普通水槽秒變洗碗機

王奕人

研究背景

現在市面上的洗碗機主要有臺式洗碗機和水槽洗碗機2大類，然而這2種洗碗機都有各自的局限之處，影響了其在中國的普及。臺式洗碗機體積大，比較占地方，并且有進水管和排水管，需要放置在廚房中有下水道和水龍頭的地方;而且臺式洗碗機不能清洗鍋等大型炊具，人們還是無法徹底從洗洗刷刷中得到解放。水槽洗碗機是在水槽底部安裝一個旋轉的高壓噴頭，利用高壓水沖洗餐具達到清洗的目的，相對來講比較省地方。但是，水槽洗碗機在使用和安裝過程中，也有以下缺點：安裝水槽洗碗機需要拆除原來的水槽，損壞灶臺面板，而且水槽洗碗機不一定和家中原來的水槽尺寸一致，安裝時需要對灶臺面板的水槽開口處重新切割、打磨，非常麻煩;并且，洗碗機安裝好后，這個水槽不能再被當作普通水槽使用，洗碗機還是占據了一個水槽的位置，用戶家原來的雙水槽變成了單水槽。因此，我想能不能設計一個附加在現有水槽上的簡單裝置，只要把一個波輪放入水槽，水槽馬上就能變成洗碗機。

設計方案

波輪放置在水槽的底部，波輪上裝有磁鐵。

在水槽下方，原水槽出水口上套裝一個與波輪對應的飛輪，飛輪上也裝有磁鐵，飛輪與波輪通過磁鐵間的吸力傳動。

電機通過皮帶帶動飛輪轉動.進一步帶動波輪旋轉。

原理

參考洗衣機的洗滌原理，利用波輪高速轉動帶動水流旋轉，將餐具沖洗干凈。

波輪放置在水槽的底部，波輪底部裝有磁鐵。在水槽下方安裝與波輪對應的飛輪，飛輪上也裝有磁鐵，飛輪與波輪通過磁鐵間的吸力傳動。

飛輪通過軸承和軸承座套在水槽的下水接口上。電機通過皮帶帶動飛輪轉動，從而帶動波輪旋轉。

磁傳動水槽洗碗機結構

波輪

波輪由塑料制成（通過3D打印制作），我在波輪上設計了8個凹坑，凹坑里面嵌入直徑20mm厚度10mm的釹鐵硼強磁磁鐵，凹坑的底部是厚度1mm的塑料，可起到承托磁鐵的作用（圖1）。波輪的轉軸套在波輪軸套上，波輪軸套和波輪轉軸之間設有上下2個軸承，防止波輪搖晃。波輪軸套上的法蘭盤設計成缺口形狀，波輪軸套放在水槽的出水口里，法蘭盤擱在出水口上，法蘭盤上的缺口可以使水順利從出水口流走（圖2）。磁鐵底部離水槽底部保留3mm間隙，在保證獲得足夠大的磁吸力的前提下，又保證了波輪不會觸底卡住。由于磁力的作用，波輪可以實現自然定位，不會發生徑向移動，只要放在水槽里即可（圖3）。

飛輪機構

飛輪機構是一個組件，它的基座是一個帶有內螺紋的飛輪軸套，通過螺紋套接在水槽出水口外面（圖4）。飛輪軸套外面是軸承，軸承外面是飛輪，飛輪上固定有皮帶盤，可以帶動飛輪轉動。飛輪上嵌有8顆釹鐵硼強磁磁鐵，位置與波輪磁鐵對應，極性相反，以產生強大的吸力。飛輪軸套的設計，巧妙地將水槽的下水口變成了一個空心軸，飛輪繞該空心軸轉動，不影響排水功能。只要將飛輪組件擰在水槽下水口上，即可安裝完成（圖5）。

8顆釹鐵硼強磁磁鐵，直徑20mm，厚度10mm，磁鐵上表面離水槽底部2mm，位置與波輪磁鐵相對應。飛輪磁鐵與波輪磁鐵之間的距離10mm，每對磁鐵之間的吸力約為5.6N（實測值），8組磁鐵的吸力共約45N，足以使波輪克服水的阻力以500r/min高速轉動。由于飛輪磁鐵的徑向位置是固定的，使得波輪放入水槽后因磁鐵之間的吸力自然形成定位，不會偏移，飛輪帶動波輪轉動效果如圖6所示。

自動控制系統

自動控制系統自動控制進水、洗碗、放水的過程，采用洗衣機的控制裝置。①電動球閥作為放水電磁閥，適用于含有細小顆粒殘渣的洗碗水;②進水電磁閥;③水位傳感器，利用2個電極探測水位，當水接觸到電極時電極導電，控制器關閉進水電磁閥，停止進水。使用洗碗機時只需要將波輪和籃子放入水槽，將餐具放在籃子里，開機即可自動完成進水、洗碗、放水步驟。

小結

此裝置可附加在原有水槽上，不需要拆換水槽，適用于已裝修家庭。

洗碗時將波輪放入，水槽就可變成洗碗機。平時取出波輪，不影響水槽使用。

可以清洗各種鍋、籠屜等大型炊具。

該項目獲得第34屆全國青少年科技創新大賽創新成果競賽項目中學組工程學一等獎。

專家評語

本項目采用簡單的磁性傳動裝置解決了水流波動與洗碗問題，洗碗效果好，有很大的應用市場。目前的結構設計還可以進一步改進和完善，馬達的安裝還需牢固可靠，可以加一個頂蓋，防止水濺出，還可以針對不同的水槽，設計不同的洗碗機結構。