一種高效雨傘干燥裝置的研究

汪海洋　張俊　李安琪　鄭穩(wěn)　陳志軍

【摘 要】本項目擬采用超聲波干燥輔助熱風、離心干燥的工作方式，通過合理的機械機構，來設計出一款可以全自動高效完成雨傘干燥的瀝干裝置。該裝置具有干燥效率高，過程自動化程度高的特點，快速便捷的干燥流程可以滿足商場、圖書館、車站等人流量大的場合需求。

【關鍵詞】超聲波干燥;雨傘;全自動;熱風干燥;離心干燥;微負壓

中圖分類號： TS255.5 文獻標識碼： A文章編號： 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 項目研究的背景與意義

每當雨季來臨，雨傘是必不可少的物品，但當我們進入圖書館、新華書店等場所時，如何存放潮濕的雨傘就成了令人困擾的問題。目前在公共場合大多會提供塑料袋將濕雨傘裝起，不僅耗費人力，還制造了更多的生活垃圾。本項目準備研發(fā)出一款快速瀝干雨傘的簡易機械，安置在圖書館、書店、車站等對濕度要求高的場所，以解決這樣的問題。

本項目主要達到的目的是快速干燥，亮點在于動態(tài)干燥，通過超聲波干燥輔助離心干燥、熱風干燥以實現(xiàn)短時間快速干燥，干燥時間預計控制在30秒之內(nèi)，可以滿足車站、圖書館等人流量大的公共場所。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)的研究方向主要有熱風干燥、海綿吸水、離心干燥等不同的方向。熱風的原理即使用風機配合電加熱絲，將雨傘放置在機械內(nèi)部后，通過熱風生成空間中的電熱絲與風機協(xié)同工作，產(chǎn)生熱風將雨傘烘干，優(yōu)點是烘干效果明顯，干燥的較為徹底，但缺點是功率大，耗能多，成本高，而且存在一定的安全隱患。第二個方向海綿吸水干燥，利用海綿自帶的多孔特性進行吸水，通過擠壓的方式增大雨傘和海綿的接觸面積，以達到更好的吸水效果，優(yōu)點就是簡單易操作，幾乎沒有功耗，節(jié)能環(huán)保，缺點則是脫水效果不夠徹底，且海綿的使用壽命比較短，還需要設置專門的出水孔來使海綿再脫水。第三個方向是離心甩干，通過高速運轉(zhuǎn)下做勻速圓周運動利用離心原理將濕雨傘上的水分甩離。

綜合來看，目前國內(nèi)的幾個研究方向各有優(yōu)劣，但顯然目前兩個方向的一些研究成果都沒有得到實際性的生活轉(zhuǎn)化，沒有投入生產(chǎn)和使用，所以我們團隊的目標就是打造出一款能夠便捷實用的生活機械。

發(fā)展趨勢：從能源角度而言，普遍發(fā)展方向朝著電動方向發(fā)展，極少數(shù)環(huán)保類型的產(chǎn)品則采用人力帶動機構，脫水方式則以離心和加熱為主，用鼓風的方式輔助干燥。

3 本項目研究內(nèi)容

基于目前國內(nèi)的研究現(xiàn)狀，本項目提出一種耦合干燥方式的高效干燥裝置的機械設計方案。該方案最大的優(yōu)勢是干燥速度快，預計整個干燥過程只需要20s左右，同時很好地解決了多人使用的問題，可以滿足公共場合的使用需求。

此論文主要包括以下幾個方面的研究內(nèi)容：

（1）本裝置為了能夠達到足夠的干燥效率，選擇了超聲波干燥輔助熱風干燥、離心干燥的主要工作方式，通過結構設計，使三種干燥方式達到最大的耦合效果，從而使工作時間大幅度縮短，降低了工作過程的能量損耗，并且對于降低了干燥過程對于雨傘本身的損害。

（2）熱風干燥時，風機處于不同位置，對于干燥效率的影響很大，所以我們在設計裝置時對于不同角度風機對干燥產(chǎn)生的影響做了實驗，并在不影響整體功能性的前提下，選擇了最合理的風機安置角度。

（3）出于環(huán)保的考慮，我們在設計機構是，選擇了物理吸附作為初步干燥手段，并且將主要干燥腔室設計成一個半封閉空間，在離心裝置上加載了一組扇葉，利用空氣對流的原理，制造了一個簡單的微負壓環(huán)境，從而進一步降低了干燥對于溫度和離心旋轉(zhuǎn)速度的要求，達到了降低能耗的目的。

4 結構設計

4.1 干燥裝置的整體設計

該機械裝置外形為一長方體箱體如圖1所示，整體裝置共分為四個工作模塊，模塊1為輸入模塊，使用者從入口將雨傘安置在夾持扣上，由電機帶動曲柄連桿機構將濕雨傘經(jīng)模塊2送入模塊3進行干燥，再由曲柄連桿經(jīng)模塊4，將干燥好的雨傘送出。

4.2 物理吸附模塊設計

模塊2為物理吸附模塊，海綿安放在滾筒上，當雨傘經(jīng)過時，傘面與海綿擠壓，帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，借助海綿的毛細作用，使傘面的水滴被物理吸附，達到初步干燥的效果。同時，海綿的旋轉(zhuǎn)設計避免了對雨傘傘架可能造成的損傷，此外還可以在使用一段時間后更換海綿，保證干燥效果。

4.3 核心干燥模塊設計

模塊3為核心干燥模塊，是該機械裝置的核心結構，裝置側(cè)視圖如圖2，腔體為一半封閉腔室，只留出了側(cè)面雨傘進出的空間，曲柄連桿機構將雨傘送入模塊三預先安置好的離心夾持裝置上，電動帶動夾持裝置及雨傘做離心運動，在傘面方向上安置有一對加熱器和風機，進行熱風干燥，同時在中心軸線上，裝備了一超聲波變幅桿，變幅桿頂部與傘柄頂部相接觸，通過振動傳遞使傘面振動，從而加大熱風干燥和離心干燥的干燥效率。在離心夾持裝置上，安置有一組扇葉，通過對流作用使核心腔室處于微負壓狀態(tài)，進一步降低對加熱器、風機和離心器的功率要求，減少能耗。

5 項目創(chuàng)新點

（1）環(huán)保，能耗低，干燥效率高

超聲波振動使雨傘表面水滴產(chǎn)生微小位移，經(jīng)熱風和離心作用脫離雨傘，微負壓環(huán)境使水滴對加熱溫度、旋轉(zhuǎn)速度、風機轉(zhuǎn)速要求降低，因此超聲波干燥和微負壓效應耦合熱風干燥、離心干燥降低了整個過程當中的能量損耗。

（2）干燥速度快，可允許多人同時使用

裝置人機關系和諧，操作簡單，干燥迅速，使用者只需要在入口將雨傘安置好，即可在出口拿到干燥的雨傘，極高的干燥效率能夠滿足多人同時使用，達到了設計之初用于公共場合的要求。

（3）動態(tài)干燥

目前國內(nèi)的雨傘干燥設備都采用的是靜態(tài)干燥的方式，在雨傘放入后需要使用者在一旁等待，這與人們高節(jié)奏的生活方式相悖，很大程度上削減了裝置的使用率，而本裝置則采用了動態(tài)干燥的方式，利用輸送的形式，減少了無謂的等待。

6 設計總結

該設計與前人設計相比，在雨傘安置、輸送、干燥方式等方面進行了一定的改進。鑒于只需要使?jié)裼陚愀稍锏讲坏嗡某潭燃纯?，所以本項目的主要研究方向為整體機械原理設計和結構設計，在設計上有一定高度的創(chuàng)新，對主要的設計成果做了詳細的介紹，結構設計在前人的基礎上進行了合理的優(yōu)化，但還有一些問題需要改進解決，例如各部件傳動數(shù)據(jù)的計算、電動機裝置材料的選擇等。希望后續(xù)工作能使裝置小型化、智能化，使其不僅能滿足公共場合的需求，更能成為智能家居的一部分，便利大家的生活。

【參考文獻】

[1]桑啟航.旋轉(zhuǎn)式雨傘烘干機的研究[J].科技與創(chuàng)新，2018，08.

[2]肖帆，宋秋紅，陸瑋.雨傘快速風干收納裝置的優(yōu)化設計[J].新技術新產(chǎn)品，2016，4.