陳晶晶，陳田力，劉云飛，胡文濤，牛海俠

（安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230601）

0 引言

在生活中，尤其是有雨天氣，濕雨傘一直都是人們所煩惱的問題。一到下雨天，濕淋淋的雨傘被帶進(jìn)公共場所，傘布上積累的水珠滴落在地板上，容易造成地面積水，易打滑，這對老人、小孩都是一種威脅。同時也不方便清潔工人的清理，增加工作負(fù)擔(dān)。雨傘簡單分為兩種：直柄雨傘和折疊雨傘。其中，折疊雨傘在脫水方面，方式、方法的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于直柄傘。故此，一種能使折疊雨傘在短時間內(nèi)快速脫水的設(shè)備就有待研究設(shè)計。本文著重介紹一款折疊雨傘甩干烘干機(jī)的主要功能的實現(xiàn)和結(jié)構(gòu)的簡單介紹。

1 雨傘脫水設(shè)備的研究現(xiàn)狀

通過查詢資料，雨傘在脫水方面（未分開直柄傘和折疊雨傘）主要有如表1所示的幾種形式和缺點。

表1 雨傘在脫水方面的形式和缺點

2 折疊雨傘甩干烘干機(jī)的總體設(shè)計

折疊雨傘的特殊性在于收攏時和直柄傘形狀不同，有水的傘面也不同。另外撐開的折疊雨傘占地面積大，浪費空間。故本文介紹的機(jī)器采用雨傘收攏時的狀態(tài)進(jìn)行快速脫水。折疊雨傘甩干烘干機(jī)主要由夾緊裝置、甩干裝置、烘干裝置、控制裝置這4大部分組成。

2.1 夾緊裝置

以普通車床加工長軸類零件和銑床切削球類零件為靈感，通過兩端夾緊的方式，限制雨傘軸向運動，為避免在甩干過程中因雨傘傘柄與旋轉(zhuǎn)軸心線具有夾角，導(dǎo)致雨傘旋轉(zhuǎn)跳動而造成危險，故在兩端采用了“V”型套筒（具體見第3節(jié)介紹），來滿足定心的要求。對于“V”型套筒，兩端各不一樣，分為大小兩個。固定傘頂一端的為大套筒，不僅起到定心的作用，還限制了傘面在高速旋轉(zhuǎn)時擺動的幅度。固定傘把一端的為小套筒，起到定心的作用，同時小套筒連接旋轉(zhuǎn)手柄，起到了軸向夾緊作用。故可總結(jié)為“兩端定心，一端夾緊”。

2.2 甩干裝置

通過電動機(jī)連接到旋轉(zhuǎn)軸，再由旋轉(zhuǎn)軸帶動套筒旋轉(zhuǎn)，套筒與雨傘同步旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到甩干的目的，甩干裝置包含了一個內(nèi)艙和一個外艙，內(nèi)筒的作用是令被雨傘旋轉(zhuǎn)甩出的水珠順著內(nèi)筒壁流下來，廢水進(jìn)入外艙底部的水箱（也可直接用水管連接）。外艙只充當(dāng)外殼的作用。另外，甩干裝置中的大“V”型套筒作用很是重要，它內(nèi)部所去除的圓錐體積越大，限制雨傘傘面擺動的幅度越大，整個內(nèi)艙的大小也會因此改變。

2.3 烘干裝置

通過電動機(jī)帶動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，把用電熱絲所加熱空氣全部吹入到內(nèi)筒內(nèi)，形成熱風(fēng)，并不斷吹拂固定在艙內(nèi)的折疊雨傘，讓傘面上殘余的小水珠消失吹拂傘面，達(dá)到烘干作用。

2.4 控制裝置

控制方面可采用51單片機(jī)，利用蜂鳴器、定時和壓力感應(yīng)等模塊來控制整個機(jī)器運轉(zhuǎn)。在功能上可以添加很多東西，在本文中不再詳細(xì)介紹。

3 機(jī)器各部分詳細(xì)介紹

3.1 夾緊裝置結(jié)構(gòu)

參考相關(guān)文獻(xiàn)[1-4]，思考總結(jié)出“兩端定心，一端夾緊”的方法，能夠有效地帶動雨傘旋轉(zhuǎn)。如圖1所示，左邊為大的“V”型套筒，右邊為小的“V”型套筒，中間為雨傘的簡單示意圖，兩個大小套筒將雨傘定心，三者處在同一中心線上，小套筒內(nèi)部裝有壓力傳感器，通過不斷擰動旋轉(zhuǎn)手柄產(chǎn)生作用力使壓力傳感器接收到力的值數(shù)，小套筒與旋轉(zhuǎn)手柄之間裝有一根小軸，通過該軸與之相對應(yīng)的軸承連接，讓大套筒、雨傘、小套筒三者按照一定的速度旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)手柄依舊處于靜止?fàn)顟B(tài)。大套筒、小套筒、旋轉(zhuǎn)手柄的簡單結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 大套筒、雨傘、小套筒三者同中心線

圖2 大套筒、小套筒、旋轉(zhuǎn)手柄簡圖

3.2 甩干與烘干裝置結(jié)構(gòu)

甩干裝置較為簡單，由電動機(jī)帶動大“V”套筒，即完成甩干裝置結(jié)構(gòu)；烘干裝置由風(fēng)扇、加熱圈構(gòu)成，并與大“V”套筒同屬一根軸上，該軸固定在箱體上，不會跟隨套筒一同運轉(zhuǎn)。如圖3所示，風(fēng)扇處于尾端，將中部被加熱絲加熱過的空氣不斷吹入艙內(nèi)，烘干傘面上的殘余水分。

圖3 風(fēng)扇、加熱圈、大“V”套筒三者同軸

3.3 艙門結(jié)構(gòu)

通過查閱相關(guān)資料，最終艙門采用了圓形結(jié)構(gòu)[5-6]，如圖4所示，中間白色區(qū)域為厚玻璃，方便使用者觀察內(nèi)部，與滾筒式洗衣機(jī)艙門相似。灰色區(qū)域為操縱面板，黑色區(qū)域為屏幕，實時顯示機(jī)器情況。

圖4 艙門與旋轉(zhuǎn)手柄結(jié)構(gòu)圖

3.4 烘干裝置與內(nèi)外艙之間的隔離板設(shè)計

隔離板的位置正好是內(nèi)外艙室的分界面，由于內(nèi)外艙室直徑大小不同，故設(shè)計出如圖5所示的形狀。中間鏤空的部分是為了方便風(fēng)扇將加熱絲加熱好的熱空氣通過該鏤空部分源源不斷地吹入內(nèi)艙室，來吹拂傘面。

圖5 隔離板結(jié)構(gòu)圖

3.5 整體外形設(shè)計

整個折疊雨傘甩干烘干機(jī)外觀如圖6所示。裝置使用的是臥式結(jié)構(gòu)，根據(jù)文章中的工作原理，也可設(shè)計出立式結(jié)構(gòu)，兩者根據(jù)比較，本文只展示臥式結(jié)構(gòu)。

圖6 折疊雨傘甩干烘干機(jī)外觀圖

4 機(jī)器使用流程

機(jī)器通上電源，流程開始：用戶打開艙門，將雨傘放入套筒中，關(guān)閉艙門，旋轉(zhuǎn)手柄，待聽到蜂鳴，停止旋轉(zhuǎn)。點擊“啟動”按鈕，機(jī)器開始運轉(zhuǎn)，等待一段時間。機(jī)器停止并發(fā)出蜂鳴聲提醒用戶，用戶打開艙門，取出雨傘，關(guān)閉艙門，離開。流程結(jié)束。

5 控制方案設(shè)計

系統(tǒng)控制流程如下。

（1）壓力感應(yīng)檢測小套筒受到的力的大小，超過閾值，則運轉(zhuǎn)蜂鳴器，若不超過閾值，則繼續(xù)等待。

（2）超過閾值，蜂鳴器運轉(zhuǎn)之后，接受“啟動”按鈕信號，甩干裝置內(nèi)部電源開啟，同時定時模塊開始計時，否則等待。

（3）定時模塊檢測到時間超過第一個設(shè)定閾值，則關(guān)閉甩干裝置內(nèi)部電源，開啟烘干裝置內(nèi)部電源，否則等待。

（4）定時模塊檢測到時間超過第二個設(shè)定閾值，關(guān)閉烘干裝置電源，并運轉(zhuǎn)蜂鳴器提醒用戶已完成。

（5）定時模塊超過第三個設(shè)定閾值，重置，恢復(fù)默認(rèn)值，等待下一次循環(huán)。

6 結(jié)束語

本文所介紹的折疊雨傘甩干烘干機(jī)希望可以為雨傘快速脫水行業(yè)提供一個思路和意見，其中創(chuàng)新點在于：（1）采用甩干和烘干相結(jié)合的方式；（2）采用臥式甩干；（3）定心夾緊裝置采用雙“V”型套筒和旋轉(zhuǎn)手柄。