基于静电吸附原理的毛发收集装置的机械结构设计

韩晓宇　杨旭　高剑涛　张冶　李帅　于峰　周林

摘  要：为了解决女生宿舍、理发店或宠物店等易于有较多毛发散落的场合的毛发收集问题，从清扫、吸附、推送、递进和切割等工作流程出发，巧妙的设计了一种利用摩擦起电原理产生静电以实现对毛发进行吸附和收集的装置。文章主要介绍了它的总体组成和工作原理，完成了摆动清扫单元、吸附单元、防静电推送单元、挤压递进单元和切割单元等的机械结构设计。该装置的设计为毛发收集装置特别是长头发收集装置的研究提供了有利的参考。

关键词：毛发收集装置;机械结构设计;静电吸附

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）06-0033-02

Abstract： In order to solve the problem of hair collection in occasions where more hair is scattered， such as girls' dormitory， barber shop or pet shop， starting from the workflow of cleaning， adsorption， pushing， progressive and cutting， an ingenious device is designed to generate static electricity based on the principle of friction electrification to realize the adsorption and collection of hair. This paper mainly introduces its overall composition and working principle， and completes the mechanical structure design of swing cleaning unit， adsorption unit， anti-static push unit， extrusion progressive unit and cutting unit. The design of this device provides a favorable reference for the research of hair collection device， especially for long hair collection device.

Keywords： hair collection device; mechanical structure design; electrostatic adsorption

引言

目前，散落在地面上的毛发，特别是一些又长又多的头发的收集问题总是会给人带来很大的困扰，人们通常通过采用扫把和吸尘器这两种工具来解决此问题，而扫把往往会被很多头发缠绕，市面上现有的吸尘器吸毛发特别是吸较多的长头发的效果也较差，还存在功率较大、噪音较高等问题。目前市场上还没有出现专门针对这种较多毛发特别是长头发收集的装置，因此本文提出了一种基于摩擦产生静电吸附原理的毛发收集装置，在静电日益广泛应用的今天，它将具有良好的应用市场前景。

1 静电吸附原理的毛发收集装置的组成

静电吸附原理的毛发收集装置应满足清扫、吸附、推送、递进和切割等工作流程，因此本文所设计的基于静电吸附原理的毛发收集装置主要由摆动清扫单元、吸附单元、防静电推送单元、挤压递进单元以及切割单元等五部分组成，总体三维结构如图1所示。

1.1 摆动清扫单元结构设计

当地面上有较多散落的毛发时，为清理的更彻底，因此首先通过模拟人工的清扫功能设计摆动清扫单元。摆动清扫单元由齿轮机构，旋转轴、清扫推板、清扫海绵板及步进电机等几部分组成。

1.2 吸附单元结构设计

为了将摆动清扫单元扫进装置的毛发进行下一步的处理，利用“摩擦起电”的原理设计吸附单元。吸附单元主要由马达、静电板、摩擦板等几部分组成。通过马达驱动摩擦板作定轴转动，进而使转动的摩擦板与静电板进行摩擦产生静电;通过产生的静电的吸附作用将摆动清扫单元扫进的毛发吸附到静电板上。

1.3 防静电推送单元结构设计

为了使吸附单元吸附的毛发能够顺利脱离静电板并进入下一个工作单元，因此设计防静电推送单元，它主要由毛发脱离单元和推送单元等两部分组成。毛发脱离单元主要采用雨刮器的工作原理进行设计，通过直线电机提供动力带动防静电刮片作直线运动达到刮离毛发的目的;推送单元主要由电机、锥齿轮机构、连杆机构等几部分组成，其三维结构如图2所示。

1.4 挤压递进单元结构设计

为将防静电推送单元收集的毛发递送到切割单元实现毛发的切割和收集，设计挤压递进单元。挤压递进单元主要由电机、齿轮机构以及一对圆柱滚轮组成，圆柱滚轮采用防静电塑胶材料。通过齿轮机构将电机动力传递到主动圆柱滚轮轴上，进而带动这一对滚轮作转向相反的转动，再通过两轮的挤压摩擦作用将头发顺次递送到切割单元。

1.5 切割单元结构设计

为实现对挤压递进单元递送进来的毛发的切割和收集，设计切割单元。切割单元主要由电机、动刀片与静刀片以及刀座等组成。电机工作驱动动刀片定轴转动，动刀片与刀架上的静刀片形成剪刀，不断地将从两个滚轮之间挤压进来的毛发切割、剪碎。

2 基于静电吸附原理的毛发收集装置的工作原理

通过摆动清扫单元的齿轮机构将该单元的电机动力传递到转轴上，带动清扫推板及清扫海绵板整体摆动进行清扫，将大量的毛发扫入收集装置;由静电吸附单元的马达驱动摩擦板与静电板相互摩擦产生静电，对摆动清扫单元扫入装置的毛发进行吸附;由防静电推送单元中的毛发脱离单元的直线电机驱动防静电刮片往复移动，使被吸附的毛发脱离静电板并落在推送单元处，通过推送单元的齿轮机构将动力传动到连杆机构，带动推送单元内箱体往复运动，将落下的毛发送入挤压递进单元;通过挤压递进单元的电机驱动该单元的齿轮机构运动，带动一对相反转向的圆柱滚轮转动，将防静电推送单元收集的散状的毛發进行挤压递进送入到切割单元，通过切割单元的电机带动动刀片高速转动，使动刀片与刀座上的静刀片咬合实现对毛发的切割、剪碎，并落入到收集槽中，这样完成了毛发集中收集的一个工作循环。

3 结束语

本文针对学生宿舍、宠物店、理发店等有较多散落毛发的场合的毛发收集问题，提出了一种利用静电摩擦产生静电实现对毛发吸附收集的装置，详细的介绍了该装置的主要组成部分及其机械结构设计，包括摆动清扫单元、静电吸附单元、防静电推送单元、挤压递进单元以及切割单元等，并对该装置的工作原理进行了介绍。该毛发收集装置不仅可以用于毛发的收集，也可以用于地面上的灰尘和小纸屑的清理，并且具有噪音相对较小、功率较低等优点。本文将摩擦产生静电巧妙地应用在了解决毛发收集的问题上，这不仅为毛发收集装置的设计与研究提供了一定的参考，同时也为静电的进一步利用提供了参考。

参考文献：

[1]郭成英，李吉辉，杨德日，等.基于高压静电发生器的静电吸尘器设计研究[J].电子世界，2015（24）：45-46.

[2]邹苇娅，刘阁，申雪峰，等.现代静电吸发器的研究[J].信息记录材料，2019，20（04）：225-226.