組合玻璃窗清洗器的設計理念與應用*

李曉燕，能文凱，范微波

（江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013）

玻璃具有高透明度、較好的機械強度、穩定的化學特性和熱傳導率較高等優良性能，因此玻璃制品作為透光隔風隔溫材料廣泛應用于現代建筑[1]。 伴隨著人民生活水平日益增長，人們對工作生活環境更多地追求明亮舒適的風格，窗子的面積也在變大。 可是由于空氣污染、塵土飛揚等環境問題，玻璃上會沉淀很多的灰塵導致透明度降低，必須及時清洗才能恢復原狀。 通常玻璃清洗存在一些問題。 例如：工作量大且有一定的危險性、效率不高、污染環境等，目前市場上單一的玻璃清潔器具品種繁多，許多產品都能夠有效地使用，但常常需使用大量的清潔劑和清水清洗，產生的污水又不能被抹水擦頭完全吸收，污水順著玻璃窗流下就會對室內外環境造成二次污染[2]。 這就需要一款設備，它既能滿足把玻璃窗清洗干凈又不產生二次污染并且使用方便，本項目研究對象是針對室內玻璃窗清洗工具，集噴灑水霧、擦洗玻璃和清除污水于一體，并適用于較大面積玻璃窗的組合玻璃清洗器。

1 設計理念

1.1 玻璃窗清洗一般流程

1)使用噴水槍(壺)沖洗玻璃表面；2)然后用高壓噴瓶將配好的玻璃清潔劑溶液均勻噴到玻璃上；3)用云石鏟刀和清潔刷子清除玻璃上頑固的污漬；4) 再次使用噴水槍(壺)沖洗玻璃表面；5)用玻璃刮將玻璃表面的水痕擦干。

1.2 玻璃清潔的新概念

調研分析建筑玻璃的特性并且了解清洗玻璃的常規方法，針對現有清洗方法弊端，得出應用“噴水霧浸潤污垢，用少量清水和清潔擦頭剝離污垢并吸收清除污水”的玻璃清潔方法，研究制造組合玻璃清洗器產品[3]。

構思如下： 制造選用不同功能的器具高效完成任務清潔玻璃，手動加壓方式為動力通過噴嘴將水霧化，手控開關控制噴霧水量濕潤窗玻璃表面，用海綿擦頭將浸濕的污物剝離并吸附，放入清水桶洗凈濾干可再次使用，最后用橡膠刮片將玻璃表面殘留水漬刮凈，水漬被橡膠刮片下方的海綿頭吸收，整個清洗過程應該無污水流下，各種工具與操作桿能夠快速更換，操作桿采用可快速拆卸的多節加長式，以滿足較大面積清洗要求。

2 設計方案

根據玻璃清潔程序：霧化浸潤、剝離污垢、清除污垢、刮除水分，設計選取完成各項程序的清洗工具和加長桿等輔助器具，產品組成如圖1 所示。 為各種清洗工具與加長桿之間快換聯接，噴霧器與加長桿頭的聯接支架設計選型，加長桿自身的設計選型。聯接方式確定，清洗作業的順暢，噴霧和清潔有無死角，加長桿調節自如問題。

圖1 產品組成

1）霧化裝置與清潔液用于霧化浸潤程序：通過加壓裝置將清潔液以水霧形式噴灑在玻璃表面浸潤污垢，關鍵在于控制噴水量不能有水流下流。 壓力裝置由加壓容器、壓力管路和噴霧頭組成。 壓力容器裝配有手動加壓桿、壓力表及限壓閥等，加壓后形成密封環境，點開噴霧閥將清潔液通過管路壓向噴霧頭，噴頭的噴水密度可調，且與系統壓力值相關。 清潔液以清水為主，調制少量洗潔精，洗潔精用量與品種視對象玻璃情況而定，一般塵垢加入洗潔精即可，有廚房油煙者則需另加入除油劑等[4]。

2）剝離污垢程序：用手動或者電動工具剝離污垢，必要時使用刮刀清除頑固污垢。 剝離清污的工具首選是便于清洗的絨布擦板，特點是重量輕，轉向靈活，擦洗后放入與之配套清潔桶內清洗濾干又能再次使用；其次是海綿擦頭，吸水能力強但是重量較大，清洗濾干不夠方便；電動擦洗頭的設計由防水電機帶動刷子快速旋轉，能有效剝離污垢但存在不安全因素，重量較前兩種最大；刮刀用于以前擦洗頭無法清除的頑固污垢。

3）清除污垢程序：清除玻璃表面的浮垢。 用絨布擦板或者綿擦頭吸附玻璃表面的浮垢，擦頭經過清洗濾干后再次反復直到帶走全部污垢。 本程序和前一程序反復交叉進行。

4）刮除水分程序：使用刮片吸水頭將玻璃表面上的少量水分刮除干凈并由海綿卷吸收。 擦洗后的玻璃表面會留下少量水漬，刮除后玻璃表面才能通透明亮。 刮片吸水擦頭的刮片材料柔韌具彈性，施加一定力度壓下緊貼玻璃表面時發生變形，向下拖動有效刮除水分，流下的水被海綿卷棒吸收，如圖2 所示。

圖2 刮片吸水器工作圖

5）加長桿和快換聯接器：在清洗頭與支撐桿之間應用快換聯接器，方便更換，多節支撐桿使得清潔范圍擴大。為了方便更換不同的清潔工具和增減支撐桿節數，設計了快換聯接器，多節支撐桿選用強度高、耐腐蝕，質量輕的炭纖維材料，在2.5m 清潔范圍內作用使用基礎桿，每增加一節加長桿可擴大0.6m，同時手中工具重量也增重了。

6)貯存小車：將以上各項工具收納于小車，便于清潔操作時搬運與使用完成后的收藏。

3 試驗與改進過程

組合玻璃清潔器組裝后進行擦洗玻璃試驗，確認其使用參數以及相關配置。 選取凈空高度5m 玻璃窗進行清潔試驗，完成以下試驗內容：

1） 測試加壓裝置的壓力對噴霧密度與噴霧量的影響，確定最適合的壓力參數。 經過對0～5m 高度范圍，1bar～3.5bar 工作壓力噴霧測試，根據噴霧密度與噴霧量記錄數據分析確定，高度對其影響很小幾乎可以忽略不計，工作壓力在2.5bar～3bar 時最為合適。

2）除污試驗：檢驗剝離、清除污垢性能以及擦洗刷頭清洗去水效能。 除污過程就是用吸水棉擦板將附著玻璃表面的污垢滑動試除，如果玻璃表面仍有少許頑固污漬，可換用刮刀或電動刷剝離，吸附污垢的擦板在清洗桶中清洗擠干后再次重復，人工力量只要操持擦板與玻璃表面貼緊和移動，一般成人容易做到，兩到三次即可擦除干凈，整個除污過程無污水流下，清洗擦板也無需沾染人手，操作簡便[5]。

3）刮水試驗：刮去玻璃表面殘留水漬，驗證刮水效果，驗證刮水工具使用是否順手。 擦洗后的玻璃表面會留下少量水漬，施加一定力量在刮水器的刮片，產生一定角度變形，使其與玻璃表面緊密貼合，從上到下緩慢移動刮下的水珠被海綿棒吸收，刮水過程完成。

4）測試擦洗工具與加長桿、桿與桿之間的快速拆裝性能，確定其的可操控性與使用性能。 在最初方案中加長桿采用常用的不銹鋼管螺紋聯接，桿長0.4m，但隨著加長桿節數增加，由于自重較大桿身出現較大的彎曲，難以控制清潔刷頭。 改進后加長桿材料選用碳纖維管，以彈簧扣鎖緊機構固定，如圖3 所示，擦洗工具與操作桿、桿與桿之間實現快速拆裝，根據需要增減桿的節數，操作桿自重大幅度減小。 經再次試驗，在進行高空清潔時，加長桿彎曲大大減小，能夠順利完成除污清洗刮水作業。

圖3 彈簧扣聯接器

4 結論

本項目組合玻璃清潔器經多次試驗與改進，產品實現了“用霧化水充分浸濕污垢，用清潔擦頭剝離并清除污垢”這一理念，改進刮水裝置增加吸水綿，有效清理刮水時流下的水漬，能在高效清潔立面玻璃窗時基本沒有污水流下污染環境，采用彈簧扣鎖緊機構讓更換清潔工具和加減加長桿時操作順暢簡便易行，達到“不污染環境，高效清洗較大高度或者距離的室內外玻璃窗，減輕玻璃保潔的勞動強度”的研究目的，產品具有一定的新型實用性，本項目的研制應用推廣有望產生較好的市場前景和社會經濟效益。