半自動式游泳池壁清洗機器“飛水走壁”.doc

項目基本信息項目名稱： 半自動式游泳池壁清洗機器“飛水走壁” 項目作者：陳德寶 項目大類：科技發(fā)明制作B類 項目小類： 機械與控制 項目簡介半自動式游泳池壁清洗機器“飛水走壁”是專門針對游泳池壁與水面相接區(qū)域的池壁清洗問題而設(shè)計的。該機器為輕便式半自動手推式車，主要由機架及扶手機構(gòu)、導(dǎo)向與行進機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和洗刷機構(gòu)組成。機架及扶手機構(gòu)控制運行方向；導(dǎo)向與行進機構(gòu)可使車體自動前進；翻轉(zhuǎn)機構(gòu)便于機器推行與存放；洗刷機構(gòu)用于清洗池壁。該作品可以快速、有效的清洗游泳池壁，從而代替現(xiàn)行人工下水的清洗方式，可以較大的節(jié)省人力資源以及提高工作效率。該作品也填補了池壁清洗市場的空白，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。 詳細(xì)介紹半自動式游泳池壁清洗機器“飛水走壁”主要由刷體機構(gòu)、導(dǎo)向與行進機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、機架及扶手機構(gòu)組成。工作時只需一人操作，先將清洗機推行到泳池邊沿，讓它的一對洗刷機構(gòu)沿滑動導(dǎo)桿垂落到泳池水面，啟動洗刷與驅(qū)動電動機，刷頭會在對池壁保持一個合適壓力狀態(tài)下快速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對水面一線池壁的清洗。與此同時，機器會在電動機的驅(qū)動下慢慢自動向前行進，實現(xiàn)省力的半自動化作業(yè)。 刷體機構(gòu)中包含機器的執(zhí)行元件刷頭，它是經(jīng)同步帶傳動，由微型電機驅(qū)動。由于部件或浸入水中或接近水面，因此零件采用了耐蝕的材料，同時也對微型電動機進行了防護設(shè)計。 為保證刷頭工作時始終準(zhǔn)確保持在沿水面一線上，我們采用浮塊機構(gòu)，首先讓洗刷部件穿在滑動導(dǎo)桿上，其次在洗刷部件上設(shè)置一個浮塊，只要浮力恰當(dāng)， 洗刷機構(gòu)沿滑動導(dǎo)桿垂落到泳池水面時，刷頭就一定會工作在需要的位置。根據(jù)洗刷機構(gòu)部件的重量，經(jīng)計算和試驗，最終確定了浮塊的大小，確保了在不同的游泳館、不同的水位時刷子始終能保持沿水面一線上，效果很令人滿意。 我們創(chuàng)意設(shè)想的關(guān)鍵技術(shù)在于巧妙地解決了刷子如何緊貼壁面，實現(xiàn)清洗的問題。 其方法巧妙之處在于：在底板下設(shè)計一對斜向安裝的橡膠輪，并為它設(shè)置專用驅(qū)動電動機，當(dāng)電動機經(jīng)同步帶傳動驅(qū)動它轉(zhuǎn)動時，由于機身重力的存在，斜向摩擦力的與池壁垂直向外方向的分力形成了對洗刷機構(gòu)的拉力，使得刷子緊緊的貼緊壁面。正由于地面光滑，拉力才不會過大，輪子的磨損也不會很快。與此同時，斜輪還產(chǎn)生一個使機器向前運動的驅(qū)動力，這樣一來，機器無需人力推行，也可以自動向前直線運行。 由于斜輪是固定安裝的，不能換向，只能由電動機驅(qū)動前行，因此我們設(shè)置了一對輔輪，它比斜輪的高度略低，在遇到跳臺等需后退、或需推行的情況時，扳壓扶手桿翹起（包括斜輪的機器前端），可用輔輪自由推行。 滑動導(dǎo)桿擁有足夠的長度，這利于機器工作，但不利于搬運與存放，為此我們設(shè)計了一個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，用來收攏滑動導(dǎo)桿及其上的洗刷機構(gòu)部件。從工作位置到可穩(wěn)定擺放，滑動導(dǎo)桿需要翻轉(zhuǎn)200度左右。為實現(xiàn)這一功能，我們采用了錐齒輪傳動與雙搖桿機構(gòu)，讓支撐在扶手上的手動搖柄轉(zhuǎn)過180度，驅(qū)動雙搖桿機構(gòu)使相連的主動錐齒輪轉(zhuǎn)過一定角度，使固定在滑動導(dǎo)桿上的從動輪轉(zhuǎn)過所需角度。顯然，這里主動錐齒輪的齒數(shù)應(yīng)多于從動輪的齒數(shù)。另外，為了確保被翻轉(zhuǎn)構(gòu)件工作與收攏時均穩(wěn)定可靠，我們對手動搖柄設(shè)計了定位鎖銷機構(gòu)。 作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)作品設(shè)計、發(fā)明目的：游泳館每天清洗池壁大約5次，國內(nèi)還沒有專用的機械裝置清除池壁，完全由人工下水清洗，效率低下、開銷大。半自動式游泳池壁清洗機器“飛水走壁”，就是針對泳池水面與池壁相接區(qū)域的清洗?；舅悸罚骸帮w水走壁”只需一人操作，便可進行工作。主要由刷體機構(gòu)、導(dǎo)向與行進機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、機架及手扶機構(gòu)組成。刷子為執(zhí)行裝置，由電機驅(qū)動同步帶傳動；翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由四桿機構(gòu)與錐齒輪傳遞動力并控制懸桿旋轉(zhuǎn)角度；導(dǎo)向與行進結(jié)構(gòu)電機通過同步帶驅(qū)動導(dǎo)向輪子，并解決了刷子對壁的壓力問題；限位浮塊機構(gòu)使刷子的位置始終保持在清洗區(qū)域。創(chuàng)新點：1、限位浮塊的設(shè)計，保證刷頭始終保持在工作位置（水面與池壁交界處）；2、斜向驅(qū)動輪的設(shè)計，解決了刷子對池壁的壓力，還實現(xiàn)了半自動化作業(yè)；3、滑動導(dǎo)桿的定量前置與后置，使車精確的繞過跳臺等障礙。技術(shù)關(guān)鍵：1、浮塊機構(gòu)：通過試驗選定浮塊機構(gòu)，當(dāng)洗刷機構(gòu)沿滑動導(dǎo)桿垂落到水面時，刷頭就會落在工作所需的位置；2、斜導(dǎo)向輪：在底板下設(shè)計斜向安裝的橡膠輪，并設(shè)專用電動機，利用其向前的分力為車體的前進提供驅(qū)動力；側(cè)向分力以保證刷子在工作時緊貼壁面；3、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)：采用錐齒輪傳動與雙搖桿機構(gòu)，用來收攏滑動導(dǎo)桿。并在手動搖柄設(shè)計定位銷鎖機構(gòu)，確保翻轉(zhuǎn)構(gòu)件工作與收攏時均穩(wěn)定可靠。技術(shù)指標(biāo)：1、YS7124三相交流異步電動機，額定功率0.37kw，轉(zhuǎn)速1400r/min；2、直流電動機額定功率14W，額定電壓24V，轉(zhuǎn)速為300r/min；3、錐齒輪的傳動比為1：2。 作品的科學(xué)性、先進性目前市場上還沒有出現(xiàn)游泳池壁與水面相接區(qū)域池壁的專用清洗機械。而國內(nèi)甚至國外游泳池壁的清洗工作主要由工作人員下水完成。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，作品具有以下優(yōu)勢： 1. 提高清洗效率。目前人工清洗由兩名工作人員下水完成，清洗一個標(biāo)準(zhǔn)游泳池的時間在30分鐘左右。而該作品清洗一個標(biāo)準(zhǔn)游泳池的時間為15分鐘左右，較大的提高了清洗效率。 2. 提高清洗質(zhì)量。人工下水清洗是由工作人員用刷子洗刷池壁，這種清洗方式效果不佳。而該作品洗刷機構(gòu)的設(shè)計，使得每處池壁由前后四個刷子分別清洗，通過試驗證明清洗效果令人滿意。 3. 節(jié)約成本。據(jù)調(diào)查，傳統(tǒng)的人工清洗游泳池壁方式，游泳管需雇傭2-3人，每年的費用開支在4-5萬元人名幣，而購買使用該游泳池壁清洗機，預(yù)計一年游泳館對游泳池壁的清洗只需投入2萬元人民幣，較大的節(jié)約了游泳館的清洗成本。 綜上所述，該游泳池壁清洗機改變了傳統(tǒng)的人工頻繁下水清洗的方式，較大的提高清洗效率和清洗質(zhì)量，降低了工作人員的勞動強度，降低了清洗費用。 作品在何時、何地、何種機構(gòu)舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結(jié)果榮獲浙江省第四屆機械設(shè)計競賽一等獎：2008年1月，在浙江科技學(xué)院舉辦，浙江省大學(xué)生科技競賽委員會評審、鑒定、評出、展示； 榮獲全國第三屆機械創(chuàng)新設(shè)計大賽一等獎：2008年10月，在武漢海軍工程大學(xué)舉辦，評審機構(gòu)：全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽組委會、教育部機械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會； 榮獲浙江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎：2009年6月，在浙江師范大學(xué)舉辦，浙江省大學(xué)生科技競賽委員會評審、鑒定、評出、展示； 使用說明及該作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測該游泳池壁清洗機主要由刷體機構(gòu)、導(dǎo)向與行進機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、機架及扶手機構(gòu)組成。工作時只需一人操作，先將清洗機推行到泳池邊沿，讓它的一對洗刷機構(gòu)沿滑動導(dǎo)桿垂落到泳池水面，開啟電源，刷頭會在對池壁保持一個合適壓力狀態(tài)下快速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對水面一線池壁的清洗。同時，機器會在電機的驅(qū)動下慢慢自動向前行進，實現(xiàn)省力的半自動化作業(yè)。 作為一種簡易清洗機械代替人工下水工作，首先該設(shè)備是一項人性化的設(shè)計；其次其使用范圍廣，適應(yīng)于游泳館、北方的澡堂等；再者它洗刷效率高、洗刷能力強、價格較低。 根據(jù)調(diào)查及資料的統(tǒng)計，目前中國內(nèi)地約有106000所公共游泳館，而國外的游泳館則更加普遍化。目前市場上還沒有出現(xiàn)游泳池壁與水面相接處池壁的專用機械清洗產(chǎn)品。由于游泳池壁的清洗次數(shù)比較頻繁，采用人工清洗方法來說，工作量較大。現(xiàn)今較多的游泳館都考慮采用機械產(chǎn)品來替代現(xiàn)有的人工下水清洗方式。 綜上可知：該作品的設(shè)計改變傳統(tǒng)的人工清洗方式，填補國內(nèi)外市場的空白，具有廣闊的市場前景。 當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述目前，國內(nèi)外還沒出現(xiàn)水與壁面相接處的專用機械清洗產(chǎn)品，而游泳池壁的清洗工作主要由工作人員下水完成，這種方法效率較低且清洗效果不佳，同時它還浪費過多的人力資源，該方法的存在僅僅是因為以往的廉價勞動力，而隨著現(xiàn)今勞動力價格的上漲，這也較大程度上增大了游泳館的成本。 在游泳池其它領(lǐng)域的清潔問題上，目前都已經(jīng)有了較成熟的技術(shù)，如池底的清洗。國內(nèi)外市場上有很多游泳池底的專用清洗設(shè)備，如美國的iRobot游泳池清潔機器人Verro 500，機器從底部吸水，并將水從頂部的出水孔排出，以此使機器壓緊池壁和池底，這樣就是機器只能在水中作業(yè)，對于池壁與水面的交界處及水面以上部位不能清洗到位。由于機器長期在水下作業(yè)，電機等一些用電部件都需要有較好的密封性，這使得對機器的日常維護較為麻煩，從而大大提高了機器的生產(chǎn)成本和維護費用。 日本的MRX-06全自動游泳池清洗機器人，能清除游泳池底部的污垢，但同樣不能清洗池壁與水面的交界處及水面以上部位。 現(xiàn)有的游泳池清洗類機械產(chǎn)品的價格普遍較高，平均都在萬元以上，而且多以進口設(shè)備為主，國內(nèi)該類設(shè)備生產(chǎn)較少。 目前國內(nèi)對于游泳池底的專用清洗設(shè)備的生產(chǎn)開發(fā)還處于起步階段，國內(nèi)生產(chǎn)的池底清洗設(shè)備較少，相比于國外來說技術(shù)還不是很成熟，但研究也已經(jīng)加大，也有了較多的專利技術(shù)。而在池壁清洗方面，還沒有進行相應(yīng)的研究。國外雖在池底清洗方面有了較為成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，但在池壁的清洗方面，研究的較少，也沒有出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品。 同時根據(jù)對杭州現(xiàn)有的游泳館的相關(guān)調(diào)查，許多游泳館都提出游泳池壁的清洗比較頻繁，平均每場游泳訓(xùn)練結(jié)束，清潔人員就要去下水清洗壁面，而一天之內(nèi)至少有3場的游泳訓(xùn)練。每個游泳館一般有2個專門的清潔人員負(fù)責(zé)這個部分，每次清洗都要花費半個小時才能清洗干凈一個游泳池池壁，對于他們來說，工作量是相當(dāng)?shù)拇蟮?。他們也表示，現(xiàn)在的游泳壁的清洗仍然是一個不容易解決的問