【正文】 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文超聲波洗碗機(jī)的設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘要………………………………………………………………………1第一章 前言…………………………………………………………3 背景………………………………………………………3………………………………3……………………………3 國內(nèi)市場上洗碗機(jī)的分析………………………………4……………………4第二章 總體方案…………………………………………………6 設(shè)計要求…………………………………………………6 整體方案設(shè)計…………………………………………… 6 本章小結(jié)…………………………………………………7第三章 超聲波清洗原理…………………………………………8 超聲波清洗技術(shù)簡介……………………………………8 超聲清洗機(jī)理……………………………………………8 超聲空化作用…………………………………………8超聲空化閥 ……………………………………………9第四章 超聲清洗參數(shù)選定……………………………………… 10 影響超聲波清洗效果的因素……………………………10聲強(qiáng)………………………………………………… 10頻率………………………………………………… 10清洗液……………………………………………… 11 超聲場的研究………………………………………………11 空化強(qiáng)度的測量……………………………………11 選取參數(shù)………………………………………………… 11超聲清洗參數(shù)……………………………………… 11 本章小結(jié)…………………………………………………11第五章 超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………… 13 整體方案設(shè)計……………………………………………13 各重要部件設(shè)計…………………………………………13清洗槽……………………………………………… 13進(jìn)排水系統(tǒng)………………………………………… 13水位感應(yīng)系統(tǒng)……………………………………… 13 噴臂系統(tǒng)…………………………………………… 14超聲波發(fā)生器………………………………………15超聲波換能器………………………………………16 加熱系統(tǒng)……………………………………………17 本章小結(jié)……………………………………………… 18第六章 控制系統(tǒng)…………………………………………………19 控制邏輯…………………………………………………19 處理器選擇………………………………………………19第七章 總 結(jié)……………………………………………………21致 謝………………………………………………………… 22參考文獻(xiàn)………………………………………………………… 23附錄……………………………………………………………… 24第一章 緒論 背景洗碗是一項必不可少的家務(wù)活動，然而過多的油漬讓人對洗碗很是厭煩，洗碗機(jī)的出現(xiàn)將會使這項家務(wù)活動變得簡單而有趣。有一點值得注意的是，普通洗碗機(jī)需要加入大量的洗滌劑才能達(dá)到洗滌干凈的要求，浪費(fèi)大量水資源且對環(huán)境構(gòu)成污染。因為超聲波可以穿透固體物質(zhì)，而且污染很小，因此人們想到使用超聲波來清洗餐具，于是就出現(xiàn)了現(xiàn)在的超聲波洗碗機(jī)。這種超聲波洗碗機(jī)的原理是：當(dāng)超聲波經(jīng)過液體介質(zhì)時，將以極高的頻率壓迫液體介質(zhì)振動，使液體分子產(chǎn)生正負(fù)交變的沖擊波。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時，液體中急劇生長微小空化氣泡并瞬時強(qiáng)烈閉合，產(chǎn)生強(qiáng)烈的微爆炸和沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。雖然每個空化氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的潔凈度。影響超聲清洗效果的因素有很多。除了聲強(qiáng)必須大于空化閥（即使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值）外，還與被清洗物等有關(guān)。超聲清洗對聲反射強(qiáng)烈的材料，如金屬、玻璃、塑料等其清洗效果好，而對聲吸收較大的材料，如橡膠、布料等清洗效果較差，碗、盤、盆、碟等從物理學(xué)角度來看屬彈性介質(zhì)物體，用超聲清洗其表面再合適不過了!在洗滌液選用方面，水的粘度不大，有利于清洗，假如把水溫加熱到60℃，此時的空化最活躍，效果也就最好，因而利用超聲波來洗碗是完全可以的。超聲波洗碗機(jī)作為健康環(huán)保的新家電，能夠使人們從繁瑣的家務(wù)活動中解脫出來。超聲波洗碗機(jī)有以下特點：節(jié)水省電、低噪音。清潔度高、沒有死角。不需用專用洗滌劑，環(huán)保。洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長。 “1929年德國的米勒公司制造出了歐洲第一臺電動家用洗碗機(jī)。1954年美國GE公司生產(chǎn)了第一臺電動臺式洗碗機(jī)，在洗滌性能和整機(jī)體積外形上都有所改善。1978年米勒公司又制造出了世界上第一臺微電腦控制型洗碗機(jī)，使人機(jī)關(guān)系更為密切，洗碗機(jī)的家用性得到了更好的體現(xiàn)。于是越來越多的洗碗機(jī)進(jìn)入西方家庭。在亞洲最早從事洗碗機(jī)的研究的是日本，到了九十年代中后期，日本已發(fā)展了微電腦全自動臺式洗碗機(jī)。所代表的企業(yè)有松下（National）、三洋（SANY）、三菱（MITSUBISHI）、東芝（TOSHIBA）等。與此同時，歐美則已經(jīng)把家用洗碗機(jī)發(fā)展成具有統(tǒng)一形象的廚房家電。歐美所代表的企業(yè)有米勒、西門子（SIEMENS）、惠而浦（Whirlpool）等公司?！眹夂芏嗉彝ザ紦碛屑矣孟赐霗C(jī)，并且家用洗碗機(jī)的普及率還在不斷的增大。良好的市場促進(jìn)了企業(yè)對新型洗碗機(jī)的研制和開發(fā)，這種良性循環(huán)使國外的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出蓬勃的生機(jī)。目前傳統(tǒng)的噴臂式和渦輪式洗碗機(jī)在西方仍然很受歡迎，因為這類洗碗機(jī)制造成本低，售價不高，而且很適用于西方餐具的特點，有很好的清洗效率。歐美一些國家開發(fā)出的新型超聲波洗碗機(jī)有著低能耗、高效率和環(huán)保的特點，在注重節(jié)能環(huán)保生活的發(fā)達(dá)國家也產(chǎn)生了很大的影響。我國于80年代開始研制洗碗機(jī)，但是洗碗機(jī)在國內(nèi)并沒有很好的普及。究其原因，首先是因為很多企業(yè)直接引進(jìn)了國外的洗碗機(jī)生產(chǎn)線，雖然在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)但是其結(jié)構(gòu)特點和清洗方式仍然不太適合中餐餐具的特性。其次是因為清洗效率低，為了達(dá)到效果，增加洗碗機(jī)的工作時間，使耗電量太大，不適合普通家庭使用。最后，因為洗碗機(jī)普遍體積較大，在房價高昂寸土寸金的中國很難為其提供安放的場所。我國目前生產(chǎn)洗碗機(jī)的企業(yè)有海爾、小天鵝、美的等。價格一般在2000元以上。根據(jù)作者在成都市中心幾家國美和蘇寧電器的調(diào)研。商場里僅有海爾的一款家用洗碗機(jī)在銷售，其類型是傳統(tǒng)的噴臂式洗碗機(jī)，售價在3000元左右。整體來說，中國的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)還處在技術(shù)落后、市場開發(fā)不全的狀態(tài)里。國內(nèi)市場上洗碗機(jī)的分析 國內(nèi)市場上洗碗機(jī)的特點與不足以海爾洗碗機(jī)為代表分析。市場上相對比較受歡迎的海爾4和6系列。4系列包括WQP4—WQP4—3和WQP4—2000A三個型號。采用了上下雙噴淋器使餐具上下部分同時受到噴射水流的直接沖擊，可以得到很好的清洗的效果，并且可以加快洗滌速度，整個過程只有6分鐘。切其過濾網(wǎng)外置于洗碗機(jī)前方，方便消費(fèi)者整理清潔。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的衛(wèi)生條件。在運(yùn)行有故障或門沒有關(guān)好的時候發(fā)出蜂鳴聲。此外，還提供開門保護(hù)功能。6系列洗碗機(jī)包括WQP6—WQP6—2B、WQP6—3型。都采用了800MM高度的設(shè)計。內(nèi)膽為正方體，能讓噴射覆蓋的面積比例達(dá)到最大。設(shè)有上下兩個餐具架，可以分別進(jìn)行清洗，節(jié)約水電。采用的是內(nèi)循環(huán)式干燥系統(tǒng)，消除了濕熱空氣的影響。利用新型磁化技術(shù)，能防垢、除垢。設(shè)有溢水保護(hù)系統(tǒng)，可靠安全。臭氧消毒，健康環(huán)保?？傮w來說，國內(nèi)的洗碗機(jī)已經(jīng)基本能保證清洗效果，并實現(xiàn)了自動化和安全化。國內(nèi)的洗碗機(jī)生產(chǎn)線大多從國外進(jìn)口，雖然在結(jié)構(gòu)性能上有一定的改良，但仍然不適合我國餐具的特點。洗滌效果并不如想象中好。這是國內(nèi)洗碗機(jī)不能占領(lǐng)市場的主要原因。其次是耗電量和耗水量大。一臺洗碗機(jī)完成洗碗、消毒、烘干耗時長。且洗碗機(jī)的功率從600W到2300W不等，消費(fèi)者將承受更多的電費(fèi)。國內(nèi)的洗碗機(jī)品牌，如海爾、小天鵝、美的等，最低價格都在2000元左右，加上專用的洗滌劑，不僅價格高，而且不環(huán)保。最后是結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料有缺陷。國內(nèi)洗碗機(jī)多為塑料內(nèi)膽，長時間使用之后，內(nèi)膽會變得有異味而且油膩難清洗，出現(xiàn)“洗碗機(jī)洗碗，人洗洗碗機(jī)”的問題。要想在中國普及洗碗機(jī)，開拓市場。必須要結(jié)合中國人的飲食結(jié)構(gòu)、衛(wèi)生習(xí)慣和生活觀念等各種因素。開發(fā)出在清洗技術(shù)和結(jié)構(gòu)材料都合適的新型洗碗機(jī)。 第二章總體方案設(shè)計要求設(shè)計的新型超聲波洗碗機(jī)必須滿足以下幾點要求：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，洗碗機(jī)能正常工作（2）清洗后，98％的餐具能達(dá)到洗凈標(biāo)準(zhǔn)。（3）高效率，能在30分鐘內(nèi)完成自動清洗過程。（4）自動化，人工觸動開關(guān)后，自動工作，并有指示燈提示。 整體方案設(shè)計本課題將超聲波技術(shù)應(yīng)用與洗碗機(jī)，取代原有的噴臂加洗滌劑洗碗機(jī)，效率更高，更加環(huán)保。由于超聲空化作用的良好清洗性能，故能很好的將油污從餐具上清離，再采用噴臂輔助清洗，能達(dá)到很好的清洗效果。方案設(shè)計如圖21：自來水通過進(jìn)水電磁閥流入清洗槽，達(dá)到一定水位時，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，加熱器工作，當(dāng)達(dá)到一定溫度時，加熱器停止工作，超聲波系統(tǒng)開啟，進(jìn)行超聲波清洗，在超聲空化作用下，油污與餐具剝離，一定時間后超聲波系統(tǒng)關(guān)閉，排水電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行排水，當(dāng)排水到低水位時觸動低水位開關(guān)，噴臂電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行噴臂輔助清洗，一定時間后洗滌完畢，噴臂閥關(guān)閉，剩余水量由排水閥排出。 1：進(jìn)水電磁閥； 2：噴臂電磁閥； 3：排水電磁閥； 4：超聲波振子； 5：噴臂 圖21 總體方案圖 本章小結(jié)洗碗機(jī)最重要的為清洗系統(tǒng)。一個搞笑的清洗系統(tǒng)能打打提高清洗效果并節(jié)水節(jié)電。采用超聲波清洗既節(jié)能又環(huán)保，其關(guān)鍵技術(shù)在于確定超聲波換能器的功率和聲強(qiáng)等參數(shù)。 第三章 超聲波清洗原理 超聲波清洗技術(shù)簡介1830年，名叫Savart的科學(xué)家用一個大齒輪第一次發(fā)出了人造超聲波。1918年，名叫Langevin的科學(xué)教用石英的壓電效應(yīng)設(shè)計了石英換能器。這是人類第一次設(shè)計出能控制聲波頻率和聲強(qiáng)的超聲裝置?，F(xiàn)在超聲波技術(shù)發(fā)展迅速，在軍事和工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要作用。通常將超聲技術(shù)分為檢測超聲和功率超聲兩類。檢測超聲是利用超聲的波動特性，來采集信息，特別是物質(zhì)的內(nèi)部信息，這是一種超聲的被動應(yīng)用，比如超聲的探傷技術(shù)。功率超聲是超聲的主動應(yīng)用，利用超聲波本身的能量和特性來改變材料的一些有用的性質(zhì)和狀態(tài)，比如超聲波清洗技術(shù)。通常用的超聲波清洗裝置都采用20~80KHz頻率的超聲，主要應(yīng)用于機(jī)械、電子和醫(yī)療等工業(yè)，總體來說其應(yīng)用范圍非常廣泛，發(fā)展也是非常迅速。超聲波清洗效率高，易于實現(xiàn)自動控制。對形狀復(fù)雜、造型不規(guī)則的工件有著不可比擬的清洗效果，所以特別適合中餐各種各樣的餐具的洗滌。 超聲清洗機(jī)理 超聲空化作用超聲空化作用是超聲清洗的最主要機(jī)理。在液體中溶解有部分空氣，這些微小氣泡存在于液體中，稱為空化核。當(dāng)超聲波產(chǎn)生時，會帶動液體振動。在這些液體運(yùn)動的過程中又會融入更多的微氣泡。液體振動時其密度會發(fā)生變化。在液體密度大的地方會對空化核產(chǎn)生正壓力，液體密度小的地方會對空化核產(chǎn)生負(fù)壓力。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時，這些空化核在受負(fù)壓力的時候，會對外迅速膨脹成為較大的氣泡，在正壓力作用下會迅速閉合，產(chǎn)生巨大的沖擊和局部壓力，據(jù)估算閉合時的局部壓力能達(dá)到上千個大氣壓。閉合時產(chǎn)生的巨大壓力能沖擊難溶的油污，使其從餐具上脫落。同時閉合的巨大壓力能帶動水中的磨料粒子撞擊餐具表面，是油污脫落。 超聲清洗除了空化作用，還有一系列伴隨作用，具體如下： 微射流：由于空化閉合時，開始是球形，然后不對稱閉合，形成一個指向餐具表面的液體射流，其速度大于100m/s，對餐具上殘留的油污形成沖擊，同時增大了洗滌液的滲透作用，稱為聲學(xué)毛細(xì)管效應(yīng)。輻射扭力：空化核在運(yùn)動時發(fā)生的二階現(xiàn)象。在均勻洗滌液中作用于洗滌液本身，使洗滌液產(chǎn)生環(huán)流，叫做聲流，它能使振動氣泡表面產(chǎn)生高達(dá)90Mpa的粘滯應(yīng)力。乳化作用：在超聲空化作用下，有油污包裹住的固體粒子，在兩種液體的分界面迅速分散而乳化，固體粒子自動脫落。超聲空化閥使清洗液達(dá)到空化作用的最小聲強(qiáng)或者聲壓幅值稱為空化閥。只有當(dāng)交變聲壓幅值大于靜壓力產(chǎn)生的負(fù)壓力大于液體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時才會產(chǎn)生空化作用。空化閥Pc表示為： 其中Po為液體的靜壓力,Pv是蒸汽壓，Ro是空氣核半徑，是表面張力系數(shù)?？梢钥闯鲆后w含氣量越少，空化閥越高，靜壓力越大，空化閥越高，液體的沾度越大，空化閥也越高?？梢?，不同液體的空化閥不同，同一液體在溫度、壓力和含氣量等不同的情況下，空化閥值也不同。此外，由經(jīng)驗公式： 可以得出空化閥與沾滯系數(shù)的關(guān)系。μ為沾滯系數(shù)。并且聲波的頻率越高空化閥也越高。，空化空化閥接近10Mpa。第四章超聲清洗參數(shù)選定影響超聲波清洗效果的因素聲強(qiáng)聲強(qiáng)是單位體積的聲波功率。根據(jù)對超聲空化閥的研究知道，只有交變聲壓幅值超過液體靜壓力時才能出現(xiàn)負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓超過