李存霞，姬李丹陽(yáng)，秦海

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興 312000；2.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，上海 201418；3.洛陽(yáng)北方企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南洛陽(yáng) 471031）

0 引言

日常生活中，無論是個(gè)人衛(wèi)生、衣物、被褥，還是菜蔬、炊具、衛(wèi)具等的清洗都離不開家用洗滌劑。家用洗滌劑可以分為天然洗滌劑和化學(xué)洗滌劑，常見的天然洗滌劑有酵素液、皂角、草木灰、淘米水等，而化學(xué)洗滌劑則有洗衣粉、洗發(fā)液、洗潔精等，種類繁多。

隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，天然洗滌劑由于使用效果好、變廢為寶、減少污染、節(jié)約開支而備受人們的喜愛和推崇；但在實(shí)際生活中由于制作麻煩、存儲(chǔ)不便而限制了人們的廣泛使用?；诖朔N情況，針對(duì)家用酵素洗滌液加工機(jī)進(jìn)行專門研究與設(shè)計(jì)。

1 酵素洗滌液

1.1 酶

酶，存在于酵素之中，是指具有生物催化功能的蛋白質(zhì)、RNA 或其復(fù)合體。酶能通過降低反應(yīng)的活化能而加快反應(yīng)速度，但不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)，具有催化效率高、專一性強(qiáng)、作用條件溫和等特點(diǎn)。

生物體內(nèi)含有數(shù)千種酶，它們支配著生物的新陳代謝、營(yíng)養(yǎng)和能量轉(zhuǎn)換等許多催化過程，與生命過程關(guān)系密切的反應(yīng)大多是酶催化反應(yīng)。如釀酒工業(yè)中使用的酵母菌，就是通過有關(guān)的微生物產(chǎn)生的，酶的作用是將淀粉通過水解、氧化等過程，最后轉(zhuǎn)化為酒精；醬油、食醋的生產(chǎn)也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纖維素酶處理過的飼料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高；洗衣粉中加入酶，可以使清潔效率提高，可以使汗?jié)n、油污等變得容易除去。

用水果、蔬菜等植物制作的酵素液，因?yàn)楹胸S富的、多種類型的酶，使其具有分解、轉(zhuǎn)化、重組和催化作用，營(yíng)養(yǎng)、美容、清潔、除臭效果較好，從而在人們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛應(yīng)用。酵素洗滌液是酵素液的一種。

1.2 酵素洗滌液的傳統(tǒng)制作工藝

中國(guó)家庭有制作酵素洗滌液的傳統(tǒng)，其常用的材料是紅糖、廚余垃圾（水果皮、剔除的菜葉等）和水，制作方法相對(duì)簡(jiǎn)單：1）準(zhǔn)備好制作酵素洗滌液的容器，避免選用玻璃或金屬等無法膨脹的容器，以免酵素發(fā)酵過程產(chǎn)生氣體造成容器爆裂。2）配備好發(fā)酵溶液。按1：3：10 的比例，配置發(fā)酵液，即1 份紅糖，3 份洗凈切碎的垃圾廚余，10 份水，將紅糖攪拌，充分溶解，這樣發(fā)酵液即配置完成。3）根據(jù)容器的大小，以內(nèi)容物達(dá)到容器的80%左右為標(biāo)準(zhǔn)，確定發(fā)酵液的數(shù)量。4）將發(fā)酵液裝入上述準(zhǔn)備好的容器中，把蓋封好，定期查看。在自然條件下，大致需要3 個(gè)月的時(shí)間，酵素洗滌液就可以完全發(fā)酵，完成制作。

制作酵素洗滌液避免使用動(dòng)物或腐朽廚余垃圾，酵素洗滌液容器應(yīng)放置于空氣流通的陰涼處，避免陽(yáng)光直接照射；第一個(gè)月，需要每天打開容器口以泄放氣體和進(jìn)行攪拌。如果想要制作出來的酵素有清香的氣味，可加入橙子皮、檸檬皮、柚子皮、薄荷葉等。

酵素洗滌液因?yàn)楹胸S富的、多種類型的酶，而使其具有清潔、除臭、殺菌等多種功能，人們?cè)谌粘Ｉ钪袕V泛用其作為天然清潔劑、空氣凈化劑、洗衣劑、沐浴液、汽車保養(yǎng)劑、衣物柔軟劑、有機(jī)肥料等等。

2 設(shè)計(jì)要求

依據(jù)傳統(tǒng)制作工藝和家庭使用的便利性，對(duì)家用酵素洗滌液加工機(jī)提出主要設(shè)計(jì)要求如下：1）工藝合理，實(shí)用性強(qiáng)；2）操作方便、安全有趣；3）結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠；4）外形美觀、適于家用。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 酵素洗滌液制作工藝流程設(shè)計(jì)

在消化吸收傳統(tǒng)制作工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和比較分析，最終確定家用酵素洗滌液加工機(jī)的制作工藝流程：配比加料→打磨→發(fā)酵→液渣分離→酵素洗滌液。

3.2 功能設(shè)計(jì)

通過一定的市場(chǎng)調(diào)研，確定家用酵素洗滌液加工機(jī)具有如下功能：1）流程自動(dòng)控制，可以人機(jī)對(duì)話；2）打磨功能；3）發(fā)酵功能；4）加熱功能；5）液渣分離功能；6）除渣功能；7）清洗功能。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮家用酵素洗滌液加工機(jī)的功能、外觀形狀、總體尺寸、操作性能等因素，確定其結(jié)構(gòu)主要由底座、本體和外殼3部分組成。其中：底座具有支承、固定作用；外殼具有保護(hù)和美化作用；本體是酵素洗滌液加工機(jī)的核心機(jī)構(gòu)（如圖1 所示），包括打磨裝置、發(fā)酵與除渣裝置、動(dòng)力裝置、控制裝置等［1］。

3.3.1 打磨裝置

打磨裝置如圖2 所示，主要由電機(jī)固定頂蓋、電機(jī)固定托盤、打磨容器和電機(jī)組成。其功能是：當(dāng)果皮等廚余垃圾按一定配比加入打磨容器后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具高速旋轉(zhuǎn)，將果皮打碎成糊狀。

3.3.2 發(fā)酵與排液除渣裝置

發(fā)酵與排液除渣裝置如圖3 所示，主要由發(fā)酵容器、控制盤、活塞、連桿和曲柄等組成。

采用控制盤代替具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的閥體，對(duì)液體進(jìn)出管路進(jìn)行有效控制。除中心孔外，控制盤設(shè)置有3 個(gè)通孔，如圖4所示，其中較大孔的直徑為22 mm，2 個(gè)較小孔的直徑為15 mm，3 個(gè)孔之間的夾角為30°?？刂票P有3 個(gè)轉(zhuǎn)位，在預(yù)設(shè)程序控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，與發(fā)酵腔配合使用，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能［1］。當(dāng)大孔與發(fā)酵腔上的進(jìn)液孔對(duì)中時(shí)，發(fā)酵容器與打磨容器相通，磨碎的液體迅速流入發(fā)酵腔，此后，轉(zhuǎn)盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)，密封發(fā)酵腔使液體進(jìn)行發(fā)酵；一定時(shí)間后控制盤開始轉(zhuǎn)到出液口，活塞的壓力把液體通過濾網(wǎng)壓入到液體儲(chǔ)存罐；等到液體排完后，控制盤開始轉(zhuǎn)到吸渣口，把殘留在發(fā)酵腔里的廢渣吸出，此后，轉(zhuǎn)盤回到初始轉(zhuǎn)位，完成一次全流程循環(huán)。

圖1 本體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 打磨裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 發(fā)酵與排液除渣裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.3 動(dòng)力裝置

動(dòng)力裝置主要由支架、電機(jī)、聯(lián)軸器等組成，如圖5 所示。電機(jī)與曲軸用聯(lián)軸器相連接，電機(jī)帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)［2］。當(dāng)活塞達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，發(fā)酵腔里的容積達(dá)到最小，以實(shí)現(xiàn)排液和除渣；當(dāng)活塞達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，發(fā)酵腔里的容積達(dá)到最大，以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵。

3.3.4 控制裝置

整機(jī)控制采用STC89C52 單片機(jī)和Jn12864-j 液晶顯示器。STC89C52 單片機(jī)擁有靈巧的8 位CPU 和可編程Flash。Jn12864-j 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192 個(gè)16×16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè)16×8 點(diǎn)ASCII 字符集；將二者有機(jī)結(jié)合起來，構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，通過預(yù)置程序?qū)φ麢C(jī)進(jìn)行有效控制。圖6 所示為家用酵素洗滌液加工機(jī)控制流程圖。

圖4 進(jìn)出液控制盤結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 家用酵素洗滌液加工機(jī)控制流程圖

4 運(yùn)動(dòng)仿真

利用UG 軟件繪出整機(jī)三維圖形［3］，如圖7 所示。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的尺寸和功能的正確性，利用與UG 配套的仿真軟件VisMockup 進(jìn)行裝配過程的仿真。

將設(shè)計(jì)好的UG 裝配模型導(dǎo)出為jt 格式的文件，在VisMockup 中新建動(dòng)畫文件，選擇打開制作動(dòng)畫的jt 格式模型文件［4］。通過對(duì)控制盤、曲柄、連桿、活塞等零部件設(shè)置線性或角度路徑，添加必要的快照，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程的簡(jiǎn)單仿真。仿真項(xiàng)目編輯完成后可以生成AVI 格式的動(dòng)畫文件，便于播放展示。

圖7 家用酵素洗滌液加工機(jī)三維圖

在制作運(yùn)動(dòng)仿真的過程中，如果發(fā)現(xiàn)碰撞干涉，就適時(shí)對(duì)零件模型尺寸進(jìn)行修改，修改模型后需要重新導(dǎo)出jt 格式的模型文件，并在VisMockup 中進(jìn)行模型替換。如此反復(fù)，使零件尺寸、裝置功能得以不斷完善和驗(yàn)證，直到生成正確的裝配過程仿真文件。

5 結(jié)論

創(chuàng)新提出家用酵素洗滌液加工機(jī)產(chǎn)品理念，在三維環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過虛擬裝配完善了設(shè)計(jì)方案，驗(yàn)證了主要功能和酵素洗滌液制作工藝的可行性。采用三維和二維結(jié)合，快速繪出整機(jī)二維CAD圖紙，并制造出樣機(jī)，通過開機(jī)運(yùn)行和對(duì)制出的酵素洗滌液試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)理念得以驗(yàn)證，酵素洗滌液清潔效果較好，主要功能滿足使用要求，操作簡(jiǎn)單方便。

［1］李存霞，姬瑞海.家用酵素洗滌液加工機(jī)：中國(guó)，CN102994274A［P］.2013-03-27.

［2］洪如瑾.UG NX4 CAD 快速入門指導(dǎo)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［3］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［4］劉延龍，高尚雪，余剛.一種集成裝配裝置的快速開發(fā)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，30（3）：74-77.

［5］王毅，白曉波，熊大慶.現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品色彩研究與藝術(shù)［J］.包裝工程，2007，28（8）：190-191.