公共場所快速除水設(shè)備設(shè)計(jì)

摘要：針對目前公共場所除水方法存在的問題，本文以簡潔實(shí)用為立足點(diǎn)，以功能的實(shí)現(xiàn)為最終目的，從目標(biāo)市場和使用者的需求出發(fā)，應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行再創(chuàng)造，進(jìn)而對快速除水設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討。

關(guān)鍵詞：除水設(shè)備；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.引言

隨著越來越多的人參與各類戶外體育運(yùn)動和活動，人們對于公共活動場所的整潔舒適度提出了更高的要求，而許多多雨地區(qū)的戶外積水成了影響大家活動的很大障礙?，F(xiàn)有的除水方法如自然風(fēng)干，水泵抽水，人工清理等等，工作效率低，操作難度大。市場上專業(yè)的戶外用除水設(shè)備極其少見，而現(xiàn)有的一些除水設(shè)備主要采用人力自助推動、齒輪傳動以及電力驅(qū)動的方式。類似干濕吸塵器類的電氣設(shè)備需外接電源，制造成本較高，且使用中存在諸多不便，因此遲遲不能推廣。因而，很有必要設(shè)計(jì)一款快速除水設(shè)備，用于雨后快速清除地面積水，使用方便、省力，適合戶外場地使用，如體育場、足球場、城市廣場等公共活動場所。

2.除水原理設(shè)計(jì)

除水的基本方法有蒸發(fā)（自然風(fēng)干或加熱烘干）法和收集（強(qiáng)力吸水或自然吸附）轉(zhuǎn)移法。要快速除去戶外大面積的地面積水，蒸發(fā)法顯然是不現(xiàn)實(shí)的。將積水先收集再轉(zhuǎn)移到別處，才是比較好的選擇。因此，要解決的關(guān)鍵問題是采用何種方式來收集積水。

對于這種較平坦地面的積水來說，水泵是不適用的。如果用產(chǎn)生負(fù)壓差的方法強(qiáng)力吸水，效率會比較高，但是制造設(shè)備的成本也會高出很多，相比較而言，采用海綿吸附的方法來收集水是比較有效且經(jīng)濟(jì)的。而且，海綿可以被重復(fù)使用，只要能保證海綿中的水可以被順利擠出，設(shè)備向前運(yùn)行的過程中，海綿就可以不斷吸水。也就是說，海綿可以在移動的過程中，循環(huán)進(jìn)行“吸水——擠壓——排水”幾個(gè)環(huán)節(jié)，排出的水暫存在設(shè)備內(nèi)，積累到一定量時(shí)一次性排出。

為了提高吸水的效率和海綿的使用壽命，可使用海綿滾筒。當(dāng)整個(gè)設(shè)備向前運(yùn)行時(shí)，讓海綿滾筒不斷轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中完成“吸水——擠壓——排水”的循環(huán)。由于海綿需與地面接觸，對其擠壓必然會造成摩擦力增大，導(dǎo)致滾筒可能無法自然轉(zhuǎn)動。為了解決這一問題，須使用外力驅(qū)動海綿滾筒連續(xù)轉(zhuǎn)動。

考慮到本除水設(shè)備應(yīng)用場所的面積較大，人力驅(qū)動效率比較低下，而戶外公共空間使用外接電源又不方便，因此選用電瓶和直流電動機(jī)作為動力支持，由直流電瓶提供能量，電動機(jī)帶動皮帶輪，皮帶輪帶動海綿滾筒轉(zhuǎn)動。這樣，就可以保證海綿滾筒在整體設(shè)備前進(jìn)的過程中連續(xù)轉(zhuǎn)動，不斷完成吸水、排水過程（如圖1）。

3.快速除水設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述除水原理，本快速除水設(shè)備應(yīng)具有的基本功能和主要結(jié)構(gòu)部件如圖2所示。

要實(shí)現(xiàn)上述功能，本設(shè)備必須包括的結(jié)構(gòu)部件包括：傳動、吸水、排水、儲水、啟停轉(zhuǎn)向、支撐以及輔助結(jié)構(gòu)。將這些部件整合，得到除水設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意見圖3。

為了驗(yàn)證方案的可行性和合理性，按照圖3中所示的結(jié)構(gòu)制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，最終證明應(yīng)用此方案可以實(shí)現(xiàn)除水的基本功能。

3.1 吸水結(jié)構(gòu)

主要部件為海綿滾筒，滾筒應(yīng)與軸固定連接，再通過軸座固定在車體的中部，從而限定滾筒的自由度。滾筒的直徑?jīng)Q定了儲水箱的高度，確定直徑時(shí)要綜合考慮海綿的吸水量、與地面的摩擦力、儲水箱的高度、電瓶提供的動力等因素。在制作模型的試驗(yàn)中選擇了直徑為300mm的中密度海綿。

3.2 傳動結(jié)構(gòu)

主要由電瓶，直流電動機(jī)和皮帶輪三部分組成。電瓶的型號主要依據(jù)海綿滾筒在工作過程中所受摩擦力的大小來選擇。

在試驗(yàn)中，通過測算海綿滾筒所受的主要摩擦力（旋轉(zhuǎn)過程中地面和壓水板對其產(chǎn)生摩擦）為600--800N之間，因此選用電瓶為12A的小型鉛蓄電池，該型號電瓶完全能夠提供滾筒旋轉(zhuǎn)所需的動力。電瓶作為整個(gè)傳動系統(tǒng)的動力支持，它與直流電動機(jī)由帶開關(guān)的導(dǎo)線連接。閉合開關(guān)后電瓶提供的電能帶動直流電動機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)以24r/min（n電機(jī)）的速度輸出扭矩，大皮帶輪（ф160mm)與電動機(jī)轉(zhuǎn)子固定連接，故大皮帶輪也以24r/min的速度旋轉(zhuǎn)，并通過皮帶將扭矩傳遞到小皮帶輪（ф120mm），小皮帶輪與海綿滾筒的軸固定連接。因此，海綿滾筒的轉(zhuǎn)速可以利用皮帶輪傳動比換算公式（如下）獲得：

n電機(jī): n海綿滾筒 = ф海綿滾筒皮帶輪:ф電機(jī)皮帶輪

可知本試驗(yàn)中n海綿滾筒=32 r/min，該速度能很好地滿足快速吸收地面積水的要求，并能保證在該速度下，海綿內(nèi)的水不會被離心力甩出去，而是順利上行至壓水板處。

3.3 排水結(jié)構(gòu)

海綿滾筒和壓水板、水箱共同組成排水系統(tǒng)。壓水板可以與儲水箱靠近海綿滾筒的一側(cè)相連，成為一個(gè)整體。壓水板與海綿滾筒線接觸，且必須對海綿形成擠壓，與儲水箱相連的部分要有一定傾角（試驗(yàn)中傾角為60度）。壓水板首先擠壓出海綿中的水，然后水順勢流入儲水箱。為了便于排出收集到的水，儲水箱放置在設(shè)備后端。

3.4 儲水結(jié)構(gòu)

海綿滾筒的直徑限制了儲水箱的最高水面高度，而儲水箱容積不能太小，可以適當(dāng)增加其橫截面面積。在行進(jìn)過程中，要求儲水箱穩(wěn)定不晃動，且不會造成潑灑。水箱集滿水時(shí)，可通過取下水箱的方式排空箱內(nèi)積水。

3.5 啟停轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)

設(shè)備主體的啟停轉(zhuǎn)向主要通過人工控制，需要配備把手、定向輪和萬向輪。把手固定在車架后方，從人機(jī)工學(xué)的角度考慮，為了能讓絕大部分操作者方便施加推力，把手的垂直高度為115cm，一對萬向輪和一對定向輪分別安裝于車架下端的前后部分，以便于啟停轉(zhuǎn)向。

3.6 支撐結(jié)構(gòu)

上述結(jié)構(gòu)都需要由一個(gè)主體支撐結(jié)構(gòu)將其整合在一起，因此需要設(shè)置底座和車架，主要起到承重、放置、安裝以及穩(wěn)定的作用。

3.7 輔助結(jié)構(gòu)

由于本設(shè)備在有積水的場所使用，電瓶、電動機(jī)需要考慮防水防潮問題，可以用封閉或半封閉的輔助結(jié)構(gòu)將其保護(hù)起來。

4結(jié)語

本文主要是對公共場所快速除水設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，提出了一種可供參考的設(shè)計(jì)方案，并且通過試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯Ψ桨高M(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明使用本方案可以實(shí)現(xiàn)快速除水的功能。但是，很多細(xì)節(jié)的問題尚未進(jìn)行深入研究，要得到完善的設(shè)計(jì)方案還有許多工作需要去做。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要創(chuàng)新的思維，更需要在實(shí)踐中不斷探索。

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