王奕人

研究背景

現(xiàn)在市面上的洗碗機(jī)主要有臺(tái)式洗碗機(jī)和水槽洗碗機(jī)2大類，然而這2種洗碗機(jī)都有各自的局限之處，影響了其在中國(guó)的普及。臺(tái)式洗碗機(jī)體積大，比較占地方，并且有進(jìn)水管和排水管，需要放置在廚房中有下水道和水龍頭的地方;而且臺(tái)式洗碗機(jī)不能清洗鍋等大型炊具，人們還是無(wú)法徹底從洗洗刷刷中得到解放。水槽洗碗機(jī)是在水槽底部安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)的高壓噴頭，利用高壓水沖洗餐具達(dá)到清洗的目的，相對(duì)來(lái)講比較省地方。但是，水槽洗碗機(jī)在使用和安裝過(guò)程中，也有以下缺點(diǎn)：安裝水槽洗碗機(jī)需要拆除原來(lái)的水槽，損壞灶臺(tái)面板，而且水槽洗碗機(jī)不一定和家中原來(lái)的水槽尺寸一致，安裝時(shí)需要對(duì)灶臺(tái)面板的水槽開(kāi)口處重新切割、打磨，非常麻煩;并且，洗碗機(jī)安裝好后，這個(gè)水槽不能再被當(dāng)作普通水槽使用，洗碗機(jī)還是占據(jù)了一個(gè)水槽的位置，用戶家原來(lái)的雙水槽變成了單水槽。因此，我想能不能設(shè)計(jì)一個(gè)附加在現(xiàn)有水槽上的簡(jiǎn)單裝置，只要把一個(gè)波輪放入水槽，水槽馬上就能變成洗碗機(jī)。

設(shè)計(jì)方案

波輪放置在水槽的底部，波輪上裝有磁鐵。

在水槽下方，原水槽出水口上套裝一個(gè)與波輪對(duì)應(yīng)的飛輪，飛輪上也裝有磁鐵，飛輪與波輪通過(guò)磁鐵間的吸力傳動(dòng)。

電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng).進(jìn)一步帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)。

原理

參考洗衣機(jī)的洗滌原理，利用波輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)水流旋轉(zhuǎn)，將餐具沖洗干凈。

波輪放置在水槽的底部，波輪底部裝有磁鐵。在水槽下方安裝與波輪對(duì)應(yīng)的飛輪，飛輪上也裝有磁鐵，飛輪與波輪通過(guò)磁鐵間的吸力傳動(dòng)。

飛輪通過(guò)軸承和軸承座套在水槽的下水接口上。電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)。

磁傳動(dòng)水槽洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)

波輪

波輪由塑料制成（通過(guò)3D打印制作），我在波輪上設(shè)計(jì)了8個(gè)凹坑，凹坑里面嵌入直徑20mm厚度10mm的釹鐵硼強(qiáng)磁磁鐵，凹坑的底部是厚度1mm的塑料，可起到承托磁鐵的作用（圖1）。波輪的轉(zhuǎn)軸套在波輪軸套上，波輪軸套和波輪轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有上下2個(gè)軸承，防止波輪搖晃。波輪軸套上的法蘭盤設(shè)計(jì)成缺口形狀，波輪軸套放在水槽的出水口里，法蘭盤擱在出水口上，法蘭盤上的缺口可以使水順利從出水口流走（圖2）。磁鐵底部離水槽底部保留3mm間隙，在保證獲得足夠大的磁吸力的前提下，又保證了波輪不會(huì)觸底卡住。由于磁力的作用，波輪可以實(shí)現(xiàn)自然定位，不會(huì)發(fā)生徑向移動(dòng)，只要放在水槽里即可（圖3）。

飛輪機(jī)構(gòu)

飛輪機(jī)構(gòu)是一個(gè)組件，它的基座是一個(gè)帶有內(nèi)螺紋的飛輪軸套，通過(guò)螺紋套接在水槽出水口外面（圖4）。飛輪軸套外面是軸承，軸承外面是飛輪，飛輪上固定有皮帶盤，可以帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。飛輪上嵌有8顆釹鐵硼強(qiáng)磁磁鐵，位置與波輪磁鐵對(duì)應(yīng)，極性相反，以產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力。飛輪軸套的設(shè)計(jì)，巧妙地將水槽的下水口變成了一個(gè)空心軸，飛輪繞該空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不影響排水功能。只要將飛輪組件擰在水槽下水口上，即可安裝完成（圖5）。

8顆釹鐵硼強(qiáng)磁磁鐵，直徑20mm，厚度10mm，磁鐵上表面離水槽底部2mm，位置與波輪磁鐵相對(duì)應(yīng)。飛輪磁鐵與波輪磁鐵之間的距離10mm，每對(duì)磁鐵之間的吸力約為5.6N（實(shí)測(cè)值），8組磁鐵的吸力共約45N，足以使波輪克服水的阻力以500r/min高速轉(zhuǎn)動(dòng)。由于飛輪磁鐵的徑向位置是固定的，使得波輪放入水槽后因磁鐵之間的吸力自然形成定位，不會(huì)偏移，飛輪帶動(dòng)波輪轉(zhuǎn)動(dòng)效果如圖6所示。

自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)水、洗碗、放水的過(guò)程，采用洗衣機(jī)的控制裝置。①電動(dòng)球閥作為放水電磁閥，適用于含有細(xì)小顆粒殘?jiān)南赐胨?②進(jìn)水電磁閥;③水位傳感器，利用2個(gè)電極探測(cè)水位，當(dāng)水接觸到電極時(shí)電極導(dǎo)電，控制器關(guān)閉進(jìn)水電磁閥，停止進(jìn)水。使用洗碗機(jī)時(shí)只需要將波輪和籃子放入水槽，將餐具放在籃子里，開(kāi)機(jī)即可自動(dòng)完成進(jìn)水、洗碗、放水步驟。

小結(jié)

此裝置可附加在原有水槽上，不需要拆換水槽，適用于已裝修家庭。

洗碗時(shí)將波輪放入，水槽就可變成洗碗機(jī)。平時(shí)取出波輪，不影響水槽使用。

可以清洗各種鍋、籠屜等大型炊具。

該項(xiàng)目獲得第34屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目中學(xué)組工程學(xué)一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用簡(jiǎn)單的磁性傳動(dòng)裝置解決了水流波動(dòng)與洗碗問(wèn)題，洗碗效果好，有很大的應(yīng)用市場(chǎng)。目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步改進(jìn)和完善，馬達(dá)的安裝還需牢固可靠，可以加一個(gè)頂蓋，防止水濺出，還可以針對(duì)不同的水槽，設(shè)計(jì)不同的洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)。