滚筒洗衣机给排水系统设计设计

a

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

a

a

2015 年 6 月10 日

a

a

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

学生姓名 黄辉 学 号

指导教师 田敬 单位/职称 机械工程学院/讲师

课题来源 成果类型 论文/图纸 科研课题

机械设计制造及其

自动化11级2班

4110111231

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

a

a

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。

a

a

四、主要参考资料

[1] GB/T 4288-2008，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] International Electrotechnical Commission. IEC 60456-2008 Clothes washing machines for

household use-Methods for measuring the performance[S]. Switzerland:International

Electrotechnical Commission，2008

[9] Ming-lang YANG，Zhong-qiang YANG. Based on the Theory of TRIZ in Innovation Design of the

Washing Machine. Proceedings of 2011 IEEE the 18th International Conference on Industrial

Engineering and Engineering Management(Volume 3). 2011

指导教师签名： 专业负责人签名：

年 月 日 年 月 日

a

a

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

a

a

Drainage system design for drum washing machine

Abstract

Development of science and technology of the washing machine is

developing rapidly and the decrease of the available resources and people

required energy, with the increase of the contradiction that today's society

must be the pursuit of a more energy efficient and environmentally

friendly process. And washing machine towards the direction and overall

development of saving energy, environmental protection, health, low

noise, small volume and light, high intelligence and so on.

For a total of five water treatment in the catch water and now drum

washing machine basically are brought about by the design of water

supply and sewage drainage, drainage pump noise with large power and

problems, so the main contents of this thesis are as follows:

relevant literature at home and abroad,the drum washing mac

hine development history,industry status,development direction,advant

ages and disadvantages to make detailed description;

relevant literature at home and abroad, the drum washing m

achine development history,industry status, development direction, a

dvantages and disadvantages to make detailed description;

3. The design, analysis, optimization of water system components;

a

a

4. The design, analysis, optimization of the components under the

drainage system;

5. Analysis and design, water saving scheme;

6. CAD mapping and analysis;

Keywords: Energy saving and environmental protection,high intell

igence,noise,water saving scheme

a

a

目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................ 1

1.1 滚筒洗衣机的历史 ............................................................................................. 1

1.2 国内洗衣机发展历程 ......................................................................................... 1

1.3 行业现状 ............................................................................................................. 2

1.4 发展方向 ............................................................................................................. 3

1.5 滚筒洗衣机的优缺点 ......................................................................................... 3

1.6 本文研究重点 ..................................................................................................... 4

第二章 滚筒洗衣机总体分析 .................................................................................... 5

2.1 滚筒洗衣机的结构组成 ..................................................................................... 5

2.2 滚筒式洗衣机的工作原理 ................................................................................. 5

2.2.1 滚筒洗衣机的工作流程 .............................................................................. 5

2.2.2 滚筒洗衣机电路控制原理 .......................................................................... 7

2.3 本章小结 ............................................................................................................. 8

第三章 滚筒洗衣机给水系统设计 ............................................................................ 9

3.1 进水系统组成元件以及工作流程 ..................................................................... 9

3.2 进水管 ................................................................................................................. 9

3.2.2 抗菌材料 .................................................................................................... 10

3.2.3 其他抗菌方面 ............................................................................................ 11

3.3 进水电磁阀 ....................................................................................................... 11

a

3.3.2 FPS18.0G电磁阀工作原理 ........................................................................ 12

3.3.3 FPS18.0G注意事项 .................................................................................... 12

3.4 洗涤剂盒 ........................................................................................................... 12

3.4.1 洗涤剂盒的组成以及喷嘴的作用 ............................................................ 12

3.4.2 分水联动机构 ............................................................................................ 13

3.4.3 洗涤剂盒抽屉 ............................................................................................ 13

3.5 水位开关 ........................................................................................................... 14

3.5.1 水位开关简介 ............................................................................................ 14

3.5.2 水位开关工作原理 .................................................................................... 14

3.6 本章小结 ........................................................................................................... 15

第四章 滚筒洗衣机排水系统设计 .......................................................................... 16

4.1 过滤器 ............................................................................................................... 16

4.2 排水管 ............................................................................................................... 17

4.3 排水阀 ............................................................................................................... 18

a

5.1.2 变量定义 .................................................................................................... 20

5.2 建立模型 ........................................................................................................... 21

5.2.1 溶解特性和动态方程 ................................................................................ 21

5.2.2 优化模型 .................................................................................................... 21

5.3 分析与求解 ....................................................................................................... 22

5.4 仿真 ................................................................................................................... 24

5.4.1 数据 ............................................................................................................ 24

5.4.2 结果 ............................................................................................................ 24

5.5 结论和讨论 ....................................................................................................... 25

5.5.1 若干结论 .................................................................................................. 25

5.5.2 讨论 .......................................................................................................... 25

a

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。

a

a

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。如今洗衣机几大新技术有如下几项：

[1]

a

a

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。

a

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

a

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。

a

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]

a

a

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

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

a

a

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。其结构图如图2-3所示

[5]

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

a

a

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

a

a

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。

a

下所示。

图3-1 进水系统工作流程图

水龙头

进水管 进水电磁阀 内进水管 洗涤剂盒

程序控制器 水位开关 外筒 回旋进水管

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

扯断力 扯断伸长率(%) 硬度 混合材料

初始特性 (邵尔A)

（㎏/cm）

2

a

a

丁苯橡胶

耐老化试验，进水管

在恒温65℃下加热65小

时

耐腐蚀试验，65℃自

来水中加0.05%洗涤剂试

验65小时

70 200

-15% -15%

555

5

-15% -15%

10

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

a

a

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

3.3.1 FPS18.0G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：

26.3±0.2mm

12±0.2mm

。

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。

a

a

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/mi

n。

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

3.3.2 FPS18.0G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。

3.3.3 FPS18.0G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

a

a

[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、分水联动机构

以及洗涤剂盒抽屉等组成。而分水槽和喷嘴通常情况下其位置是在洗涤剂盒上盖

的。其中喷嘴的作用就是根据程序控制器发出的指令，将进入到洗涤剂盒上盖的

自来水转到指定的水槽内与需要的洗涤剂混合，起到控制自来水流向的作用。喷

嘴的结构图如图3-5所示

图3-5 喷嘴结构图

3.4.2 分水联动机构

喷嘴的转动是靠分水联动机构来执行，而分水联动机构又是根据程序控制器

的指令来执行，所以分水联动机构相当于程序控制器和洗涤剂盒的纽带。一般情

况下分水联动机构是由小扇齿轮、摩擦垫、大扇齿轮、杠杆臂、控制杆、喷嘴等

组成。通常情况下分水联动机构会安装在洗涤剂盒上盖与程序控制器之间，便于

实现三者之间的控制。当需要分水联动机构工作时，程序控制器上的凸轮就会控

制分水联动机构

a

，分水联动机构再控制喷嘴达到自来水自动分配水域的效果。结构如图3-6

[11]

所示。

图3-6 分水杠杆

3.4.3 洗涤剂盒抽屉

滚筒洗涤剂盒抽屉作用就是存储各种洗涤剂盒以及其他物质，通常情况下洗

涤剂盒抽屉有四格空间，一般情况下A格里面放预洗的洗衣液或洗衣粉、B格里面

放主洗的洗衣液或洗衣粉、C格里面放软化衣物的软化剂、D格里面一般放漂白衣

物的漂白粉或香料等。各种洗涤剂、漂白粉或香料会根据需要通过喷嘴转过来的

水依次流入洗衣桶。其结构如图3-7所示。

图3-7 洗涤剂盒抽屉

a

a

3.5 水位开关

3.5.1 水位开关简介

滚筒洗衣机上使用的水位开关一般情况下为多水位开关，其内部结构主要由

气室、橡胶阀、塑料盘、控制架、各触点、调压螺母等组成。通过调压螺丝调节

水位开关两端的触点高低来达到所需要的水位。其结构如图3-8所示

图3-8 通用多水位开关的内部结构图

3.5.2 水位开关工作原理

当外筒里未开始注水时，水筒里的气压不够所以水位开关里的控制架不会做

出相应动作。当滚筒里进水时，因为水位的升高以至于筒内的气压增大，气室口

的气压也跟着增大，气压增大到一定程度后会推动橡胶阀上的塑料瓶使控制架向

上提。当达到所需要的水位后控制架会刚好上升到使常闭触点碰到公共触点。常

开端会根据连接线发送电信号通知程序控制器表示已到达所需要的水位，然后控

制器就关闭发送给进水电磁阀的信号使其停止。之后就进入洗涤衣物环节，停止

其他工作。

[12]

a

a

3.6 本章小结

本章主要是对滚筒洗衣机的各进水管材料进行优化，对进水电磁阀进行选择

及其工作原理进行讲解，对洗涤剂盒某些部件的工作流程进行讲解，对水位开关

的工作原理进行讲解等。对进水管、回旋进水管、洗涤剂盒进行CAD设计。

a

a

第四章 滚筒洗衣机排水系统设计

4.1 过滤器

一般情况下过滤器是由过滤器塞子、过滤器网、过滤器体和过滤器密封圈这

四种零部件组合而成。其中过滤器体是由聚丙烯混合40%的滑石粉注塑成型而过

滤器网是由合成纤维制成。过滤器密封圈通常是用橡胶制成，一般情况下过滤器

放在滚筒洗衣机右下方。过滤器网要经常拿出来清洗，要不然过滤器网被堵塞造

成洗衣机排水缓慢或者无法排水等现象。其中密封圈结构示意图如4-1所示。

图4-1 过滤器密封圈

过滤器塞子主要的作用就是使过滤器网固定在过滤器体上，防止过滤器网由

于水流或者杂物使其倾斜。其原理是通过外螺纹与过滤器体螺纹连接，通过内螺

纹与过滤器网柄部连接。通常情况下过滤器塞子则是用abs注塑而成。其结构如图

4-2所示。

a

a

图4-2 过滤器塞子

通常过滤器体带有四个开口，其中与排水阀相连的是最大的口，通过排水管

连接导通；最小的则是气口，与鼓风室相连；剩余的两个开口，一个是通过出水

管与外筒相连，而另一个开口是通过合成橡胶管与冷凝室相连。过滤器的作用就

是过滤水中的线毛，钮扣，硬颗粒物等杂物，以免堵塞排水管。过滤网需要经常

人工清理，要不然会造成杂物堵塞。如图4-3所示。

图 4-3 过滤器体

通过将密封圈、滤网、器体和塞子等装配起来，其整体结构图如4-4所示。

a

a

图4-4 过滤器装配

4.2 排水管

内排水管是连接过滤器与排水阀的管道，用普通橡胶制成。此次设计与进水

管的设计相同，同样是加入抗菌材料，因为排水管的污水残留尤为多，容易滋生

细菌。且此次的排水管采用倾斜式设计，这样能利用重力让污水尽可能快的留出

洗衣机。结构设计与参数与进水管相同。

[13]

4.3 排水阀

4.3.1 排水阀与排水泵的比较

现在的滚筒洗衣机都是靠排水泵进行上排水方式，优点是当滚筒洗衣机旁边

没有地漏时可以把水排入水槽里，还有就是对洗衣之后较干净的水进行2次利用。

但是排水泵存在缺点非常之多，由于是上排水设计，在二次洗衣时会存在着外排

水管里的水回流对衣物再次污染的情况，而且由于排水泵的工作方式，他是靠叶

片不停转动，所以存在着耗电量大以及风扇转动产生大量的噪音。而排水阀能有

效解决这些问题，唯一缺点就是排水阀只能让洗衣机下排水，以至于不能对废水

进行二次利用，但是滚筒洗衣机本身就超级节水

a

a

以至于这个问题不太严重。这些情况就是本次采用排水阀下排水方式的原因。

4.3.2 排水阀的种类和选择

1．电磁铁牵引式排水阀，其主要是由电磁铁牵引器、衔铁、拉杆、导套、弹簧、

橡胶阀等零件组合而成。

2．电动机牵引式排水阀主要是由电动机牵引器、牵引钢丝绳、挡块、离合器牵动

臂、导套、弹簧等组成。其电动机牵引器由多种零件组合而成比较复杂。

本次论文设计采用结构相对简单的电磁铁牵引式排水阀，其结构图如4-5所

示。

图4-5 电磁铁牵引式排水阀整体结构图

4.3.3 电磁铁牵引式排水阀的工作原理

当排水阀尚未工作时，拉杆接触导套，内弹簧弹力过小不能使橡胶阀移动，

但是可以将电磁铁牵引器的拉杆紧紧抵在导套上。这种状态下水流不通。

当排水阀开始工作时，由于通电产生的电磁吸引衔铁，再通过拉杆使内弹簧

拉伸产生大于外弹簧的弹力时，橡胶阀就开始朝着电磁铁牵引器移动。那么排水

通道就会被慢慢打开水就从排水管流出。等滚筒里的水排完时，电磁牵引器断电，

a

4.3.4 降低电磁铁牵引式排水阀噪音的方法

本次设计采用各方面都比较优越的电磁阀排水方式，但是排水电磁阀工作环

境比较潮湿，电磁阀铁芯会产生气隙以及生锈，线圈受到潮气的作用，绝缘性大

大下降，当排水电磁阀开始工作时，其本身就会发出滋滋的噪声。可以通过使用

以下方式改善这一类问题。

首先要做的是拆下洗衣机的排水电磁阀，取出电磁阀中的线圈和铁芯并放在

恒温烘箱内，调节恒温箱温度为70~80℃之间，烘烤1小时后取出再把线圈和铁芯

放入绝缘清漆内浸泡10分钟左右，之后取出，再次把有着绝缘清漆的铁芯和线圈

放入烘箱内烘干和固化。检查后，就可以将处理过的铁芯和线圈按原来的方式装

在洗衣机上，洗衣机排水阀工作嗡嗡声消除，洗衣机正常工作。

处理过的铁芯和线圈组成的排水阀，成功防止了锈蚀，消除了气隙，以及提

高了绝缘性，减少了排水阀产生的噪声，延长了排水阀的使用寿命。

4.4 本章小结

本章主要是对过滤器的组成及其作用进行讲解，对排水方式采用更优的排水

阀排水，以及对排水阀的优化。对过滤器进行CAD设计。

a

a

第五章 节水方案设计并计算分析

5.1 问题的提出

我国是人口大国，其人口数大约占全世界的五分之一，但是我国的水资源却

很少，只占全世界的十四分之一，其人均可用的水资源不到世界平均水平的四分

之一。最重要是我国的水资源分布非常不均匀，大部分淡水资源都在长江以南，

而长江以北只占了全国百分之二十的淡水资源。以至于节水对于我们公民来说越

来越重要。随着人们生活水平的不断提高以至于洗衣机普遍可见，而洗衣机相对

于手洗其耗水量相当之大。现针对五水共治中的抓节水问题设计一种节水方案。

假设加水--漂水--脱水为运行一轮，现在设计一种程序在保证衣服干净的情况下，

算出最优的洗多少轮以及每轮用多少水，最后对这方案进行总结。

假设和定义

5.2.1 基本假设

1．假设每次加水量最低为，最高为，那么。

LHLH

2．规定每次洗漂时间需要保证衣物上的污渍能充分溶解在水里。

3．规定每次脱水时间也要保证衣物上的脏水尽可能的脱出，假设衣物脏水最低含

量为，那么。

CCL

5.2.2 变量定义

1．假设 “加水--漂水--脱水”一共进行了n轮，n属于0,1,2……

n1

。

2．设第K轮用水量为

u(k0,1,,n1)

k



。

3．假设一开始衣服上含有赃物，假设K轮进行脱水后还有赃物

x

0

a

a

x(k0,1,n1)

k1



。

5.2 建立模型

5.2.1溶解特性和动态方程

脱水之后第还有赃物数量为：

k1

x

k

（5-1）

xpqk0,1,2,n1)

kkk

（

pq

kk

的意思是溶解在水里的脏物数量，的意思是没有溶解在水里的脏物数量。

如果那么达到最大值（规定， 其是影响数值之一，

uHppQx,0Q1up

kkkkkk

中是‘溶解率’）于是有线性表达式为：

Q

pQx

kk

（5-2）

在第轮之后衣物上会存留的残留脏物。假设脏水数量为，可

kC

qxp

kkk

以得出脏水中拥有的脏物数量是，那么可以得出第轮结束之后衣物上含

Ck

C

有的脏物和衣物上脏水的赃物为：

x(xp)C

k1kk

p

k

u

k

p

k

u

k

uL

k

HL

（5-3）

将（5-2）式子代入（5-3）整理之后可以得到方程式为：

xx[1Q(1)](k0,1,2,...,n)

k1k

C

uL

k

（5-4）

uHL

k

a

a

5.2.2优化模型

衣物洗净效果可以表达为。由系统动态方程（5-4）可以得到：

x/x

n0

xuL

nk

n1

C

[1Q(1)]



xuHL

0k

k0

（5-5）

且总用水量为：

（5-6）

那么就可得优化模型如下：



u

k0

n1

k

s.t.[1Q(1)]（01）



k0

n1

C

uL

k

其中的意思是对洗净效果的要求





uHL

k

LuH(k0,1,2,...,n1)

k

若令：

v

k

（5-7）

uL

k

HL

（5-8）

u(HL)vL

kk

（5-9）

模型优化之后可得：

minf(v)v



k

k0

n1

s.t.(1Qv)



k

k0

n1

Qv

k



AvB

k

（5-10）

0v1(k0,1,2,,n1)

k



a

a

其中：

AB(1),B

HLHL

CLC

（5-11）

5.3 分析与求解

定义函数：

r(t)1Qt(0t1)

Qt

AtB

（5-12）

可知：

r(t)Q10(0t1)







B



(AtB)

2

（5-13）

得出是之间上的单调递减函数，有:

r(t)[0，1]

rr(1)1Q(0,1)

min

QC

H

（5-14）

那么第k轮的洗衣效果为:

x

k1

x

r(v)(k0,1,2,n1)

k



k

（5-15）那么可以得出n轮洗净效果为：

[1Q]

QC

H

n

（5-16）

设洗净效果要求为 则应有：



[1Q]

QC

H

n



5-17 （

a

a

）

于是：

n

（5-18）

log



QC

log(1Q)

H

C

，如果考虑的值不大于0.99。衣服上含有的水与最高时拥有的水比值为

H

Q

由于数值很小，得出：

1Q1Q

QC

H

（5-19）

比如小于万分之一，则有（5-21）式结论。可以得出最少轮数:

C

H

n

log



log(1Q)

(5-20)

QC/HC/H10,1Q10.9910

42

（5-21）

规定是公式（5-21）的整数以及是最低值，表5-1是Q为1/1000和1/10000

n

0

时的联系。

NQ

0

表5-1 联系

NQ

0

Q 0.99 0.95 0.90 0.85 0.80 0.70 0.60 0.50

2 3 3 4 5 6 8 10

2 4 4 5 6 8 10 14



10

3



10

4

N

0

对

nN,N1,N2,,N



000

根据日常经验洗衣轮数不多，可以选择）

N10

依次算出相对应数值，选择最优结果。其中是满足（5-19）或（5-21）的最小

N

0

整数，需要注意的是不必选用混合整数非线性规划的算法，那样将会使问题复杂

化。

a

a

5.4 仿真

5.4.1数据

按照标准列出下列数据（见5.5.2）。

1. 衣服干净效果需要达到1/1000，也就是。



10

3

2. 进水数量L为H的25%，也就是。

L/H0.25

3. 洗衣完成之后衣物上脏水数量需要低于用水总量的1/100000，也就是

C/H10

5

由1，2可得

BL/C(L/H)(H/C)0.2510，AB(H/L1)0.7510

55

5.4.2结果

表 5-2 时漂洗轮数和用水量关系

Q0.99

n



v

无解

k

v(k0,1,2,...,n1)

k

备注

1

2 0.9782 1.9563

n2为最优解

3 2.7273 0.9091

4 3.3219 0.8305

5 3.7819 0.7564

6 4.1441 0.6907

a

a

7 4.4351 0.6336

8 4.6732 0.5842

9 4.8714 0.5413

10 5.0386 0.5386

表5-3 各系数关系

Q

n



v

k

v(k0,1,2,...,n1)

k

0.9782 0.99 2 1.9563

备注

n2最省水

0.95 3 2.8421 0.9474

0.90 4 3.6540 0.9135

0.85 4 3.8690 0.9673

0.80 5 4.6801 0.9360

0.70 6 5.8610 0.9768

0.60 8 7.7108 0.9638

0.50 10 9.9764 0.9976

a

a

5.5 结论和讨论

5.5.1 若干结论

依据以上表格和分析可以得到下列结论：

1. 洗衣次数越少越好，一般情况下为2次。

2. 每轮进水量一样为最优。

3. 溶解率的提高可以成倍的节水。可以选择较好的溶解剂或者洗衣时增加

Q

洗涤时间。

5.5.2 讨论

1. 乘积约束可以化简为：

（5-22）



log(1Qv)log

k

k0

n1

Qv

k



AvB

k



,t)]log(t)log[max(

替换以至于防止溢出。 在计算中可采用

2. 不管是或者的数值，或者是溶解特性，具体场合具体分析。

L,H,C,Q



3. 根据结论：“洗衣轮数越少越好，而且每次进水量相等最优”，即有

vv,k0,1,2,...,n1;

k

所以每轮的最优进水量可以通过以下等式算出：

v

Qv

1Qv



AvB

1

N

0

（5-23）

a

a

第六章 设计心得与展望

6.1 设计心得

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。由于时间有限，以至于研究与设计没有特别深

入，尽管如此，我还是收获不浅。

对于这个课题，我本来是一无所知的，只是感觉对滚筒洗衣机比较感兴趣，

因为洗衣机基本上家家户户都在使用，想着做这方面的设计会对以后的生活有所

帮助。所以就选择了这个题目。在我拿到课题后，我就开始检索资料，我当时就

蒙了，因为我几乎找不到关于洗衣机进水排水方面的资料。不过通过指导老师的

指导，我找了相关方面的资料，查阅了近一百篇的论文以及书籍。经过总结、对

比以及自己的思考写下了此篇论文，再通过反反复复的修改完成此论文。本次设

计的难点之一在于需要画的CAD图太多，并且一些CAD图太过于复杂，对于不经

常用CAD软件的我，操作起来有点辛苦。在没有办法之际，只有重新学习。不过

一开始画出来的图特别难看，经过反反复复的修改，终于像模像样了，也耗费了

我无数日夜，虽然辛苦不过使自己软件使用能力更上一层楼。难点之二是论文的

相关资料太少，因为不清楚本科论文到底需要怎么样一个深度，所以总是感觉自

a

6.2 展望

对于整篇论文，其实没有达到我的期望，课题研究的越深入，越觉得时间不

够用，要解决的问题和需要掌握的知识越多。所以如果以后有机会掌握更多洗衣

机方面的资料，我想我会尽自己所能，对整个滚筒洗衣机再进行详细的研究、设

计。设计出一种能完美解决节能、省时、低噪音、重量轻、体积小等问题的环保

型洗衣机。对于洗衣机未来的展望，洗衣机技术方面的发展肯定是不会停止的，

a

参考文献

[1] 王立. 洗衣机技术 [A]. 美国家用电器技术大会论文摘要 [C]. 北京：高等教育

出版社，2001

[2] 孔令文. 洗衣机新技术 山东省沂水技工学院

[3] 韩雪涛. 新型洗衣机速查宝典 [M]. 北京：电子工业出版社，2010.7

[4] 陈宏钧. 实用金属切削手册 [M]. 北京：机械工业出版社，2005.1

[5] 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

[6] 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

[7] 陈鹏飞. 洗衣机抗菌技术综述 [J]. 家电科技，2013

[8] 刘晓青. 抗菌技术在洗衣机中的应用. 第九届中国抗菌产业发展大会论文集，

2013.9

[9] GB/T 4288-2008，家用和类似用途电动洗衣机[S].

[10] 王晓伟，吴敏蔡，丽莉. 进水系统对家用洗衣机性能影响的研究. 江苏：博西

华家用电器（江苏）有限公司，2011

[11] 孙立群，孙昊. 洗衣机维修从入门到精通 北京：人民邮电出版社，2010.2

[12] 韩雪涛. 洗衣机完全精通 [M]. 北京：化学工业出版社，2014.2

[13] 王先逵. 机械制造工艺学 [M]. 北京：机械工业出版社，2005.7

[14] 张云坤，张新德. 零基础轻松学新型洗衣机 [M]. 北京：机械出版社，2012.7

[15] 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册第三版 [M]. 上海：上海科学技术出版

社， 2005.4

a

a

[16] 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

[17] 韩雪涛，韩广兴 吴瑛. 洗衣机维修从入门到精通 北京：中国铁道出版社，

2010.1

[18] Ming-lang YANG，Zhong-qiang YANG. Based on the Theory of TRIZ in Innovation Desi

gn of the Washing Machine. Proceedings of 2011 IEEE the 18th International Conference o

n Industrial Engineering and Engineering Management(Volume 3). 2011

[19] Song Chi， Zheng Zhang. Sliding-Mode Sensorless Control of Direct-Drive P

M Synchronous Motors for Washing Machine Applications. IEEE Transactions on

Industry applications，2009，45(2): 582-586．

a

a

致谢

转眼间大学四年就这样过去了，我的学业生涯也走进了尾声。这么多年的学

习，我感觉我学到的不是很多，能用到的更是少之又少。不过此次的毕业设计，

让我把所有所学的东西尽可能的使用上去，我感觉非常的欣慰。

经过几个月的努力，大学最后的毕业设计环节即将结束。此次的毕业设计课

题绝非我一人所能完成，首先此次毕业设计对我来说非常困难。第一，对洗衣机

一点都不了解的我感觉非常的茫然。第二，网络上关于此课题的内容少之又少。

不过，最后我还是坚持下来克服困难完成了。主要是想感谢我的指导老师田敬，

在我迷茫的时候给我做下去的方向与勇气，以及不辞辛苦的教导。我从田老师那

学到了很多，懂得了找相关论文的方法，懂得只有阅读百篇才能写出一篇好文章

的道理，懂得了遇到困难只有不断克服才能出成果。还要感谢从我生命中走过的

每一位，你们的存在，是我奋斗下去的动力。

2015年6月10

日

文本仅供参考，感谢下载！

a