滚筒洗衣机洗净性能测试研究

魏晓磊① 李敏照② 郑明星③

摘要：影响滚筒洗衣机洗净比的设计因素很多，常见的有洗涤转速、洗涤转停比、洗涤温度、洗涤时间、洗涤水量等，可以根据不同机型需要调节其中的一些参数，来满足不同的产品定位设计需求。本文基于某机型，通过调节影响因子的大小来进行试验，并对试验结果进行分析，进而对各主要的影响因子对洗净比的影响大小进行排序，以期给产品开发提供研发思路。

关键词：滚筒洗衣机；洗净比；影响因子

引言

水、机械力和洗涤剂，是洗衣机洗涤过程的三要素，其中，机械力是洗衣机产品设计中要考虑的主要因素，以洗涤转速和洗涤转停比为主的洗涤强度是机械力的主要表现方式。另外，洗涤水温、洗涤时间、洗涤水量、洗涤容量、水质硬度和洗涤剂种类、洗涤剂用量等都会直接影响洗涤的最终结果。由于洗涤容量、水质硬度、洗涤剂种类、洗涤剂用量等和用户使用直接相关，本文只针对与设计相关的主要因素进行讨论。基于我司某款滚筒洗衣机的匹配过程，通过试验验证对比的方式，对各个影响因子对洗净比的影响大小进行排列，以期给类似产品的开发和性能优化提升提供思路，减少匹配过程时间。

1、各洗涤因素对衣物洗净率的影响

影响衣物洗净率的设计因素主要包括洗涤过程的洗涤转速、洗涤转停比、洗涤水量、洗涤时间、洗涤水温等，我们称之为影响因子。滚筒洗衣机洗净率与参比洗衣机的洗净率之比称为洗净比，下面就各影响因子对洗净比的影响大小进行试验验证和分析。

2、洗涤转速对洗净比的影响

在滚筒机的洗涤过程中，浸湿水后的衣物由于重力作用会贴在内筒下部，筒壁上的提升筋随着内筒转动把衣服提升到一定高度，然后在重力作用下，衣物又摔落在混有洗涤剂的水中，在这样不断重复的过程中衣物上的污垢被冲刷掉。在此过程中，需要有合适的转速使衣物尽量达到内筒的最高点摔落，提升冲击力度，加速洗涤。

滚筒洗衣机洗涤摔打衣物的最高速度计算：衣物旋转至内筒最高点时，衣物自身的重力要能克服其做匀速圆周运动所需的离心力，因此临界条件，就是衣服的重力恰好等于衣服做圆周运动所需要的离心力，即:

          mg=mr  

式中，r是筒内衣物的重心到内筒轴线之间的距离。

同时，又因ω=

    n为洗涤转速，所以，由以上公式可以得到洗涤时衣物达到最高点的转速计算公式为:n=     

由公式可知，在理想状态下，洗涤时衣物被带到筒内最高点的洗涤转速与放入筒内的衣物质量无关。基于本文中选取机型的内筒半径r=245mm，计算得出n=60rpm。实际应用中，由于衣物本身体积的存在，会使r值变小，可能会使最高洗涤转速有一定增加，但洗涤过程的要同时考虑摩擦、加速度等因素，还需要具体分析，这也与我们在试验中实际测试和观察到的现象相接近。

在其它影响因子不变的情况下，通过设定不同洗涤转速进行测试对比，数据如下表1所示：

            表1：不同洗涤转速下测试洗净比的数据汇总

 

图1：洗涤转速变化对洗净比的影响曲线图

将洗涤转速和对应洗净比数据绘制成趋势图，如图1所示，从上可以看出，相对较好的洗净比对应滚筒转速集中在40～50rpm之间。

转速太低，则衣物容易在筒内打滚，不能被有效的被提升到内筒最高点，摔打力不足；同时，提升筋在单位时间内对衣物的冲击次数也减少了，冲击力和摩擦力减弱，因此也相应削弱了综合产生的机械力，洗净率降低；

随着转速的提高，衣物提升到滚筒最高点落下，挤出衣物中的水分，洗涤效果提升，若转速过高，则衣物贴在滚筒内壁上不能落下，洗涤效果又会变差。

因此，对于不同机型洗涤转速的确定，需要根据实际测试结果对比后再确定。

3、洗涤转停比对洗净比的影响

为了追求最好的洗涤效果，洗涤时要让洗涤剂和水的混合洗涤液与衣服上的污渍有充分的接触。通常情况下，在衣服摔下的过程中，洗涤液会被衣物冲击出来。因此，在衣服落下后，需要给它一段时间重新吸附洗涤液，进而能提升洗涤去污的效果。所以，在电动机正转反转的转换过程中，需停转一段时间,反而更利于提高洗净率。

在其它影响因子不变的情况下，通过调节不同的洗涤转停比进行测试对比，数据如下表2所示：

          表2：不同洗涤转停比测试洗净比的数据汇总

图2：洗涤转停比变化对洗净比的影响曲线图

将洗涤转停比和对应洗净比数据绘制成趋势图，如图2所示，当转停比大于2:1时，洗净比已经达到比较高的状态了，后续单纯增加转动时间，对洗涤结果影响并不大。并且随着转动时间的增加，耗电量也同步增加，同时，衣物的磨损率也会增加，可能得不偿失。

因此，在通过调整转停比来提升洗净率的同时，要兼顾其他影响，达到最好的平衡状态，避免顾此失彼。

4、洗涤水量对洗净比的影响

水是常用的洗涤介质，其基本的作用就是溶解洗涤剂和可溶性污渍，通过浸泡和配合机械力产生的冲刷力和流动性，加快洗涤进程，排出污渍。

在其它影响因子不变的情况下，通过设定不同的洗涤水量进行测试对比，数据如下表3所示：

           表3：不同洗涤水量测试洗净比的数据汇总

图3：洗涤水量变化对洗净比的影响曲线图

将洗涤水量和对应洗净比数据绘制成趋势图，如图3所示，随着洗涤水量的增加，洗净比呈现出先增加后下降的趋势。

对于已经固定的洗衣机结构，洗净比有一个最大值，随着水量的进一步增加，水位开始升高，衣物被带到筒内最高点摔落至水面的高度降低，导致摔打力逐步减弱，一定程度上抵消了纯粹水量增加对洗涤效果的贡献率。

因此，对于洗涤水量的设计要考虑摔打力和提升高度的平衡，否则，付出了较大成本也得不到预想的效果。

5、洗涤时间对洗净比的影响

从理论上讲，洗涤时间越长，衣物与洗涤液接触的就越充分，污渍越容易分离出来，洗涤效果就会越好。

在其它影响因子不变的情况下，通过设定不同的洗涤时间进行测试对比，数据如下表4所示：

          表4：不同洗涤时间测试洗净比的数据汇总

图4：洗涤时间变化对洗净比的影响曲线图

将洗涤时间和对应洗净比数据绘制成趋势图，如图4所示，这个比较容易理解，随着洗涤时间的增加，洗净比逐步提升，但达到一个最大值后，就基本变化不大了。主要是因为在足够长的洗涤时间内，污渍已经完全分离，再增加时间已不能增加洗净率效果。同时，衣物的磨损率也会快速增加，耗电量也升高了。

因此，洗涤时间能保证达到较好的洗净比即可，设计上要考虑用户的体验，一般也不允许过长的洗涤时间。

6、洗涤水温对洗净比的影响

洗涤时提高洗涤液的温度，能加速污渍溶解和织物纤维的膨胀，促使污渍和织物纤维间的结合力减弱，使污渍在洗涤剂和机械力作用下更容易从织物上脱离，进而被清洗掉。而且提高洗涤温度有利于加强洗涤剂分子的热运动，加速溶解。同时，促进活性酶的发挥，提高洗涤剂作用效果。

在其它影响因子不变的情况下，通过调节不同的洗涤水温进行测试对比，数据如下表5所示：

             表5：不同洗涤水温测试洗净比的数据汇总

   

图5：洗涤水温变化对洗净比的影响曲线图

将洗涤水温和对应洗净比数据绘制成趋势图，如图5所示，水温对洗净比影响是正向的，即随着温度升高，洗净比增加，但超过40℃时，洗净比升高幅度就不明显了。分析原因，主要是温度影响着洗涤剂酶的活性，一般来讲40～50℃左右，酶的活性最强，在 40℃左右保持一定洗涤时间有助于提高洗净性能，但当温度达到一定值时，变化基本上就比较小了。

因此，对于提高洗净比，40℃左右就足够了，再提高则可以起到杀菌作用。

7、结论

在以上对各影响因子对洗净比影响大小的曲线图上，均对趋势进行了拟合，并得到了影响因子对洗净比的拟合方程。以y代表洗净比，以x代表各影响因子，为方便对比，将各影响因子编号，将洗涤转速编号为1，洗涤转停比编号为2，洗涤水量编号为3，洗涤时间编号为4，洗涤水温编号为5.

并得到方程如下：

y1= -0.0003x12 + 0.0257x1 + 0.5313

y2 = -0.0087x22 + 0.0806x2 + 0.8961

y3 =-0.0003x32 + 0.0155x3 + 0.9469

y4 = -2E-05x42 + 0.0054x4 + 0.8769

y5= -7E-05x52 + 0.0081x5 + 0.8811

进行极差计算：带入上述对应试验的取值范围，得到

△y1= y1max - y1min=0.220

△y2= y2max– y2min=0.150

△y3= y3max- y3min=0.094

△y4= y4max- y4min=0.218

△y5= y5max- y5min=0.100

根据计算值，将以上设计影响因子带入，可以得出对洗净比的影响大小依次为：

转速＞洗涤时间＞转停比＞水温＞水量

综上，基于我司某款滚筒洗衣机的试验测试数据，得到了各影响因子对洗净比的影响大小，对类似产品开发提供了参考。当然，在产品开发中，需要平衡各影响因子对其他性能参数的影响，比如耗电量、磨损率等，需要综合考虑，避免顾此失彼。

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