免洗拖把设计

1. 问题描述

拖把作为日常的清洁工具，对保持室内良好的卫生环境起着重要作用。但打扫卫生时，需要不时地用水冲洗，尤其是地面灰尘和杂物较多的场合。这样无疑浪费了大量的时间和精力。同时，在冲洗时，污水很可能飞溅到衣物和皮肤上，导致其他不必要的麻烦。因此，设计出一种新型的拖把对改善劳动强度和提高拖地效率具有重大意义。

2. 基于基元模型的问题分析

在该问题中，拟达到的目标G为

M= (拖把清, 洁效率,高)

拖把的现状条件L用物元M1可表述为

M 1=(拖把,一次性作用时间,短)

现有的拖把无法在条件M1下达到目标M，故这是一个不相容问题，建立不相容模型如下：

P=G*L=M↑M 1

由上述模型看到，若增加拖把的有效作用时间，以减少其时间的损失，则现有拖把对地面的清洁度无法保证。要提高拖把的清洁效率（减少时间损失），就必须对拖把的形状进行改变。该问题可看作拖把的清洁效率与其自身形状之间的矛盾。可以利用TRIZ矛盾矩阵工具求解。

将上述技术矛盾用标准参数描述。待改善的参数为：时间损失（NO.25）；导致恶化的参数为：形状（NO.12）。

3. 基于TRIZ创新原理的可行解预测

查询经典的TRIZ矛盾矩阵表，得到推荐的发明原理为：#4不对称原理；#10预先作用原理；#34抛弃或再生原理；#17维数变化原理。各发明原理的具体内容如下：

不对称原理#4 a. 物体的对称形式转为不对称形式；b. 如果物体不是对称的，则加强它的不对称程度。

预先作用原理#10 a. 预先完成要求的作用（整个的或部分的）；b. 预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。

抛弃原理#34 a. 已完成自己的使命或已无用的物体部分应当剔除（溶解、蒸发等）或在工作过程中直接变化；b. 消除的部分应当在工作过程中直接再生。

维数变化原理#17 a. 如果物体做线性运动（或分布）有困难，则使物体在二维度（即平面）上移动，相应地，在一个平面上的运动（或分布）可以过渡到三维空间；b. 利用多层结构替代单层结构；c. 将物体倾斜或侧置；d. 利用指定面的反面；e. 利用投向相邻面或反面的光流。

由上述原理得到启示：可以预先在拖把中安置一个小水箱，使拖脏后的拖布能通过水箱清洗，以节省不必要的冲洗时间；考虑将拖把中抹布的二维布局变成三维布局，以改变拖布与地板的接触面积，并考虑循环利用三维布局的各个面。

4. 可行解的基元变换

首先，对拖把物元M进行分解，即M//{M1,M2}={拖把杆,拖布}。其中，拖布物元 M2为：M2=拖[ 布，形状，束状]，它与拖把杆的连接方式可用关系元R表示，即

现实中，若要拖和布拖把杆螺旋连接，需先在拖把头处增加一个支撑件，并将拖布围绕其上，以改变拖布的空间布局形式。即做变换T1，使

结合物元的发散性（一征多值），可以对支撑件的形状进行发散。有

M0−|{M01 ,M02 ,M03}

同时，为了循环利用拖布各个面，拟将拖布做成相对于支撑件滑动的形式。为了减小摩擦阻力，可借助于滚轴实现。即做变换T2，使

T 2 M=M⊕M3

现考虑能否在拖把中预先安置一个水箱。由于支撑件是三维物体，将其做成实心状，会导致拖把过于笨重。因此，可用壳体来替代实心支撑件。这样，就为安装水箱提供了可能。做变换T3，使

综合考虑上述三种支撑件的截面形状M01～M03：对于圆筒形拖头，由于它与地面的接触面积较小，且安装水箱后不利于拖布的循环使用；长方形拖头由于其稳定性不好，因此，设计中选择梯形拖头的设计方案。同时，考虑机构的完整性和可靠性，还需设置张紧装置、密封装置和盖板等其他附属机构。

5. 最终方案

将拖头设计成具有一定容积大小的截面为梯形的结构，在其外部环绕一层一定厚度的带状拖布；其内部安置一个小水箱。在清洁过程中，带状拖布依靠与地板间的摩擦力滑动。同时，通过滚轴不断地改变拖布的接触面积，使不洁净的拖布循环通过水箱清洗，而后再重新压干，并与地板接触，进而实现连续清洁地板及自清洁的过程。

创新地拖机构设计的原理如图7−19所示。

图7−19 创新地拖机构设计的原理

1—墙板；2—滚轴；3—环形带状拖布；4—水箱；4−1—水箱壁；5—矩形框架；5−1—两侧边框、 5−2—上边框；6—连接板；6−1—上盖板、6−2—两侧板；6−3—把柄支座；7—拉伸弹簧； 8—锁紧销钉；9—拖把杆；9−1—连接头；9−2—把柄