超声波洗碗机设计【食品机械】【7张CAD图纸】【优秀】

超声波洗碗机设计

26页11000字数+说明书+9张CAD图纸【详情如下】

A0洗碗机装配图.dwg

A2喷臂.dwg

A2清洗槽.dwg

A2箱体.dwg

A3加热器.dwg

A3碗篮.dwg

A3门盖.dwg

A4-排水头.dwg

A4-水管接头.dwg

超声波洗碗机设计说明书.doc

目 录

摘要………………………………………………………………………1

第一章  前言…………………………………………………………3

　　1.1   背景………………………………………………………3

　　　1.1.1选题的依据及研究意义………………………………3

　　　1.1.2国内外洗碗机发展与现状……………………………3

　　1.2? 国内市场上洗碗机的分析………………………………4

　　　1.2.1国内市场上洗碗机的特点与不足……………………4

第二章 总体方案…………………………………………………6

　　2.1? 设计要求…………………………………………………6

　　2.2   整体方案设计…………………………………………… 6

　　2.3   本章小结…………………………………………………7

第三章 超声波清洗原理…………………………………………8

　　3.1? 超声波清洗技术简介……………………………………8

　　3.2   超声清洗机理……………………………………………8

　　　3.2.1 超声空化作用…………………………………………8

　　3.3?超声空化阀   ……………………………………………9

第四章 超声清洗参数选定……………………………………… 10

　　4.1? 影响超声波清洗效果的因素……………………………10

　　　4.1.1?声强………………………………………………… 10

　　　4.1.2?频率………………………………………………… 10

　　　4.1.3?清洗液……………………………………………… 11

　　4.2? 超声场的研究………………………………………………11 ?

　　　4.2.1?空化强度的测量……………………………………11

　　4.3? 选取参数…………………………………………………  11?

　　　4.3.1?超声清洗参数……………………………………… 11

　　4.4   本章小结…………………………………………………11

第五章 超声波洗碗机结构设计………………………………… 13

　　5.1? 整体方案设计……………………………………………13

?5.2? 各重要部件设计…………………………………………13

　　　5.2.1?清洗槽……………………………………………… 13

　　　5.2.2?进排水系统………………………………………… 13

　　　5.2.3?水位感应系统……………………………………… 13

　　　5.2.4  喷臂系统…………………………………………… 14

　　　5.2.5?超声波发生器………………………………………15

　　　5.2.6?超声波换能器………………………………………16

　　　5.2.7  加热系统……………………………………………17

　　5.3   本章小结……………………………………………… 18

第六章 控制系统…………………………………………………19

　　6.1  控制逻辑…………………………………………………19

　　6.2  处理器选择………………………………………………19

第七章  总 结……………………………………………………21

致    谢………………………………………………………… 22

参考文献………………………………………………………… 23

附录……………………………………………………………… 24

摘  要　

　　　随着中国人生活水平的提高和生活节奏的加快，市场上出现了更多的适合于现代家庭生活的新型家用电器。这些电器都具有高效、节能和环保的特点。中国目前的家用电器产业发展很快，出现了海尔、TCL等国际企业，在一些方面也达到了国际顶尖水平。在家用电器里，彩电和洗衣机的普及率比较高，然而家用洗碗机却一直是一个未开发但拥有极大潜力的领域。究其原因，是因为传统的洗碗机仅采用喷臂式冲洗的清洗结构，不适合中国深度大的碗、盆等餐具的清洗，导致清洗效果差、效率低，耗能大，所以并不受欢迎。根据这些问题，提出将超声波的清洗功能利用在这个领域，设计出高效节能的新型洗碗机。根据超声波清洗的特点和餐具清洗的工艺，在洗碗机整体结构、清洗工艺和控制系统三个方面进行改良设计。结构方面，采用不锈钢清洗槽，合理布置超声波系统，喷臂冲水装置和进排水装置等，使结构更加紧凑合理，提升清洗效果。清洗工艺方面，根据铝锡箔腐蚀法所得的结果，分析洗涤槽内超声波空化强度的分布，选择合适的参数，确定最优的清洗流程。控制系统方面，选取合适的PLC，以各个部分作用的时间先后为逻辑顺序，实现清洗过程的自动化。?

关键词：超声波；洗碗机；结构设计；PLC

Abstract   With?the?improvement?of?people's?living?standards?and?the?acceleration?of?modern?life?speed,?new?household?electrical?equipment?which?are?more?adaptable?to?the?modern?family?life?are?required?to?meet?customers’?need.?These?appliances?are?more?efficient,?energy-saving?and?environmentally-friendly.?The?household?appliances?industry?in?China?has?being?developing?rapidly.?And?there?appear?some?international?corporations?such?as?Haier,?TCL?etc.?Furthermore,?we?have?reached?in?top?level?in?some?technical?fields.?Among?household?appliances,?the?penetration?rate?of?color?TV?and?washing?machine?are?relatively?higher,?the?household?dishwasher,?however,?is?an?undeveloped?but?great?potential?field.?The?reason?is?because?the?traditional?dishwasher’s?flush?cleaning?system?and?spray?arm?structure?are?not?applicable?to?the?Chinese?tableware?such?as?deep?bowls,?deep?pots?etc.?It?was?generally?regarded?as?“bad?cleaning?effect,?low?efficiency?and?high?energy?consumption”,?so?it?was?not?popular.?Now,?I?try?to?takes?advantage?of?the?cleaning?feature?of?ultrasonic?to?solve?these?problems?by?designing?a?new?efficient?dishwasher.?According?to?the?characteristics?of?ultrasonic?cleaning?and?dishwashing’s?process,?I?have?improved?and?redesigned?the?overall?structure?of?the?dishwasher,?the?cleaning?process?and?control?system.?The?structure:?the?cleaning?tank?is?made?of?stainless?steel.?The?dishwasher?consists?of?reasonable?layout?of?the?ultrasound?system,?the?spray?arm?flush?device?and?the?plumbing?system,?so?that?the?structure?is?more?compact?and?reasonable,?to?improve?the?cleaning?effect.?Cleaning?process:?according?to?the?academic?result?of?corrosion?of?the?aluminum?foil?research,?figuring?out?the?distribution?of?ultrasonic?cavitations’?intensity?and?selecting?appropriate?parameters?to?determine?the?optimal?cleaning?process.?Control?system:?selecting?the?appropriate?SCM(Single?Chip?Microcomputer)and?basing?logical?order?on?the?running?order?of?each?part?to?makecleaning?process?automatic.?

Key?words:?ultrasonic;?dishwasher;?structure?design;?SCM（Single?Chip?Microcomputer）

内容提要：1、总体方案设计：本课题采用超声波清洗系统进行主清洗，喷臂系统进行

辅助清洗，设计有加热系统，喷臂系统，进排水系统，超声波清洗系统等。

    2、研究了解了超声波清洗原理主要为超声空化作用。

    3、研究了解了影响超声清洗的因素有声强、频率、清洗液。就洗碗机而言选择水

为清洗液最环保节约，频率选择28Khz,水的空化阀一般为1/3W/cm3。

    4、设计了喷臂系统，参照淋浴喷头进行设计，固定于清洗槽内下部，能很好的对

残留物进行清洗。

    5、加热系统采用电阻丝加热，上面用不锈钢辐射板遮盖，底层有陶瓷隔热层，安

装在清洗槽底部，对水进行加热，以达到最佳清洗温度。

    6、根据清洗槽尺寸，选用合理的超声波发生器和超声波换能器，计算功率密度，

对于陶瓷器具而言清洗功率密度间于0.3W/cm2---1W/cm2之间。根据清洗槽尺寸选择合

理功率的振子跟个数，选用配套的超声波发生器。

第一章  绪论

1.1   背景

1.1.1选题的依据及研究意义

　　　洗碗是一项必不可少的家务活动，然而过多的油渍让人对洗碗很是厌烦，洗碗机的出现将会使这项家务活动变得简单而有趣。有一点值得注意的是，普通洗碗机需要加入大量的洗涤剂才能达到洗涤干净的要求，浪费大量水资源且对环境构成污染。

　　　因为超声波可以穿透固体物质，而且污染很小，因此人们想到使用超声波来清洗餐具，于是就出现了现在的超声波洗碗机。这种超声波洗碗机的原理是：当超声波经过液体介质时，将以极高的频率压迫液体介质振动，使液体分子产生正负交变的冲击波。当声强达到一定数值时，液体中急剧生长微小空化气泡并瞬时强烈闭合，产生强烈的微爆炸和冲击波使被清洗物表面的污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来。虽然每个空化气泡的作用并不大，但每秒钟有上亿个空化气泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的洁净度。

　　　影响超声清洗效果的因素有很多。除了声强必须大于空化阀（即使液体产生空化的最低声强或声压幅值）外，还与被清洗物等有关。超声清洗对声反射强烈的材料，如金属、玻璃、塑料等其清洗效果好，而对声吸收较大的材料，如橡胶、布料等清洗效果较差，碗、盘、盆、碟等从物理学角度来看属弹性介质物体，用超声清洗其表面再合适不过了!在洗涤液选用方面，水的粘度不大，有利于清洗，假如把水温加热到60℃，此时的空化最活跃，效果也就最好，因而利用超声波来洗碗是完全可以的。

　　　超声波洗碗机作为健康环保的新家电，能够使人们从繁琐的家务活动中解脱出来。

　　　超声波洗碗机有以下特点：

　　　1、节水省电、低噪音。

　　　2、清洁度高、没有死角。

　　　3、不需用专用洗涤剂，环保。

　　　4、洗碗机结构简单、使用寿命长。

1.1.2国内外洗碗机发展与现状

  “1929年德国的米勒公司制造出了欧洲第一台电动家用洗碗机。1954年美国GE公司生产了第一台电动台式洗碗机，在洗涤性能和整机体积外形上都有所改善。1978年米勒公司又制造出了世界上第一台微电脑控制型洗碗机，使人机关系更为密切，洗碗机的家用性得到了更好的体现。于是越来越多的洗碗机进入西方家庭。在亚洲最早从事洗碗机的研究的是日本，到了九十年代中后期，日本已发展了微电脑全自动台式洗碗机。所代表的企业有松下（National）、?三洋（SANY）、?三菱（MITSUB?ISHI）、东芝（TOSHIBA）等。与此同时，欧美则已经把家用洗碗机发展成具有统一形象的厨房家电。欧美所代表的企业有米勒、?西门子（SIEMENS）、?惠而浦（Whirlpool）等公司。”国外很多家庭都拥有家用洗碗机，并且家用洗碗机的普及率还在不断的增大。良好的市场促进了企业对新型洗碗机的研制和开发，这种良性循环使国外的洗碗机产业焕发出蓬勃的生机。

　　　目前传统的喷臂式和涡轮式洗碗机在西方仍然很受欢迎，因为这类洗碗机制造成本低，售价不高，而且很适用于西方餐具的特点，有很好的清洗效率。欧美一些国家开发出的新型超声波洗碗机有着低能耗、高效率和环保的特点，在注重节能环保生活的发达国家也产生了很大的影响。

　　　我国于80年代开始研制洗碗机，但是洗碗机在国内并没有很好的普及。究其原因，首先是因为很多企业直接引进了国外的洗碗机生产线，虽然在结构上有所改进但是其结构特点和清洗方式仍然不太适合中餐餐具的特性。其次是因为清洗效率低，为了达到效果，增加洗碗机的工作时间，使耗电量太大，不适合普通家庭使用。最后，因为洗碗机普遍体积较大，在房价高昂寸土寸金的中国很难为其提供安放的场所。我国目前生产洗碗机的企业有海尔、小天鹅、美的等。价格一般在2000元以上。根据作者在成都市中心几家国美和苏宁电器的调研。商场里仅有海尔的一款家用洗碗机在销售，其类型是传统的喷臂式洗碗机，售价在3000元左右。整体来说，中国的洗碗机产业还处在技术落后、市场开发不全的状态里。

1.2??国内市场上洗碗机的分析

1.2.1  国内市场上洗碗机的特点与不足?

　　　以海尔洗碗机为代表分析。市场上相对比较受欢迎的海尔4和6系列。?

　　　4系列???包括WQP4—2、WQP4—3和WQP4—2000A三个型号。采用了上下双喷淋器使餐具上下部分同时受到喷射水流的直接冲击，可以得到很好的清洗的效果，并且可以加快洗涤速度，整个过程只有6分钟。切其过滤网外置于洗碗机前方，方便消费者整理清洁。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的卫生条件。在运行有故障或门没有关好的时候发出蜂鸣声。此外，还提供开门保护功能。?

　　　6系列洗碗机???包括WQP6—2、WQP6—2B、WQP6—3型。都采用了800MM高度的设计。内胆为正方体，能让喷射覆盖的面积比例达到最大。设有上下两个餐具架，可以分别进行清洗，节约水电。采用的是内循环式干燥系统，消除了湿热空气的影响。利用新型磁化技术，能防垢、除垢。设有溢水保护系统，可靠安全。臭氧消毒，健康环保。?总体来说，国内的洗碗机已经基本能保证清洗效果，并实现了自动化和安全化。???????

　　　国内的洗碗机生产线大多从国外进口，虽然在结构性能上有一定的改良，但仍然不适合我国餐具的特点。洗涤效果并不如想象中好。这是国内洗碗机不能占领市场的主要原因。其次是耗电量和耗水量大。一台洗碗机完成洗碗、消毒、烘干耗时长。且洗碗机的功率从600W到2300W不等，消费者将承受更多的电费。国内的洗碗机品牌，如海尔、小天鹅、美的等，最低价格都在2000元左右，加上专用的洗涤剂，不仅价格高，而且不环保。最后是结构设计、材料有缺陷。国内洗碗机多为塑料内胆，长时间使用之后，内胆会变得有异味而且油腻难清洗，出现“洗碗机洗碗，人洗洗碗机”的问题。要想在中国普及洗碗机，开拓市场。必须要结合中国人的饮食结构、卫生习惯和生活观念等各种因素。开发出在清洗技术和结构材料都合适的新型洗碗机。　　　　　　　　　　　　　第二章?总体方案?

2.1??设计要求?

　　设计的新型超声波洗碗机必须满足以下几点要求：

?（1）结构设计合理，洗碗机能正常工作?

　　（2）清洗后，98％的餐具能达到洗净标准。?

　　（3）高效率，能在30分钟内完成自动清洗过程。?

　　（4）自动化，人工触动开关后，自动工作，并有指示灯提示。

2.2  整体方案设计

　　　本课题将超声波技术应用与洗碗机，取代原有的喷臂加洗涤剂洗碗机，效率更高，更加环保。由于超声空化作用的良好清洗性能，故能很好的将油污从餐具上清离，再采用喷臂辅助清洗，能达到很好的清洗效果。方案设计如图2-1：

　　　自来水通过进水电磁阀流入清洗槽，达到一定水位时，进水电磁阀关闭，加热器工作，当达到一定温度时，加热器停止工作，超声波系统开启，进行超声波清洗，在超声空化作用下，油污与餐具剥离，一定时间后超声波系统关闭，排水电磁阀导通进行排水，当排水到低水位时触动低水位开关，喷臂电磁阀导通进行喷臂辅助清洗，一定时间后洗涤完毕，喷臂阀关闭，剩余水量由排水阀排出。  超声波最主要的两个部分就是超声发生器和超声换能器。其中超声发生器是产生电磁振荡信号并提供能量的工作部分，而超声换能器才是最终实现超声振动的工作部分。超声发生器是一个大功率的信号发生器，它的作用就是给超声换能器一个一定频率的电磁振荡能量，当此频率与超声换能器的谐振频率相等时，就产生共振。为了能让超声发生器更好的为超声换能器提供频率准确、功率较高的信号和能量。为了使超声波发生器发挥最大效能，需注意以下几个问题：

  （1）频率自动跟踪问题：因为换能器的谐振频率会随着工作过程发生变化，所以发生器的输出电信号的频率必须具有跟随其变化而变化的特点，这就要求发生器具有频率自动跟踪功能。

　　（2）配备末级放大器，将微小的信号转化为大功率的信号。

　　　(3）功率合成器：单个放大器不足以满足需要时，利用功率合成器将单一的放大信号相加，获得远远大于单个的功率输出。

　　　(4）功率放大器的保护：由于受电源电压、外界干扰脉冲及换能器负载、回路参数等影响，末级功率放大器电路往往会失效。针对不同的故障原因，末级功放保护措施有:过压保护，过流保护，负载开路，短路保护，双管导通保护，激励信号源的误触发保护等。

　　（5）与换能器匹配：一是通过匹配使超声发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也就是阻抗变换作用;二是通过匹配使发生器功率效率最高，这是由于换能器静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定的相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器的输出效率降低。因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也就是谐调作用。所以匹配的好坏直接影响到功率超声源的产生和效率。

　　　根据要求，确定超声波设计参数：

　　　保险座:在输出过载或超声换能器工作异常时及时断开电源，保护超声波发生器;?频率微调:超声波输出频率为28K，但在一定范围内连续可调，在不同的工况条件下调整微调使换能器始终工作在最佳状态下，换能效率达到最大;?

　　　扫频:在清洗过程中使超声频率在合理范围内往复扫动，带动清洗液形成细微回流，使工件污垢在被超声剥离的同时迅速带离工件表面，大大缩短工件清洗时间，提高清洗效率，以达到快速清洗的目的。

　　　功率可调:根据所确定的清洗槽的尺寸，确定最大功率为800W，可实现本机输出功率的10%一100%连续可调(但通过试验，选择洗碗机的功率为30OW)。

　　　根据以上要求，综合考虑选用东莞科美达公司生产的KMD—300型超声波发生器，其规格为220×210×100mm，功率为300W，清洗温度50℃，频率可调28Khz　　　换能器有电动式、电磁式、磁致伸缩式、电容式、压电式等，其中，压电式因其转换效率高，功率容量大以及结构形状等可以根据实际要求自行设计等优点而广泛使用。

　　　超声波振子参数设定：根据清洗槽侧面积为400×430=172000mm2=1720cm2，由于功率密度应在0.35—1W/cm2，所以在侧面安装9个超声波振子，振子功率选择100W。功率密度可达900W/1720cm2=0.52W/cm2。 频率选28Khz。

　　　综上，这里选择东莞科美达公司生产的HS—3828型超声波换能器，其规格为：59×68mm，阻抗≤20Ω，频率28Khz正负0.5Khz可调，功率为100W，最高可用温度120℃。

　　　分别将换能器和清洗槽壁粘结处进行喷沙处理，清洗干净后，按一定工艺进行粘结，要求粘合平整，粘合面有足够的强度。

5.2.7  加热系统

　　　在清洗槽底部均匀布置加热器，在自来水进入清洗槽后，控制面板控制加热器启动，通过实验测定加热器功率加热到50℃的时间为4分钟左右，所有加热4分钟后加热器停止工作。加热器内有电阻丝构成，上面用不锈钢辐射板遮盖，下面设置一层陶瓷纤维隔热层。其结构示意图如图　　　

5.2.6? 超声波换能器

?  超声波换能器是一种将机械能，高频电能转化为声能的装置。超声发生器产生的的高频电信号引起换能器内换能材料中电磁场的变化，对换能器的机械振动部分产生一个推动力，使之进入振动状态，接着导致与机械振动系统相连的介质振动，向介质中辐射声波。换能器一般分成两个部分，第一部分是换能器材料部分，第二部分是机械振动放大部分，又叫变幅杆。变幅杆的作用是将比较小的机械振动幅度转化为较大的振幅，提高振速比，减少换能器的谐振阻抗，有效地提高效率，降低发热量，延长换能器寿命，可固定整个机械系统从而

参考文献：

[ 1 ]  林仲茂, 方启平. 超声波清洗( Ⅱ) [J] .化学清洗, 1998, (5): 41-44.

[ 2 ]   林仲茂, 方启平. 超声波清洗( Ⅲ) [J] . 化学清洗, 1998, (6): 44-46.

[ 3 ]   任建新， 物理清洗 [ M ] .北京: 化学工业出版社, 2000.

[ 4 ]   陈勤超， 水流式与气泡式蔬菜清洗机清洗效果的比较与研究[D]．武汉 ：华中农业大学 ，2007．

[ 5 ]   阎石，数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，第五版；

[ 6 ]   康光华，模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，第五版.

[ 7 ]   单片微型计算机原理与应用，华中科技大学出版社，第二版.

[ 8 ]   艾小洋.中国工业清洗领域的现状与发展趋势[M].现代制造。2004（2）.

[ 9 ]   周里群，李玉平.超声波换能器材料的设计与研究.湘潭大学机械工程学院.

[10]   周德麟.超声波洗衣机清洗的机理和结构的探讨.家用电器科技，2002(6):72-76?

[11]   刘晋春、赵家齐、赵万声．特种加工[M]?．北京：机械工业出版社：2001

[12]   成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2003：212-224．