【正文】 物體表面的污物記性清洗，其原理用空化閥表示，超聲波振動(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)打到一個(gè)大氣壓時(shí)，這是超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可打到真空或者負(fù)壓，但實(shí)際上無(wú)負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力。綜上，—1W/cm2之間。超聲清洗時(shí)間：一般根據(jù)污垢的的不同，單次清洗時(shí)間為3—10分鐘不等，鑒于中國(guó)人飲食習(xí)慣偏向油膩，這里將超聲清洗時(shí)間定為10分鐘。水溫：這里將清洗水溫定在50℃ 本章小結(jié)經(jīng)上述對(duì)超聲空化強(qiáng)度及對(duì)基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，該家用超聲波洗碗機(jī)的基本參數(shù)被確定為：工作溫度為50℃，清洗時(shí)間為10min，—1W/cm2之間，頻率為28Khz，超聲單面放射，采用掃頻，餐具朝向超聲波發(fā)射面。主要流程為：進(jìn)水加熱至工作水溫超聲清洗10min噴臂清洗1min第五章超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體方案設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮幾方面的問(wèn)題，首先是清洗槽及管路的密封問(wèn)題，再有就是超聲波振子的、電磁閥、加熱器等元器件的選型。家用超聲波洗碗機(jī)主要有進(jìn)排水系統(tǒng)、噴臂系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)組成。進(jìn)排水系統(tǒng)：電磁閥，水位感應(yīng)開關(guān)，過(guò)濾網(wǎng)等組成。噴臂系統(tǒng)：噴臂，壓力泵等組成。加熱系統(tǒng)：水槽加熱管等。超聲清洗系統(tǒng)：超聲波發(fā)生器，超聲波換能器等組成。其他：清洗槽，箱體，碗籃，底座等。各重要部件設(shè)計(jì)清洗槽清洗槽材質(zhì)為201不銹鋼板，內(nèi)箱尺寸400400430mm，各個(gè)平面過(guò)度的地方倒圓角。由于超聲水化腐蝕的影響，所以對(duì)洗滌槽的槽壁會(huì)有一定的損耗，長(zhǎng)時(shí)間積累后會(huì)使超聲清洗的一些參數(shù)發(fā)生變化，所以選擇耐腐蝕性好的3mm不銹鋼板。清洗槽內(nèi)焊接一個(gè)凸臺(tái)，用于噴臂的固定。清洗槽底部與箱體有一定距離，用于安裝洗碗機(jī)電源等其他部件。清洗完成的殘余手工清理。進(jìn)排水系統(tǒng)進(jìn)排水系統(tǒng)主要由電磁閥，過(guò)濾芯，水位感應(yīng)系統(tǒng),進(jìn)水管，排水管等組成。打開二位二通閥后，自來(lái)水流入清洗槽，在達(dá)到一定水位后，水位感應(yīng)開關(guān)啟動(dòng)，清洗完畢后，廢水經(jīng)過(guò)濾芯，排水口排出。水管材料選PVC管。水位感應(yīng)系統(tǒng)選最為簡(jiǎn)單易控制的方式來(lái)進(jìn)行水位的感應(yīng)和控制，根據(jù)超聲波洗滌的情況，選連桿式浮球液位開關(guān)來(lái)控制。這種方式的技術(shù)核心是干簧管。干簧管可以作為磁接近開關(guān)或者繼電器使用，比一般機(jī)械開關(guān)體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng)，與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，工作可靠性很高。干簧管結(jié)構(gòu)具體如圖51：圖51 干簧管結(jié)構(gòu)示意圖水位感應(yīng)器外部套有一個(gè)帶磁鐵的浮力小球，當(dāng)水位上升下降的時(shí)候，浮力小球會(huì)隨之升降，當(dāng)浮力小球到達(dá)高低水位開關(guān)的時(shí)候會(huì)使干簧管中的兩個(gè)簧片接觸導(dǎo)通，從而導(dǎo)通開關(guān)，觸發(fā)下一步。當(dāng)浮力小球第一次到達(dá)高水位開關(guān)時(shí)，會(huì)接通高水位開關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使加熱器工作。排水時(shí)，當(dāng)浮力小球到達(dá)低水位開關(guān)時(shí)，會(huì)接通低水位開關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使噴臂泵工作。其示意圖如下 圖52 水位感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖 噴臂系統(tǒng)管道用PVC材料的管和接頭，并用PVC膠進(jìn)行密封。PVC也稱為聚氯乙烯，它的特點(diǎn)是造價(jià)低、可回收利用、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、安全衛(wèi)生。超聲波結(jié)束后的噴臂清洗是很重要的一個(gè)步驟?？梢詫⒊暻逑春髿埩舻挠臀蹚氐浊宄?。當(dāng)水在噴臂泵的帶動(dòng)下會(huì)從噴臂孔中噴出，水流沖擊到碗具上，利用水的沖擊對(duì)殘留進(jìn)行沖洗。噴臂系統(tǒng)參照淋浴噴淋頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用圓形噴頭，噴孔密集排布于噴頭之上。噴臂水管與進(jìn)水管之間采用水管接頭連接，連接處采用尼龍擋水圈密封，防止水露出。清洗槽內(nèi)焊接有凸臺(tái)，用于固定噴臂與進(jìn)水管。圖53 噴臂結(jié)構(gòu)示意圖超聲波發(fā)生器 超聲波最主要的兩個(gè)部分就是超聲發(fā)生器和超聲換能器。其中超聲發(fā)生器是產(chǎn)生電磁振蕩信號(hào)并提供能量的工作部分，而超聲換能器才是最終實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)的工作部分。超聲發(fā)生器是一個(gè)大功率的信號(hào)發(fā)生器，它的作用就是給超聲換能器一個(gè)一定頻率的電磁振蕩能量，當(dāng)此頻率與超聲換能器的諧振頻率相等時(shí)，就產(chǎn)生共振。為了能讓超聲發(fā)生器更好的為超聲換能器提供頻率準(zhǔn)確、功率較高的信號(hào)和能量。為了使超聲波發(fā)生器發(fā)揮最大效能，需注意以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）頻率自動(dòng)跟蹤問(wèn)題：因?yàn)閾Q能器的諧振頻率會(huì)隨著工作過(guò)程發(fā)生變化，所以發(fā)生器的輸出電信號(hào)的頻率必須具有跟隨其變化而變化的特點(diǎn)，這就要求發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤功能。（2）配備末級(jí)放大器，將微小的信號(hào)轉(zhuǎn)化為大功率的信號(hào)。(3）功率合成器：?jiǎn)蝹€(gè)放大器不足以滿足需要時(shí)，利用功率合成器將單一的放大信號(hào)相加，獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)的功率輸出。(4）功率放大器的保護(hù)：由于受電源電壓、外界干擾脈沖及換能器負(fù)載、回路參數(shù)等影響，末級(jí)功率放大器電路往往會(huì)失效。針對(duì)不同的故障原因，末級(jí)功放保護(hù)措施有:過(guò)壓保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，負(fù)載開路，短路保護(hù)，雙管導(dǎo)通保護(hù)，激勵(lì)信號(hào)源的誤觸發(fā)保護(hù)等。（5）與換能器匹配：一是通過(guò)匹配使超聲發(fā)生器向換能器輸出額定的電功率，這是由于發(fā)生器需要一個(gè)最佳的負(fù)載才能輸出額定功率所致，把換能器的阻抗變換成最佳負(fù)載，也就是阻抗變換作用。二是通過(guò)匹配使發(fā)生器功率效率最高，這是由于換能器靜電抗的原因，造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定的相位差，從而使輸出功率得不到期望的最大輸出，使發(fā)生器的輸出效率降低。因此在發(fā)生器輸出端并上或串上一個(gè)相反的抗，使發(fā)生器負(fù)載為純電阻，也就是諧調(diào)作用。所以匹配的好壞直接影響到功率超聲源的產(chǎn)生和效率。根據(jù)要求，確定超聲波設(shè)計(jì)參數(shù)：保險(xiǎn)座:在輸出過(guò)載或超聲換能器工作異常時(shí)及時(shí)斷開電源，保護(hù)超聲波發(fā)生器。頻率微調(diào):超聲波輸出頻率為28K，但在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在不同的工況條件下調(diào)整微調(diào)使換能器始終工作在最佳狀態(tài)下，換能效率達(dá)到最大。掃頻:在清洗過(guò)程中使超聲頻率在合理范圍內(nèi)往復(fù)掃動(dòng)，帶動(dòng)清洗液形成細(xì)微回流，使工件污垢在被超聲剝離的同時(shí)迅速帶離工件表面，大大縮短工件清洗時(shí)間，提高清洗效率，以達(dá)到快速清洗的目的。功率可調(diào):根據(jù)所確定的清洗槽的尺寸，確定最大功率為800W，可實(shí)現(xiàn)本機(jī)輸出功率的10%一100%連續(xù)可調(diào)(但通過(guò)試驗(yàn)，選擇洗碗機(jī)的功率為30OW)。根據(jù)以上要求，綜合考慮選用東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的KMD—300型超聲波發(fā)生器，其規(guī)格為220210100mm，功率為300W，清洗溫度50℃，頻率可調(diào)28Khz 超聲波換能器 超聲波換能器是一種將機(jī)械能，高頻電能轉(zhuǎn)化為聲能的裝置。超聲發(fā)生器產(chǎn)生的的高頻電信號(hào)引起換能器內(nèi)換能材料中電磁場(chǎng)的變化，對(duì)換能器的機(jī)械振動(dòng)部分產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)力，使之進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，接著導(dǎo)致與機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)相連的介質(zhì)振動(dòng)，向介質(zhì)中輻射聲波。換能器一般分成兩個(gè)部分，第一部分是換能器材料部分，第二部分是機(jī)械振動(dòng)放大部分，又叫變幅桿。變幅桿的作用是將比較小的機(jī)械振動(dòng)幅度轉(zhuǎn)化為較大的振幅，提高振速比，減少換能器的諧振阻抗，有效地提高效率，降低發(fā)熱量，延長(zhǎng)換能器壽命，可固定整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)從而盡可能的減少機(jī)械能量的損失，能使換能器和工作媒質(zhì)之間獲得熱學(xué)和化學(xué)上的隔絕。換能器示意圖如圖54：圖54 超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖換能器有電動(dòng)式、電磁式、磁致伸縮式、電容式、壓電式等，其中，壓電式因其轉(zhuǎn)換效率高，功率容量大以及結(jié)構(gòu)形狀等可以根據(jù)實(shí)際要求自行設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用。超聲波振子參數(shù)設(shè)定：根據(jù)清洗槽側(cè)面積為400430=172000mm2=1720cm2，—1W/cm2，所以在側(cè)面安裝9個(gè)超聲波振子，振子功率選擇100W。功率密度可達(dá)900W/1720cm2=。 頻率選28Khz。綜上，這里選擇東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的HS—3828型超聲波換能器，其規(guī)格為：5968mm，阻抗≤20Ω，功率為100W，最高可用溫度120℃。分別將換能器和清洗槽壁粘結(jié)處進(jìn)行噴沙處理，清洗干凈后，按一定工藝進(jìn)行粘結(jié)，要求粘合平整，粘合面有足夠的強(qiáng)度。 加熱系統(tǒng)在清洗槽底部均勻布置加熱器，在自來(lái)水進(jìn)入清洗槽后，控制面板控制加熱器啟動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定加熱器功率加熱到50℃的時(shí)間為4分鐘左右，所有加熱4分鐘后加熱器停止工作。加熱器內(nèi)有電阻絲構(gòu)成，上面用不銹鋼輻射板遮蓋，下面設(shè)置一層陶瓷纖維隔熱層。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 圖55 加熱器結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié)對(duì)洗碗機(jī)各個(gè)重要部件的材料、型號(hào)、大小、位置進(jìn)行了選取和設(shè)計(jì)，畫出A0號(hào)裝配圖。結(jié)構(gòu)基本合理，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但很多地方的設(shè)計(jì)比較粗糙，比如排水頭的設(shè)計(jì)。第六章控制系統(tǒng) 控制邏輯 由方案設(shè)計(jì)可得出洗碗機(jī)工作流程圖： 進(jìn)水加熱超聲清洗排水噴臂清洗排水。編輯控制邏輯圖如下： 圖61 清洗流程圖 處理器選擇根據(jù)邏輯圖選擇PLC控制器，這里選用西門子CPU224其參數(shù)為：100—230VAC電源；24VDC輸入；繼電器輸出；本機(jī)集成14輸入/10輸出；共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊；最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；13Ｋ字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；６個(gè)獨(dú)立的30KHZ高數(shù)計(jì)數(shù)器；2個(gè)獨(dú)立的20KHZ高數(shù)脈沖輸出；具有PID控制器；1個(gè)RS485通訊/編程口；具有PPI通訊協(xié)議。 第七章 總 結(jié)本文是以“新型超聲波洗碗機(jī)”課題為研究背景的。洗碗機(jī)生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)比較成熟，但它主要適合國(guó)外以碟、盤等扁平狀的餐具。而我國(guó)是以碗為主要餐具的國(guó)家，碗具類型、規(guī)格、式樣五花八門，碗的凹度大，且比較油膩?，F(xiàn)有洗碗機(jī)大多采用噴臂式，水流較強(qiáng)，但是沖刷點(diǎn)還是有可能不能遍布碗壁各處，洗滌效果并不如洗碗機(jī)生產(chǎn)廠家標(biāo)榜的那樣好，且均需專用的洗滌劑。迄今為止，超聲波清洗技術(shù)在家用洗碗機(jī)的應(yīng)用在我國(guó)還屬空白。在世界上人口最多的中國(guó)，洗碗機(jī)有很廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，尤其是無(wú)需任何洗滌劑的超聲波洗碗機(jī)。因此，本課題所作的研究工作具有非常重要的意義。本文完成了預(yù)定的所有任務(wù)?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)中具有的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新之處總結(jié)如下。采用超聲波清洗，在洗滌過(guò)程中不需加入任何洗滌劑，避免了洗滌劑對(duì)環(huán)境的污染，省去了沖洗洗凈劑和購(gòu)買專用洗滌劑的麻煩，節(jié)約時(shí)間，也省電。同時(shí)，除超聲清洗外，還配備噴臂沖洗，使清洗更加徹底，避免了清洗死角。此外，在超聲清洗的排水過(guò)程中，加上噴臂，這解決了超聲清洗存在的油污會(huì)重新勃附餐具的缺點(diǎn)。這是本設(shè)計(jì)最突出的優(yōu)點(diǎn)。采用不銹鋼清洗槽。長(zhǎng)期使用洗碗機(jī)也不易有異味，且容易清洗。設(shè)計(jì)缺陷：1. 對(duì)于洗碗過(guò)程中的食物殘?jiān)m洗碗機(jī)中設(shè)有過(guò)濾裝置，但最終還是需要人工把它拿出，這并不能體現(xiàn)出洗碗機(jī)的全自動(dòng)化。2. 此洗碗機(jī)僅作為洗碗，可適當(dāng)考慮讓其與洗瓜果蔬菜結(jié)合起來(lái)，達(dá)到一機(jī)多用，這樣更易得到消費(fèi)者的認(rèn)可，有利于此類產(chǎn)品的普及。3. 洗滌程序不完善。對(duì)于一臺(tái)經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的智能洗碗機(jī)，除具有標(biāo)準(zhǔn)洗滌程序外，還要具備可以根據(jù)用戶的不同要求設(shè)置不同的洗滌方式。如果沒(méi)有消費(fèi)者的高度認(rèn)同和接受，家用洗碗機(jī)事業(yè)很難發(fā)展，消費(fèi)者期待更便宜的價(jià)格，更節(jié)約的清洗方式，更人性化的操作方式，更符合，更具有中國(guó)特色的家用洗碗機(jī)產(chǎn)品，家用超聲波洗碗機(jī)的出現(xiàn)，無(wú)疑為洗碗機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展探索提供了另一種具有前途的方式。 致 謝本設(shè)計(jì)是在李玉平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，李玉平老師在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作過(guò)程中，嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，對(duì)我不清楚的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真的解答，并為我指出更正了設(shè)計(jì)中的不當(dāng)之處，使我在整個(gè)過(guò)程中少走了很多彎路，在這里，對(duì)李玉平老師表示特別感謝。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作過(guò)程中，各位同學(xué)也給予了我很大的的幫助，使我感受到了合作和信息共享的重要性。參考文獻(xiàn)：[ 1 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅱ) [J] .化學(xué)清洗, 1998, (5): 4144.[ 2 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅲ) [J] . 化學(xué)清洗, 1998, (6): 4446.[ 3 ] 任建新， 物理清洗 [ M ] .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.[ 4 ] 陳勤超， 水流式與氣泡式蔬菜清洗機(jī)清洗效果的比較與研究[D]．武漢 ：華中農(nóng)業(yè)大學(xué) ，2007．[ 5 ] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版；[ 6 ] 康光華，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版.[ 7 ] 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用，華中科技大學(xué)出版社，第二版.[ 8 ] [M].現(xiàn)代制造。2004（2）.[ 9 ] 周里群，.[10] ，2002(6):7276[11] 劉晉春、趙家齊、趙萬(wàn)聲．特種加工[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社：2001[12] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：212224． 附錄一:英文文獻(xiàn)原文Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular GearsE. 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