一种便携手动型衣物脱水装置设计*

石 娟

（西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637000）

随着时代进步，中国科技水平逐步发展壮大，正一步步地朝着发达国家前进。但是，高科技产品的频繁使用，却导致我国电能、煤炭、石油等能源的消耗量逐年递增。如今节能减排已成为当今世界发展的一大热点话题，国家也开始重视各种能源的高效利用与污染物的处理排放。而洗衣机作为家用重要电器之一，主要依靠电力能源保持正常运作，但是对于在校学生来说，能用上洗衣机却不太容易，国内各大高校都明令禁止宿舍使用洗衣机等大功率电器，以防止发生安全隐患[1]。另外，对于部分材质特殊的衣服，如有特殊涂层性的化纤质地面料的服装、静电性的植绒纤维面料服装、珠饰染色较多的服装、羽绒编织类面料的服装、人造革及其他有涂层人造革材质服饰的服装、色差对比较大而又染色不牢的条格服装，洗衣机机械式的清洗会使这几类服装缩水、变色、发硬或者破损。随社会流行趋势的发展，这类衣物在大学生中的购买穿着频率较高。由于不方便进行机洗，大部分学生都会选择手洗，但是纵观国内各大高校宿舍条件，大部分宿舍没有足够广阔空间用于晾晒湿衣服，而手洗衣物的水分残留过多，可能会因为频繁滴水导致地面淌水而引起意外事故，或者是许久不能干燥影响日常生活甚至是损坏衣服质量。综上，手洗衣物后的脱水工作便成了关键性一步。

针对高校学生宿舍的洗衣脱水问题，我们小组计划设计一款既可以通过脚踩踏板从而使衣物脱水，亦可以将太阳能转化为动能进行脱水的设备。本文就该设备的人工模式进行阐述，通过腿部运动发力给设备提供动力，传动装置将转速提高后可使内筒高速旋转，甩出衣物水分。该装置将人力与机械设备相结合，使用者在完成衣物脱水目的的同时，一方面能实现节能减排，避免不必要的消耗，另一方面又能劳动健身增强个人体质[2]。

1 系统介绍

1.1 系统组成

该装置外形与日常家用水桶相似，但是为避免损坏，桶壁设计较厚，装置整体主要由外筒、内筒、踏板、传动装置和增速装置组成。内筒筒壁上有若干小孔，残余水分则通过这些小孔排出，内筒与外筒中间有一滤水隔板，目的是防止水分影响内部机械装置的正常功能。外筒底部有一排水管道使衣物滤出的水排出。内筒中心下部通过减震簧与外筒连接，以减缓高速旋转引起的晃动与撞击。为防止内筒上部摆幅过大，增大脱水桶的内径，减小桶的高度，因此会比日常家用水桶半径更大高度更矮。外筒筒腔内设置了齿轮增速装置，外筒底端设置了与踩踏杠杆连接的踏板，由大齿轮带动小齿轮旋转[3]，连接到位于内筒底部的转盘，转盘转动带动内筒转动，达到一定转速，产生离心力，从而达到衣服脱水的效果。

图1

光伏发电系统是由太阳能电池方阵、充放电控制器、蓄电池组、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统等六大设备组成。原理图如图2。

1.2 工作原理

1.2.1 人工模式

使用者需要进行衣物脱水时，只需选择人力驱动模式，将衣物放入内筒，关闭筒盖，打开启停装置，脚踩踏板，通过内部弹起装置不停重复上下踩踏动作，由高强度绳索通过定滑轮带动齿轮旋转轴进行转动，增速机构是采用相同齿轮传动转速比的两对增速齿轮来提高转速，通过高强度绳索连接，以及各种部件将动力传输到中心轴，中心轴带动内筒进行高速旋转，内筒的快速转动使衣物上的残余水分透过内筒边缘的小孔甩到筒外，并顺着排水管流出筒外[4]。脱水流程图如图3。

1.2.2 太阳能模式

太阳光会在电子半导体p-n 结上照射，形成新的空穴电子对和电子发射对，p-n 结内建电场作用会使得空穴由n 区流向p 区，而电子由p 区流向n 区，接通电路后便可形成电流。太阳能发电有两种方式，一种是光能先转化为热能，再转为电能的转换方式，另一种是光能直接转化为电能[5]，我们使用的是后者。

光能直接转换为电能的方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，这种转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，从物理结构上说，它就是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，从而产生电流。如果把许多个电池串联或并联起来，就能形成具有较大输出功率的太阳能电池方阵了[6]（见图4）。

图2 光伏发电系统结构示意图

图3 人工模式脱水流程示意图

图4 太阳能光伏发电原理示意图

2 发展前景

2.1 结构简单

该装置响应国家节能减排的号召，从绿色环保的目的出发，没有多种能源的消耗，将使用广泛的低成本的部件组合起来，仅需人力驱动，依靠内部传动装置和机械结构使内筒可带动湿衣物快速转动产生离心力，进而使残余水分脱离衣物并随排水管流出。

2.2 零消耗零排放

该设计以人力驱动的方式打破了以往洗衣机行业只能依靠电力驱动的弊端，不再需要消耗电力来提供动能，在人工模式下，该脱水装置所需的常规能源消耗为零，全部能源均来自脚踏产生的动能，同时没有任何污染物质的产生与排放，不会对环境造成危害[7]。

2.3 使用方便

与普通家用水桶形似，可与其他水桶叠放，以减少空间占地面积，人工模式与太阳能模式可根据实际情况随意切换，即使在面对停电的意外状况下，也能保证衣服能正常清洗与晾干。使用方法简单快捷，能够快速上手，在闲置时便可将其放置在阳光下储存太阳能。

2.4 有益健康

该设计能让使用者在进行脚踏脱水时，腿部也能得到一定的锻炼，通过上下踩踏运动，可促进人体腿部血液循环，加速新陈代谢，增强膝关节灵活度，锻炼腿部肌肉，同时也可改善腿部的静脉曲张，有益于身心健康。

3 结束语

针对广大大学生群体，由于大功率电器的禁止使用，衣物晾晒成为一大难题，本文设计开发的设备采用简单的机械结构，利用人力驱动，为脱水设备提供旋转动能，设计出一款适用于住校生的装置，不需要消耗能源，也不会产生任何有害污染物质，完全借助劳动力完成一系列工作，契合了当代社会推行的节能减排、低碳环保的主题，同时也为在校生生活提供了便利。跟随当代社会的进步，越来越多的科技产品出现在我们身边，可是与此同时，并不是所有人都能享受这样的便利，又或者在高端科技产品的围绕下，大家是否还具备生活中的基本动手技能。例如在学习之余，大家如何度过假期呢？在床上日夜酣睡？还是趁着空闲清洁打扫美化房间？也许该设备能让人们在劳动中完成家务，在运动中感受科技。设备简单快捷，没有复杂的工序，也摆脱了传统电力驱动甩干机的束缚，只需自己动手便可以将衣服脱水。在衣物脱水的同时，也让使用者腿部得到了锻炼，保证了在停电停水的突发状况下，依然可以将衣服脱水。对于只能手洗以免损坏的衣物，洗完后手动脱水，既不会把衣服扯坏，又能达到脱水的目的，而对于有特殊情况而不愿意使用洗衣机的学生，该设备也是最佳选择。