普通水槽秒变洗碗机

王奕人

研究背景

现在市面上的洗碗机主要有台式洗碗机和水槽洗碗机2大类，然而这2种洗碗机都有各自的局限之处，影响了其在中国的普及。台式洗碗机体积大，比较占地方，并且有进水管和排水管，需要放置在厨房中有下水道和水龙头的地方;而且台式洗碗机不能清洗锅等大型炊具，人们还是无法彻底从洗洗刷刷中得到解放。水槽洗碗机是在水槽底部安装一个旋转的高压喷头，利用高压水冲洗餐具达到清洗的目的，相对来讲比较省地方。但是，水槽洗碗机在使用和安装过程中，也有以下缺点：安装水槽洗碗机需要拆除原来的水槽，损坏灶台面板，而且水槽洗碗机不一定和家中原来的水槽尺寸一致，安装时需要对灶台面板的水槽开口处重新切割、打磨，非常麻烦;并且，洗碗机安装好后，这个水槽不能再被当作普通水槽使用，洗碗机还是占据了一个水槽的位置，用户家原来的双水槽变成了单水槽。因此，我想能不能设计一个附加在现有水槽上的简单装置，只要把一个波轮放入水槽，水槽马上就能变成洗碗机。

设计方案

波轮放置在水槽的底部，波轮上装有磁铁。

在水槽下方，原水槽出水口上套装一个与波轮对应的飞轮，飞轮上也装有磁铁，飞轮与波轮通过磁铁间的吸力传动。

电机通过皮带带动飞轮转动.进一步带动波轮旋转。

原理

参考洗衣机的洗涤原理，利用波轮高速转动带动水流旋转，将餐具冲洗干净。

波轮放置在水槽的底部，波轮底部装有磁铁。在水槽下方安装与波轮对应的飞轮，飞轮上也装有磁铁，飞轮与波轮通过磁铁间的吸力传动。

飞轮通过轴承和轴承座套在水槽的下水接口上。电机通过皮带带动飞轮转动，从而带动波轮旋转。

磁传动水槽洗碗机结构

波轮

波轮由塑料制成（通过3D打印制作），我在波轮上设计了8个凹坑，凹坑里面嵌入直径20mm厚度10mm的钕铁硼强磁磁铁，凹坑的底部是厚度1mm的塑料，可起到承托磁铁的作用（图1）。波轮的转轴套在波轮轴套上，波轮轴套和波轮转轴之间设有上下2个轴承，防止波轮摇晃。波轮轴套上的法兰盘设计成缺口形状，波轮轴套放在水槽的出水口里，法兰盘搁在出水口上，法兰盘上的缺口可以使水顺利从出水口流走（图2）。磁铁底部离水槽底部保留3mm间隙，在保证获得足够大的磁吸力的前提下，又保证了波轮不会触底卡住。由于磁力的作用，波轮可以实现自然定位，不会发生径向移动，只要放在水槽里即可（图3）。

飞轮机构

飞轮机构是一个组件，它的基座是一个带有内螺纹的飞轮轴套，通过螺纹套接在水槽出水口外面（图4）。飞轮轴套外面是轴承，轴承外面是飞轮，飞轮上固定有皮带盘，可以带动飞轮转动。飞轮上嵌有8颗钕铁硼强磁磁铁，位置与波轮磁铁对应，极性相反，以产生强大的吸力。飞轮轴套的设计，巧妙地将水槽的下水口变成了一个空心轴，飞轮绕该空心轴转动，不影响排水功能。只要将飞轮组件拧在水槽下水口上，即可安装完成（图5）。

8颗钕铁硼强磁磁铁，直径20mm，厚度10mm，磁铁上表面离水槽底部2mm，位置与波轮磁铁相对应。飞輪磁铁与波轮磁铁之间的距离10mm，每对磁铁之间的吸力约为5.6N（实测值），8组磁铁的吸力共约45N，足以使波轮克服水的阻力以500r/min高速转动。由于飞轮磁铁的径向位置是固定的，使得波轮放入水槽后因磁铁之间的吸力自然形成定位，不会偏移，飞轮带动波轮转动效果如图6所示。

自动控制系统

自动控制系统自动控制进水、洗碗、放水的过程，采用洗衣机的控制装置。①电动球阀作为放水电磁阀，适用于含有细小颗粒残渣的洗碗水;②进水电磁阀;③水位传感器，利用2个电极探测水位，当水接触到电极时电极导电，控制器关闭进水电磁阀，停止进水。使用洗碗机时只需要将波轮和篮子放入水槽，将餐具放在篮子里，开机即可自动完成进水、洗碗、放水步骤。

小结

此装置可附加在原有水槽上，不需要拆换水槽，适用于已装修家庭。

洗碗时将波轮放入，水槽就可变成洗碗机。平时取出波轮，不影响水槽使用。

可以清洗各种锅、笼屉等大型炊具。

该项目获得第34届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组工程学一等奖。

专家评语

本项目采用简单的磁性传动装置解决了水流波动与洗碗问题，洗碗效果好，有很大的应用市场。目前的结构设计还可以进一步改进和完善，马达的安装还需牢固可靠，可以加一个顶盖，防止水溅出，还可以针对不同的水槽，设计不同的洗碗机结构。