半自动式游泳池壁清洗机器“飞水走壁”.doc

项目基本信息项目名称： 半自动式游泳池壁清洗机器“飞水走壁” 项目作者：陈德宝 项目大类：科技发明制作B类 项目小类： 机械与控制 项目简介半自动式游泳池壁清洗机器“飞水走壁”是专门针对游泳池壁与水面相接区域的池壁清洗问题而设计的。该机器为轻便式半自动手推式车，主要由机架及扶手机构、导向与行进机构、翻转机构和洗刷机构组成。机架及扶手机构控制运行方向；导向与行进机构可使车体自动前进；翻转机构便于机器推行与存放；洗刷机构用于清洗池壁。该作品可以快速、有效的清洗游泳池壁，从而代替现行人工下水的清洗方式，可以较大的节省人力资源以及提高工作效率。该作品也填补了池壁清洗市场的空白，具有十分广阔的推广应用前景。 详细介绍半自动式游泳池壁清洗机器“飞水走壁”主要由刷体机构、导向与行进机构、翻转机构、机架及扶手机构组成。工作时只需一人操作，先将清洗机推行到泳池边沿，让它的一对洗刷机构沿滑动导杆垂落到泳池水面，启动洗刷与驱动电动机，刷头会在对池壁保持一个合适压力状态下快速旋转，实现对水面一线池壁的清洗。与此同时，机器会在电动机的驱动下慢慢自动向前行进，实现省力的半自动化作业。 刷体机构中包含机器的执行元件刷头，它是经同步带传动，由微型电机驱动。由于部件或浸入水中或接近水面，因此零件采用了耐蚀的材料，同时也对微型电动机进行了防护设计。 为保证刷头工作时始终准确保持在沿水面一线上，我们采用浮块机构，首先让洗刷部件穿在滑动导杆上，其次在洗刷部件上设置一个浮块，只要浮力恰当， 洗刷机构沿滑动导杆垂落到泳池水面时，刷头就一定会工作在需要的位置。根据洗刷机构部件的重量，经计算和试验，最终确定了浮块的大小，确保了在不同的游泳馆、不同的水位时刷子始终能保持沿水面一线上，效果很令人满意。 我们创意设想的关键技术在于巧妙地解决了刷子如何紧贴壁面，实现清洗的问题。 其方法巧妙之处在于：在底板下设计一对斜向安装的橡胶轮，并为它设置专用驱动电动机，当电动机经同步带传动驱动它转动时，由于机身重力的存在，斜向摩擦力的与池壁垂直向外方向的分力形成了对洗刷机构的拉力，使得刷子紧紧的贴紧壁面。正由于地面光滑，拉力才不会过大，轮子的磨损也不会很快。与此同时，斜轮还产生一个使机器向前运动的驱动力，这样一来，机器无需人力推行，也可以自动向前直线运行。 由于斜轮是固定安装的，不能换向，只能由电动机驱动前行，因此我们设置了一对辅轮，它比斜轮的高度略低，在遇到跳台等需后退、或需推行的情况时，扳压扶手杆翘起（包括斜轮的机器前端），可用辅轮自由推行。 滑动导杆拥有足够的长度，这利于机器工作，但不利于搬运与存放，为此我们设计了一个翻转机构，用来收拢滑动导杆及其上的洗刷机构部件。从工作位置到可稳定摆放，滑动导杆需要翻转200度左右。为实现这一功能，我们采用了锥齿轮传动与双摇杆机构，让支撑在扶手上的手动摇柄转过180度，驱动双摇杆机构使相连的主动锥齿轮转过一定角度，使固定在滑动导杆上的从动轮转过所需角度。显然，这里主动锥齿轮的齿数应多于从动轮的齿数。另外，为了确保被翻转构件工作与收拢时均稳定可靠，我们对手动摇柄设计了定位锁销机构。 作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标作品设计、发明目的：游泳馆每天清洗池壁大约5次，国内还没有专用的机械装置清除池壁，完全由人工下水清洗，效率低下、开销大。半自动式游泳池壁清洗机器“飞水走壁”，就是针对泳池水面与池壁相接区域的清洗。基本思路：“飞水走壁”只需一人操作，便可进行工作。主要由刷体机构、导向与行进机构、翻转机构、机架及手扶机构组成。刷子为执行装置，由电机驱动同步带传动；翻转机构由四杆机构与锥齿轮传递动力并控制悬杆旋转角度；导向与行进结构电机通过同步带驱动导向轮子，并解决了刷子对壁的压力问题；限位浮块机构使刷子的位置始终保持在清洗区域。创新点：1、限位浮块的设计，保证刷头始终保持在工作位置（水面与池壁交界处）；2、斜向驱动轮的设计，解决了刷子对池壁的压力，还实现了半自动化作业；3、滑动导杆的定量前置与后置，使车精确的绕过跳台等障碍。技术关键：1、浮块机构：通过试验选定浮块机构，当洗刷机构沿滑动导杆垂落到水面时，刷头就会落在工作所需的位置；2、斜导向轮：在底板下设计斜向安装的橡胶轮，并设专用电动机，利用其向前的分力为车体的前进提供驱动力；侧向分力以保证刷子在工作时紧贴壁面；3、翻转机构：采用锥齿轮传动与双摇杆机构，用来收拢滑动导杆。并在手动摇柄设计定位销锁机构，确保翻转构件工作与收拢时均稳定可靠。技术指标：1、YS7124三相交流异步电动机，额定功率0.37kw，转速1400r/min；2、直流电动机额定功率14W，额定电压24V，转速为300r/min；3、锥齿轮的传动比为1：2。 作品的科学性、先进性目前市场上还没有出现游泳池壁与水面相接区域池壁的专用清洗机械。而国内甚至国外游泳池壁的清洗工作主要由工作人员下水完成。 与现有技术相比，作品具有以下优势： 1. 提高清洗效率。目前人工清洗由两名工作人员下水完成，清洗一个标准游泳池的时间在30分钟左右。而该作品清洗一个标准游泳池的时间为15分钟左右，较大的提高了清洗效率。 2. 提高清洗质量。人工下水清洗是由工作人员用刷子洗刷池壁，这种清洗方式效果不佳。而该作品洗刷机构的设计，使得每处池壁由前后四个刷子分别清洗，通过试验证明清洗效果令人满意。 3. 节约成本。据调查，传统的人工清洗游泳池壁方式，游泳管需雇佣2-3人，每年的费用开支在4-5万元人名币，而购买使用该游泳池壁清洗机，预计一年游泳馆对游泳池壁的清洗只需投入2万元人民币，较大的节约了游泳馆的清洗成本。 综上所述，该游泳池壁清洗机改变了传统的人工频繁下水清洗的方式，较大的提高清洗效率和清洗质量，降低了工作人员的劳动强度，降低了清洗费用。 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果荣获浙江省第四届机械设计竞赛一等奖：2008年1月，在浙江科技学院举办，浙江省大学生科技竞赛委员会评审、鉴定、评出、展示； 荣获全国第三届机械创新设计大赛一等奖：2008年10月，在武汉海军工程大学举办，评审机构：全国大学生机械创新设计大赛组委会、教育部机械基础课程教学指导分委员会； 荣获浙江省第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖：2009年6月，在浙江师范大学举办，浙江省大学生科技竞赛委员会评审、鉴定、评出、展示； 使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测该游泳池壁清洗机主要由刷体机构、导向与行进机构、翻转机构、机架及扶手机构组成。工作时只需一人操作，先将清洗机推行到泳池边沿，让它的一对洗刷机构沿滑动导杆垂落到泳池水面，开启电源，刷头会在对池壁保持一个合适压力状态下快速旋转，实现对水面一线池壁的清洗。同时，机器会在电机的驱动下慢慢自动向前行进，实现省力的半自动化作业。 作为一种简易清洗机械代替人工下水工作，首先该设备是一项人性化的设计；其次其使用范围广，适应于游泳馆、北方的澡堂等；再者它洗刷效率高、洗刷能力强、价格较低。 根据调查及资料的统计，目前中国内地约有106000所公共游泳馆，而国外的游泳馆则更加普遍化。目前市场上还没有出现游泳池壁与水面相接处池壁的专用机械清洗产品。由于游泳池壁的清洗次数比较频繁，采用人工清洗方法来说，工作量较大。现今较多的游泳馆都考虑采用机械产品来替代现有的人工下水清洗方式。 综上可知：该作品的设计改变传统的人工清洗方式，填补国内外市场的空白，具有广阔的市场前景。 当前国内外同类课题研究水平概述目前，国内外还没出现水与壁面相接处的专用机械清洗产品，而游泳池壁的清洗工作主要由工作人员下水完成，这种方法效率较低且清洗效果不佳，同时它还浪费过多的人力资源，该方法的存在仅仅是因为以往的廉价劳动力，而随着现今劳动力价格的上涨，这也较大程度上增大了游泳馆的成本。 在游泳池其它领域的清洁问题上，目前都已经有了较成熟的技术，如池底的清洗。国内外市场上有很多游泳池底的专用清洗设备，如美国的iRobot游泳池清洁机器人Verro 500，机器从底部吸水，并将水从顶部的出水孔排出，以此使机器压紧池壁和池底，这样就是机器只能在水中作业，对于池壁与水面的交界处及水面以上部位不能清洗到位。由于机器长期在水下作业，电机等一些用电部件都需要有较好的密封性，这使得对机器的日常维护较为麻烦，从而大大提高了机器的生产成本和维护费用。 日本的MRX-06全自动游泳池清洗机器人，能清除游泳池底部的污垢，但同样不能清洗池壁与水面的交界处及水面以上部位。 现有的游泳池清洗类机械产品的价格普遍较高，平均都在万元以上，而且多以进口设备为主，国内该类设备生产较少。 目前国内对于游泳池底的专用清洗设备的生产开发还处于起步阶段，国内生产的池底清洗设备较少，相比于国外来说技术还不是很成熟，但研究也已经加大，也有了较多的专利技术。而在池壁清洗方面，还没有进行相应的研究。国外虽在池底清洗方面有了较为成熟的技术和产品，但在池壁的清洗方面，研究的较少，也没有出现相应的产品。 同时根据对杭州现有的游泳馆的相关调查，许多游泳馆都提出游泳池壁的清洗比较频繁，平均每场游泳训练结束，清洁人员就要去下水清洗壁面，而一天之内至少有3场的游泳训练。每个游泳馆一般有2个专门的清洁人员负责这个部分，每次清洗都要花费半个小时才能清洗干净一个游泳池池壁，对于他们来说，工作量是相当的大的。他们也表示，现在的游泳壁的清洗仍然是一个不容易解决的问