李紅玉,孟凡召,張?chǎng)潍h

(山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院,山東 德州 253000)

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展,寫(xiě)字樓、工廠廠房等建筑越來(lái)越多。而此類建筑具有空間大、較為封閉、人員多、夏季環(huán)境悶熱等特點(diǎn)。為了使人們擁有舒適的工作環(huán)境,往往在室內(nèi)安裝吊扇、空調(diào)等設(shè)備。由于環(huán)境閉塞,空氣不流通,空調(diào)很可能導(dǎo)致細(xì)菌滋生,引發(fā)鼻塞、頭昏、耳鳴、乏力、肌肉關(guān)節(jié)酸痛等空調(diào)病[1]。因供冷需求量大,周期長(zhǎng),僅使用空調(diào)供冷會(huì)產(chǎn)生高能耗問(wèn)題。為在滿足人體舒適的條件下盡可能減少能耗,吊扇成為夏季常用的納涼電器。

電扇的使用范圍遠(yuǎn)超空調(diào)電器,雖然祛暑效果不及空調(diào),但能在一定程度上改善室內(nèi)的熱舒適度,且節(jié)能環(huán)保,促進(jìn)空氣流通[2],減少污染及灰塵的滯留。在空調(diào)房安裝吊扇,既能避暑納涼,也能滿足節(jié)能減排的需求,具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

扇葉容易堆積灰塵,導(dǎo)致葉片變黑,不僅影響美觀,還會(huì)使其動(dòng)平衡失調(diào)[3],具有一定的危險(xiǎn)性。而清洗吊扇扇葉的難度較大,傳統(tǒng)的清洗方式是將吊扇拆卸后進(jìn)行清洗或登高清洗,工作效率低,清洗難度大,危險(xiǎn)系數(shù)高,清潔任務(wù)繁重,勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

目前,吊扇扇葉清洗裝置的研發(fā)仍處于起步階段,對(duì)該類裝置進(jìn)行研發(fā),具有經(jīng)濟(jì)性及高效性,發(fā)展前景廣闊。

1 國(guó)外吊扇扇葉清洗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

日常生活中,人們需要一種便捷的清洗裝置,以滿足扇葉清潔需求。吊扇扇葉清洗裝置最初應(yīng)用于20世紀(jì)60年代末的德國(guó)及日本。1967年,德國(guó)圖林根州的一家機(jī)械制造廠成功研發(fā)了用于清洗吊扇的機(jī)器。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展,吊扇扇葉清洗裝置的生產(chǎn)及制造技術(shù)日漸成熟。

Nicholson V R的大型工業(yè)吊扇葉片清潔設(shè)備[4]如圖1所示。電機(jī)軸連接通常為軸鍵連接、螺栓連接等,在下端設(shè)有伸縮桿的電機(jī),在電機(jī)輸出軸上設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)清潔頭,在轉(zhuǎn)動(dòng)清潔頭上設(shè)有若干分布均勻的刷毛,在電機(jī)上設(shè)有與轉(zhuǎn)動(dòng)清潔頭相交的固定清潔頭,在電機(jī)上端設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái),在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有鏡子,可迅速完成大范圍扇面的清潔,能夠滿足大型工業(yè)吊扇的清潔需要。

1-立柱 2-塑料伸縮桿 3-L型螺旋刷 4-套管 5-鉤環(huán) 6-防塵盤(pán) 7-金屬絲支架

Bielecki R J的天花板風(fēng)扇自動(dòng)清潔裝置[5]如圖2所示。它將天花板風(fēng)扇與天花板風(fēng)扇清潔器相結(jié)合,由吊桿、電機(jī)、電機(jī)外殼及風(fēng)扇葉片組成,吊扇上裝有U形清潔器,清潔器的上面板表面固定在吊桿與電機(jī)外殼的連接部位,清潔器的下面板表面則固定在電機(jī)外殼的下面,當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí),清洗架起到清洗風(fēng)扇葉片的作用,清洗架上的軟刷子與風(fēng)扇葉片互相摩擦,清洗風(fēng)扇葉片上下表面的污垢。吊頂風(fēng)扇的清洗是將吊頂風(fēng)扇與清洗設(shè)備組合在一起,令清洗工作更加簡(jiǎn)單、快捷。

1-吊扇軸環(huán) 2-吊扇外殼 3-吊扇 4-轉(zhuǎn)動(dòng)軸 5-配件 6-上凹槽 7-下凹槽 8-保持器 9-刷子組件 10-纖維束 11-吊扇葉片

J Norberto Pires研發(fā)了吊扇清洗系統(tǒng)[6],以ABBS4C為控制器、PLC37-300為外圍設(shè)備、雙輪滾桶裝置為清洗設(shè)備,以ABB IRB 4400工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了對(duì)吊扇的噴沫與清洗。Mansour Abtahi將自主設(shè)計(jì)的機(jī)器人標(biāo)定方法[7]應(yīng)用于吊扇扇葉清洗裝置中,提高了裝置清洗的準(zhǔn)確度及清洗效率。N Stareevie研究了四自由度機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)策略[8],將其應(yīng)用于清洗裝置中,可提高清洗的潔凈程度。

國(guó)外吊扇扇葉清洗裝置清洗范圍廣泛、工作速度快,品牌型號(hào)較多,主要采用固定性的結(jié)構(gòu)形式,針對(duì)不同大小的扇葉采用不同的工作模式,使用PC開(kāi)放式控制系統(tǒng),以提高吊扇扇葉清洗裝置工作進(jìn)程的快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。

2 我國(guó)吊扇扇葉清洗裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)吊扇扇葉清洗裝置的研究頗多,清洗形式豐富多樣,按清洗刷頭可分為高壓蒸汽清潔型、毛刷清灰型、輕質(zhì)海綿擦拭型。

2.1 高壓蒸汽清潔型

基于高壓蒸汽的吊扇扇葉清洗裝置[9]如圖3所示。使用高壓蒸汽噴頭,使用電熱鐵將水箱中的清潔用水加熱,使之產(chǎn)生蒸汽并通過(guò)蒸汽軟管輸送至蒸汽噴頭,蒸汽噴頭與用于清潔的彈性材料及電磁鐵組成清洗頭,通過(guò)液壓桿實(shí)現(xiàn)對(duì)吊扇扇葉的反復(fù)清洗,并將清洗后產(chǎn)生的污水匯集到污水收集箱中。

1-清潔機(jī)外殼 6-清潔頭 8-彈性材料 9-污水收集箱 12-缸體連接 13-氣缸多級(jí)伸縮桿 14-支架 15-電機(jī) 16-麥克納姆輪

2.2 毛刷清灰型

吊扇扇葉清灰裝置[3]如圖4所示。設(shè)計(jì)有可夾持吊扇扇葉的上刷盤(pán)、下刷盤(pán),調(diào)整伸縮桿高度將扇葉置于兩刷盤(pán)之間,啟動(dòng)輪轂電機(jī),兩刷盤(pán)同向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)扇葉進(jìn)行清掃,在刷盤(pán)下方安裝有集灰托盤(pán),可承接清理出的灰塵,并在吸塵泵的作用下通過(guò)輸灰管將灰塵收集到集灰盒中,防止二次污染。

1-伸縮桿粗桿 2-伸縮桿細(xì)桿 3-連接柄 4-承灰托盤(pán) 5-上撐架 6-吸塵泵 7-輸灰管 8-落塵口 9-軸承座 10-橡膠滾輪 11-上刷盤(pán) 12-下刷盤(pán) 13-上軸桿 14-第一輪輪轂電機(jī)殼 15-下軸桿 16-第二輪轂電機(jī)殼 18開(kāi)關(guān)

吊扇清潔器[10]如圖5所示。主要結(jié)構(gòu)分為A清潔盒與B清潔盒,二者通過(guò)螺柱連接形成一個(gè)相對(duì)封閉的箱體,將吊扇扇葉插入A、B清潔盒之間的弧形凹槽中,安裝在清潔盒中的A旋轉(zhuǎn)清潔刷和B旋轉(zhuǎn)清潔刷與扇葉接觸,啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)A、B旋轉(zhuǎn)清潔刷旋轉(zhuǎn),對(duì)吊扇扇葉進(jìn)行全方位的清潔。

1-A清潔盒 2-B清潔盒 3-過(guò)濾盒 4-空心伸縮螺桿 5-操控把手 6-吸塵孔 7-A旋轉(zhuǎn)清潔刷 8-B旋轉(zhuǎn)清潔刷 9-螺柱 10-弧形凹槽 12-濾塵網(wǎng) 13-電路線 17-隔板

2.3 輕質(zhì)海綿擦拭型

吊扇扇葉清洗裝置[11]如圖6所示,包括殼體、水路組件、海綿滾筒組及毛刷滾筒組,殼體分為上下殼體,由前后錯(cuò)位組件連接,海綿滾筒組及毛刷滾筒組的兩個(gè)滾筒分別安裝在上殼體和下殼體上,通過(guò)控制前后錯(cuò)位組件實(shí)現(xiàn)上、下殼體的開(kāi)合,方便扇葉進(jìn)出殼體,當(dāng)扇葉被夾持固定后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī),令滾筒組的兩個(gè)滾筒同步反向運(yùn)轉(zhuǎn),海綿滾筒可吸附吊扇殘留的水漬并通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)清洗機(jī)沿扇葉運(yùn)動(dòng)。

5-擠壓滾筒 11-上殼體 12-下殼體 14-握桿 15-扇葉出入口 21-排水管 22-總進(jìn)水管 23-分流接頭 24-噴頭 42-驅(qū)動(dòng)電機(jī)B 32-驅(qū)動(dòng)電機(jī)A 131-舵機(jī) 132-驅(qū)動(dòng)桿A 133-連桿 134-驅(qū)動(dòng)桿B

吊扇清洗工具[12]如圖7所示。在主桿頂端的第一擦板與傳動(dòng)連接桿上的第二擦板上安裝有輕質(zhì)海綿塊,將扇葉插入第一擦板與第二擦板之間,通過(guò)副桿與傳動(dòng)連接桿聯(lián)動(dòng),調(diào)節(jié)第一擦板與第二擦板的間距,令安裝在兩擦板上的海綿塊與吊扇接觸,手持主桿沿扇葉方向滑動(dòng),實(shí)現(xiàn)扇葉清洗。在主桿上安裝有漏斗型托盤(pán),可將清洗過(guò)程中產(chǎn)生的污水、灰塵收集在托盤(pán)中。

1-主桿 2-第一擦板 3-漏斗型托盤(pán) 11-副桿 12-開(kāi)槽 21-第二擦板 22-海綿 31-軟管 111-傳動(dòng)連接桿

我國(guó)吊扇扇葉清洗裝置的研究成果豐富多樣,以半自動(dòng)化為主,安裝有集灰裝置,清潔效率高且無(wú)二次污染。裝置多以伸縮桿為結(jié)構(gòu)支撐,便于移動(dòng),無(wú)需復(fù)雜安裝,利于推廣。

3 發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái),吊扇扇葉清洗裝置的研制有了較大進(jìn)展,但是目前仍處于起步階段,該裝置并沒(méi)有得到廣泛推廣使用,未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如下:①向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。應(yīng)提高機(jī)械自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)吊扇扇葉清洗裝置與傳感器及控制系統(tǒng)的有效結(jié)合。通過(guò)傳感器檢測(cè)分析結(jié)果對(duì)吊扇扇葉高度進(jìn)行判斷,確定扇葉的具體位置,通過(guò)控制系統(tǒng)控制吊扇扇葉清洗裝置達(dá)到清洗高度,減少人工預(yù)估扇葉高度等繁瑣任務(wù)。②進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。吊扇扇葉清洗裝置具有較為特殊的結(jié)構(gòu),清洗組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由眾多機(jī)械結(jié)構(gòu)組成,故清洗組件占據(jù)了整體裝置的大部分重量。清洗組件通過(guò)伸縮桿到達(dá)清洗高度,裝置重量大、重心高,不容易控制其穩(wěn)定性,增加了操作難度。應(yīng)優(yōu)化清洗組件的結(jié)構(gòu),去除冗余,提高吊扇扇葉清洗裝置的平穩(wěn)性。③實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。機(jī)械趨于小型化、便攜化、輕便化的設(shè)計(jì),吊扇扇葉清洗裝置主要用于家庭、學(xué)校、工廠等場(chǎng)所,故必須保證產(chǎn)品的輕量化設(shè)計(jì)及操作的易用性,在保證作業(yè)性能、成本及安全可靠性的前提下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[13]?？商鎿Q零件材料,將伸縮桿材質(zhì)替換為鋁合金,特點(diǎn)是重量輕、強(qiáng)度高、堅(jiān)固耐用,既滿足工作要求又降低了裝置整體重量,可輕松搬運(yùn)。輕量化設(shè)計(jì)可降低裝置的使用難度,提高清洗效率。④提高裝置的適應(yīng)能力。吊扇的清理具有階段性,其清洗頻率較低,對(duì)于以家庭為單位的客戶而言,清洗裝置的實(shí)用性較低。吊扇扇葉清洗裝置的受眾應(yīng)偏向家政清潔公司、學(xué)校保潔、工廠保潔等,需接觸更多型號(hào)各異的吊扇,提高吊扇扇葉清洗裝置的效率,實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。吊扇扇葉清洗裝置應(yīng)具有較高的適應(yīng)能力,適用于各種型號(hào),能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境下完成工作。⑤提高裝置的易清潔性。清洗吊扇扇葉時(shí)會(huì)有大量灰塵留在裝置清洗刷頭、集灰盒、集灰管道等位置。這些灰塵的積累會(huì)影響裝置的性能、壽命并造成二次污染。機(jī)械裝置需要專業(yè)人員清洗,但會(huì)產(chǎn)生二次消費(fèi),為了保持吊扇扇葉清洗裝置的衛(wèi)生,需頻繁清洗裝置,故裝置應(yīng)易拆卸、易維護(hù),可將清洗刷頭單獨(dú)拆卸并清洗,具有良好的防水性。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)國(guó)內(nèi)外吊扇扇葉清洗裝置的基本類型、結(jié)構(gòu)及基本原理進(jìn)行了綜述,對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望,提出吊扇扇葉清洗裝置應(yīng)具有良好的清潔性,滿足清洗要求。應(yīng)著重提高裝置的自動(dòng)化、智能化,優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu),進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),提高其適應(yīng)能力,從而進(jìn)一步提高我國(guó)吊扇扇葉清洗裝置的技術(shù)研發(fā)水平,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。