基于家电产品分析的壁挂式洗碗机设计
2019-07-08胡艳华龚颖
胡艳华 龚颖
摘要：文章通过对家电的造型与结构的分析，探讨了对洗碗机的改良设计，设计出更符合市场和用户的洗碗机产品。分析家电的特征，将合适的造型元素与结构元素应用在洗碗机的设计上，从而确定了壁挂式洗碗机的设计。本文所述壁挂式洗碗机的优点在于：它结构简单，采用悬臂挂钩的安装方式，更省空间，本设计主要针对小口之家、普通消费者等。必要的碗篮和进出水口等元素是设计的重点，外壳体的设计也是这款洗碗机的一大亮点。
关键词：家电特征;洗碗机;壁挂式;节省空间
中国分类号：TB472 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2019）06-0084-02
1 洗碗机概述
自约瑟芬·科克伦发明了洗碗机，便解放了人们的双手。在这个物质飞速发展的时代，洗碗机也逐渐面向更多的消费者。而我国洗碗机市场发展较缓慢，目前市场上的洗碗机体型较大、结构复杂、价格昂贵，且安装方式多为嵌入式、箱体式，对于一些小家庭而言，家里的空间小，消费有限，对洗碗机的使用和认知较少，洗碗机并不实用。笨重且厚实的洗碗机明显已经不再适合市场，而且目前市场上洗碗机功能较全面，智能化趋于饱和，未来的洗碗机必然在不减少功能的基础上，打造出体积更小、更方便的产品，就像美的推出的嵌入式洗碗机和海尔推出的“小贝”等一样，都是体积较小。未来洗碗机将向造型丰富化、人情化、更省空间、结构更优以及安装方式上更方便等方面发展。
2 家电产品造型分析
家电产品大多为方形的体块，落地放置的产品较高，壁挂的产品大多较长，产品的造型决定了产品节省空间[1]。
中国最早的冰箱是1956年由北京雪花冰箱厂研制的，其造型为长方体形状，竖立放置，设有一拉开式门。时至今日，冰箱长方体的造型仍在沿用，但不同的是冰箱变高了。冰箱为什么会变高呢？因为人们需求容量的增大，那么在不改变冰箱占地面积的情况下，会将外形设计成竖长条状，如此便有效地利用了空间。
早期的空调多为立柜式的落地空调，体积较大，家用一般摆放在客厅和主卧里，现在这种空调仍在使用，但不适用于小家庭;后来有了窗式空调，窗式空调由墙壁上的挂机和室外的箱体两部分组成，安装方便，价格便宜;空调进一步创新设计，有了吊顶式空调，室内机直接吊装在天花上，不占任何室内空间。不可否认，空调的内部结构的优化和升级才有了新的空调造型的产生，但从空调原有的落地式向现有新生的中央空调转型中，可以看出人们对于家电产品的造型需求——节省空间。
3 家电产品结构功能分析
一些家用产品的结构与功能相似，例如供水系统、加热系统、制冷系统、消毒系统等等。家用洗衣机产品，无论是波轮式还是滚筒式，产品上都要安装进水口管道和排水口管道，洗衣机进水管安装主要分为两个方面，一是与洗衣机进水阀连接安装;二是与水龙头连接安装，全自动洗衣机以电磁阀进水水位开关来进行控制进水、排水以及电机的同断。家用热水器同样也需要进出水系统的设置，一般情况下的热水器箱体下侧都会接有两个不锈钢或鋁合金导管，导管分别导流热水和冷水，导管与一个三通管相连接，三通管另一端连接花洒，通过三通上开关的调节可以实现冷热水的调节。
4 基于调研分析的壁挂式洗碗机造型和结构设计
4.1 壁挂式洗碗机造型设计
洗碗机造型如图1和图2所示，箱体是由洗碗机的外壳和内胆组成，外壳是在箱体外面，外壳的造型可以做改进。基于家电产品的造型分析，本产品外壳造型设计成长条的圆柱形状，类似于储水式的热水器箱体，背面为平面，有利于贴合墙面;洗碗机采用前拉开式的打开方式，前盖上有透视窗和电子显示屏，可清楚地看到洗碗机的工作情况，开关、电源、起动以及功能组按键设置在前盖的左侧;喷臂设置在内胆上方，类似于淋浴喷头，形状为长条形，自上而下喷出高压水流冲洗餐具;碗篮是栅栏形状，背面设有悬臂勾，底部设有进水口和出水口。
4.2 壁挂式洗碗机结构设计
碗篮设计成如图3所示，碗篮的第一作用是用来放置碗、盘、杯子等餐具，碗篮作为置物载体的同时，能把碗与碗、盘与盘之间独立地分开，将碗竖直并排放置，使每一个要清洗的个体之间留有一定的空隙，以防止因为碗、碟贴合太近而存在清洗死角，从而导致喷臂喷出的强水流会无法冲洗到，不能完全清洗干净餐具。
洗碗机底部设有进水口和出水口。进水口连接头接通自来水龙头，开机启动后自动进水，自来水经处理后从内胆顶部设置的喷臂上的喷水孔中喷出，如图4所示，对碗的内壁和外壁进行冲洗。两个喷臂出水的顺序可编成程序，先一起喷水，然后逐个喷臂间歇式喷水冲洗，再精细清洗，最后再一起喷水冲洗，每个喷臂在喷水的过程中都会自转，提高清洗的范围，从而提高了清洁的效果。完成清洗后就可以关闭水龙头，清洗过程中可自由控制水量[2]。出水口连接厨房或卫浴室的下水管道，但要注意的是需要对餐具进行初步处理后再放入洗碗机内清洗，需要清洗的餐具就可以被清洗掉少量的饭粒和油污，而残渣和油污等通过出水口管道合流入下水道，不会出现因大量的食物残渣而堵塞下水管道的问题。
从洗碗机的后视图，如图5所示，可以看到洗碗机的外壳体上设有两个4mmx26mm的金属悬臂，安装时先用螺丝将金属底托固定在适合的墙面上，然后使洗碗机机体与墙面水平平行，悬臂与金属底托对齐，缓慢下移，放在壁架上即可。洗碗机挂在墙上，减小了占用厨房或卫浴室的使用空间。
5 基于调研分析的壁挂式洗碗机尺寸设计
5.1 腔体的空间尺寸设计
由于针对的用户人群是小家庭以及普通消费者，初定碗、盘等餐具的数量为6-8只，一般家里比较常用的是菜盘子、糖果盘、水果盘等，并以陶瓷的盘子居多，市面上盘子的尺寸（直径）一般为26cm，不同的用途尺寸会有不同（英寸8×2.54=20.32cm、市寸8×3.33=26.64cm）。筷笼设置在与碗平行的一边，无需考虑筷笼的尺寸对整体长度的影响。
取普通盘子的高度为45mm，数量为3;
取普通碗的高度为90mm，数量为5;
取安全余量为80rTinl[3]：
由此可以知道内腔总长为：
L1=90 x5+45×3+80=665mm
取腔体宽度340mm，腔体高度340mm。
5.2 碗篮的尺寸设计
根据内腔总长以及安全余量等可得，
其中隔栏与隔栏之间的最大距离为95mm;
根据已知条件得碗篮总长度：
L2
5.3 悬臀尺寸计算
取餐具总大质量为2x8=16kg;
内腔壳体为8 kg，外壳体和透视玻璃盖板为10kg;
当洗碗机在满载工作时，加入了1.3L的水量，水重1.3kg;
整个洗碗机在工作时的动态质量为：
1 6+10+8+1.3=25.3kg;
则洗碗机的总重量为253N;
取悬臂的切面尺寸为4x26mm，取两个悬臂之间的间距为L3=465mm;
已知F=253N，鋼材[4]的许用切应力[σ]=560MPa;
根据校验L3的长度合理。
5.4 整体的尺寸设计
总长度由内腔总长、左侧控制面板和右侧边缘的和确定，
根据内腔体的空间尺寸可得：
L总=665+150+50=865mm
宽度h>34mm，取宽度44mm。
6 材料的工艺分析
6.1 金属构件的工艺分析
洗碗机的不锈钢金属外壳采用阳极氧化染色，表面通过打磨工艺制作出磨光效果;由于内胆对洗碗机的内部结构起到支撑和保护作用，则对内胆的材质性能要求更高，内胆采用304不锈钢，板材冲压后采用滚花工艺[5];金属拉杆采用铝合金，一方面使整体质量更轻，另一方面铝合金富有金属的光泽，表面采用轻微拉丝工艺，使整体效果显得更有质感。
6.2 塑胶材料的工艺分析
喷臂和碗篮采用食品级PP材料（聚丙烯，英文名称Polypropylene.是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀）。采用注射成型，注射成型是塑料制品的一种方法，将熔融的塑料利用压力注进塑料制品模具中，冷却成型得到想要的各种塑胶件。
7 结论
通过对家电产品造型和结构的分析，结合洗碗机产品所具备的结构和功能，设计了一款壁挂式洗碗机，洗碗机可壁挂安装在厨房或卫浴室的墙面上，更加节省空间，另外造型偏长圆柱形，经济实用，满足力学要求，在保证了洗碗机的质量和安全性的前提下，应用一系列家电产品中的符号元素，提出优化的洗碗机设计方案。
参考文献
[1]朱道鑫.当代产品设计的市场意识与用户需求关联性探讨[J].工业设计，2019，1.
[2]赵伟东，赵建勋，供水组件及洗碗机[P].中国专利：CN102860805A，2013，44，10.
[3]张峻霞，王新亭.人机工程学与设计应用[M]，北京：国防工业出版社，2008，1.
[4]东北大学，北京科技大学.材料力学（第四版）[M].北京：高等教育出版社， 2008.
[5]邱潇潇，许熠莹，延鑫.工业设计材料与加工工艺[M].北京：高等教育出版社， 2009，8.
