面向農(nóng)村的便攜式節(jié)水清潔裝置設(shè)計(jì)*

蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 梁軒銘，劉啟正，高文達(dá)，李培震，張浩

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，具有零件建模、曲面建模、鈑金設(shè)計(jì)等主要模塊，并且使用了WindowsOLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)車、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品、消費(fèi)品、離散制造等行業(yè)的模型設(shè)計(jì)中。

一、便攜式節(jié)水清潔裝置簡(jiǎn)介

便攜式節(jié)水清潔把儲(chǔ)水部分、增壓部分、噴水部分巧妙地組合而成，主要面向農(nóng)村獨(dú)居老人，尤其是針對(duì)廚房未裝水龍頭且受條件限制無(wú)法安裝廚具清洗設(shè)備的獨(dú)居老人家庭，旨在助力清洗廚具，避免滋生細(xì)菌，保障廚具安全。工作時(shí)，腳踩充壓，提升儲(chǔ)水罐罐內(nèi)壓力，通過(guò)噴頭噴射出具有一定壓力的水柱或水霧（可調(diào)節(jié)出水的面積和形狀），主要是面向廚房的碗、碟、鍋等不易清洗用具，提高清洗效率，節(jié)省清洗用水。缺水時(shí)，利用安裝在罐體兩側(cè)提手，將其移動(dòng)至水井旁或戶外公共水龍頭處，擰開(kāi)密封蓋加水即可，方便移動(dòng)攜帶。也可不移動(dòng)，原地直接擰開(kāi)密封蓋，通過(guò)其他儲(chǔ)水裝置直接加水，加水?dāng)Q緊密封蓋后即可繼續(xù)使用。

二、便攜式節(jié)水清潔裝置的設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由儲(chǔ)水、增壓、噴水三大部分組成。桶身為上、下兩層，中間有隔板，儲(chǔ)水、增壓兩部分分別位于桶的上、下兩層并由導(dǎo)氣管連接，噴水部分與儲(chǔ)水部分相連?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 清潔裝置總體結(jié)構(gòu)

（二）具體設(shè)計(jì)

1.儲(chǔ)水部分

儲(chǔ)水部分位于桶身上層，上層底部打孔，以便導(dǎo)氣管通過(guò)，側(cè)壁打孔，與噴水裝置相連，主要功能為儲(chǔ)存清潔用水。

儲(chǔ)水部分建模時(shí)，先在基準(zhǔn)面上畫出草圖，對(duì)草圖進(jìn)行拉伸凸臺(tái)和拉伸切除指令得到桶身，再用拉伸切除指令得到側(cè)壁與底部的孔。對(duì)于提手部分，同樣是先畫草圖，然后對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，再對(duì)棱角進(jìn)行倒角處理，得到其中一個(gè)提手。由于兩個(gè)提手是對(duì)稱分布的，故用鏡像指令即可得到另一個(gè)提手。頂蓋大小要與桶壁大小一致，以達(dá)到完美配合的目的，同樣是通過(guò)拉伸凸臺(tái)和拉伸切除指令得到頂蓋。儲(chǔ)水部分建模如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)水部分模型

2.增壓部分

增壓部分主要由腳踩式氣泵和導(dǎo)氣管組成，位于桶身下層。導(dǎo)氣管與氣泵相連，通過(guò)隔板進(jìn)入儲(chǔ)水部分，在出氣口處進(jìn)行U型彎折，達(dá)到防倒灌的目的。側(cè)壁適當(dāng)切除，確保腳踏板正?；顒?dòng)，主要功能為增加儲(chǔ)水部分內(nèi)部氣壓，使水進(jìn)入噴水部分。

對(duì)增壓部分建模時(shí)，要分別構(gòu)建桶身下層、腳踩式氣泵和導(dǎo)氣管。構(gòu)建桶身下層和腳踩式氣泵時(shí)用到拉伸凸臺(tái)和拉伸切除指令，構(gòu)建導(dǎo)氣管用到掃描指令。增壓部分建模如圖3所示。

圖3 清潔裝置增壓模型

3.噴水部分

主要由閥門和噴頭組成，閥門與儲(chǔ)水部分側(cè)壁連接，噴頭可根據(jù)需求進(jìn)行拆卸替換。對(duì)噴水部分進(jìn)行建模時(shí)，要分別構(gòu)建噴頭和閥門。構(gòu)建噴頭時(shí)用到掃描、拉伸凸臺(tái)、倒角指令，對(duì)閥門建模時(shí)用到拉伸凸臺(tái)，倒角指令。噴水部分建模如圖4所示。

圖4 清潔裝置噴水部分

（三）渲染實(shí)物圖

最后，在SolidWorks軟件環(huán)境中完成對(duì)便攜式節(jié)水清潔裝置的三維數(shù)字化模型的渲染，如圖5所示。

圖5 渲染圖

三、便攜式節(jié)水清潔裝置的意義

在有些農(nóng)村地區(qū)，用水還不是很方便，更別說(shuō)在廚房安裝成套的清洗廚具的設(shè)備，尤其是農(nóng)村獨(dú)居老人，往往保持著勤儉節(jié)約的生活習(xí)慣，常常會(huì)忽略廚房衛(wèi)生問(wèn)題，給身體健康帶來(lái)安全隱患。

本產(chǎn)品利用機(jī)械原理，把常用的“大水漫灌”式的清洗方式，轉(zhuǎn)換成“細(xì)水長(zhǎng)流”式的清洗方式，在改變清洗方式的同時(shí)提高用水率，達(dá)到節(jié)水和清潔的雙目的。使農(nóng)村獨(dú)居老人花費(fèi)較小代價(jià)、占用較小空間，就達(dá)到安全清潔廚具、保障廚房用具安全的目的。

四、結(jié)語(yǔ)

該便攜式節(jié)水清潔裝置機(jī)械設(shè)計(jì)及外形設(shè)計(jì)借助于SolidWorks三維建模軟件。這款便攜式節(jié)水清潔裝置為解決農(nóng)村缺水地區(qū)無(wú)法使用流動(dòng)水而有損老人身體健康的問(wèn)題提供了一種新的處理方式，使得用水更加便捷更加健康。但是目前對(duì)設(shè)備部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)還不夠完善，存在氣壓不足、出水不夠持續(xù)等問(wèn)題。故未來(lái)的研究方向是能夠提供穩(wěn)定的氣壓，使得出水更加持續(xù)，進(jìn)而為設(shè)備提供更加廣闊的應(yīng)用前景。

相關(guān)鏈接

SolidWorks是達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes ）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品，公司總部位于美國(guó)馬薩諸塞州。

達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。

該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居世界前列。

SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

從1995年推出第一套SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個(gè)國(guó)家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國(guó)達(dá)索（Dassault Systemes）公司收購(gòu)，作為達(dá)索中端主流市場(chǎng)的主打品牌。