汪海洋　張俊　李安琪　鄭穩(wěn)　陳志軍

【摘 要】本項(xiàng)目擬采用超聲波干燥輔助熱風(fēng)、離心干燥的工作方式，通過(guò)合理的機(jī)械機(jī)構(gòu)，來(lái)設(shè)計(jì)出一款可以全自動(dòng)高效完成雨傘干燥的瀝干裝置。該裝置具有干燥效率高，過(guò)程自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，快速便捷的干燥流程可以滿足商場(chǎng)、圖書館、車站等人流量大的場(chǎng)合需求。

【關(guān)鍵詞】超聲波干燥;雨傘;全自動(dòng);熱風(fēng)干燥;離心干燥;微負(fù)壓

中圖分類號(hào)： TS255.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）13-0016-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.007

Study on an Efficient Umbrella Drying Device

WANG Hai-yang ZHANG Jun LI An-qi ZHENG Wen CHEN Zhi-jun

（SCHOLL OF MECHANICAL ENGINEERING，HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY，

Anhui Hefei 230000，China）

【Abstract】This project intends to design a fully automatic and efficient umbrella drying device by using ultrasonic drying assisted by hot air and centrifugal drying， and through reasonable mechanical mechanism. The device has the characteristics of high drying efficiency and high degree of automation. The fast and convenient drying process can meet the needs of shopping malls， libraries， stations and other places with large flow of people.

【Key words】Ultrasonic drying; Umbrella; Automatic; Hot air drying; Centrifugal drying; Micro-negative pressure

1 項(xiàng)目研究的背景與意義

每當(dāng)雨季來(lái)臨，雨傘是必不可少的物品，但當(dāng)我們進(jìn)入圖書館、新華書店等場(chǎng)所時(shí)，如何存放潮濕的雨傘就成了令人困擾的問(wèn)題。目前在公共場(chǎng)合大多會(huì)提供塑料袋將濕雨傘裝起，不僅耗費(fèi)人力，還制造了更多的生活垃圾。本項(xiàng)目準(zhǔn)備研發(fā)出一款快速瀝干雨傘的簡(jiǎn)易機(jī)械，安置在圖書館、書店、車站等對(duì)濕度要求高的場(chǎng)所，以解決這樣的問(wèn)題。

本項(xiàng)目主要達(dá)到的目的是快速干燥，亮點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)干燥，通過(guò)超聲波干燥輔助離心干燥、熱風(fēng)干燥以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間快速干燥，干燥時(shí)間預(yù)計(jì)控制在30秒之內(nèi)，可以滿足車站、圖書館等人流量大的公共場(chǎng)所。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)的研究方向主要有熱風(fēng)干燥、海綿吸水、離心干燥等不同的方向。熱風(fēng)的原理即使用風(fēng)機(jī)配合電加熱絲，將雨傘放置在機(jī)械內(nèi)部后，通過(guò)熱風(fēng)生成空間中的電熱絲與風(fēng)機(jī)協(xié)同工作，產(chǎn)生熱風(fēng)將雨傘烘干，優(yōu)點(diǎn)是烘干效果明顯，干燥的較為徹底，但缺點(diǎn)是功率大，耗能多，成本高，而且存在一定的安全隱患。第二個(gè)方向海綿吸水干燥，利用海綿自帶的多孔特性進(jìn)行吸水，通過(guò)擠壓的方式增大雨傘和海綿的接觸面積，以達(dá)到更好的吸水效果，優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單易操作，幾乎沒(méi)有功耗，節(jié)能環(huán)保，缺點(diǎn)則是脫水效果不夠徹底，且海綿的使用壽命比較短，還需要設(shè)置專門的出水孔來(lái)使海綿再脫水。第三個(gè)方向是離心甩干，通過(guò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)利用離心原理將濕雨傘上的水分甩離。

綜合來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)的幾個(gè)研究方向各有優(yōu)劣，但顯然目前兩個(gè)方向的一些研究成果都沒(méi)有得到實(shí)際性的生活轉(zhuǎn)化，沒(méi)有投入生產(chǎn)和使用，所以我們團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)就是打造出一款能夠便捷實(shí)用的生活機(jī)械。

發(fā)展趨勢(shì)：從能源角度而言，普遍發(fā)展方向朝著電動(dòng)方向發(fā)展，極少數(shù)環(huán)保類型的產(chǎn)品則采用人力帶動(dòng)機(jī)構(gòu)，脫水方式則以離心和加熱為主，用鼓風(fēng)的方式輔助干燥。

3 本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

基于目前國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀，本項(xiàng)目提出一種耦合干燥方式的高效干燥裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。該方案最大的優(yōu)勢(shì)是干燥速度快，預(yù)計(jì)整個(gè)干燥過(guò)程只需要20s左右，同時(shí)很好地解決了多人使用的問(wèn)題，可以滿足公共場(chǎng)合的使用需求。

此論文主要包括以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：

（1）本裝置為了能夠達(dá)到足夠的干燥效率，選擇了超聲波干燥輔助熱風(fēng)干燥、離心干燥的主要工作方式，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使三種干燥方式達(dá)到最大的耦合效果，從而使工作時(shí)間大幅度縮短，降低了工作過(guò)程的能量損耗，并且對(duì)于降低了干燥過(guò)程對(duì)于雨傘本身的損害。

（2）熱風(fēng)干燥時(shí)，風(fēng)機(jī)處于不同位置，對(duì)于干燥效率的影響很大，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)裝置時(shí)對(duì)于不同角度風(fēng)機(jī)對(duì)干燥產(chǎn)生的影響做了實(shí)驗(yàn)，并在不影響整體功能性的前提下，選擇了最合理的風(fēng)機(jī)安置角度。

（3）出于環(huán)保的考慮，我們?cè)谠O(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)是，選擇了物理吸附作為初步干燥手段，并且將主要干燥腔室設(shè)計(jì)成一個(gè)半封閉空間，在離心裝置上加載了一組扇葉，利用空氣對(duì)流的原理，制造了一個(gè)簡(jiǎn)單的微負(fù)壓環(huán)境，從而進(jìn)一步降低了干燥對(duì)于溫度和離心旋轉(zhuǎn)速度的要求，達(dá)到了降低能耗的目的。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 干燥裝置的整體設(shè)計(jì)

該機(jī)械裝置外形為一長(zhǎng)方體箱體如圖1所示，整體裝置共分為四個(gè)工作模塊，模塊1為輸入模塊，使用者從入口將雨傘安置在夾持扣上，由電機(jī)帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)將濕雨傘經(jīng)模塊2送入模塊3進(jìn)行干燥，再由曲柄連桿經(jīng)模塊4，將干燥好的雨傘送出。

4.2 物理吸附模塊設(shè)計(jì)

模塊2為物理吸附模塊，海綿安放在滾筒上，當(dāng)雨傘經(jīng)過(guò)時(shí)，傘面與海綿擠壓，帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，借助海綿的毛細(xì)作用，使傘面的水滴被物理吸附，達(dá)到初步干燥的效果。同時(shí)，海綿的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)避免了對(duì)雨傘傘架可能造成的損傷，此外還可以在使用一段時(shí)間后更換海綿，保證干燥效果。

4.3 核心干燥模塊設(shè)計(jì)

模塊3為核心干燥模塊，是該機(jī)械裝置的核心結(jié)構(gòu)，裝置側(cè)視圖如圖2，腔體為一半封閉腔室，只留出了側(cè)面雨傘進(jìn)出的空間，曲柄連桿機(jī)構(gòu)將雨傘送入模塊三預(yù)先安置好的離心夾持裝置上，電動(dòng)帶動(dòng)夾持裝置及雨傘做離心運(yùn)動(dòng)，在傘面方向上安置有一對(duì)加熱器和風(fēng)機(jī)，進(jìn)行熱風(fēng)干燥，同時(shí)在中心軸線上，裝備了一超聲波變幅桿，變幅桿頂部與傘柄頂部相接觸，通過(guò)振動(dòng)傳遞使傘面振動(dòng)，從而加大熱風(fēng)干燥和離心干燥的干燥效率。在離心夾持裝置上，安置有一組扇葉，通過(guò)對(duì)流作用使核心腔室處于微負(fù)壓狀態(tài)，進(jìn)一步降低對(duì)加熱器、風(fēng)機(jī)和離心器的功率要求，減少能耗。

5 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）環(huán)保，能耗低，干燥效率高

超聲波振動(dòng)使雨傘表面水滴產(chǎn)生微小位移，經(jīng)熱風(fēng)和離心作用脫離雨傘，微負(fù)壓環(huán)境使水滴對(duì)加熱溫度、旋轉(zhuǎn)速度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速要求降低，因此超聲波干燥和微負(fù)壓效應(yīng)耦合熱風(fēng)干燥、離心干燥降低了整個(gè)過(guò)程當(dāng)中的能量損耗。

（2）干燥速度快，可允許多人同時(shí)使用

裝置人機(jī)關(guān)系和諧，操作簡(jiǎn)單，干燥迅速，使用者只需要在入口將雨傘安置好，即可在出口拿到干燥的雨傘，極高的干燥效率能夠滿足多人同時(shí)使用，達(dá)到了設(shè)計(jì)之初用于公共場(chǎng)合的要求。

（3）動(dòng)態(tài)干燥

目前國(guó)內(nèi)的雨傘干燥設(shè)備都采用的是靜態(tài)干燥的方式，在雨傘放入后需要使用者在一旁等待，這與人們高節(jié)奏的生活方式相悖，很大程度上削減了裝置的使用率，而本裝置則采用了動(dòng)態(tài)干燥的方式，利用輸送的形式，減少了無(wú)謂的等待。

6 設(shè)計(jì)總結(jié)

該設(shè)計(jì)與前人設(shè)計(jì)相比，在雨傘安置、輸送、干燥方式等方面進(jìn)行了一定的改進(jìn)。鑒于只需要使?jié)裼陚愀稍锏讲坏嗡某潭燃纯?，所以本?xiàng)目的主要研究方向?yàn)檎w機(jī)械原理設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)上有一定高度的創(chuàng)新，對(duì)主要的設(shè)計(jì)成果做了詳細(xì)的介紹，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了合理的優(yōu)化，但還有一些問(wèn)題需要改進(jìn)解決，例如各部件傳動(dòng)數(shù)據(jù)的計(jì)算、電動(dòng)機(jī)裝置材料的選擇等。希望后續(xù)工作能使裝置小型化、智能化，使其不僅能滿足公共場(chǎng)合的需求，更能成為智能家居的一部分，便利大家的生活。

【參考文獻(xiàn)】

[1]桑啟航.旋轉(zhuǎn)式雨傘烘干機(jī)的研究[J].科技與創(chuàng)新，2018，08.

[2]肖帆，宋秋紅，陸瑋.雨傘快速風(fēng)干收納裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，4.