應(yīng)與其表面積S成正比，也與衣物的重量W成正比，可設(shè)：m(4.15)第n輪洗滌后，衣物上塵污可認(rèn)為均勻分布于表面，與面積S成正比。m(4.16)式中：k—塵污系數(shù)；—衣物的單位面積塵污量。則(4.17)引入衣物單位面積塵污量閾值并認(rèn)為當(dāng)時,達到洗滌效果。建立模型Ⅱ如下:目標(biāo)函數(shù)minf=(4.18)結(jié)束條件V(4.19)模型Ⅱ的求解方法與模型I

相同，略。4.4模型結(jié)果的數(shù)據(jù)比較與應(yīng)用每次洗滌的衣物量,由資料統(tǒng)計可得如下四個期望值:Wd=1kg單身家庭-次所洗衣量Wd=1.5kg三口之家-次所洗衣量d=2kg五口之家-次所洗衣量Wd=3kg洗較重的衣物如毛毯等衣物的塵污系數(shù)K=0.05較臟衣物K=0.02一般衣物K=0.01較凈衣物衣物單位面積塵污量閾值β=0.0001洗衣機最大用水量取為V=50升洗衣機脫水率r=50%由數(shù)據(jù)統(tǒng)計,借助Mathematical軟件包擬合得洗衣機最小用水量V=17.9515+6.7633Wd升,模型Ⅰ的求解結(jié)果見表4.1。表4.1模型Ⅰ的求解結(jié)果塵污比閾值洗滌量1kg1.5kg2kg3kgn=2n=2n=2n=2f=49Lf=56Lf=63Lf=76Lv=25Lv=28Lv=31Lv=38Ln=2n=2n=2n=2f=49Lf=56Lf=63Lf=82Lv=25Lv=28Lv=31Lv=42Ln=3n=3n=3n=2f=74Lf=84Lf=94Lf=115Lv=25Lv=28Lv=31Lv=38L用戶根據(jù)自己所洗衣物的重量和塵污程度選擇相應(yīng)的洗衣操作程序。模型Ⅱ求解的洗衣機運行程序結(jié)果見表4.2。表4.2模型Ⅱ的求解結(jié)果塵污系數(shù)洗滌量1kg1.5kg2kg3kgn=2n=2n=2n=2f=49Lf=56Lf=63Lf=76Lv=25Lv=28Lv=31Lv=38Ln=2n=2n=2n=2f=49Lf=56Lf=63Lf=82Lv=25Lv=28Lv=31Lv=42Ln=2n=2n=2n=3f=49Lf=56Lf=71Lf=115Lv=25Lv=28Lv=37Lv=38L從表中數(shù)據(jù)來看,隨衣物的塵污程度和洗衣量的增加,用水量呈增大趨勢,這與實際相符。4.5模型的優(yōu)缺點與改進方向優(yōu)點:本模型具普遍適用性,可根據(jù)實際情況確定不同的參數(shù)S、K、M,從而得出相應(yīng)的洗衣程序。缺點與改進方向:對洗滌和漂洗衣物的時間只作了比較籠統(tǒng)的定性分析,其實也可根據(jù)實際情況設(shè)計出最優(yōu)的漂洗時間.若能在考慮洗衣機節(jié)水的同時還能與洗衣機的節(jié)電、節(jié)能、省力、省時、噪聲污染等方面進行綜合考慮,應(yīng)有更符合要求的、更合適于實際需要。模型假設(shè)中設(shè)衣物上的污物全溶于溶液,事實上是不可能的.它應(yīng)該用洗凈度或洗凈比來衡量,并建立與模型有關(guān)的數(shù)量關(guān)系.為了客觀地衡量洗衣效果,還考慮是否有必要對衣物進行人工搓洗.在模型中對的上下限規(guī)定。實際上是依賴于洗衣機的類型、新舊和被洗衣物的種類、數(shù)量、質(zhì)量和布料等,而上下限的不同,有時對洗衣模型的解答會有很大影響.附錄K值確定的參考方法用K來刻畫洗滌效果,其值可以經(jīng)實驗來測定出.現(xiàn)在比較通用的標(biāo)準(zhǔn)是用漂洗比來衡量洗凈效果.所謂漂洗比就是指在規(guī)定試驗條件,漂清被洗衣物上所含洗滌劑和污垢的能力,測定漂洗比時常用2%的氯化鈉溶液代替洗滌液作為原液,則在一定溫度下,C=2%，漂洗比為式中A表示原液的電導(dǎo)率,B為漂洗后液體的電導(dǎo)率,e為自來水的電導(dǎo)率,k=0.9為漂洗系數(shù)。上述過程實際上就是k值的確定過程,國家規(guī)定的數(shù)值是一種通用標(biāo)準(zhǔn),所以B=A–0.9(A-e),而溶液在濃度很稀時,其電導(dǎo)率和濃度的關(guān)系為:B=是一個標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)公式,是常數(shù),是溶液的摩爾濃度.所以,當(dāng)期望得到某種洗滌效果時,可查出值,從而得出B值,由B又可計算得出，對進行單位換算,可得出漂洗后溶液的百分比濃度此時K值也就確定出了,K=/。 5總結(jié)經(jīng)過一個多月的努力，滾筒式洗衣機給排水系統(tǒng)設(shè)計進給系統(tǒng)設(shè)計論文終于完成在整個設(shè)計過程中，出現(xiàn)過很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了，在不斷的學(xué)習(xí)過程中我體會到：寫論文是一個不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初剛寫論文時滾筒式洗衣機給排水系統(tǒng)設(shè)計認(rèn)識到最后能夠?qū)υ撛O(shè)計有深刻的認(rèn)識，我體會到實踐對于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白理論，沒有經(jīng)過實踐考察，對知識的理解不夠明確，通過這次的畢業(yè)設(shè)計，真正做到理論實際相結(jié)合?？傊?，通過畢業(yè)設(shè)計,我深刻體會到要做好一個完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對待要解決的問題，