吊扇扇叶清洗装置的研究现状及发展趋势

李红玉,孟凡召,张鑫玥

(山东华宇工学院 机械工程学院,山东 德州 253000)

0 引言

随着工业的快速发展,写字楼、工厂厂房等建筑越来越多。而此类建筑具有空间大、较为封闭、人员多、夏季环境闷热等特点。为了使人们拥有舒适的工作环境,往往在室内安装吊扇、空调等设备。由于环境闭塞,空气不流通,空调很可能导致细菌滋生,引发鼻塞、头昏、耳鸣、乏力、肌肉关节酸痛等空调病[1]。因供冷需求量大,周期长,仅使用空调供冷会产生高能耗问题。为在满足人体舒适的条件下尽可能减少能耗,吊扇成为夏季常用的纳凉电器。

电扇的使用范围远超空调电器,虽然祛暑效果不及空调,但能在一定程度上改善室内的热舒适度,且节能环保,促进空气流通[2],减少污染及灰尘的滞留。在空调房安装吊扇,既能避暑纳凉,也能满足节能减排的需求,具有较高的经济性。

扇叶容易堆积灰尘,导致叶片变黑,不仅影响美观,还会使其动平衡失调[3],具有一定的危险性。而清洗吊扇扇叶的难度较大,传统的清洗方式是将吊扇拆卸后进行清洗或登高清洗,工作效率低,清洗难度大,危险系数高,清洁任务繁重,劳动强度较大。

目前,吊扇扇叶清洗装置的研发仍处于起步阶段,对该类装置进行研发,具有经济性及高效性,发展前景广阔。

1 国外吊扇扇叶清洗装置的发展现状

日常生活中,人们需要一种便捷的清洗装置,以满足扇叶清洁需求。吊扇扇叶清洗装置最初应用于20世纪60年代末的德国及日本。1967年,德国图林根州的一家机械制造厂成功研发了用于清洗吊扇的机器。随着工业的不断发展,吊扇扇叶清洗装置的生产及制造技术日渐成熟。

Nicholson V R的大型工业吊扇叶片清洁设备[4]如图1所示。电机轴连接通常为轴键连接、螺栓连接等,在下端设有伸缩杆的电机,在电机输出轴上设有转动清洁头,在转动清洁头上设有若干分布均匀的刷毛,在电机上设有与转动清洁头相交的固定清洁头,在电机上端设有可转动的转台,在转台上设有镜子,可迅速完成大范围扇面的清洁,能够满足大型工业吊扇的清洁需要。

1-立柱 2-塑料伸缩杆 3-L型螺旋刷 4-套管 5-钩环 6-防尘盘 7-金属丝支架

Bielecki R J的天花板风扇自动清洁装置[5]如图2所示。它将天花板风扇与天花板风扇清洁器相结合,由吊杆、电机、电机外壳及风扇叶片组成,吊扇上装有U形清洁器,清洁器的上面板表面固定在吊杆与电机外壳的连接部位,清洁器的下面板表面则固定在电机外壳的下面,当风扇旋转时,清洗架起到清洗风扇叶片的作用,清洗架上的软刷子与风扇叶片互相摩擦,清洗风扇叶片上下表面的污垢。吊顶风扇的清洗是将吊顶风扇与清洗设备组合在一起,令清洗工作更加简单、快捷。

1-吊扇轴环 2-吊扇外壳 3-吊扇 4-转动轴 5-配件 6-上凹槽 7-下凹槽 8-保持器 9-刷子组件 10-纤维束 11-吊扇叶片

J Norberto Pires研发了吊扇清洗系统[6],以ABBS4C为控制器、PLC37-300为外围设备、双轮滚桶装置为清洗设备,以ABB IRB 4400工业机器人为基础,实现了对吊扇的喷沫与清洗。Mansour Abtahi将自主设计的机器人标定方法[7]应用于吊扇扇叶清洗装置中,提高了装置清洗的准确度及清洗效率。N Stareevie研究了四自由度机器人的运动策略[8],将其应用于清洗装置中,可提高清洗的洁净程度。

国外吊扇扇叶清洗装置清洗范围广泛、工作速度快,品牌型号较多,主要采用固定性的结构形式,针对不同大小的扇叶采用不同的工作模式,使用PC开放式控制系统,以提高吊扇扇叶清洗装置工作进程的快速性、稳定性、准确性。

2 我国吊扇扇叶清洗装置的发展现状

我国对吊扇扇叶清洗装置的研究颇多,清洗形式丰富多样,按清洗刷头可分为高压蒸汽清洁型、毛刷清灰型、轻质海绵擦拭型。

2.1 高压蒸汽清洁型

基于高压蒸汽的吊扇扇叶清洗装置[9]如图3所示。使用高压蒸汽喷头,使用电热铁将水箱中的清洁用水加热,使之产生蒸汽并通过蒸汽软管输送至蒸汽喷头,蒸汽喷头与用于清洁的弹性材料及电磁铁组成清洗头,通过液压杆实现对吊扇扇叶的反复清洗,并将清洗后产生的污水汇集到污水收集箱中。

1-清洁机外壳 6-清洁头 8-弹性材料 9-污水收集箱 12-缸体连接 13-气缸多级伸缩杆 14-支架 15-电机 16-麦克纳姆轮

2.2 毛刷清灰型

吊扇扇叶清灰装置[3]如图4所示。设计有可夹持吊扇扇叶的上刷盘、下刷盘,调整伸缩杆高度将扇叶置于两刷盘之间,启动轮毂电机,两刷盘同向转动对扇叶进行清扫,在刷盘下方安装有集灰托盘,可承接清理出的灰尘,并在吸尘泵的作用下通过输灰管将灰尘收集到集灰盒中,防止二次污染。

1-伸缩杆粗杆 2-伸缩杆细杆 3-连接柄 4-承灰托盘 5-上撑架 6-吸尘泵 7-输灰管 8-落尘口 9-轴承座 10-橡胶滚轮 11-上刷盘 12-下刷盘 13-上轴杆 14-第一轮轮毂电机壳 15-下轴杆 16-第二轮毂电机壳 18开关

吊扇清洁器[10]如图5所示。主要结构分为A清洁盒与B清洁盒,二者通过螺柱连接形成一个相对封闭的箱体,将吊扇扇叶插入A、B清洁盒之间的弧形凹槽中,安装在清洁盒中的A旋转清洁刷和B旋转清洁刷与扇叶接触,启动电机驱动A、B旋转清洁刷旋转,对吊扇扇叶进行全方位的清洁。

1-A清洁盒 2-B清洁盒 3-过滤盒 4-空心伸缩螺杆 5-操控把手 6-吸尘孔 7-A旋转清洁刷 8-B旋转清洁刷 9-螺柱 10-弧形凹槽 12-滤尘网 13-电路线 17-隔板

2.3 轻质海绵擦拭型

吊扇扇叶清洗装置[11]如图6所示,包括壳体、水路组件、海绵滚筒组及毛刷滚筒组,壳体分为上下壳体,由前后错位组件连接,海绵滚筒组及毛刷滚筒组的两个滚筒分别安装在上壳体和下壳体上,通过控制前后错位组件实现上、下壳体的开合,方便扇叶进出壳体,当扇叶被夹持固定后启动驱动电机,令滚筒组的两个滚筒同步反向运转,海绵滚筒可吸附吊扇残留的水渍并通过摩擦力驱动清洗机沿扇叶运动。

5-挤压滚筒 11-上壳体 12-下壳体 14-握杆 15-扇叶出入口 21-排水管 22-总进水管 23-分流接头 24-喷头 42-驱动电机B 32-驱动电机A 131-舵机 132-驱动杆A 133-连杆 134-驱动杆B

吊扇清洗工具[12]如图7所示。在主杆顶端的第一擦板与传动连接杆上的第二擦板上安装有轻质海绵块,将扇叶插入第一擦板与第二擦板之间,通过副杆与传动连接杆联动,调节第一擦板与第二擦板的间距,令安装在两擦板上的海绵块与吊扇接触,手持主杆沿扇叶方向滑动,实现扇叶清洗。在主杆上安装有漏斗型托盘,可将清洗过程中产生的污水、灰尘收集在托盘中。

1-主杆 2-第一擦板 3-漏斗型托盘 11-副杆 12-开槽 21-第二擦板 22-海绵 31-软管 111-传动连接杆

我国吊扇扇叶清洗装置的研究成果丰富多样,以半自动化为主,安装有集灰装置,清洁效率高且无二次污染。装置多以伸缩杆为结构支撑,便于移动,无需复杂安装,利于推广。

3 发展趋势

近年来,吊扇扇叶清洗装置的研制有了较大进展,但是目前仍处于起步阶段,该装置并没有得到广泛推广使用,未来发展趋势如下:①向自动化、智能化方向发展。应提高机械自动化水平,实现吊扇扇叶清洗装置与传感器及控制系统的有效结合。通过传感器检测分析结果对吊扇扇叶高度进行判断,确定扇叶的具体位置,通过控制系统控制吊扇扇叶清洗装置达到清洗高度,减少人工预估扇叶高度等繁琐任务。②进行结构优化。吊扇扇叶清洗装置具有较为特殊的结构,清洗组件结构复杂,由众多机械结构组成,故清洗组件占据了整体装置的大部分重量。清洗组件通过伸缩杆到达清洗高度,装置重量大、重心高,不容易控制其稳定性,增加了操作难度。应优化清洗组件的结构,去除冗余,提高吊扇扇叶清洗装置的平稳性。③实现轻量化设计。机械趋于小型化、便携化、轻便化的设计,吊扇扇叶清洗装置主要用于家庭、学校、工厂等场所,故必须保证产品的轻量化设计及操作的易用性,在保证作业性能、成本及安全可靠性的前提下对产品进行优化设计[13]。可替换零件材料,将伸缩杆材质替换为铝合金,特点是重量轻、强度高、坚固耐用,既满足工作要求又降低了装置整体重量,可轻松搬运。轻量化设计可降低装置的使用难度,提高清洗效率。④提高装置的适应能力。吊扇的清理具有阶段性,其清洗频率较低,对于以家庭为单位的客户而言,清洗装置的实用性较低。吊扇扇叶清洗装置的受众应偏向家政清洁公司、学校保洁、工厂保洁等,需接触更多型号各异的吊扇,提高吊扇扇叶清洗装置的效率,实现更大的价值。吊扇扇叶清洗装置应具有较高的适应能力,适用于各种型号,能够在复杂的工作环境下完成工作。⑤提高装置的易清洁性。清洗吊扇扇叶时会有大量灰尘留在装置清洗刷头、集灰盒、集灰管道等位置。这些灰尘的积累会影响装置的性能、寿命并造成二次污染。机械装置需要专业人员清洗,但会产生二次消费,为了保持吊扇扇叶清洗装置的卫生,需频繁清洗装置,故装置应易拆卸、易维护,可将清洗刷头单独拆卸并清洗,具有良好的防水性。

4 结束语

对国内外吊扇扇叶清洗装置的基本类型、结构及基本原理进行了综述,对未来发展趋势进行展望,提出吊扇扇叶清洗装置应具有良好的清洁性,满足清洗要求。应着重提高装置的自动化、智能化,优化装置结构,进行轻量化设计,提高其适应能力,从而进一步提高我国吊扇扇叶清洗装置的技术研发水平,实现产业化发展。