石 娟

（西華師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，四川 南充 637000）

隨著時(shí)代進(jìn)步，中國(guó)科技水平逐步發(fā)展壯大，正一步步地朝著發(fā)達(dá)國(guó)家前進(jìn)。但是，高科技產(chǎn)品的頻繁使用，卻導(dǎo)致我國(guó)電能、煤炭、石油等能源的消耗量逐年遞增。如今節(jié)能減排已成為當(dāng)今世界發(fā)展的一大熱點(diǎn)話題，國(guó)家也開始重視各種能源的高效利用與污染物的處理排放。而洗衣機(jī)作為家用重要電器之一，主要依靠電力能源保持正常運(yùn)作，但是對(duì)于在校學(xué)生來說，能用上洗衣機(jī)卻不太容易，國(guó)內(nèi)各大高校都明令禁止宿舍使用洗衣機(jī)等大功率電器，以防止發(fā)生安全隱患[1]。另外，對(duì)于部分材質(zhì)特殊的衣服，如有特殊涂層性的化纖質(zhì)地面料的服裝、靜電性的植絨纖維面料服裝、珠飾染色較多的服裝、羽絨編織類面料的服裝、人造革及其他有涂層人造革材質(zhì)服飾的服裝、色差對(duì)比較大而又染色不牢的條格服裝，洗衣機(jī)機(jī)械式的清洗會(huì)使這幾類服裝縮水、變色、發(fā)硬或者破損。隨社會(huì)流行趨勢(shì)的發(fā)展，這類衣物在大學(xué)生中的購買穿著頻率較高。由于不方便進(jìn)行機(jī)洗，大部分學(xué)生都會(huì)選擇手洗，但是縱觀國(guó)內(nèi)各大高校宿舍條件，大部分宿舍沒有足夠廣闊空間用于晾曬濕衣服，而手洗衣物的水分殘留過多，可能會(huì)因?yàn)轭l繁滴水導(dǎo)致地面淌水而引起意外事故，或者是許久不能干燥影響日常生活甚至是損壞衣服質(zhì)量。綜上，手洗衣物后的脫水工作便成了關(guān)鍵性一步。

針對(duì)高校學(xué)生宿舍的洗衣脫水問題，我們小組計(jì)劃設(shè)計(jì)一款既可以通過腳踩踏板從而使衣物脫水，亦可以將太陽能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)行脫水的設(shè)備。本文就該設(shè)備的人工模式進(jìn)行闡述，通過腿部運(yùn)動(dòng)發(fā)力給設(shè)備提供動(dòng)力，傳動(dòng)裝置將轉(zhuǎn)速提高后可使內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，甩出衣物水分。該裝置將人力與機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，使用者在完成衣物脫水目的的同時(shí)，一方面能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，避免不必要的消耗，另一方面又能勞動(dòng)健身增強(qiáng)個(gè)人體質(zhì)[2]。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

該裝置外形與日常家用水桶相似，但是為避免損壞，桶壁設(shè)計(jì)較厚，裝置整體主要由外筒、內(nèi)筒、踏板、傳動(dòng)裝置和增速裝置組成。內(nèi)筒筒壁上有若干小孔，殘余水分則通過這些小孔排出，內(nèi)筒與外筒中間有一濾水隔板，目的是防止水分影響內(nèi)部機(jī)械裝置的正常功能。外筒底部有一排水管道使衣物濾出的水排出。內(nèi)筒中心下部通過減震簧與外筒連接，以減緩高速旋轉(zhuǎn)引起的晃動(dòng)與撞擊。為防止內(nèi)筒上部擺幅過大，增大脫水桶的內(nèi)徑，減小桶的高度，因此會(huì)比日常家用水桶半徑更大高度更矮。外筒筒腔內(nèi)設(shè)置了齒輪增速裝置，外筒底端設(shè)置了與踩踏杠桿連接的踏板，由大齒輪帶動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)[3]，連接到位于內(nèi)筒底部的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生離心力，從而達(dá)到衣服脫水的效果。

圖1

光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、充放電控制器、蓄電池組、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等六大設(shè)備組成。原理圖如圖2。

1.2 工作原理

1.2.1 人工模式

使用者需要進(jìn)行衣物脫水時(shí)，只需選擇人力驅(qū)動(dòng)模式，將衣物放入內(nèi)筒，關(guān)閉筒蓋，打開啟停裝置，腳踩踏板，通過內(nèi)部彈起裝置不停重復(fù)上下踩踏動(dòng)作，由高強(qiáng)度繩索通過定滑輪帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，增速機(jī)構(gòu)是采用相同齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比的兩對(duì)增速齒輪來提高轉(zhuǎn)速，通過高強(qiáng)度繩索連接，以及各種部件將動(dòng)力傳輸?shù)街行妮S，中心軸帶動(dòng)內(nèi)筒進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，內(nèi)筒的快速轉(zhuǎn)動(dòng)使衣物上的殘余水分透過內(nèi)筒邊緣的小孔甩到筒外，并順著排水管流出筒外[4]。脫水流程圖如圖3。

1.2.2 太陽能模式

太陽光會(huì)在電子半導(dǎo)體p-n 結(jié)上照射，形成新的空穴電子對(duì)和電子發(fā)射對(duì)，p-n 結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用會(huì)使得空穴由n 區(qū)流向p 區(qū)，而電子由p 區(qū)流向n 區(qū)，接通電路后便可形成電流。太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光能先轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)為電能的轉(zhuǎn)換方式，另一種是光能直接轉(zhuǎn)化為電能[5]，我們使用的是后者。

光能直接轉(zhuǎn)換為電能的方式是利用光伏效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，這種轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，從物理結(jié)構(gòu)上說，它就是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，從而產(chǎn)生電流。如果把許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來，就能形成具有較大輸出功率的太陽能電池方陣了[6]（見圖4）。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 人工模式脫水流程示意圖

圖4 太陽能光伏發(fā)電原理示意圖

2 發(fā)展前景

2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

該裝置響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，從綠色環(huán)保的目的出發(fā)，沒有多種能源的消耗，將使用廣泛的低成本的部件組合起來，僅需人力驅(qū)動(dòng)，依靠?jī)?nèi)部傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)使內(nèi)筒可帶動(dòng)濕衣物快速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，進(jìn)而使殘余水分脫離衣物并隨排水管流出。

2.2 零消耗零排放

該設(shè)計(jì)以人力驅(qū)動(dòng)的方式打破了以往洗衣機(jī)行業(yè)只能依靠電力驅(qū)動(dòng)的弊端，不再需要消耗電力來提供動(dòng)能，在人工模式下，該脫水裝置所需的常規(guī)能源消耗為零，全部能源均來自腳踏產(chǎn)生的動(dòng)能，同時(shí)沒有任何污染物質(zhì)的產(chǎn)生與排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害[7]。

2.3 使用方便

與普通家用水桶形似，可與其他水桶疊放，以減少空間占地面積，人工模式與太陽能模式可根據(jù)實(shí)際情況隨意切換，即使在面對(duì)停電的意外狀況下，也能保證衣服能正常清洗與晾干。使用方法簡(jiǎn)單快捷，能夠快速上手，在閑置時(shí)便可將其放置在陽光下儲(chǔ)存太陽能。

2.4 有益健康

該設(shè)計(jì)能讓使用者在進(jìn)行腳踏脫水時(shí)，腿部也能得到一定的鍛煉，通過上下踩踏運(yùn)動(dòng)，可促進(jìn)人體腿部血液循環(huán)，加速新陳代謝，增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)靈活度，鍛煉腿部肌肉，同時(shí)也可改善腿部的靜脈曲張，有益于身心健康。

3 結(jié)束語

針對(duì)廣大大學(xué)生群體，由于大功率電器的禁止使用，衣物晾曬成為一大難題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)的設(shè)備采用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，利用人力驅(qū)動(dòng)，為脫水設(shè)備提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，設(shè)計(jì)出一款適用于住校生的裝置，不需要消耗能源，也不會(huì)產(chǎn)生任何有害污染物質(zhì)，完全借助勞動(dòng)力完成一系列工作，契合了當(dāng)代社會(huì)推行的節(jié)能減排、低碳環(huán)保的主題，同時(shí)也為在校生生活提供了便利。跟隨當(dāng)代社會(huì)的進(jìn)步，越來越多的科技產(chǎn)品出現(xiàn)在我們身邊，可是與此同時(shí)，并不是所有人都能享受這樣的便利，又或者在高端科技產(chǎn)品的圍繞下，大家是否還具備生活中的基本動(dòng)手技能。例如在學(xué)習(xí)之余，大家如何度過假期呢？在床上日夜酣睡？還是趁著空閑清潔打掃美化房間？也許該設(shè)備能讓人們?cè)趧趧?dòng)中完成家務(wù)，在運(yùn)動(dòng)中感受科技。設(shè)備簡(jiǎn)單快捷，沒有復(fù)雜的工序，也擺脫了傳統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)甩干機(jī)的束縛，只需自己動(dòng)手便可以將衣服脫水。在衣物脫水的同時(shí)，也讓使用者腿部得到了鍛煉，保證了在停電停水的突發(fā)狀況下，依然可以將衣服脫水。對(duì)于只能手洗以免損壞的衣物，洗完后手動(dòng)脫水，既不會(huì)把衣服扯壞，又能達(dá)到脫水的目的，而對(duì)于有特殊情況而不愿意使用洗衣機(jī)的學(xué)生，該設(shè)備也是最佳選擇。