胡江誠，陳天樂，游正楊，李 猛，周在寧，楊 影

（沈陽化工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 沈陽110142）

對(duì)于如何自動(dòng)晾曬一直是許多衣柜、洗衣機(jī)等廠家無法解決的問題。因?yàn)闊o法實(shí)現(xiàn)洗衣完成后自動(dòng)晾曬，洗滌工作也給人們帶來了很大困擾。洗完的衣服如果不及時(shí)晾干就會(huì)導(dǎo)致衣物漸漸發(fā)出奇怪的氣味。時(shí)間一久便會(huì)導(dǎo)致衣物發(fā)霉，而且衣物還會(huì)起皺，不僅影響衣物的美觀還影響質(zhì)量。一般來說，隔夜微生物有適溫菌、適冷菌、耐熱菌等，在水溫度合適情況下其繁殖速度是平時(shí)的3至4倍，這便使長(zhǎng)時(shí)間忘在洗衣機(jī)里的衣物更加容易發(fā)生霉變。然而現(xiàn)代生活節(jié)奏快的年輕白領(lǐng)，他們很可能會(huì)忘記洗衣機(jī)中的衣服，導(dǎo)致衣服不能及時(shí)晾曬，從而影響穿著，因此，針對(duì)此問題我們提出了智能分類洗衣柜。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能分類洗衣柜整體結(jié)構(gòu)示意圖

1 超聲波洗衣機(jī)原理

本產(chǎn)品的原理是利用超聲空化效應(yīng)和隨之產(chǎn)生的沖擊波、微聲流、微射流相互作用、相互影響。具體作用分述如下：

超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡?？栈瘹馀菰诼晥?chǎng)的作用下振動(dòng)，氣泡與固體表面通過碰撞產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，從而起到震動(dòng)與擦拭的作用，可使附著在衣服上面不太穩(wěn)固的污漬掉落并清除。在污漬薄膜的邊緣處，只要有縫隙，便可借此產(chǎn)生氣泡，通過震動(dòng)與摩擦達(dá)到清洗衣服的目的，掉落的污漬可以通過清水帶走。氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的沖擊波作用在污垢上，使不溶性污垢被擊碎，從清洗件表面散落下來，分散到清洗液中。以平時(shí)生活中比較難清洗的油污為例，油污與被清洗表面附著不太牢，與水溶液的化學(xué)作用很弱，但可在空化氣泡的作用下被乳化而脫落。對(duì)于油污包裹著的固體粒子，在超聲空化作用下，油脂在接觸面被迅速分散而乳化，固體粒子即行脫落。

此外，空化氣泡在衣物表面和液體之間的分界面產(chǎn)生高速微射流，它能夠有效除去附著在衣物上的污垢，達(dá)到清潔的目的，同時(shí)產(chǎn)生的氣泡更有利于攪拌、溶解污垢于水中，加強(qiáng)化學(xué)洗滌劑的清洗作用。

2 超聲波洗衣機(jī)整體結(jié)構(gòu)

超聲波洗衣機(jī)與傳統(tǒng)洗衣機(jī)相比較，用超聲波替換了單純的水洗方式，使得清洗效率加快，不用洗衣液更加環(huán)保，清洗衣物更加徹底。（見圖2-圖6）。

圖2 洗衣機(jī)外形

圖3 洗衣機(jī)側(cè)視內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 洗衣機(jī)俯視內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖5 洗衣機(jī)甩桶

圖6 洗衣機(jī)超聲波裝置

3 洗衣機(jī)外部運(yùn)動(dòng)分析

圖7 為超聲波洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)。

圖7 超聲波洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)

（1）將衣物放于新式衣服撐之后，將其整體放置于衣服撐支撐架上。新型衣架上部與衣服撐支撐架對(duì)齊，下部與內(nèi)桶凹口對(duì)齊。

（2）在電力驅(qū)動(dòng)以及程序的控制下，洗衣機(jī)開始工作。

（3）超聲波發(fā)生器可以將220V交流電轉(zhuǎn)換成電磁震蕩頻率信號(hào)，通過電線即可傳輸給超聲換能器，此外，超聲換能器還能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為內(nèi)桶的轉(zhuǎn)動(dòng)能以及超聲波能。清洗工作開始。清洗工作的時(shí)間可由程序控制。

（4）由于超聲波的作用區(qū)域主要是在外桶內(nèi)，因此外桶的形狀會(huì)影響甩水效率以及超聲波勢(shì)場(chǎng)分布，假設(shè)內(nèi)桶的外形恰好使得超聲波在內(nèi)桶的每個(gè)部位分布均勻，那么會(huì)使得洗衣效果均勻化，即無論衣服處于何處都能夠達(dá)到一樣的效果，根據(jù)仿真效果及計(jì)算得知外形設(shè)置為對(duì)稱的幾何形狀最好，如：圓柱形、長(zhǎng)方體形等，一個(gè)好的外形同樣也會(huì)影響到洗衣機(jī)的美觀，也有外觀設(shè)計(jì)上的問題。因此，超聲波全自動(dòng)洗衣機(jī)的外桶宜為圓柱形。超聲發(fā)生器和超聲換能器配套使用，兩者用電線連接，超聲波換能器直接安裝于洗滌桶底部，采用粘接法，即用環(huán)氧樹脂作粘接劑在洗衣機(jī)外桶上。

（5）漂洗：由于采用的是超聲波對(duì)衣物進(jìn)行清洗，不用或少用洗滌劑，因此，漂洗功能在此產(chǎn)品中就顯得有點(diǎn)雞肋，結(jié)合實(shí)際衣物的清洗情況，沒有添加此項(xiàng)功能。對(duì)于洗滌劑的加入，通過程序控制來實(shí)現(xiàn)。首先洗衣機(jī)本身可先獲取所清洗衣物的重量，通過衣物的重量有選擇性地加入洗滌劑。

（6）甩水：本產(chǎn)品的洗衣機(jī)功能與傳統(tǒng)洗衣機(jī)最大差別是采用超聲波清洗，其他功能并未做出較大改變，所以甩水部分的原理與傳統(tǒng)洗衣機(jī)一樣，采用滾筒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及內(nèi)壁鉆出的孔即可將衣服中含有的水分甩出。

3 衣物分類存取裝置

在存放衣物的過程中，可以通過APP按照人們所需要的類型進(jìn)行分類。通過APP輸入的指令，使鏈輪傳動(dòng)，通過鏈輪傳動(dòng)使指定的分類盒移動(dòng)到固定位置，軌道與體育場(chǎng)的跑道類似，更加節(jié)省體積，分類盒移動(dòng)到指定位置后，實(shí)行鏈輪反轉(zhuǎn)制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鎖功能。其內(nèi)還有除濕和殺菌的功能，保持分類盒內(nèi)部清潔、干燥，讓人們穿衣更加舒適、干爽。

該衣物分類存取裝置的運(yùn)動(dòng)過程如下：

啟動(dòng)過程：使用者可以通過APP遠(yuǎn)程對(duì)電機(jī)進(jìn)行操控，并且指定最后的旋轉(zhuǎn)位置，對(duì)指定衣箱進(jìn)行標(biāo)記。

加速過程：電機(jī)通過鏈輪傳動(dòng)，開始運(yùn)動(dòng)并逐步加速。

減速過程：當(dāng)運(yùn)動(dòng)到離指定位置不遠(yuǎn)的位置，電機(jī)開始減速。

反轉(zhuǎn)鎖死過程：若衣柜的位置超過指定位置，進(jìn)行反轉(zhuǎn)，到指定位置后，對(duì)電機(jī)進(jìn)行鎖死。

圖8 為衣物分類存取裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8 衣物分類存取裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 作評(píng)優(yōu)點(diǎn)

（1）該洗衣柜自動(dòng)化程度十分高，尤其是針對(duì)洗、晾、存放等問題采用一體化處理。本發(fā)明使得人們對(duì)衣物的處理得到系統(tǒng)化和流水線式的解決，使人們?cè)谇逑匆挛飼r(shí)不用再擔(dān)心衣物何時(shí)洗完，什么時(shí)候去取出來晾曬，減少人們尋找衣物的時(shí)間，提高人們的穿衣效率，使人們向全自動(dòng)家居踏出了重要的一步。

（2）對(duì)于相關(guān)洗衣機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以將此推廣至不同形式的洗衣機(jī)設(shè)計(jì)。在市場(chǎng)上，常規(guī)的家用洗衣機(jī)一般都是通過洗滌劑加上機(jī)器旋轉(zhuǎn)清洗，這樣的洗衣方式對(duì)于油漬這類頑固污漬是束手無策的，并且使用洗滌劑是會(huì)污染環(huán)境的，因?yàn)槠渲胁糠诸悇e含有磷等對(duì)環(huán)境有害，針對(duì)此問題我們提出一種新型洗衣方式——超聲波洗衣，這種方式不僅綠色環(huán)保，而且其能耗小、效率高，關(guān)鍵是對(duì)于油漬這類頑固污漬也有較好的效果，通過上述所提到的超聲波原理可知，震動(dòng)對(duì)于頑固污漬的清洗效果比單純的機(jī)器甩動(dòng)效果更加明顯。

（3）市面上的普通洗衣機(jī)是利用洗滌劑與污漬發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)后，利用清水的沖洗沖去衣物表面的反應(yīng)物，使衣物達(dá)到清潔的功能。但是這種清潔方式較不徹底，無法控制反應(yīng)的具體程度，容易造成衣物表面的污漬殘留或洗滌劑殘留。而我們所利用的超聲波清潔方式是利用物理方式清潔，利用氣泡所產(chǎn)生的聲能將其震落。產(chǎn)生的氣泡較為細(xì)小，幾乎可以完全覆蓋在衣物表面。通過氣泡破裂產(chǎn)生震動(dòng)的能量可立即傳遞到衣服上，并且配合內(nèi)桶的反復(fù)滾動(dòng)，即可將衣物上的污漬包括一些頑固污漬均可一并清除，達(dá)到高效清洗的目的。

（4）本產(chǎn)品采用的超聲波洗衣機(jī)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保、節(jié)能。在市場(chǎng)上大部分洗衣液中的成分均含有一種名為磷酸鈉的去污劑，這種含磷的洗衣液使用后排入地下污水會(huì)造成極大的環(huán)境污染。據(jù)調(diào)查顯示：受磷污染的土地占全國土地面積的0.08%，并且無磷洗衣液采用的代磷劑4A沸石同樣會(huì)污染水質(zhì)，我們的產(chǎn)品采用的超聲波洗衣機(jī)就代替了洗衣液，這樣不僅節(jié)約水、能源，而且還響應(yīng)了國家綠色節(jié)水環(huán)保的號(hào)召。

（5）隨著時(shí)代的進(jìn)步，環(huán)境的變化也越來越受到人們的重視，盡管我們盡力避免環(huán)境污染，但也不得不面對(duì)環(huán)境變差的事實(shí)。針對(duì)此問題，我們的智能衣柜與傳統(tǒng)衣柜相比，傳統(tǒng)衣柜無法清理衣物，只能作為存放的工具，而智能衣柜可以做到隨時(shí)殺菌，烘干衣物，保持衣物的干爽與清潔。傳統(tǒng)衣柜中衣物長(zhǎng)年累月的濕氣會(huì)腐蝕內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以為了解決此問題，考慮到節(jié)能環(huán)保低碳，我們的智能衣柜采用了在存放衣物內(nèi)部設(shè)有恒溫、殺菌系統(tǒng)，保證衣物不被污染。傳統(tǒng)衣柜一直都有衣物整理不便、存取麻煩的問題，人們往往在衣物分類方面花費(fèi)大量時(shí)間與精力，因此針對(duì)這些問題，本產(chǎn)品的智能分類洗衣柜便添加了智能分類存取裝置，通過APP控制即可方便找到存放衣物，人們便不用在此方面耗費(fèi)大量時(shí)間與精力。

5 結(jié)束語

針對(duì)年輕白領(lǐng)與老年人，年輕白領(lǐng)的生活節(jié)奏快，因此我們的衣柜可以極大節(jié)約他們?cè)谡硪挛锓矫娴臅r(shí)間，對(duì)于老年人，他們生活十分不便，我們的衣柜可以為其提供便利，并且該洗衣柜具有較高的智能化，同時(shí)也環(huán)保、節(jié)能，所以具備較高的發(fā)展前景。從目前的市場(chǎng)發(fā)展機(jī)會(huì)來看，超聲波洗衣機(jī)的優(yōu)勢(shì)更為明顯，其顯著的紫外線殺菌功能、清洗衣物簡(jiǎn)單功能更是有良好的發(fā)展前景，并且該洗衣機(jī)還能強(qiáng)化空間，由于疫情的原因，隨著民眾的健康防控意識(shí)的不斷加強(qiáng)，具備紫外線殺菌功能、清潔高效、能給衣物加洗的洗衣機(jī)很快便會(huì)成為熱點(diǎn)產(chǎn)品。并且在往后的市場(chǎng)發(fā)展中不斷加深，消費(fèi)者對(duì)健康的洗滌方式會(huì)逐漸加深關(guān)注。