吊扇扇葉清洗裝置的研究現狀及發展趨勢

李紅玉,孟凡召,張鑫玥

(山東華宇工學院 機械工程學院,山東 德州 253000)

0 引言

隨著工業的快速發展,寫字樓、工廠廠房等建筑越來越多。而此類建筑具有空間大、較為封閉、人員多、夏季環境悶熱等特點。為了使人們擁有舒適的工作環境,往往在室內安裝吊扇、空調等設備。由于環境閉塞,空氣不流通,空調很可能導致細菌滋生,引發鼻塞、頭昏、耳鳴、乏力、肌肉關節酸痛等空調病[1]。因供冷需求量大,周期長,僅使用空調供冷會產生高能耗問題。為在滿足人體舒適的條件下盡可能減少能耗,吊扇成為夏季常用的納涼電器。

電扇的使用范圍遠超空調電器,雖然祛暑效果不及空調,但能在一定程度上改善室內的熱舒適度,且節能環保,促進空氣流通[2],減少污染及灰塵的滯留。在空調房安裝吊扇,既能避暑納涼,也能滿足節能減排的需求,具有較高的經濟性。

扇葉容易堆積灰塵,導致葉片變黑,不僅影響美觀,還會使其動平衡失調[3],具有一定的危險性。而清洗吊扇扇葉的難度較大,傳統的清洗方式是將吊扇拆卸后進行清洗或登高清洗,工作效率低,清洗難度大,危險系數高,清潔任務繁重,勞動強度較大。

目前,吊扇扇葉清洗裝置的研發仍處于起步階段,對該類裝置進行研發,具有經濟性及高效性,發展前景廣闊。

1 國外吊扇扇葉清洗裝置的發展現狀

日常生活中,人們需要一種便捷的清洗裝置,以滿足扇葉清潔需求。吊扇扇葉清洗裝置最初應用于20世紀60年代末的德國及日本。1967年,德國圖林根州的一家機械制造廠成功研發了用于清洗吊扇的機器。隨著工業的不斷發展,吊扇扇葉清洗裝置的生產及制造技術日漸成熟。

Nicholson V R的大型工業吊扇葉片清潔設備[4]如圖1所示。電機軸連接通常為軸鍵連接、螺栓連接等,在下端設有伸縮桿的電機,在電機輸出軸上設有轉動清潔頭,在轉動清潔頭上設有若干分布均勻的刷毛,在電機上設有與轉動清潔頭相交的固定清潔頭,在電機上端設有可轉動的轉臺,在轉臺上設有鏡子,可迅速完成大范圍扇面的清潔,能夠滿足大型工業吊扇的清潔需要。

1-立柱 2-塑料伸縮桿 3-L型螺旋刷 4-套管 5-鉤環 6-防塵盤 7-金屬絲支架

Bielecki R J的天花板風扇自動清潔裝置[5]如圖2所示。它將天花板風扇與天花板風扇清潔器相結合,由吊桿、電機、電機外殼及風扇葉片組成,吊扇上裝有U形清潔器,清潔器的上面板表面固定在吊桿與電機外殼的連接部位,清潔器的下面板表面則固定在電機外殼的下面,當風扇旋轉時,清洗架起到清洗風扇葉片的作用,清洗架上的軟刷子與風扇葉片互相摩擦,清洗風扇葉片上下表面的污垢。吊頂風扇的清洗是將吊頂風扇與清洗設備組合在一起,令清洗工作更加簡單、快捷。

1-吊扇軸環 2-吊扇外殼 3-吊扇 4-轉動軸 5-配件 6-上凹槽 7-下凹槽 8-保持器 9-刷子組件 10-纖維束 11-吊扇葉片

J Norberto Pires研發了吊扇清洗系統[6],以ABBS4C為控制器、PLC37-300為外圍設備、雙輪滾桶裝置為清洗設備,以ABB IRB 4400工業機器人為基礎,實現了對吊扇的噴沫與清洗。Mansour Abtahi將自主設計的機器人標定方法[7]應用于吊扇扇葉清洗裝置中,提高了裝置清洗的準確度及清洗效率。N Stareevie研究了四自由度機器人的運動策略[8],將其應用于清洗裝置中,可提高清洗的潔凈程度。

國外吊扇扇葉清洗裝置清洗范圍廣泛、工作速度快,品牌型號較多,主要采用固定性的結構形式,針對不同大小的扇葉采用不同的工作模式,使用PC開放式控制系統,以提高吊扇扇葉清洗裝置工作進程的快速性、穩定性、準確性。

2 我國吊扇扇葉清洗裝置的發展現狀

我國對吊扇扇葉清洗裝置的研究頗多,清洗形式豐富多樣,按清洗刷頭可分為高壓蒸汽清潔型、毛刷清灰型、輕質海綿擦拭型。

2.1 高壓蒸汽清潔型

基于高壓蒸汽的吊扇扇葉清洗裝置[9]如圖3所示。使用高壓蒸汽噴頭,使用電熱鐵將水箱中的清潔用水加熱,使之產生蒸汽并通過蒸汽軟管輸送至蒸汽噴頭,蒸汽噴頭與用于清潔的彈性材料及電磁鐵組成清洗頭,通過液壓桿實現對吊扇扇葉的反復清洗,并將清洗后產生的污水匯集到污水收集箱中。

1-清潔機外殼 6-清潔頭 8-彈性材料 9-污水收集箱 12-缸體連接 13-氣缸多級伸縮桿 14-支架 15-電機 16-麥克納姆輪

2.2 毛刷清灰型

吊扇扇葉清灰裝置[3]如圖4所示。設計有可夾持吊扇扇葉的上刷盤、下刷盤,調整伸縮桿高度將扇葉置于兩刷盤之間,啟動輪轂電機,兩刷盤同向轉動對扇葉進行清掃,在刷盤下方安裝有集灰托盤,可承接清理出的灰塵,并在吸塵泵的作用下通過輸灰管將灰塵收集到集灰盒中,防止二次污染。

1-伸縮桿粗桿 2-伸縮桿細桿 3-連接柄 4-承灰托盤 5-上撐架 6-吸塵泵 7-輸灰管 8-落塵口 9-軸承座 10-橡膠滾輪 11-上刷盤 12-下刷盤 13-上軸桿 14-第一輪輪轂電機殼 15-下軸桿 16-第二輪轂電機殼 18開關

吊扇清潔器[10]如圖5所示。主要結構分為A清潔盒與B清潔盒,二者通過螺柱連接形成一個相對封閉的箱體,將吊扇扇葉插入A、B清潔盒之間的弧形凹槽中,安裝在清潔盒中的A旋轉清潔刷和B旋轉清潔刷與扇葉接觸,啟動電機驅動A、B旋轉清潔刷旋轉,對吊扇扇葉進行全方位的清潔。

1-A清潔盒 2-B清潔盒 3-過濾盒 4-空心伸縮螺桿 5-操控把手 6-吸塵孔 7-A旋轉清潔刷 8-B旋轉清潔刷 9-螺柱 10-弧形凹槽 12-濾塵網 13-電路線 17-隔板

2.3 輕質海綿擦拭型

吊扇扇葉清洗裝置[11]如圖6所示,包括殼體、水路組件、海綿滾筒組及毛刷滾筒組,殼體分為上下殼體,由前后錯位組件連接,海綿滾筒組及毛刷滾筒組的兩個滾筒分別安裝在上殼體和下殼體上,通過控制前后錯位組件實現上、下殼體的開合,方便扇葉進出殼體,當扇葉被夾持固定后啟動驅動電機,令滾筒組的兩個滾筒同步反向運轉,海綿滾筒可吸附吊扇殘留的水漬并通過摩擦力驅動清洗機沿扇葉運動。

5-擠壓滾筒 11-上殼體 12-下殼體 14-握桿 15-扇葉出入口 21-排水管 22-總進水管 23-分流接頭 24-噴頭 42-驅動電機B 32-驅動電機A 131-舵機 132-驅動桿A 133-連桿 134-驅動桿B

吊扇清洗工具[12]如圖7所示。在主桿頂端的第一擦板與傳動連接桿上的第二擦板上安裝有輕質海綿塊,將扇葉插入第一擦板與第二擦板之間,通過副桿與傳動連接桿聯動,調節第一擦板與第二擦板的間距,令安裝在兩擦板上的海綿塊與吊扇接觸,手持主桿沿扇葉方向滑動,實現扇葉清洗。在主桿上安裝有漏斗型托盤,可將清洗過程中產生的污水、灰塵收集在托盤中。

1-主桿 2-第一擦板 3-漏斗型托盤 11-副桿 12-開槽 21-第二擦板 22-海綿 31-軟管 111-傳動連接桿

我國吊扇扇葉清洗裝置的研究成果豐富多樣,以半自動化為主,安裝有集灰裝置,清潔效率高且無二次污染。裝置多以伸縮桿為結構支撐,便于移動,無需復雜安裝,利于推廣。

3 發展趨勢

近年來,吊扇扇葉清洗裝置的研制有了較大進展,但是目前仍處于起步階段,該裝置并沒有得到廣泛推廣使用,未來發展趨勢如下:①向自動化、智能化方向發展。應提高機械自動化水平,實現吊扇扇葉清洗裝置與傳感器及控制系統的有效結合。通過傳感器檢測分析結果對吊扇扇葉高度進行判斷,確定扇葉的具體位置,通過控制系統控制吊扇扇葉清洗裝置達到清洗高度,減少人工預估扇葉高度等繁瑣任務。②進行結構優化。吊扇扇葉清洗裝置具有較為特殊的結構,清洗組件結構復雜,由眾多機械結構組成,故清洗組件占據了整體裝置的大部分重量。清洗組件通過伸縮桿到達清洗高度,裝置重量大、重心高,不容易控制其穩定性,增加了操作難度。應優化清洗組件的結構,去除冗余,提高吊扇扇葉清洗裝置的平穩性。③實現輕量化設計。機械趨于小型化、便攜化、輕便化的設計,吊扇扇葉清洗裝置主要用于家庭、學校、工廠等場所,故必須保證產品的輕量化設計及操作的易用性,在保證作業性能、成本及安全可靠性的前提下對產品進行優化設計[13]。可替換零件材料,將伸縮桿材質替換為鋁合金,特點是重量輕、強度高、堅固耐用,既滿足工作要求又降低了裝置整體重量,可輕松搬運。輕量化設計可降低裝置的使用難度,提高清洗效率。④提高裝置的適應能力。吊扇的清理具有階段性,其清洗頻率較低,對于以家庭為單位的客戶而言,清洗裝置的實用性較低。吊扇扇葉清洗裝置的受眾應偏向家政清潔公司、學校保潔、工廠保潔等,需接觸更多型號各異的吊扇,提高吊扇扇葉清洗裝置的效率,實現更大的價值。吊扇扇葉清洗裝置應具有較高的適應能力,適用于各種型號,能夠在復雜的工作環境下完成工作。⑤提高裝置的易清潔性。清洗吊扇扇葉時會有大量灰塵留在裝置清洗刷頭、集灰盒、集灰管道等位置。這些灰塵的積累會影響裝置的性能、壽命并造成二次污染。機械裝置需要專業人員清洗,但會產生二次消費,為了保持吊扇扇葉清洗裝置的衛生,需頻繁清洗裝置,故裝置應易拆卸、易維護,可將清洗刷頭單獨拆卸并清洗,具有良好的防水性。

4 結束語

對國內外吊扇扇葉清洗裝置的基本類型、結構及基本原理進行了綜述,對未來發展趨勢進行展望,提出吊扇扇葉清洗裝置應具有良好的清潔性,滿足清洗要求。應著重提高裝置的自動化、智能化,優化裝置結構,進行輕量化設計,提高其適應能力,從而進一步提高我國吊扇扇葉清洗裝置的技術研發水平,實現產業化發展。