一種超聲波洗衣機的研發

２０１５年 ３月　 第 ４Ｊ４卷 第 ３期　 機械設計與制造工程　 Ｍａｃｈｉｎｅ?。模澹螅椋纾睢。幔睿洹。停幔睿酰妫幔悖簦酰颍椋睿纭。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭? ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５～５０９Ｘ．２０１５．０３．０１７　 Ｍ ａｒ．２Ｏ１５　 Ｖ０１．４４?。危铮场?一 種 超 聲 波 洗 衣 機 的研 發　 于　 釗　 （東南大學 東南大 學 一蒙 納士 大學 蘇州聯 合研究 生 院 ，江蘇 蘇州 ２１５１２３）　 摘要 ：為解決 目前 市場上 的超 聲 波洗 衣機 體 積 大 、價 格 高、洗 滌 效 果差 、使 用 不 方便 等 缺 點 ，研 制　 了一 款新 型超 聲波 洗衣機 。該款超 聲波 洗 衣機 與傳 統 洗 衣機 在 結 構 、體積 和 功 能上 都 有 革命 性　 改變 ，主要 分 為儲液 裝置 、清潔裝 置和操 作 臺 ３部 分 ，較 重部 件都 裝 在 主機 上 ，由手 柄 實現 兩 大功　 效—— 清潔和 干燥 ，即用力擠 壓 衣物 時利 用超 聲波 的空化 作 用 ，向初 步 濕潤 的衣 物局部 發 出高頻　 超 聲波使 油 污在 聲場 的作 用下乳 化 ，達 到 固體 粒子 脫 離衣 物 實現 表 面 凈化 的 目的 ；輕觸 衣 物 時利　 用高溫 高速 氣流 實現 對 衣物局部 濕潤 面的熨 燙干燥 。在 功 能上 與 市 面上 的普通 洗 衣機 相 比 毫不　 遜 色，且 集洗 滌 、熨 燙和 干燥等 功能 于一體 ，在 細 節處理 上具有 更 多優 勢 ?！?關鍵 詞 ：超聲 波洗 衣機 ；清洗 ；熨 燙 ；干燥　 中圖分類 號 ：ＴＭ９２５．０２　 文獻 標識碼 ：Ｂ　 文章 編號 ：２０９５—５０９Ｘ（２０１５）０３—００７６—０３　 ２００１年 ８月 ３１本 三洋 電機宣 布 開發 出無需 使　 用 洗 滌劑就 可 以洗 干凈 衣 物 的洗 衣 機—— 超 聲 波　 電解水 洗 衣 機 ，并 開 始 銷 售 ¨Ｊ。這 一 消 息 在 國 內　 外 洗衣 機行業 引起 了不 小 的反 響 和 沖擊 。將 超 聲　 清洗用 于洗 衣機 的研 究 在 ２０多 年 前 就 已開 始 ，但　 由 于 種 種 原 因 一 直 未 進 入 實 用 化 和 商 品 化 階　 段　 ，直 到 ２００１年 ８月 １３本 三洋 電機 宣 布開 發 出　 超 聲波 洗衣 機 ，但 是 十幾 年來 超聲 波洗衣 機 由于 自　 身 的缺陷 ，消費者 認 可 度 不 高 ，目前 它 的 市場 份 額　 不 大　 ?！?雖 然超 聲 波 洗 衣 技 術 較 純 熟 ，但 造 型 比 較 單　 一 、 不美 觀 ，很 多 企業 設 計 的超 聲 波 洗 衣機 功 能 外　 形 都 大 同小 異　Ｊ。一 些 超 聲 波 洗 衣 機 做 工 粗 糙 ，　 不 夠精 致 ，不 僅影 響使 用壽命 且缺少 美感 。市 面上　 的超聲 波洗 衣機 缺乏成 熟 的人機交互 體驗 ，雖 然易　 于操作 ，但 是 體 型 龐 大 ｌ５］。 國 內超 聲 波洗 衣 產 品　 設計 在視覺 傳達設 計 、色彩設 計等方 面不 和諧 或者　 難 以融人環境 ，遺漏 了設計 中與人相 關 的因素 的探　 討 ，忽視 解決 人 一產 品 一環 境 一社 會 系 統 ｌ６　Ｊ。機　 械造 型忽 視 了與人 體工程 學 的結 合 ，明顯 與國外 市　 場 的需求 不相 適 應 。為 了使 既 環 保 又 節能 的超 聲　 波洗 衣機 在市 場上 有所 突破 ，本 文這 款超聲 波洗 衣　 機 與傳統 洗衣機 在結 構 、體 積 和功能 上都做 了革命　 性改 變　 ｌ 超 聲 波洗 衣 機 的結 構　 超聲 波洗衣 機 的設 計 出發點 是盡量 小 巧 ，噪聲　 盡量 低 ，使 用方 便 ，功 能盡 量多 ，當然這 是在 不損 害　 洗衣 功能 和效 果 的前 提 下 需要 達 到 的。它 的誕 生　 是 為 了服 務廣 大消 費者 的 ，只有 廣大 消費者 認可 和　 接 受 ，市 場份額 才 能擴大　 ?！?筆者 在考 慮如何 減小 洗衣機 的體 積時 ，首先想　 到 的是洗 衣桶 ，傳統洗 衣機 中最 占體 積 的非 洗衣桶　 莫 屬 ，它 是 儲 水 、漂洗 的所 在地 ，似 乎 是 必 不 可 少　 的　 。但 筆者 大膽想 象 ，是 否 能 改造 它 ，衣 物 能 否　 不 放在容 器 中 ，比如像熨燙 衣 服一樣 。答 案是肯 定　 的 ，最終 筆者 設 計 的 洗 衣 機 的外 形 和結 構 如 圖 １、　 圖 ２、圖 ３所 示 ?！?圖 １ 超 聲 波 洗 衣 機 外 形　 收 稿 日期 ：２０１５—０２—０６　 作者簡介 ：于釗 （１９９１一 ），男 ，河南湯陰人 ，東南大學碩士研究生 ，主要研究方向為工業設計 ?！?７６ 　 ２０１５年 第 ３期　 于釗 ：一種超聲 波洗衣機的研發　 超 聲 波 信 號線 　 供水 管　 儲液杯　 小 管糟　 廢液罐　 大 卡 槽　 手 柄　 手 柄 開 關　 手 柄 清 潔 器　 供 水 管 出 水 口　 吸 水 纖 維 墊　 吸水纖維墊墊槽　 超 聲 波 振 子　 篦漏 網　 廢 液 網 收 倉　 回 水 管　 操作面 板　 底座　 超聲波發生器　 ＳＪ．６換 能 器 　 圖 ２ 超 聲波 洗 衣機 的 結 構 原 理 示 意 圖　 污 物進 行空 化作 用 ，由于 能量 在 局 部 高 度 集 中 ，水　 同時也 升溫 氣化 ，這 樣手 握手 柄清 潔器 用力 擠壓 衣　 物 時 可對衣 物進 行 清洗 ，輕輕 接觸 衣物 時可 對衣 物　 進 行熨 燙 干燥 ?！?底 座 的上 表面 為斜平 面 ，斜 平 面上 有截 面為倒　 梯 形 的凸卡 ，儲 液 杯 的底 面 為斜 平 面 ，斜 平 面 上 有　 截 面 為梯形 的 凹槽 ，凸 卡和 凹槽 咬合后 兩斜 面貼 在　 一 起 ，儲 液杯 質 量 大 ，在 重 力 作用 下 這 種 安 裝 方 式　 更 為穩 定 ；廢 液 罐也 使用 這種 方式 卡合 在儲 液杯 下　 部 的底 座上 。超 聲波 發 生器也 較 重 ，放 在底 座里偏　 向另一 側 ，使 主機重 心不 偏離 ，保持 底座 平衡 穩定 ?！?底 座正 面有 操作 板 可 以控 制 和調 整工作 狀 態 ，兩 側　 為小 型清 潔柄 ，可 以快速 處理 一些 清潔 器難 以處 理　 的小 型污漬 。　 儲 液 杯　 廢液罐　 取 杯 開 關　 操作面板　 吸 水 纖 維 墊　 手柄清 潔器　 手柄 開 關　 合 管 線　 圖 ３ 超 聲波洗衣機的工程 圖　 超 聲波 洗衣 機 的結 構 分 為 ３部 分 ：儲 液 裝 置 、　 清 潔裝 置和 操作 臺 。儲 液 裝 置 由儲 液杯 和廢 液 罐　 組 成 。儲 液 杯體 積 較 大 ，由卡 槽 固定 在底 座 上 ；廢　 液 罐較 小 ，卡合 在儲 液杯 下方 ?！?清 潔裝 置 由 ＳＪ一６換 能器 和 手柄 清 潔器 組 成 ，　 ＳＪ一６換 能器 由 超 聲 波發 生 器 、超 聲 波 信 號 線 和 ４　 個 振子 組成 ，其 中超 聲 波 發 生 器 固定 在 底 座 內 ，超　 聲 波發 生器 和 ４個 安 裝 在 手 柄 清 潔 器 面 板上 的振　 子 通過 超聲 波信 號線 相 連 ?！?手 柄清 潔 器通 過超 聲波 信 號線 、供水 管 和 回水　 管 組成 的 合 管 線 與 主 機 相 連 ，形 狀 像 一 個 氣 體 熨　 斗 ，表 面有 一層 吸 水 纖 維 墊 ，吸 水 纖 維 墊 墊槽 連 接　 供 水管 ，靠 吸水 纖 維 墊 的 吸 力 和 大氣 壓 作 用 ，吸取　 儲 液杯 的清 水 ，手柄 清 潔器底 部 有一個 小 的廢 液 回　 收 倉 ，廢 液 回 收倉 和 吸 水 纖 維 墊 之 間有 一 層 篦 漏　 網 ，在壓 力 和重 力 作 用 下 ，吸 水 纖 維 墊 中的水 會 流　 到 廢液 回收 倉 內 ，通 過 回水 管 把 廢 水 排 到 廢 液 罐　 里 。手 柄 清 潔 器 上有 開 關 ，打開 開 關 ，安 裝 在 面板　 上 的 ４個 超 聲波 振子 發 出超聲 波 ，在手 柄 纖維 墊及　 接 觸 的衣物 上局 部形 成 一個 超聲 波共 振 場 ，對 水 和　 ２ 超聲 波洗衣機 的工作原理　 超 聲波 洗 衣機是 如 何完成 洗 衣 、熨 燙 和干燥 的　 呢？結 合 圖 ２、圖 ３可 知 ，這 種 超 聲 波洗 衣 器 包 括　 將 電能轉 化 為 高 頻 電脈 沖 的 能 量 轉 換 部 件 組 （主　 機 ）和 清洗 部件 組 （手 柄 清 潔器 ）。洗 衣 機 清 洗 衣　 物 ，首 次使 用 時先把 手柄 清 潔器放 到低 于儲 液杯 的　 水 平 線 ，待 儲 液杯 中的 水 充 滿 吸水 纖 維 墊 ，在 主 機　 操 作 面板 上進 行 調試 ，開 動 機器 ，超 聲 波發 生 器 把　 電能 轉化 成超 聲波 信號 ，通 過超聲 波信 號線 傳送 到　 手柄 上 的超聲 波振 子 ，由振 子發 出超聲 波 。 由于手　 柄纖 維墊及 接 觸 的衣物 里 的水受 到超 聲波 的輻 射 ，　 使液 體 中的微 氣 泡 能夠 在 超 聲 波 的作 用 下 保 持 振　 動 ，當聲 壓或 者聲 強 達 到 一 定 程度 時 ，氣泡 就 會 迅　 速膨 脹 ，然 后 又 突然 閉合　』。在這 個 過 程 中 ，氣 泡　 閉合 的瞬間產 生 沖擊 波 ，使 氣 泡 周 圍 產 生 １?。埃保病?１　Ｏ１３Ｐａ的壓力 ，這種 超 聲 波 空 化所 產 生 的 巨大 壓　 力能 破壞 不溶 性 污 物 而 使 它 們溶 解 于溶 液 中。蒸　 汽型 空化 對 污 垢 的直 接 反 復 沖 擊　 ，一 方 面 破 壞　 污物 與 清洗件 表 面之 間 的吸附 ，另一 方面 能 引起污　 物層 的疲 勞破 壞 而被 駁 離 。氣 體 型 氣 泡 的 振 動對　 固體 表 面進行 擦 洗 ，污 層 一 旦 出現縫 隙 ，氣 泡立 即　 “鉆 人 ”使 污層 脫 落 ，由于 空 化作 用 ，兩 種 液 體在 界　 面迅 速分 散 而乳 化 ，當 固體 粒子 被 油污裹 著 而粘 附　 在清 洗件 表 面 時 ，油 被 乳 化 后 固體 粒子 自行 脫 落 ，　 超聲 波 在清洗 液 中傳播 時會產 生正 負交 變 的聲壓 ，　 形成 射 流 ，沖擊 清洗 物 ，同 時 由 于非 線 性 效 應會 產　 生聲 流 和微聲 流 ，而超 聲 空化在 固體 和液 體 界面會　 產 生高 速 的微 射 流 ，所 有 這些作 用 ，能夠破 壞 污物 ，　 除 去或 削弱邊 界 污層 ，增 強攪拌 、擴 散作用 ，加 速 可　 ７７ 　 ２０１５年 第 ４４卷　 機械 設 計 與制 造 工 程　 溶 性污 物 的溶 解 …　?！?需要 加 水和倒 廢水 時 ，只要 沿卡 槽方 向用力 把　 儲 液杯 或 廢 液 罐 從 卡 槽 取 出 即可 加 水 或 倒 廢 水 ?！?從 最終 清洗 的衣物 可 以發現 ，這款洗 衣機不 僅洗 衣　 效 果不 錯 ，而且洗 滌 熨 燙 干燥 一 次 完 成 ，衣 物沒 有　 磨 損 ，還變得 松軟 ?！?３ 超聲 波洗衣 機的特點　 ａ．分體 式設 計 。為方便 人們使 用 ，采 用分 體設　 計 ，較 重部 件安裝 在 主機上 ，人們 清洗衣 物時 ，只要　 拿手柄 清潔器就 可 以完成清 洗干燥 的工作 ?！?ｂ．換 能 器分體 安 裝 。將 普 通換 能 器 分 成超 聲　 波發 生器 、超聲 波信 號 線 和振 子 ３部 分 ，超 聲 波 發　 生器 和振 子分別 安裝在 主機 和手柄 上 ，通 過超 聲波　 信號 線相 連達 到分體 的 目的 。　 ｃ．手柄 清潔 器 。手 柄 清潔 器 形 狀像 一 個 氣 體　 熨斗 ，拿起 手柄 就能完 成洗 滌 、熨燙 和干燥 的操 作 ，　 減輕 了勞 動強度 ?！? ｄ．廢 液 罐可裝 卸 。廢 液 罐 卡合 固定在 儲 液 杯　 下方 ，用 于儲存 清 潔后 的廢棄 液 體 ，廢 液 罐 可 以從　 卡槽 上取 下倒去 廢水 ?！?ｅ．穩 定 咬合設 計 。底 座采 用 四足結構 ，穩定 大　 方 ，上 部沒 有采用 螺 釘 固定儲 液 杯 ，而 是選 擇 咬合　 式 固定 儲液 杯和其 他設 備 ?！?ｆ．超小體 積 。該 款 清 潔 器 旨在 改 變 洗 衣 機 笨　 重 的洗衣 方式 ，清 潔器 采 用適 合 人 手 持 的尺 寸 ，在　 不影 響使用 效果 的基 礎上 ，盡 量 減 小 尺寸 ，機 體 高　 ２９ｃｍ，長 和寬 為 １９ｃｍ，可 以根 據需要 放在酒 店 前 臺　 和家庭 的客廳使 用 ?！?４ 結束語　 這 款超 聲 波洗 衣 機 的優 點 不僅 在 于洗 滌效 率　 高 ，還可 節省洗 滌 劑 和漂 洗 用 水 ，間接 地 節 省 了生　 產洗 衣粉 所用 的原材 料 、人 工 、水 電等 ，更重 要 的是　 保護 了生態環境 ，社會 效益 明顯 。 因此 這是 一個值　 得關 注 的發展方 向。　 參 考文 獻 ：　 ［１］　 阮建林．步進式超聲波清洗設 備 ［Ｍ］．北京 ：北京 大學出版　 社 ，２００８．　 ［２］ 曹其福．超聲 波的職業損 害與預 防 ［Ｃ］／／２００７年全 國醫學　 影 像 （重 慶 ）學 術 交 流 會 論 文 匯 編 ．重 慶 ：中 華 醫學 會 繼 續 教　 育 部 ，２００８．　 ［３］ 王梅 ．國產“超聲 波洗衣機”問世 ［Ｊ］．家庭 電子 ，２００２（１０）：　 ２５ — ２８．　 ［４］　 尚寶．超聲 波 家 電形 形 色色 ［Ｊ］．全 國商情 ：綜 合 版 ，２００１　 （２２）：８．　 ［５］ 郭青 山．人機工程設計 ［Ｍ］．天津 ：天津大學出版社，２００６．　 ［６］　 程能林．工業設計手冊 ［Ｍ］．北京 ：化學工業出版社 ，２００８．　 ［７］ 劉 國余，產品形態創意與表 達［Ｍ］．上海 ：上海 人民美術 出　 版 社 ，２００４．　 ［８］　 于 慧 ．創 意 配 色 實 戰 技 巧 ［Ｍ］． 北 京 ：中 國 青 午 出 版 社 ，　 ２００７．　 ［９］　 張玉華．簡析全 自動洗衣機 中的物理技術［Ｊ］．濰坊教育學 院　 學 報 ，２００２（４）：３２—３３．　 ［１０］周德麟．超聲波洗衣機清洗的機理和結 構的探討 ［Ｊ］．家用 電　 器 科 技 ，２００２（６）：７２—７６．　 ［¨］Ｋｅｉｋｏ?。牵铮簦铮瑁暡ㄔ诩徔椘匪芤合?滌中的應用 ［Ｊ］．工業　 與公共設施清潔 ，２０１３（７）：５４—５９．　 Ｄ ｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ?。铮妗。幔睢。酰欤簦颍幔螅铮睿椋恪。?ａｓｈｉｎｇ?。?ａｃｈｉｎｅ　 ＹＵ?。冢瑁幔铩?（Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ?。眨睿椋觯澹颍螅椋簦?，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ?。眨睿椋觯澹颍螅椋簦停铮睿幔螅琛。眨睿椋觯澹颍螅椋簦? Ｊｏｉｎｔ?。牵颍幔洌酰幔簦濉。樱悖瑁铮铮?，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｕｚｈｏｕ，２１５１２３，Ｃｈｉｎａ）　 Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ?。簦颍幔洌椋簦椋铮睿幔臁。鳎幔螅瑁椋睿纭。? ａｃｈｉｎｅ?。瑁幔蟆。帷。颍澹觯铮欤酰簦椋铮睿幔颍。悖瑁幔睿纾濉。椋睢。簦瑁濉。螅簦颍酰悖簦酰颍?，ｓｉｚｅ　ａｎｄ?。妫酰睿悖簦椋铮睿? Ｉｔ　ｄｅ—　 ｓｉｇｎｓ?。幔睢。酰欤簦颍幔螅铮睿椋恪。鳎幔螅瑁椋睿纭。恚幔悖瑁椋睿濉。螅酰悖琛。幔蟆。簦瑁濉。欤椋瘢酰椋洹。螅簦铮颍幔纾濉。洌澹觯椋悖?，ｃｌｅａｎｉｎｇ?。洌澹觯椋悖濉。幔睿洹。铮穑澹颍幔簦椋睿纭。穑欤幔簦妫铮颍怼。铮妗? ｔｈｅ?。簦瑁颍澹濉。悖铮恚穑铮睿澹睿簦螅?Ｕｓｉｎｇ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?。悖幔觯椋簦幔簦椋铮?ｔｈｅ　ｐｒｅｌｉｍ ｉｎａｒｙ ?。鳎澹簟。悖欤铮簦瑁澹蟆。澹?ｉｔ?。瑁椋纾琛。妫颍澹瘢酰澹睿悖。酰欤簦颍幔螅铮睿椋恪。觯椤?， ｂｒａｔｉｏｎ?。簦铩。欤铮悖幔臁。铮椋臁。椋睢。簦瑁濉。螅铮酰睿洹。椋妫澹欤洹。酰睿洌澹颉。簦瑁濉。幔悖簦椋铮睢。铮妗。簦瑁濉。铮椋?，ｓｏｌｉｄ?。穑幔颍簦椋悖欤澹蟆。颍妫铮怼。簦瑁濉。螅酰颍妫幔悖濉。幔悖瑁椋澹觯濉。簦瑁濉。穑酰颍? ｐｏｓｅ　ｏｆ?。悖欤铮簦瑁椋睿纭。螅簦幔椋睿蟆。悖欤澹幔睿椋睿纾?Ｔｈｉｓ　ｍ ａｃｈｉｎｅ?。酰螅澹蟆。瑁椋纾?—ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ?。幔睿洹。瑁椋纾?— ｓｐｅｅｄ?。幔椋颍欤妫铮鳌。鳎澹簟。悖欤铮簦瑁澹蟆。簦铩。椤? ｒｏｎｉｎｇ?。欤铮悖幔臁。螅酰疲妫幔悖澹? Ｃｏｍｐａｉｒｎｇ　ｗｉｔｈ?。铮颍洌椋睿幔颍。鳎幔螅瑁椋睿纭。恚幔悖瑁椋睿濉。铮睢。簦瑁濉。恚幔颍耄澹簟。铮睢。簦瑁濉。妫酰睿悖簦椋铮睿簦瑁椋蟆。睿澹鳌。恚幔悖瑁椋睿濉? ｈａｓ?。恚铮颍濉。幔洌觯幔睿簦幔纾澹螅?Ｋ ｅｙ?。?ｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｓｈｉｎｇ?。恚幔悖瑁椋睿?；ｃｌｅａｎｉｎｇ； ｉｒｏｎｉｎｇ；ｄｙｒ ｉｎｇ　 ７８