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苏州市炬虹超声波设备有限公司
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一种超声波洗衣机的研发 |
| release time：2017-11-07 viewed：174次 |
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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． [2] 曹其福．超声 波的职业损 害与预 防 [C]／／2007年全 国医学 影像 (重庆)学术交流会论文汇编．重庆 ：中华 医学会 继续教 育部 ，2008． [3] 王梅 ．国产“超声 波洗衣机”问世 [J]．家庭 电子 ，2002(10)： 25—28． [4] 尚宝．超声 波 家 电形 形 色色 [J]．全 国商情 ：综 合 版 ，2001 (22)：8． [5] 郭青 山．人机工程设计 [M]．天津 ：天津大学出版社，2006． [6] 程能林．工业设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2008． [7] 刘国余，产品形态创意与表达[M]．上海：上海人民美术出 版社 ，2004． [8] 于 慧．创 意 配 色实 战 技巧 [M]．北京 ：中 国青 午 出版 社 ， 2007． [9] 张玉华．简析全 自动洗衣机 中的物理技术[J]．潍坊教育学 院 学报 ，2002(4)：32—33． [10]周德麟．超声波洗衣机清洗的机理和结 构的探讨 [J]．家用 电 器科技 ，2002(6)：72—76． [¨]Keiko Gotoh．超声波在纺织品水溶液洗涤中的应用[J]．工业 与公共设施清洁 |
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