摘? 要：吸塵器是常用的家用電器之一，通過吸收空氣帶走灰塵。吸塵器中的過濾結(jié)構(gòu)可以允許空氣通過，并且將塵埃固定下來。為了保證吸塵器的性能，就需要做好過濾結(jié)構(gòu)的設(shè)計，滿足清潔的要求，而且避免出現(xiàn)性能的削弱。該文研究了吸塵器過濾結(jié)構(gòu)的設(shè)計。首先分析了吸塵器的工作原理和應用發(fā)展，然后研究了不同種類的吸塵器過濾結(jié)構(gòu)的設(shè)計發(fā)展，包括集塵袋、塵杯和旋風過濾裝置，幫助設(shè)計人員更好地了解吸塵器的過濾結(jié)構(gòu)設(shè)計，推動吸塵器技術(shù)水平的提升。

關(guān)鍵詞：吸塵器? 結(jié)構(gòu)設(shè)計? 灰塵過濾

中圖分類號：TM92 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（a）-0035-02

1? 吸塵器的工作原理和發(fā)展

1.1 吸塵器的工作原理

吸塵器工作是內(nèi)部電機帶動葉片高速旋轉(zhuǎn)，讓內(nèi)部塵杯呈現(xiàn)出負壓甚至真空狀態(tài)，進而從進氣口吸入空氣，然后通過滾刷、軟管，進入塵杯的濾塵袋，將灰塵截留在濾塵袋內(nèi)，干凈的空氣則進入電機，經(jīng)過出口過濾器排出。吸塵器的過濾架構(gòu)就是進行灰塵的過濾，用過濾片來防止濾塵網(wǎng)破裂，用過濾片來防止濾塵網(wǎng)破裂之后灰塵進入電機造成故障。

由于電機在運行過程中會有磨損，所以會在吸塵設(shè)備的吸氣口前再增加一道濾網(wǎng)，過濾材料比較細密，能夠過濾掉體積比較小的灰塵，但是透氣度相對比較差，會導致電機吸入的進風量低，降低吸塵器的效率。所以一般會使用波浪形網(wǎng)來增加透氣面積。

1.2 家用吸塵器的發(fā)展

家用吸塵器經(jīng)過了較長時間的發(fā)展，已經(jīng)成為了家庭清潔的重要設(shè)備。人們通過使用氣流來將灰塵吸入到容器當中，是吸塵器最開始的形態(tài)。后來，人們意識到吸塵器中的空氣可以從容器中抽出，這樣可以創(chuàng)造一個真空狀態(tài)，從而完成吸塵的工作。1898年，美國人瑟曼圣易路斯提供了地毯吸塵器的專利，這個吸塵器的原理在于壓縮空氣將吸塵器吸入到容器當中，也成為了比較現(xiàn)代的吸塵器。但是由于這種吸塵器操作不利，當時并沒有得到普及，所以吸塵器并沒有得到大規(guī)模的生產(chǎn)，而是以租賃的形式交給有需要的客戶。尤其是吸塵器最初并沒有實現(xiàn)小型化，體積十分龐大，并不容易移動，很不適合家庭使用。

隨著技術(shù)的發(fā)展，真空吸塵器被人們創(chuàng)造破出來，吸塵器最初并沒有刷頭和滾刷作為輔助，僅僅是通過長管來進行吸塵，使用內(nèi)燃機來提供動力。隨著高速電機技術(shù)和過濾技術(shù)的成熟，原有的體積龐大的吸塵器被逐步淘汰，操作簡便、體積小巧的現(xiàn)代吸塵器被廣泛地使用。尤其是目前無線吸塵器的發(fā)展，讓女性也能輕松地在室內(nèi)到處進行清潔工作，降低了日常生活打掃的壓力。

2? 吸塵器的過濾結(jié)構(gòu)

2.1 袋式過濾

袋式過濾式吸塵器過濾結(jié)構(gòu)的最早出現(xiàn)的形式，通過在吸塵器的內(nèi)部安裝一個具有過濾能力的集塵袋，就能夠?qū)崿F(xiàn)對灰塵的收集和過濾工作。為了提高袋式過濾的性能，對袋式過濾的設(shè)計思想為：過濾器要處于折疊狀態(tài)，這樣在灰塵隨著空氣進行吸塵器之前，過濾器都會折疊，在灰塵進入之后，由于灰塵和進入空氣的增多，折疊會在吸塵器的內(nèi)部慢慢展開，這樣就增加了過濾面積，從而提高過濾的效果。但是這種方式的過濾袋在吸塵器吸入固定的量之后，不會允許吸塵器存在大量的褶疊，避免吸塵器的灰塵積累達到了吸塵器的額定容量。過濾袋的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)過了一定的改進，通過食用纖維材料，利用纖維吸附來吸附灰塵，避免了由于褶疊所導致的資源消耗，但是纖維吸附的性能比較差，如果有大體積的垃圾或者大顆粒的灰塵進入，會導致纖維縫隙的堵塞，導致吸塵器的過濾效果降低。為此，又進一步進行了改進，在吸塵器吸入空氣和灰塵以后，灰塵會先進入粗過濾的海綿結(jié)構(gòu)，這樣能夠?qū)⒋箢w粒、大體積的灰塵和垃圾進行攔截，然后再由過濾袋進行小體積灰塵的過濾，獲得了較好的效果。

2.2 塵杯過濾器

使用過濾袋式的過濾方法垃圾把過濾袋填滿之后，過濾袋需要和垃圾一同扔掉，會造成大量浪費，也不利于循環(huán)利用，還會繼續(xù)造成環(huán)境上的污染。為了解決這個問題，塵杯式過濾器就此提出。塵杯式過濾結(jié)構(gòu)是使用塵杯替代傳統(tǒng)的過濾袋，來進行吸入空氣的灰塵過濾，塵杯里面灰塵滿了之后，就要將塵杯中的灰塵手動倒出，塵杯能重復使用。塵杯也同樣要面臨大顆?；覊m落入其中的問題，如果沒有采取其他措施，就會導致吸塵器排出的氣流中也有一定的灰塵，這就會導致電機周圍充滿灰塵，增加電機的發(fā)熱，甚至影響電機氣隙，最終影響吸塵器的性能和使用壽命。其次，含有灰塵的氣流還會對空氣產(chǎn)生二次污染，不僅沒能提高居住環(huán)境的清潔程度，反而造成環(huán)境的破壞，會給生活帶來很多的困擾。

為了解決塵杯的問題，可以在塵杯的排風口加入高效過濾器來解決。使用高效過濾器（比如折疊海帕等）能夠?qū)ξ鼔m器的氣流進行再過濾，在排塵口處通過設(shè)置過濾器的基礎(chǔ)上，還可以在塵杯的排風口處設(shè)置海綿等富有吸附能力的材料，這樣也能夠?qū)⒒覊m吸附住，避免排出的空氣不干凈。這些思路的問題在于海綿和高效過濾器的過濾能力都比較有限，導致在吸塵器吸附的過程中容易出現(xiàn)堵塞的情況，使得吸塵的效率降低，并且如果發(fā)生堵塞，吸塵器的吸塵功能無法正常使用。為了解決洗吸塵器的問題，就需要對過濾器進行敲打才能夠繼續(xù)使用。除了加裝海綿或者高效過濾器，還有的企業(yè)針對過濾結(jié)構(gòu)進行了改裝，比如，在過濾器上設(shè)置凸棱，這樣能夠改善排氣結(jié)構(gòu)周圍的氣體流動情況，讓塵杯能夠充分利用氣流的動能，提高過濾的效果。

2.3 旋風過濾器

旋風過濾器的主要特點在于，帶著灰塵進入吸塵器的空氣會在吸塵器的內(nèi)部形成旋風，由于灰塵顆粒本身有一定的質(zhì)量，依靠離心力的作用就會和容器壁碰撞，然后會跌入集塵盒中，從而讓吸塵器的灰塵和空氣更好地分離。這種使用離心力的工作原理可以讓吸塵器保持長時間的吸塵能力，并且具備非常好的過濾效果。

旋風過濾器的概念在很早以前就被提出過，戴森技術(shù)公司在1981年提出了使用單個旋風過濾器進行過濾的方案，2002年中國蘇州的泰怡凱電氣提出專利申請，讓整個過濾桶都有螺旋氣流通過。旋風過濾器的安裝可以擁有更大的面積，會產(chǎn)在旋風分離的時候離心力很大，這樣就增加了過濾的面積，提高了對灰塵過濾的效果。通過對旋風分離器和過濾材料的改良，也能夠在吸塵器內(nèi)部形成螺旋氣流，這樣就能夠?qū)|(zhì)量較大的垃圾進行離心分離，再對濾流進行二次過濾，就保證了過濾的效果。

除了通過過濾器結(jié)構(gòu)和材料的改進，也可以在設(shè)計時增加旋風過濾器的數(shù)量來獲得更好的效果，比如，在過濾結(jié)構(gòu)中進行兩個或者多個過濾器的組合，通過反復過濾來保證過濾的效果。再比如，雙旋風筒過濾器，就是通過兩個旋風過濾器組合而得到的結(jié)構(gòu)，這樣的機構(gòu)能夠獲得很強的過濾效果。樂金電子在旋風過濾器的設(shè)計當中，使用了二級旋風分離技術(shù)，這樣就能從外部吸入空氣異物時通過旋風流動進行雙重過濾，有效提升了過濾器的效果。戴森使用了多旋風筒雙層的旋風分離器，讓吸塵器獲得了更好的過濾效果，通過多層旋風分離，獲得較高的過濾效果，提升了吸塵器的整體性能。

3? 結(jié)語

吸塵器的過濾結(jié)構(gòu)設(shè)計對吸塵器而言十分重要，就目前的性能來看，旋風過濾是比較好的設(shè)計結(jié)構(gòu)，下一步就是在旋風過濾器上優(yōu)化結(jié)構(gòu)，比如多旋風過濾器的串聯(lián)、并聯(lián)等。甚至可以使用干凈空氣反沖高效過濾器，達到一鍵自清潔，延長過濾器壽命。企業(yè)仍然需要加強對過濾結(jié)構(gòu)的研發(fā)和投入，提高吸塵器的性能。

參考文獻

[1] 徐曉梅，余俊榮.從專利角度看吸塵器過濾技術(shù)[J].中國新通信，2017，19（12）：52-53.

[2] 胡震禹，萬卉.一種負壓式黑板擦吸塵器的設(shè)計及應用[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院學報，2006（5）：61-64.

[3] 崔華勝，王曉燕，馮偉，等.袋式真空吸塵器與水過濾式真空吸塵器道路塵土收集方法對比研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2018，26（1）：48-51，55.

作者簡介：周夢德（1986—），男，漢族，江蘇泰州人，本科，助理工程師，研究方向：商用凈水器研發(fā)。