家用酵素洗滌液加工機的研究與設計

李存霞，姬李丹陽，秦海

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術學院，浙江紹興 312000；2.上海應用技術學院，上海 201418；3.洛陽北方企業(yè)集團有限公司，河南洛陽 471031）

0 引言

日常生活中，無論是個人衛(wèi)生、衣物、被褥，還是菜蔬、炊具、衛(wèi)具等的清洗都離不開家用洗滌劑。家用洗滌劑可以分為天然洗滌劑和化學洗滌劑，常見的天然洗滌劑有酵素液、皂角、草木灰、淘米水等，而化學洗滌劑則有洗衣粉、洗發(fā)液、洗潔精等，種類繁多。

隨著人們環(huán)保意識的加強，天然洗滌劑由于使用效果好、變廢為寶、減少污染、節(jié)約開支而備受人們的喜愛和推崇；但在實際生活中由于制作麻煩、存儲不便而限制了人們的廣泛使用。基于此種情況，針對家用酵素洗滌液加工機進行專門研究與設計。

1 酵素洗滌液

1.1 酶

酶，存在于酵素之中，是指具有生物催化功能的蛋白質、RNA 或其復合體。酶能通過降低反應的活化能而加快反應速度，但不改變反應的平衡點，具有催化效率高、專一性強、作用條件溫和等特點。

生物體內含有數千種酶，它們支配著生物的新陳代謝、營養(yǎng)和能量轉換等許多催化過程，與生命過程關系密切的反應大多是酶催化反應。如釀酒工業(yè)中使用的酵母菌，就是通過有關的微生物產生的，酶的作用是將淀粉通過水解、氧化等過程，最后轉化為酒精；醬油、食醋的生產也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纖維素酶處理過的飼料，營養(yǎng)價值提高；洗衣粉中加入酶，可以使清潔效率提高，可以使汗?jié)n、油污等變得容易除去。

用水果、蔬菜等植物制作的酵素液，因為含有豐富的、多種類型的酶，使其具有分解、轉化、重組和催化作用，營養(yǎng)、美容、清潔、除臭效果較好，從而在人們日常生活中得到廣泛應用。酵素洗滌液是酵素液的一種。

1.2 酵素洗滌液的傳統(tǒng)制作工藝

中國家庭有制作酵素洗滌液的傳統(tǒng)，其常用的材料是紅糖、廚余垃圾（水果皮、剔除的菜葉等）和水，制作方法相對簡單：1）準備好制作酵素洗滌液的容器，避免選用玻璃或金屬等無法膨脹的容器，以免酵素發(fā)酵過程產生氣體造成容器爆裂。2）配備好發(fā)酵溶液。按1：3：10 的比例，配置發(fā)酵液，即1 份紅糖，3 份洗凈切碎的垃圾廚余，10 份水，將紅糖攪拌，充分溶解，這樣發(fā)酵液即配置完成。3）根據容器的大小，以內容物達到容器的80%左右為標準，確定發(fā)酵液的數量。4）將發(fā)酵液裝入上述準備好的容器中，把蓋封好，定期查看。在自然條件下，大致需要3 個月的時間，酵素洗滌液就可以完全發(fā)酵，完成制作。

制作酵素洗滌液避免使用動物或腐朽廚余垃圾，酵素洗滌液容器應放置于空氣流通的陰涼處，避免陽光直接照射；第一個月，需要每天打開容器口以泄放氣體和進行攪拌。如果想要制作出來的酵素有清香的氣味，可加入橙子皮、檸檬皮、柚子皮、薄荷葉等。

酵素洗滌液因為含有豐富的、多種類型的酶，而使其具有清潔、除臭、殺菌等多種功能，人們在日常生活中廣泛用其作為天然清潔劑、空氣凈化劑、洗衣劑、沐浴液、汽車保養(yǎng)劑、衣物柔軟劑、有機肥料等等。

2 設計要求

依據傳統(tǒng)制作工藝和家庭使用的便利性，對家用酵素洗滌液加工機提出主要設計要求如下：1）工藝合理，實用性強；2）操作方便、安全有趣；3）結構緊湊、性能可靠；4）外形美觀、適于家用。

3 方案設計

3.1 酵素洗滌液制作工藝流程設計

在消化吸收傳統(tǒng)制作工藝的基礎上，經反復試驗和比較分析，最終確定家用酵素洗滌液加工機的制作工藝流程：配比加料→打磨→發(fā)酵→液渣分離→酵素洗滌液。

3.2 功能設計

通過一定的市場調研，確定家用酵素洗滌液加工機具有如下功能：1）流程自動控制，可以人機對話；2）打磨功能；3）發(fā)酵功能；4）加熱功能；5）液渣分離功能；6）除渣功能；7）清洗功能。

3.3 結構設計

綜合考慮家用酵素洗滌液加工機的功能、外觀形狀、總體尺寸、操作性能等因素，確定其結構主要由底座、本體和外殼3部分組成。其中：底座具有支承、固定作用；外殼具有保護和美化作用；本體是酵素洗滌液加工機的核心機構（如圖1 所示），包括打磨裝置、發(fā)酵與除渣裝置、動力裝置、控制裝置等［1］。

3.3.1 打磨裝置

打磨裝置如圖2 所示，主要由電機固定頂蓋、電機固定托盤、打磨容器和電機組成。其功能是：當果皮等廚余垃圾按一定配比加入打磨容器后，電機驅動刀具高速旋轉，將果皮打碎成糊狀。

3.3.2 發(fā)酵與排液除渣裝置

發(fā)酵與排液除渣裝置如圖3 所示，主要由發(fā)酵容器、控制盤、活塞、連桿和曲柄等組成。

采用控制盤代替具有復雜結構的閥體，對液體進出管路進行有效控制。除中心孔外，控制盤設置有3 個通孔，如圖4所示，其中較大孔的直徑為22 mm，2 個較小孔的直徑為15 mm，3 個孔之間的夾角為30°。控制盤有3 個轉位，在預設程序控制下轉動，與發(fā)酵腔配合使用，分別實現不同的功能［1］。當大孔與發(fā)酵腔上的進液孔對中時，發(fā)酵容器與打磨容器相通，磨碎的液體迅速流入發(fā)酵腔，此后，轉盤開始轉動，密封發(fā)酵腔使液體進行發(fā)酵；一定時間后控制盤開始轉到出液口，活塞的壓力把液體通過濾網壓入到液體儲存罐；等到液體排完后，控制盤開始轉到吸渣口，把殘留在發(fā)酵腔里的廢渣吸出，此后，轉盤回到初始轉位，完成一次全流程循環(huán)。

圖1 本體結構示意圖

圖2 打磨裝置結構示意圖

圖3 發(fā)酵與排液除渣裝置結構示意圖

3.3.3 動力裝置

動力裝置主要由支架、電機、聯(lián)軸器等組成，如圖5 所示。電機與曲軸用聯(lián)軸器相連接，電機帶動曲柄旋轉，進而帶動活塞實現上下移動［2］。當活塞達到最高點時，發(fā)酵腔里的容積達到最小，以實現排液和除渣；當活塞達到最低點時，發(fā)酵腔里的容積達到最大，以實現發(fā)酵。

3.3.4 控制裝置

整機控制采用STC89C52 單片機和Jn12864-j 液晶顯示器。STC89C52 單片機擁有靈巧的8 位CPU 和可編程Flash。Jn12864-j 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內置8192 個16×16 點漢字，和128 個16×8 點ASCII 字符集；將二者有機結合起來，構成全中文人機交互圖形界面，通過預置程序對整機進行有效控制。圖6 所示為家用酵素洗滌液加工機控制流程圖。

圖4 進出液控制盤結構示意圖

圖5 動力裝置結構示意圖

圖6 家用酵素洗滌液加工機控制流程圖

4 運動仿真

利用UG 軟件繪出整機三維圖形［3］，如圖7 所示。為了驗證設計方案的尺寸和功能的正確性，利用與UG 配套的仿真軟件VisMockup 進行裝配過程的仿真。

將設計好的UG 裝配模型導出為jt 格式的文件，在VisMockup 中新建動畫文件，選擇打開制作動畫的jt 格式模型文件［4］。通過對控制盤、曲柄、連桿、活塞等零部件設置線性或角度路徑，添加必要的快照，可以實現產品裝配過程的簡單仿真。仿真項目編輯完成后可以生成AVI 格式的動畫文件，便于播放展示。

圖7 家用酵素洗滌液加工機三維圖

在制作運動仿真的過程中，如果發(fā)現碰撞干涉，就適時對零件模型尺寸進行修改，修改模型后需要重新導出jt 格式的模型文件，并在VisMockup 中進行模型替換。如此反復，使零件尺寸、裝置功能得以不斷完善和驗證，直到生成正確的裝配過程仿真文件。

5 結論

創(chuàng)新提出家用酵素洗滌液加工機產品理念，在三維環(huán)境中對產品結構和外觀進行設計，并通過虛擬裝配完善了設計方案，驗證了主要功能和酵素洗滌液制作工藝的可行性。采用三維和二維結合，快速繪出整機二維CAD圖紙，并制造出樣機，通過開機運行和對制出的酵素洗滌液試驗表明，設計理念得以驗證，酵素洗滌液清潔效果較好，主要功能滿足使用要求，操作簡單方便。

［1］李存霞，姬瑞海.家用酵素洗滌液加工機：中國，CN102994274A［P］.2013-03-27.

［2］洪如瑾.UG NX4 CAD 快速入門指導［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［3］徐灝.機械設計手冊［M］.2 版.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［4］劉延龍，高尚雪，余剛.一種集成裝配裝置的快速開發(fā)［J］.機械設計，2013，30（3）：74-77.

［5］王毅，白曉波，熊大慶.現代工業(yè)產品色彩研究與藝術［J］.包裝工程，2007，28（8）：190-191.