一種蒸汽掛燙機(jī)異音研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

許金元，邱兆云，陳來星

（江蘇萊克智能電器有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

隨著人民生活質(zhì)量提高，蒸汽掛燙機(jī)已廣泛用于家庭生活中，已成為熱銷小家電產(chǎn)品之一[1]。目前市場(chǎng)上蒸汽掛燙機(jī)主要有兩大類型普通蒸汽掛燙機(jī)和壓力型蒸汽掛燙機(jī)。壓力型蒸汽掛燙機(jī)其蒸汽壓力大，但其零件多、成本高、工作時(shí)噪聲巨大，且普通蒸汽壓力也能滿足正常用戶家用要求，導(dǎo)致目前市場(chǎng)上普通蒸汽掛燙機(jī)是主流。然而普通蒸汽掛燙機(jī)存在一個(gè)缺陷，用戶在熨燙衣物使用過程中，間斷性地出現(xiàn)異音，用戶體驗(yàn)感差。本文以品牌LEXY 某款普通蒸汽掛燙機(jī)為研究對(duì)象，通過對(duì)普通蒸汽掛燙機(jī)樣機(jī)的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究，深入探討了普通蒸汽掛燙機(jī)異音產(chǎn)生的原因。同時(shí)在原普通蒸汽掛燙機(jī)樣機(jī)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種返水裝置。此結(jié)構(gòu)用于普通蒸汽掛燙機(jī)結(jié)構(gòu)中，能大大緩解異音出現(xiàn)的頻率，并且還能降低普通蒸汽掛燙機(jī)工作時(shí)的噪聲。

1 普通蒸汽掛燙機(jī)結(jié)構(gòu)和原理

蒸汽掛燙機(jī)目前有不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，學(xué)者許小俠和李孟沂提出蒸汽掛燙機(jī)的四個(gè)設(shè)計(jì)原則為簡(jiǎn)潔性、易用性、美觀性、舒適性[2]。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)一種可收納到蒸汽掛燙機(jī)機(jī)體內(nèi)的支撐桿，便于蒸汽掛燙機(jī)不工作時(shí)的儲(chǔ)存。學(xué)者謝質(zhì)從基礎(chǔ)性功能和結(jié)構(gòu)主義角度研究，提出整機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性布局[4]。然而縱觀目前市場(chǎng)，普通蒸汽掛燙機(jī)結(jié)構(gòu)主要由掛燙機(jī)機(jī)器主體、蒸汽噴頭、蒸汽導(dǎo)管、可伸縮支撐桿、熨衣板或衣褲架等組成[5]。機(jī)器主體作用為產(chǎn)生高溫蒸汽；蒸汽噴頭作用為釋放高溫蒸汽熨燙衣物；蒸汽導(dǎo)管作用為傳遞高溫蒸汽；可伸縮支撐桿作用為調(diào)整掛燙機(jī)的高度，方便不同身高用戶使用；熨衣板為衣物熨燙提供一個(gè)支撐。

機(jī)器主體為普通蒸汽掛燙機(jī)“心臟”，由蒸汽發(fā)熱器、水箱和主體支撐體（通常稱為機(jī)殼）三個(gè)部分組成，機(jī)殼與蒸汽發(fā)熱器之間有一個(gè)硅膠連接管連接，如圖1 所示。其中水箱用于儲(chǔ)存常溫水源；蒸汽發(fā)熱器用于產(chǎn)生高溫蒸汽，是通過蒸汽發(fā)熱器內(nèi)發(fā)熱體對(duì)蒸汽發(fā)熱器的水加熱至沸騰，從而產(chǎn)生高溫蒸汽；機(jī)殼用于支撐固定蒸汽發(fā)熱器、水箱、可伸縮支撐桿等。

圖1 蒸汽掛燙機(jī)主體結(jié)構(gòu)

普通蒸汽掛燙機(jī)利用連通器原理，當(dāng)注滿水的水箱放置機(jī)殼上，水箱上單向閥受力打開，在大氣壓的作用下，水箱中的水通過連接管流向蒸汽發(fā)熱器中，如圖1 所示。蒸汽發(fā)熱器把流入的水汽化為高壓蒸氣，并經(jīng)過蒸汽導(dǎo)管和蒸汽噴頭噴出。高溫蒸氣對(duì)衣物表面進(jìn)行殺菌、除皺。

2 掛燙機(jī)異音來源

用普通蒸汽掛燙機(jī)熨燙衣物時(shí)，由于蒸汽導(dǎo)管長(zhǎng)，用戶熨燙過程中蒸汽導(dǎo)管頻繁出現(xiàn)彎曲；且用戶熨燙過程中習(xí)慣用蒸汽噴頭“壓”衣物，導(dǎo)致蒸汽噴頭緊貼在衣服表面。經(jīng)深入反復(fù)研究發(fā)現(xiàn)，這兩種情況容易阻礙高溫蒸汽的流動(dòng)，導(dǎo)致高溫蒸氣出汽不順暢，不能通過蒸汽噴頭完全釋放出，部分高溫蒸汽向蒸汽發(fā)熱器逆流，與流向蒸汽發(fā)熱器中的水產(chǎn)生撞擊，從而產(chǎn)生沖擊的異音。當(dāng)蒸汽發(fā)熱器腔體中的高溫蒸汽累積達(dá)到一定程度，甚至?xí)D壓蒸汽發(fā)熱器腔體中滾燙的熱水逆流，滾燙的熱水從機(jī)器主體中溢出，存在一定的安全隱患。另外，蒸汽導(dǎo)管彎曲和蒸汽噴頭堵住時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)，蒸汽發(fā)熱器腔體內(nèi)可能因無(wú)法及時(shí)有水流入，而無(wú)法產(chǎn)生高溫蒸汽，出現(xiàn)短時(shí)間蒸汽噴頭無(wú)高溫蒸汽噴出，這些現(xiàn)象是目前市場(chǎng)上普通蒸汽掛燙機(jī)的“通病”。

3 緩解異音方案及驗(yàn)證

3.1 返水裝置結(jié)構(gòu)

針對(duì)蒸汽導(dǎo)管彎曲或蒸汽噴頭堵住易引發(fā)異音問題，有學(xué)者通過研究改變蒸汽導(dǎo)管的材料特性，來改善汽管的抗彎強(qiáng)度，降低蒸汽導(dǎo)管出現(xiàn)彎曲的概率[6]。但從用戶使用舒適角度出發(fā)，蒸汽導(dǎo)管剛性太強(qiáng)，用戶熨燙衣物時(shí)體驗(yàn)感差。因此，利用逆向工程思維對(duì)樣機(jī)進(jìn)行探索分析，提出了一種返水裝置設(shè)計(jì)。此返水裝置結(jié)構(gòu)原理是杜絕蒸汽發(fā)熱器腔體中高溫蒸汽向水箱處逆流。此返水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在水箱與蒸汽發(fā)熱器之間，替代常用結(jié)構(gòu)連接管，如圖2 所示。

圖2 帶返水裝置的蒸汽掛燙機(jī)主體結(jié)構(gòu)

返水裝置結(jié)構(gòu)主要由三通盒、三通盒密封圈、擺片支架、擺片支架密封圈、擺片、擺片密封片、平衡氣壓管（即硅膠氣管）、旋鈕等組成[7]。通過擺片和擺片密封圈把返水裝置結(jié)構(gòu)分為內(nèi)腔和外腔，如圖3 所示。返水裝置結(jié)構(gòu)外腔與水箱連接，返水裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)腔部分與蒸汽發(fā)熱器連接。且返水裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)腔與平衡氣壓管一端連接，其位置靠近三通盒的端口處；平衡氣壓管另一端與蒸汽發(fā)熱器連接，其位置約在蒸汽發(fā)熱器中間位置，如圖2 所示。其目的在于防止?jié)L燙的熱水飛濺進(jìn)入平衡氣壓管中，堵住平衡氣壓管。

圖3 返水裝置結(jié)構(gòu)

3.2 返水裝置工作原理

當(dāng)蒸汽導(dǎo)管彎曲或噴頭出汽口被堵住時(shí)，蒸汽發(fā)熱器中高溫蒸氣逆流，擺片受到高溫蒸汽的推力瞬間轉(zhuǎn)動(dòng)至返水裝置外腔出水口處，擺平上的擺片密封片與三通盒外腔出水口緊貼，如圖3 所示。由于擺片密封片采用硬度低，厚度薄且耐高溫的硅膠材質(zhì)，能完全堵住返水裝置外腔出水口，讓返水裝置的內(nèi)腔與外腔完全隔開，阻擋水箱的水持續(xù)流向蒸汽發(fā)熱器，避免高溫蒸汽與流入蒸汽發(fā)熱器撞擊產(chǎn)生異音。同時(shí)還阻擋蒸汽發(fā)熱器中熱水逆流從機(jī)器主體中溢出。

當(dāng)蒸汽噴頭能釋放蒸汽時(shí)，內(nèi)腔中的氣壓變小，擺片和擺平密封片在自身的重力和來自外腔水的推力作用下，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)遠(yuǎn)離返水裝置外腔出水口，返水裝置的內(nèi)腔與外腔連通，水箱中的水經(jīng)過返水裝置，繼續(xù)流向蒸汽發(fā)生器。

普通蒸汽掛燙機(jī)的蒸汽發(fā)熱器時(shí)間久容易產(chǎn)生水垢，需要通過醋水對(duì)其進(jìn)行浸泡除垢。返水裝置中設(shè)計(jì)旋鈕，在打開旋鈕情況下，方便蒸汽發(fā)熱器中浸泡后的廢水排出。

3.3 腔體氣壓平衡設(shè)計(jì)

若蒸汽導(dǎo)管彎曲或蒸汽噴頭堵住時(shí)間稍微長(zhǎng)一些（如1 min），蒸汽發(fā)熱器中持續(xù)產(chǎn)生蒸汽氣壓過大，返水裝置內(nèi)腔中的存儲(chǔ)水不能流入蒸汽發(fā)熱器中，蒸汽發(fā)熱器無(wú)水干燒，其干燒保護(hù)元器件溫控器跳動(dòng)。當(dāng)蒸汽噴頭能釋放蒸汽時(shí)，因蒸汽發(fā)熱器中無(wú)水，往其注水需要時(shí)間，蒸汽發(fā)熱器加熱水也需要時(shí)間，及溫控器恢復(fù)更需要較長(zhǎng)時(shí)間，從而導(dǎo)致蒸汽噴頭出現(xiàn)一段時(shí)間無(wú)蒸汽噴出，用戶體驗(yàn)感差，甚至用戶誤以為機(jī)器有故障。

為了解決此問題，設(shè)計(jì)一根硅膠氣管，連接三通盒內(nèi)腔和蒸汽發(fā)熱器，如圖2 所示。讓返水裝置內(nèi)腔與蒸汽發(fā)熱器內(nèi)腔氣壓存在動(dòng)態(tài)平衡，兩內(nèi)腔內(nèi)的液體水平面始終處于同一水平線。當(dāng)蒸汽噴頭能釋放蒸汽時(shí)，蒸汽發(fā)熱器能快速繼續(xù)工作產(chǎn)生蒸汽。

當(dāng)然，蒸汽導(dǎo)管彎曲或蒸汽噴頭堵住時(shí)間過長(zhǎng)，兩腔體內(nèi)均無(wú)水，仍然會(huì)出現(xiàn)蒸汽噴頭能釋放蒸汽時(shí)無(wú)蒸汽噴出，根據(jù)樣機(jī)實(shí)測(cè)，出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)間需要約5 min，用戶正常熨燙過程中，蒸汽導(dǎo)管彎曲或蒸汽噴頭堵住時(shí)間超過5 min 的概率極小，可是視為小概率事件。

3.4 測(cè)試驗(yàn)證

以品牌LEXY 某款普通蒸汽掛燙機(jī)為測(cè)試對(duì)象，并對(duì)樣機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加返水裝置，對(duì)有無(wú)返水裝置兩類樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)對(duì)比測(cè)試。即在標(biāo)準(zhǔn)靜音房進(jìn)行噪聲測(cè)試和普通蒸汽掛燙機(jī)正常工作消耗一整水箱水（約40 min）異音出現(xiàn)的次數(shù)。通過對(duì)4 臺(tái)樣機(jī)實(shí)測(cè)，所得相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 噪聲和異音出現(xiàn)次數(shù)測(cè)試

通過表1 數(shù)據(jù)可知，2 臺(tái)無(wú)返水裝置的普通蒸汽掛燙機(jī)的平均噪聲值為49.8 dB（A），用戶熨燙過程中用完一整水箱水，異音出現(xiàn)的平均次數(shù)為4.5 次；2 臺(tái)增加返水裝置普通蒸汽掛燙機(jī)平均噪聲值為46dB（A），用戶熨燙過程中用完一整水箱水，異音出現(xiàn)的平均次數(shù)僅為0.5 次。故增加返水裝置的普通蒸汽掛燙機(jī)，能明顯改善蒸汽掛燙機(jī)異音出現(xiàn)的次數(shù)，同時(shí)能降低整機(jī)的噪聲值約4 dB（A）。更重要的是目前市場(chǎng)上大部分普通蒸汽掛燙機(jī)的噪聲值在50 dB（A）左右，可超過50 dB（A）的噪聲會(huì)影響睡眠和休息。帶有返水裝置普通蒸汽掛燙機(jī)，能把其噪聲值降至在46 dB（A）左右，讓用戶能真實(shí)的感受到普通蒸汽掛燙機(jī)的靜音效果。提高了用戶使用普通蒸汽掛燙機(jī)的體驗(yàn)感。此返水裝置設(shè)計(jì)已用于品牌LEXY 普通蒸汽掛燙機(jī)中，提升了普通蒸汽掛燙機(jī)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，目前市場(chǎng)反饋效果較理想。

4 結(jié)語(yǔ)

在普通蒸汽掛燙機(jī)原水箱與蒸汽發(fā)熱器之間增加一個(gè)返水裝置結(jié)構(gòu)，并在蒸汽發(fā)熱器與返水裝置結(jié)構(gòu)之間設(shè)計(jì)一根硅膠平衡氣管，讓兩者之間的腔體一直處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。通過樣機(jī)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，能大大緩解異音出現(xiàn)的概率。同時(shí)能讓整機(jī)的噪聲值降低幅度約7.92%，給用戶帶來更舒適的體驗(yàn)感，為此類產(chǎn)品異音問題解決提供了一種新的方向，對(duì)新開發(fā)設(shè)計(jì)普通蒸汽掛燙機(jī)具有指導(dǎo)意義。