一种高效雨伞干燥装置的研究

汪海洋　张俊　李安琪　郑稳　陈志军

【摘 要】本项目拟采用超声波干燥辅助热风、离心干燥的工作方式，通过合理的机械机构，来设计出一款可以全自动高效完成雨伞干燥的沥干装置。该装置具有干燥效率高，过程自动化程度高的特点，快速便捷的干燥流程可以满足商场、图书馆、车站等人流量大的场合需求。

【关键词】超声波干燥;雨伞;全自动;热风干燥;离心干燥;微负压

中图分类号： TS255.5 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）13-0016-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.007

Study on an Efficient Umbrella Drying Device

WANG Hai-yang ZHANG Jun LI An-qi ZHENG Wen CHEN Zhi-jun

（SCHOLL OF MECHANICAL ENGINEERING，HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY，

Anhui Hefei 230000，China）

【Abstract】This project intends to design a fully automatic and efficient umbrella drying device by using ultrasonic drying assisted by hot air and centrifugal drying， and through reasonable mechanical mechanism. The device has the characteristics of high drying efficiency and high degree of automation. The fast and convenient drying process can meet the needs of shopping malls， libraries， stations and other places with large flow of people.

【Key words】Ultrasonic drying; Umbrella; Automatic; Hot air drying; Centrifugal drying; Micro-negative pressure

1 项目研究的背景与意义

每当雨季来临，雨伞是必不可少的物品，但当我们进入图书馆、新华书店等场所时，如何存放潮湿的雨伞就成了令人困扰的问题。目前在公共场合大多会提供塑料袋将湿雨伞装起，不仅耗费人力，还制造了更多的生活垃圾。本项目准备研发出一款快速沥干雨傘的简易机械，安置在图书馆、书店、车站等对湿度要求高的场所，以解决这样的问题。

本项目主要达到的目的是快速干燥，亮点在于动态干燥，通过超声波干燥辅助离心干燥、热风干燥以实现短时间快速干燥，干燥时间预计控制在30秒之内，可以满足车站、图书馆等人流量大的公共场所。

2 国内外研究现状与发展趋势

目前，国内的研究方向主要有热风干燥、海绵吸水、离心干燥等不同的方向。热风的原理即使用风机配合电加热丝，将雨伞放置在机械内部后，通过热风生成空间中的电热丝与风机协同工作，产生热风将雨伞烘干，优点是烘干效果明显，干燥的较为彻底，但缺点是功率大，耗能多，成本高，而且存在一定的安全隐患。第二个方向海绵吸水干燥，利用海绵自带的多孔特性进行吸水，通过挤压的方式增大雨伞和海绵的接触面积，以达到更好的吸水效果，优点就是简单易操作，几乎没有功耗，节能环保，缺点则是脱水效果不够彻底，且海绵的使用寿命比较短，还需要设置专门的出水孔来使海绵再脱水。第三个方向是离心甩干，通过高速运转下做匀速圆周运动利用离心原理将湿雨伞上的水分甩离。

综合来看，目前国内的几个研究方向各有优劣，但显然目前两个方向的一些研究成果都没有得到实际性的生活转化，没有投入生产和使用，所以我们团队的目标就是打造出一款能够便捷实用的生活机械。

发展趋势：从能源角度而言，普遍发展方向朝着电动方向发展，极少数环保类型的产品则采用人力带动机构，脱水方式则以离心和加热为主，用鼓风的方式辅助干燥。

3 本项目研究内容

基于目前国内的研究现状，本项目提出一种耦合干燥方式的高效干燥装置的机械设计方案。该方案最大的优势是干燥速度快，预计整个干燥过程只需要20s左右，同时很好地解决了多人使用的问题，可以满足公共场合的使用需求。

此论文主要包括以下几个方面的研究内容：

（1）本装置为了能够达到足够的干燥效率，选择了超声波干燥辅助热风干燥、离心干燥的主要工作方式，通过结构设计，使三种干燥方式达到最大的耦合效果，从而使工作时间大幅度缩短，降低了工作过程的能量损耗，并且对于降低了干燥过程对于雨伞本身的损害。

（2）热风干燥时，风机处于不同位置，对于干燥效率的影响很大，所以我们在设计装置时对于不同角度风机对干燥产生的影响做了实验，并在不影响整体功能性的前提下，选择了最合理的风机安置角度。

（3）出于环保的考虑，我们在设计机构是，选择了物理吸附作为初步干燥手段，并且将主要干燥腔室设计成一个半封闭空间，在离心装置上加载了一组扇叶，利用空气对流的原理，制造了一个简单的微负压环境，从而进一步降低了干燥对于温度和离心旋转速度的要求，达到了降低能耗的目的。

4 结构设计

4.1 干燥装置的整体设计

该机械装置外形为一长方体箱体如图1所示，整体装置共分为四个工作模块，模块1为输入模块，使用者从入口将雨伞安置在夹持扣上，由电机带动曲柄连杆机构将湿雨伞经模块2送入模块3进行干燥，再由曲柄连杆经模块4，将干燥好的雨伞送出。

4.2 物理吸附模块设计

模块2为物理吸附模块，海绵安放在滚筒上，当雨伞经过时，伞面与海绵挤压，带动滚筒旋转，借助海绵的毛细作用，使伞面的水滴被物理吸附，达到初步干燥的效果。同时，海绵的旋转设计避免了对雨伞伞架可能造成的损伤，此外还可以在使用一段时间后更换海绵，保证干燥效果。

4.3 核心干燥模块设计

模块3为核心干燥模块，是该机械装置的核心结构，装置侧视图如图2，腔体为一半封闭腔室，只留出了侧面雨伞进出的空间，曲柄连杆机构将雨伞送入模块三预先安置好的离心夹持装置上，电动带动夹持装置及雨伞做离心运动，在伞面方向上安置有一对加热器和风机，进行热风干燥，同时在中心轴线上，装备了一超声波变幅杆，变幅杆顶部与伞柄顶部相接触，通过振动传递使伞面振动，从而加大热风干燥和离心干燥的干燥效率。在离心夹持装置上，安置有一组扇叶，通过对流作用使核心腔室处于微负压状态，进一步降低对加热器、风机和离心器的功率要求，减少能耗。

5 项目创新点

（1）环保，能耗低，干燥效率高

超声波振动使雨伞表面水滴产生微小位移，经热风和离心作用脱离雨伞，微负压环境使水滴对加热温度、旋转速度、风机转速要求降低，因此超声波干燥和微负压效应耦合热风干燥、离心干燥降低了整个过程当中的能量损耗。

（2）干燥速度快，可允许多人同时使用

装置人机关系和谐，操作简单，干燥迅速，使用者只需要在入口将雨伞安置好，即可在出口拿到干燥的雨伞，极高的干燥效率能够满足多人同时使用，达到了设计之初用于公共场合的要求。

（3）动态干燥

目前国内的雨伞干燥设备都采用的是静态干燥的方式，在雨伞放入后需要使用者在一旁等待，这与人们高节奏的生活方式相悖，很大程度上削减了装置的使用率，而本装置则采用了动态干燥的方式，利用输送的形式，减少了无谓的等待。

6 设计总结

该设计与前人设计相比，在雨伞安置、输送、干燥方式等方面进行了一定的改进。鉴于只需要使湿雨伞干燥到不滴水的程度即可，所以本项目的主要研究方向为整体机械原理设计和结构设计，在设计上有一定高度的创新，对主要的设计成果做了详细的介绍，结构设计在前人的基础上进行了合理的优化，但还有一些问题需要改进解决，例如各部件傳动数据的计算、电动机装置材料的选择等。希望后续工作能使装置小型化、智能化，使其不仅能满足公共场合的需求，更能成为智能家居的一部分，便利大家的生活。

【参考文献】

[1]桑启航.旋转式雨伞烘干机的研究[J].科技与创新，2018，08.

[2]肖帆，宋秋红，陆玮.雨伞快速风干收纳装置的优化设计[J].新技术新产品，2016，4.