基本信息
- 项目名称：
- 全自动洗衣机多功能教学实验仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一款自主研发的全自动洗衣机多功能教学实验设备。该教学实验设备设计以教学实验过程中操作的安全性、简洁性、方便性为重点，让学生更加容易地掌握全自动洗衣机的结构、原理及常见故障检修。利用本仪器不仅可以完成洗衣机相关教学，而且可以作为学生实验实习和技能考核的工具。
- 详细介绍：
- 一、外观及内部结构。 1.外观结构 本仪器外观设计为桌面式实验箱，采用铝合金板面板，同时表面用安全环保的粘贴式材料装饰。四个侧面为门式设计，可以打开，便于观察内部结构。实验箱整体分为工作（上面板）、观察（四个侧面）和控制（前面板）三部分，工作部分表面印有电路原理图，另外有模拟洗衣桶和波轮的彩色圆盘。 2.内部结构 洗衣机内部，采用角铁制作的支架，表面喷漆，工作部件通过高强度结构固定。内部将全自动洗衣机（包括波轮式和滚筒式）的共有部件，根据电气原理和机械传动的要求安装在高强度固定板上，固定板再与支架通过螺丝连接。控制部分和工作部分采取分离式设计，器件通过引线将线路引到前侧面内部的控制板上，控制板（图3）表面有控制开关、工作指示灯、实物图以及插接线孔等。工作部分器件连接简化如图2，工作面板中心设有电机，电机的一侧设有离合器，离合器另一侧是排水三通阀和牵引器。设计时采用血压测量器件代替水压控制水位控制器工作，这样不但使实验操作更加简洁，而且防止因用水操作而出现安全事故。 另外机箱内部还有漏电保护器、电源连接线路、电容器和电感器等部件，为了方便起见这些辅助部件均安装在试验箱内部底面板上。 二、电气原理及工作流程 总体来讲，各个品牌的洗衣机虽然控制板和内部连线分布不完全一样，但其基本的工作原理基本是相同的，所以只要选取一种洗衣机的模型，然后根据这类洗衣机的共有特性通过对其内部电路和连接设备的简化和扩展，便可以清楚的展示出一类洗衣机工作方式和电气原理。本实验箱采用XQB46-4603型洗衣机为模型，综合考虑了滚筒式和波轮式洗衣机的共同点，具有良好的代表性，电路图如图4。 洗衣机的这个工作过程包括进水、洗涤、漂洗、排水、甩干等过程，各过程在电脑控制板的控制下自动协调工作依次进行。[3][4] 1.进水 闭合安全开关U5后，按下“启动／暂停”键，电脑控制板发出进水信号，进水电磁阀U3通电打开，开始进水过程。当桶内水位到达设定水位时，水位开关U4闭合，电脑控制板检测到后中止进水信号，进水电磁阀U3断电关闭，进水结束，进入洗涤过程。 2.洗涤 电脑控制板在预设的程序下开始进行洗涤，电机U2正传反转开关K2a和K2b依次开闭，控制电动机执行“正转→停→反转→停”的循环，使离合器带动洗衣桶转动进行工作。洗涤结束后进入排水。 3.排水 排水过程时电脑控制板控制牵引器工作，排三通阀在牵引器U1的作用下打开，进行排水。一段时间后自动进入漂洗。 4.漂洗 洗衣机漂洗前先进水，水满后按预设程序执行漂洗。漂洗程序结束后再把水排干，进入甩干过程。 5.甩干 甩干过程中电脑控制板控制电机U2高速正转，衣物在洗衣桶内靠离心力甩干。 甩干结束后电脑控制板上蜂鸣器报警，提示洗衣结束。 三、结构功能特点 1.采用简化的洗衣机内部结构，省略了一些不必要的部件和连接控制，转而采用简单容易理解的开关电路代替，使教师和学生在操作使用时方便简单且容易理解。 2.设置有两种工作模式。在教学模式下不需接线，只需按下控制开关即可运转模拟洗衣机工作的各个步骤；在实验操作模式下，所有接线均断开，在学生利用在控制板上的接线插孔进行线路连接，达到理解熟悉洗衣机工作原理和接线的要求。 3.可以全面模拟全自动洗衣机进水洗涤排水和脱水的过程和常见故障，让学生在掌握全自动洗衣机基本工作原理的基础上进行举一反三从而达到事半功倍的教学和学习效果。 4.控制部分和机械部分分离的设计方式，工作板上标有内部电路图，操作板上则是以示意图的形式显示内部器件和接口，让学生在根据电路图外部接线孔上进行电路连接，并且控制板上有工作指示灯，可以清楚的显示洗衣机的当前工作状态。 5.外观整体为六面立方体结构，四个侧面均可打开，内部有照明电路，可以方便地观察洗衣机内部结构和工作过程中的机械连接过程；工作板有模拟圆盘做的波轮和洗衣桶，可以表示出波轮和洗衣桶的转动情况。 6.传统的洗衣机教学在说明水位控制器的功能时需要用水提供一定的压力来演示高中低水位，在本试验仪中采用血压计（图5）代替水压控制水位开关，把血压计的橡胶管与水位控制器的气压口相连，挤压橡胶握柄充气，水位控制器的橡胶膜在一定气压下膨胀，内部的动触点与常开触点接触，接通进水电磁阀的电流。采用血压计不仅安全可靠，而且可以显示压力（代替水压）大小。 7.在本试验箱内部，连接部分以绝缘塑料材料为主，由于绝缘塑料较铁制品拥有较好的弹性而且电绝缘，所以洗衣机工作时平稳安静且不易漏电；内部线路中装有漏电保护器，当发生意外时会自动断电，外部接线孔采用绝缘材料包裹的安全插线接口，确保实验实习人员的人身安全。 利用本仪器不仅可以完成日常关于洗衣机工作方式、工作原理的教学，而且可以作为学生实验实习和技能考核的仪器，考虑到大部分学生缺乏操作实际仪器器械的经验，且洗衣机的工作电压又是较危险的民用220v电压，所以本仪器考虑的主要的是操作、演示、实验等过程中的安全性、简洁性、方便性；此外仪器设计时也十分注重操作方法和使用方法的创新性，以求用新的教学思路和演示方法最大程度的在让学生掌握全自动洗衣机的结构、控制电路原理及常见故障检修，同时确保操作人员的操作安全。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着家电下乡政策的推行，全自动洗衣机已经走进千家万户，擅长洗衣机维修与保养人才受到社会欢迎，为更好的实现家电类课程，我们开发设计了这款多功能教学实验仪。设计主要以教师操作、教学演示和学生实验等过程中的安全性、方便性、简洁性、清晰性为主，十分注重操作方法和使用方法的创新性，以求用新的教学思路和演示方法，让学生最大程度的掌握全自动洗衣机的结构、控制电路原理及常见故障检修，同时确保操作人员的操作安全。
科学性、先进性
- 与现有技术相比、该作品具有以下特点和进步： 1.两种运行模式，教学实验工具合二为一，不同于单一教学或实验仪器，降低了教学成本。 2.控制部分和机械部分分离，并配有工作指示灯，清楚显示洗衣机的当前工作状态，本设备可以全面模拟全自动洗衣机进水、洗涤、排水和脱水的整个过程及常见故障。 3.四个侧面均可打开，内部补光，可以方便地观察洗衣机内部结构和工作过程中的机械运动过程；工作板有模拟波轮和洗衣桶，可以展示波轮和洗衣桶的转动情况。 4.内部连接以绝缘材料为主，工作时平稳安静且不易漏电；线路装有漏电保护器，发生意外时会自动断电。 [1] 王书平.全自动洗衣机教学实验实训考核装置研发.中国教育技术装备.2009(30) [2] 汪明添,蔡光祥等.家用电器原理与维修.北京:北京航空航天大学出版社.2009,01 [3] 房龄江,姜守振.全自动洗衣机多功能教学实验仪的设计与实现.山东师范大学学报（自然科学版）.2011(26)
获奖情况及鉴定结果
- 2010年9月在德州举行的由山东省科学技术协会主办的“‘拓普杯’物理创新大赛”中荣获特等奖 2011年3月本设备的相关论文在山东师范大学学报（自然科学版）发表
作品所处阶段
- 作品基本成型，准备申请专利
技术转让方式
- 独占许可
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本设备技术上注重创新性，设备外观和相关功能的实现均为独立完成，具有教学实验双重功能，且操作简便、安全，直观易懂，整体设计具有一定的难度。 本设备采用一种新的模型设计的方式来完成实物教学，不仅易于理解、便于观察和了解洗衣机设计制造的一般规律和方法，而且可以更好的让学生发散思维，有利于更好的培养创新型人才，有力的推动洗衣机产业的发展。 当前在国内只有少数几家厂商生产洗衣机的相关教学仪器，远不能满足国内日趋增长的需求，所以预计本设备会有良好的市场前景和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 洗衣机从20世纪80年代初期开始进入中国家庭，洗衣机的总体发展经历了一个不断进步的过程。整个过程中洗衣机的自动化程度也不断提高，利用程序控制器、传感器和模糊逻辑控制技术,使洗衣机由简单的“能洗衣”，提升到具有高洗净度、低磨损率、健康型、智能化、等高层次功能。 随着洗衣机产业的发展，社会整体对洗衣机的设计、制造、保养、维修人才需求日趋增加，尤其现在使用较多的全自动洗衣机品牌型号繁多，技术含量日益提高，人们对其制造和维修等都提出了较高的要求。但是现在的洗衣机教学工具往往局限在实物洗衣机教学的范围内，当前国内很少有专门的厂家生产洗衣机教学的相关设备；同时由于各个洗衣机生产厂家处于技术保密以及设计等多方面的考虑，各种接线连接和功能结构等各个方面各有特点，因此相关课程的教师需要花费大量时间熟悉洗衣机的内部结构、线路走向以及工作方式和控制方式，给教学带来极大的不便，而且造成一些资金经费不充裕的学校因无法购买采用新技术的洗衣机而造成教育水平跟不上技术的发展速度的情况，因此对洗衣机的教学工具的进行设计、创新和改进的要求十分迫切。
