一種便攜手動型衣物脫水裝置設計*

石 娟

（西華師范大學 環境科學與工程學院，四川 南充 637000）

隨著時代進步，中國科技水平逐步發展壯大，正一步步地朝著發達國家前進。但是，高科技產品的頻繁使用，卻導致我國電能、煤炭、石油等能源的消耗量逐年遞增。如今節能減排已成為當今世界發展的一大熱點話題，國家也開始重視各種能源的高效利用與污染物的處理排放。而洗衣機作為家用重要電器之一，主要依靠電力能源保持正常運作，但是對于在校學生來說，能用上洗衣機卻不太容易，國內各大高校都明令禁止宿舍使用洗衣機等大功率電器，以防止發生安全隱患[1]。另外，對于部分材質特殊的衣服，如有特殊涂層性的化纖質地面料的服裝、靜電性的植絨纖維面料服裝、珠飾染色較多的服裝、羽絨編織類面料的服裝、人造革及其他有涂層人造革材質服飾的服裝、色差對比較大而又染色不牢的條格服裝，洗衣機機械式的清洗會使這幾類服裝縮水、變色、發硬或者破損。隨社會流行趨勢的發展，這類衣物在大學生中的購買穿著頻率較高。由于不方便進行機洗，大部分學生都會選擇手洗，但是縱觀國內各大高校宿舍條件，大部分宿舍沒有足夠廣闊空間用于晾曬濕衣服，而手洗衣物的水分殘留過多，可能會因為頻繁滴水導致地面淌水而引起意外事故，或者是許久不能干燥影響日常生活甚至是損壞衣服質量。綜上，手洗衣物后的脫水工作便成了關鍵性一步。

針對高校學生宿舍的洗衣脫水問題，我們小組計劃設計一款既可以通過腳踩踏板從而使衣物脫水，亦可以將太陽能轉化為動能進行脫水的設備。本文就該設備的人工模式進行闡述，通過腿部運動發力給設備提供動力，傳動裝置將轉速提高后可使內筒高速旋轉，甩出衣物水分。該裝置將人力與機械設備相結合，使用者在完成衣物脫水目的的同時，一方面能實現節能減排，避免不必要的消耗，另一方面又能勞動健身增強個人體質[2]。

1 系統介紹

1.1 系統組成

該裝置外形與日常家用水桶相似，但是為避免損壞，桶壁設計較厚，裝置整體主要由外筒、內筒、踏板、傳動裝置和增速裝置組成。內筒筒壁上有若干小孔，殘余水分則通過這些小孔排出，內筒與外筒中間有一濾水隔板，目的是防止水分影響內部機械裝置的正常功能。外筒底部有一排水管道使衣物濾出的水排出。內筒中心下部通過減震簧與外筒連接，以減緩高速旋轉引起的晃動與撞擊。為防止內筒上部擺幅過大，增大脫水桶的內徑，減小桶的高度，因此會比日常家用水桶半徑更大高度更矮。外筒筒腔內設置了齒輪增速裝置，外筒底端設置了與踩踏杠桿連接的踏板，由大齒輪帶動小齒輪旋轉[3]，連接到位于內筒底部的轉盤，轉盤轉動帶動內筒轉動，達到一定轉速，產生離心力，從而達到衣服脫水的效果。

圖1

光伏發電系統是由太陽能電池方陣、充放電控制器、蓄電池組、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤控制系統等六大設備組成。原理圖如圖2。

1.2 工作原理

1.2.1 人工模式

使用者需要進行衣物脫水時，只需選擇人力驅動模式，將衣物放入內筒，關閉筒蓋，打開啟停裝置，腳踩踏板，通過內部彈起裝置不停重復上下踩踏動作，由高強度繩索通過定滑輪帶動齒輪旋轉軸進行轉動，增速機構是采用相同齒輪傳動轉速比的兩對增速齒輪來提高轉速，通過高強度繩索連接，以及各種部件將動力傳輸到中心軸，中心軸帶動內筒進行高速旋轉，內筒的快速轉動使衣物上的殘余水分透過內筒邊緣的小孔甩到筒外，并順著排水管流出筒外[4]。脫水流程圖如圖3。

1.2.2 太陽能模式

太陽光會在電子半導體p-n 結上照射，形成新的空穴電子對和電子發射對，p-n 結內建電場作用會使得空穴由n 區流向p 區，而電子由p 區流向n 區，接通電路后便可形成電流。太陽能發電有兩種方式，一種是光能先轉化為熱能，再轉為電能的轉換方式，另一種是光能直接轉化為電能[5]，我們使用的是后者。

光能直接轉換為電能的方式是利用光伏效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，這種轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，從物理結構上說，它就是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，從而產生電流。如果把許多個電池串聯或并聯起來，就能形成具有較大輸出功率的太陽能電池方陣了[6]（見圖4）。

圖2 光伏發電系統結構示意圖

圖3 人工模式脫水流程示意圖

圖4 太陽能光伏發電原理示意圖

2 發展前景

2.1 結構簡單

該裝置響應國家節能減排的號召，從綠色環保的目的出發，沒有多種能源的消耗，將使用廣泛的低成本的部件組合起來，僅需人力驅動，依靠內部傳動裝置和機械結構使內筒可帶動濕衣物快速轉動產生離心力，進而使殘余水分脫離衣物并隨排水管流出。

2.2 零消耗零排放

該設計以人力驅動的方式打破了以往洗衣機行業只能依靠電力驅動的弊端，不再需要消耗電力來提供動能，在人工模式下，該脫水裝置所需的常規能源消耗為零，全部能源均來自腳踏產生的動能，同時沒有任何污染物質的產生與排放，不會對環境造成危害[7]。

2.3 使用方便

與普通家用水桶形似，可與其他水桶疊放，以減少空間占地面積，人工模式與太陽能模式可根據實際情況隨意切換，即使在面對停電的意外狀況下，也能保證衣服能正常清洗與晾干。使用方法簡單快捷，能夠快速上手，在閑置時便可將其放置在陽光下儲存太陽能。

2.4 有益健康

該設計能讓使用者在進行腳踏脫水時，腿部也能得到一定的鍛煉，通過上下踩踏運動，可促進人體腿部血液循環，加速新陳代謝，增強膝關節靈活度，鍛煉腿部肌肉，同時也可改善腿部的靜脈曲張，有益于身心健康。

3 結束語

針對廣大大學生群體，由于大功率電器的禁止使用，衣物晾曬成為一大難題，本文設計開發的設備采用簡單的機械結構，利用人力驅動，為脫水設備提供旋轉動能，設計出一款適用于住校生的裝置，不需要消耗能源，也不會產生任何有害污染物質，完全借助勞動力完成一系列工作，契合了當代社會推行的節能減排、低碳環保的主題，同時也為在校生生活提供了便利。跟隨當代社會的進步，越來越多的科技產品出現在我們身邊，可是與此同時，并不是所有人都能享受這樣的便利，又或者在高端科技產品的圍繞下，大家是否還具備生活中的基本動手技能。例如在學習之余，大家如何度過假期呢？在床上日夜酣睡？還是趁著空閑清潔打掃美化房間？也許該設備能讓人們在勞動中完成家務，在運動中感受科技。設備簡單快捷，沒有復雜的工序，也擺脫了傳統電力驅動甩干機的束縛，只需自己動手便可以將衣服脫水。在衣物脫水的同時，也讓使用者腿部得到了鍛煉，保證了在停電停水的突發狀況下，依然可以將衣服脫水。對于只能手洗以免損壞的衣物，洗完后手動脫水，既不會把衣服扯壞，又能達到脫水的目的，而對于有特殊情況而不愿意使用洗衣機的學生，該設備也是最佳選擇。