组合玻璃窗清洗器的设计理念与应用*

李晓燕，能文凯，范微波

（江西机电职业技术学院，江西 南昌 330013）

玻璃具有高透明度、较好的机械强度、稳定的化学特性和热传导率较高等优良性能，因此玻璃制品作为透光隔风隔温材料广泛应用于现代建筑[1]。 伴随着人民生活水平日益增长，人们对工作生活环境更多地追求明亮舒适的风格，窗子的面积也在变大。 可是由于空气污染、尘土飞扬等环境问题，玻璃上会沉淀很多的灰尘导致透明度降低，必须及时清洗才能恢复原状。 通常玻璃清洗存在一些问题。 例如：工作量大且有一定的危险性、效率不高、污染环境等，目前市场上单一的玻璃清洁器具品种繁多，许多产品都能够有效地使用，但常常需使用大量的清洁剂和清水清洗，产生的污水又不能被抹水擦头完全吸收，污水顺着玻璃窗流下就会对室内外环境造成二次污染[2]。 这就需要一款设备，它既能满足把玻璃窗清洗干净又不产生二次污染并且使用方便，本项目研究对象是针对室内玻璃窗清洗工具，集喷洒水雾、擦洗玻璃和清除污水于一体，并适用于较大面积玻璃窗的组合玻璃清洗器。

1 设计理念

1.1 玻璃窗清洗一般流程

1)使用喷水枪(壶)冲洗玻璃表面；2)然后用高压喷瓶将配好的玻璃清洁剂溶液均匀喷到玻璃上；3)用云石铲刀和清洁刷子清除玻璃上顽固的污渍；4) 再次使用喷水枪(壶)冲洗玻璃表面；5)用玻璃刮将玻璃表面的水痕擦干。

1.2 玻璃清洁的新概念

调研分析建筑玻璃的特性并且了解清洗玻璃的常规方法，针对现有清洗方法弊端，得出应用“喷水雾浸润污垢，用少量清水和清洁擦头剥离污垢并吸收清除污水”的玻璃清洁方法，研究制造组合玻璃清洗器产品[3]。

构思如下： 制造选用不同功能的器具高效完成任务清洁玻璃，手动加压方式为动力通过喷嘴将水雾化，手控开关控制喷雾水量湿润窗玻璃表面，用海绵擦头将浸湿的污物剥离并吸附，放入清水桶洗净滤干可再次使用，最后用橡胶刮片将玻璃表面残留水渍刮净，水渍被橡胶刮片下方的海绵头吸收，整个清洗过程应该无污水流下，各种工具与操作杆能够快速更换，操作杆采用可快速拆卸的多节加长式，以满足较大面积清洗要求。

2 设计方案

根据玻璃清洁程序：雾化浸润、剥离污垢、清除污垢、刮除水分，设计选取完成各项程序的清洗工具和加长杆等辅助器具，产品组成如图1 所示。 为各种清洗工具与加长杆之间快换联接，喷雾器与加长杆头的联接支架设计选型，加长杆自身的设计选型。联接方式确定，清洗作业的顺畅，喷雾和清洁有无死角，加长杆调节自如问题。

图1 产品组成

1）雾化装置与清洁液用于雾化浸润程序：通过加压装置将清洁液以水雾形式喷洒在玻璃表面浸润污垢，关键在于控制喷水量不能有水流下流。 压力装置由加压容器、压力管路和喷雾头组成。 压力容器装配有手动加压杆、压力表及限压阀等，加压后形成密封环境，点开喷雾阀将清洁液通过管路压向喷雾头，喷头的喷水密度可调，且与系统压力值相关。 清洁液以清水为主，调制少量洗洁精，洗洁精用量与品种视对象玻璃情况而定，一般尘垢加入洗洁精即可，有厨房油烟者则需另加入除油剂等[4]。

2）剥离污垢程序：用手动或者电动工具剥离污垢，必要时使用刮刀清除顽固污垢。 剥离清污的工具首选是便于清洗的绒布擦板，特点是重量轻，转向灵活，擦洗后放入与之配套清洁桶内清洗滤干又能再次使用；其次是海绵擦头，吸水能力强但是重量较大，清洗滤干不够方便；电动擦洗头的设计由防水电机带动刷子快速旋转，能有效剥离污垢但存在不安全因素，重量较前两种最大；刮刀用于以前擦洗头无法清除的顽固污垢。

3）清除污垢程序：清除玻璃表面的浮垢。 用绒布擦板或者绵擦头吸附玻璃表面的浮垢，擦头经过清洗滤干后再次反复直到带走全部污垢。 本程序和前一程序反复交叉进行。

4）刮除水分程序：使用刮片吸水头将玻璃表面上的少量水分刮除干净并由海绵卷吸收。 擦洗后的玻璃表面会留下少量水渍，刮除后玻璃表面才能通透明亮。 刮片吸水擦头的刮片材料柔韧具弹性，施加一定力度压下紧贴玻璃表面时发生变形，向下拖动有效刮除水分，流下的水被海绵卷棒吸收，如图2 所示。

图2 刮片吸水器工作图

5）加长杆和快换联接器：在清洗头与支撑杆之间应用快换联接器，方便更换，多节支撑杆使得清洁范围扩大。为了方便更换不同的清洁工具和增减支撑杆节数，设计了快换联接器，多节支撑杆选用强度高、耐腐蚀，质量轻的炭纤维材料，在2.5m 清洁范围内作用使用基础杆，每增加一节加长杆可扩大0.6m，同时手中工具重量也增重了。

6)贮存小车：将以上各项工具收纳于小车，便于清洁操作时搬运与使用完成后的收藏。

3 试验与改进过程

组合玻璃清洁器组装后进行擦洗玻璃试验，确认其使用参数以及相关配置。 选取净空高度5m 玻璃窗进行清洁试验，完成以下试验内容：

1） 测试加压装置的压力对喷雾密度与喷雾量的影响，确定最适合的压力参数。 经过对0～5m 高度范围，1bar～3.5bar 工作压力喷雾测试，根据喷雾密度与喷雾量记录数据分析确定，高度对其影响很小几乎可以忽略不计，工作压力在2.5bar～3bar 时最为合适。

2）除污试验：检验剥离、清除污垢性能以及擦洗刷头清洗去水效能。 除污过程就是用吸水棉擦板将附着玻璃表面的污垢滑动试除，如果玻璃表面仍有少许顽固污渍，可换用刮刀或电动刷剥离，吸附污垢的擦板在清洗桶中清洗挤干后再次重复，人工力量只要操持擦板与玻璃表面贴紧和移动，一般成人容易做到，两到三次即可擦除干净，整个除污过程无污水流下，清洗擦板也无需沾染人手，操作简便[5]。

3）刮水试验：刮去玻璃表面残留水渍，验证刮水效果，验证刮水工具使用是否顺手。 擦洗后的玻璃表面会留下少量水渍，施加一定力量在刮水器的刮片，产生一定角度变形，使其与玻璃表面紧密贴合，从上到下缓慢移动刮下的水珠被海绵棒吸收，刮水过程完成。

4）测试擦洗工具与加长杆、杆与杆之间的快速拆装性能，确定其的可操控性与使用性能。 在最初方案中加长杆采用常用的不锈钢管螺纹联接，杆长0.4m，但随着加长杆节数增加，由于自重较大杆身出现较大的弯曲，难以控制清洁刷头。 改进后加长杆材料选用碳纤维管，以弹簧扣锁紧机构固定，如图3 所示，擦洗工具与操作杆、杆与杆之间实现快速拆装，根据需要增减杆的节数，操作杆自重大幅度减小。 经再次试验，在进行高空清洁时，加长杆弯曲大大减小，能够顺利完成除污清洗刮水作业。

图3 弹簧扣联接器

4 结论

本项目组合玻璃清洁器经多次试验与改进，产品实现了“用雾化水充分浸湿污垢，用清洁擦头剥离并清除污垢”这一理念，改进刮水装置增加吸水绵，有效清理刮水时流下的水渍，能在高效清洁立面玻璃窗时基本没有污水流下污染环境，采用弹簧扣锁紧机构让更换清洁工具和加减加长杆时操作顺畅简便易行，达到“不污染环境，高效清洗较大高度或者距离的室内外玻璃窗，减轻玻璃保洁的劳动强度”的研究目的，产品具有一定的新型实用性，本项目的研制应用推广有望产生较好的市场前景和社会经济效益。