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一种超声波洗衣机的研发

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2015年 3月 第 4J4卷 第 3期 机械设计与制造工程 Machine Design and Manufacturing Engineering Mar.2O15 V01.44 No.3 DOI:10.3969/j.issn.2095~509X.2015.03.017 一 种超声波洗衣机 的研 发 于 钊 (东南大学 东南大学 一蒙纳士大学苏州联合研究生院,江苏 苏州 215123) 摘要 :为解决 目前市场上的超声波洗衣机体积大、价格 高、洗涤效果差、使用不方便等缺点,研制 了一款新型超声波洗衣机。该款超 声波洗衣机与传统洗衣机在结构、体积和功能上都有革命性 改变,主要分为储液装置、清洁装置和操作台 3部分,较重部件都装在主机上,由手柄实现两大功 效—— 清洁和干燥 ,即用力挤压衣物时利用超声波的空化作用,向初步湿润的衣物局部发 出高频 超声波使油污在声场的作用下乳化,达到固体粒子脱 离衣物实现表面净化的 目的;轻触衣物时利 用高温高速气流实现对衣物局部湿润面的熨烫干燥。在功能上与市面上的普通洗衣机相比毫不 逊 色,且集洗涤、熨烫和干燥等功能于一体 ,在细节处理上具有更多优势。 关键词 :超声波洗衣机 ;清洗;熨烫;干燥 中图分类号:TM925.02 文献标识码 :B 文章编号 :2095—509X(2015)03—0076—03 2001年 8月 31本三洋 电机宣布开发 出无需使 用洗涤剂就可 以洗干净衣物的洗衣机——超声波 电解水洗衣机 ,并开始销售¨J。这一 消息在 国内 外洗衣机行业 引起 了不小的反响和冲击。将超声 清洗用于洗衣机 的研究在 20多年前就已开始 ,但 由 于种 种 原 因一 直 未进 入 实 用 化 和商 品化 阶 段 ,直到 2001年 8月 13本三洋电机宣布开发 出 超声波洗衣机 ,但是十几年来超声波洗衣机由于 自 身的缺陷 ,消费者认可度不高,目前它的市场份额 不大 。 虽然超声波洗衣技术较纯熟 ,但造 型比较单 一 、 不美观 ,很多企业设计的超声波洗衣机功能外 形都大同小 异 J。一些超声 波洗衣机做工 粗糙 , 不够精致 ,不仅影响使用寿命且缺少美感 。市面上 的超声波洗衣机缺乏成熟的人机交互体验 ,虽然易 于操作 ,但是 体型庞大l5]。国内超声 波洗 衣产 品 设计在视觉传达设计 、色彩设计等方面不和谐或者 难 以融人环境 ,遗漏 了设计 中与人相关的因素的探 讨 ,忽视解决人 一产品 一环境 一社会系统l6 J。机 械造型忽视了与人体工程学的结合 ,明显与国外市 场的需求不相适应。为了使既环保又节能 的超声 波洗衣机在市场上有所突破,本文这款超声波洗衣 机与传统洗衣机在结构 、体积和功能上都做了革命 性改 变 l 超声 波洗衣机 的结构 超声波洗衣机的设计出发点是尽量小巧,噪声 尽量低 ,使用方便,功能尽量多 ,当然这是在不损害 洗衣功能和效果的前提下需要达到 的。它的诞生 是为了服务广大消费者的,只有广大消费者认可和 接受,市场份额才能扩大 。 笔者在考虑如何减小洗衣机的体积时 ,首先想 到的是洗衣桶 ,传统洗衣机 中最 占体积的非洗衣桶 莫属,它是储水 、漂洗 的所 在地 ,似乎是必不可少 的 。但 笔者 大胆想 象 ,是 否 能 改造 它 ,衣 物 能 否 不放在容器中,比如像熨烫衣服一样 。答案是肯定 的,最终笔者设计的洗衣机的外形 和结构如 图 1、 图 2、图 3所 示 。 收稿 日期 :2015—02—06 作者简介 :于钊 (1991一 ),男 ,河南汤阴人 ,东南大学硕士研究生 ,主要研究方向为工业设计 。 · 76 · 图 1 超声波洗衣机外形 2015年第3期 于钊:一种超声波洗衣机的研发 超声波 信号线 供水 管 储液杯 小 管糟 废液罐 大卡槽 操作面 板 底座 手柄 手柄开关 手柄清洁器 供水管出水 口 吸水纤维垫 吸水纤维垫垫槽 超声波振子 篦漏 网 废液网收仓 回水管 超声波发生器 SJ.6换能器 图 2 超 声波 洗衣机 的结构原理示意 图 储液杯 废液罐 取杯开 关 操作面板 吸 水纤维垫 手柄清 洁器 手柄 开关 合管 线 图3 超声波洗衣机的工程图 超声波洗衣机 的结构分为 3部分 :储液装置 、 清洁装置和操作 台。储液装置 由储 液杯 和废液罐 组成。储液杯体积较大 ,由卡槽 固定 在底座上 ;废 液罐较小 ,卡合在储液杯下方 。 清洁装置由 SJ一6换能器和手柄清洁器组成 , SJ一6换能器由超声波发生器 、超声波信号线和 4 个振子组成 ,其 中超声波发生器固定在底座 内,超 声波发生器和 4个安装在手柄清洁器面板上 的振 子通过超声波信号线相连。 手柄清洁器通过超声波信号线 、供水管和回水 管组成的合管线与 主机相连 ,形状像一 个气体熨 斗 ,表面有一层吸水纤维垫 ,吸水纤维垫垫槽连接 供水管 ,靠吸水纤维垫的吸力和大气压作用 ,吸取 储液杯的清水 ,手柄清洁器底部有一个小 的废液回 收仓 ,废液 回收仓 和吸水纤 维垫之 间有 一层篦漏 网,在压力和重力作用下 ,吸水纤维垫 中的水会流 到废液 回收仓 内,通过 回水 管把废水排 到废液罐 里 。手柄清洁器上有开关 ,打开开关 ,安装在面板 上的 4个超声波振子发出超声波 ,在手柄纤维垫及 接触的衣物上局部形成一个超声波共振场 ,对水和 污物进行空化作用 ,由于能量在局部高度集中,水 同时也升温气化 ,这样手握手柄清洁器用力挤压衣 物时可对衣物进行清洗 ,轻轻接触衣物时可对衣物 进行熨烫干燥。 底座的上表面为斜平面 ,斜平面上有截面为倒 梯形的凸卡 ,储液杯的底 面为斜平面 ,斜平面上有 截面为梯形的凹槽 ,凸卡和凹槽 咬合后两斜面贴在 一 起 ,储液杯质量大 ,在重力作用下这种安装方式 更为稳定 ;废液罐也使用这种方式卡合在储液杯下 部的底座上 。超声波发生器也较重,放在底座里偏 向另一侧 ,使 主机重心不偏离 ,保持底座平衡稳定 。 底座正面有操作板可以控制和调整工作状态,两侧 为小型清洁柄 ,可以快速处理一些清洁器难 以处理 的小型污渍 。 2 超声 波洗衣机 的工作原理 超声波洗衣机是如何完成洗衣、熨烫和干燥的 呢?结合图 2、图 3可知 ,这种超声 波洗衣 器包括 将 电能转化为高频 电脉 冲的能量转换部件组 (主 机)和清洗部件组 (手柄清 洁器 )。洗 衣机清洗衣 物,首次使用时先把手柄清洁器放到低于储液杯的 水平线 ,待储液杯 中的水充满吸水纤维垫 ,在主机 操作面板上进行调试 ,开动机器 ,超声 波发生器把 电能转化成超声波信号 ,通过超声波信号线传送到 手柄上的超声波振子 ,由振子发出超声波。由于手 柄纤维垫及接触的衣物里的水受到超声波 的辐射 , 使液体中的微气泡能够在超声波的作用下保持振 动 ,当声压或者声强达到一定程度 时,气泡就会迅 速膨胀 ,然后又突然 闭合 』。在这个过程 中,气泡 闭合 的瞬间产生冲击波 ,使气泡周围产生 1 012~ 1 O13Pa的压力 ,这种 超声波空化所 产生 的巨大压 力能破坏不溶性污物而使它们溶解 于溶液 中。蒸 汽型空化对污垢 的直接反复冲击 ,一方面破坏 污物与清洗件表面之间的吸附 ,另一方面能引起污 物层 的疲劳破坏 而被驳离。气体型气泡的振动对 固体表面进行擦洗 ,污层一旦 出现缝 隙,气泡立 即 “钻人”使污层脱落 ,由于空化作用 ,两种液体在界 面迅速分散而乳化 ,当固体粒子被油污裹着而粘附 在清洗件表面时,油被乳化后 固体粒子 自行脱落 , 超声波在清洗液中传播 时会产生正负交变的声压 , 形成射流,冲击清洗物 ,同时由于非线性效应会产 生声流和微声流 ,而超声空化在 固体和液体界面会 产生高速的微射流 ,所有这些作用 ,能够破坏污物 , 除去或削弱边界污层 ,增强搅拌 、扩散作用 ,加速可 · 77 · 2015年第 44卷 机械设计 与制造工程 溶性污物的溶解… 。 需要加水和倒废水时,只要沿卡槽方向用力把 储液杯或废液罐从卡槽取 出即可加水或倒 废水。 从最终清洗的衣物可以发现 ,这款洗衣机不仅洗衣 效果不错 ,而且洗涤熨烫干燥一次完成,衣 物没有 磨损 ,还变得松软 。 3 超声 波洗衣 机的特点 a.分体式设计。为方便人们使用 ,采用分体设 计 ,较重部件安装在主机上 ,人们清洗衣物时 ,只要 拿手柄清洁器就可以完成清洗干燥的工作 。 b.换能器分体安装。将普通换能器分成超声 波发生器 、超声波信号线和振子 3部分,超声波发 生器和振子分别安装在主机和手柄上 ,通过超声波 信号线相连达到分体的 目的。 c.手柄清洁器。手柄清洁器形状像一个气体 熨斗 ,拿起手柄就能完成洗涤、熨烫和干燥 的操作 , 减轻了劳动强度。 d.废液罐可装卸。废液罐卡合 固定在储液杯 下方 ,用于储存清洁后 的废弃液体 ,废液罐可以从 卡槽上取下倒去废水 。 e.稳定咬合设计。底座采用四足结构 ,稳定大 方 ,上部没有采用螺钉 固定储液杯 ,而是选择 咬合 式固定储液杯和其他设备。 f.超小体积。该款清洁器 旨在改变洗衣机笨 重的洗衣方式 ,清洁器采用适合人手持的尺寸 ,在 不影响使用效果 的基础上 ,尽量减小尺寸 ,机体高 29cm,长和宽为 19cm,可以根据需要放在酒店前台 和家庭的客厅使用。 4 结束语 这款超声波洗衣机的优点不仅在于洗涤效率 高 ,还可节省洗涤剂和漂洗用水,间接地节省 了生 产洗衣粉所用的原材料、人工、水电等 ,更重要的是 保护 了生态环境 ,社会效益明显。因此这是一个值 得关注的发展方 向。 参考文献: [1] 阮建林.步进式超声波清洗设 备 [M].北京 :北京 大学出版 社 ,2008. 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Development of an ultrasonic washing m achine YU Zhao (Southeast University,Southeast University—Monash University Joint Graduate School,Jiangsu Suzhou,215123,China) Abstract:The traditional washing machine has a revolutionary change in the structure,size and function.It de— signs an ultrasonic washing machine such as the liquid storage device,cleaning device and operating platform of the three components.Using ultrasonic cavitation , the preliminayr wet clothes emit high frequency ultrasonic vi— bration to local oil in the sound ifeld under the action of the oil,solid particles rfom the surface achieve the pur- pose of clothing stains cleaning.This machine uses high —temperature and high—speed airlfow wet clothes to i‘ roning local suFface. Comparing with ordinary washing machine on the market on the function,this new machine has more advantages. Key words:ultrasonic washing machine;cleaning;ironing;dyring · 78 ·







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