【正文】 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。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90Mpa的粘滯應(yīng)力。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。當聲壓達到一定值時，這些空化核在受負壓力的時候，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到上千個大氣壓。液體振動時其密度會發(fā)生變化。當超聲波產(chǎn)生時，會帶動液體振動。 超聲清洗機理 超聲空化作用超聲空化作用是超聲清洗的最主要機理。超聲波清洗效率高，易于實現(xiàn)自動控制。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)?，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。1918年，名叫Langevin的科學教用石英的壓電效應(yīng)設(shè)計了石英換能器。超聲波清洗技術(shù)簡介 第三章 超聲波清洗原理 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。方案設(shè)計如圖21：自來水通過進水電磁閥流入清洗槽，達到一定水位時，進水電磁閥關(guān)閉，加熱器工作，當達到一定溫度時，加熱器停止工作，超聲波系統(tǒng)開啟，進行超聲波清洗，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，排水電磁閥導通進行排水，當排水到低水位時觸動低水位開關(guān)，噴臂電磁閥導通進行噴臂輔助清洗，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。 整體方案設(shè)計本課題將超聲波技術(shù)應(yīng)用與洗碗機，取代原有的噴臂加洗滌劑洗碗機，效率更高，更加環(huán)保。（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，洗碗機能正常工作設(shè)計要求 第二章必須要結(jié)合中國人的飲食結(jié)構(gòu)、衛(wèi)生習慣和生活觀念等各種因素。國內(nèi)洗碗機多為塑料內(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)“洗碗機洗碗，人洗洗碗機”的問題。國內(nèi)的洗碗機品牌，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。一臺洗碗機完成洗碗、消毒、烘干耗時長。這是國內(nèi)洗碗機不能占領(lǐng)市場的主要原因。國內(nèi)的洗碗機生產(chǎn)線大多從國外進口，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?？傮w來說，國內(nèi)的洗碗機已經(jīng)基本能保證清洗效果，并實現(xiàn)了自動化和安全化。臭氧消毒，健康環(huán)保。利用新型磁化技術(shù)，能防垢、除垢。設(shè)有上下兩個餐具架，可以分別進行清洗，節(jié)約水電。都采用了800MM高度的設(shè)計。6系列洗碗機此外，還提供開門保護功能。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的衛(wèi)生條件。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。4系列市場上相對比較受歡迎的海爾4和6系列。國內(nèi)市場上洗碗機的分析 國內(nèi)市場上洗碗機的特點與不足商場里僅有海爾的一款家用洗碗機在銷售，其類型是傳統(tǒng)的噴臂式洗碗機，售價在3000元左右。價格一般在2000元以上。最后，因為洗碗機普遍體積較大，在房價高昂寸土寸金的中國很難為其提供安放的場所。究其原因，首先是因為很多企業(yè)直接引進了國外的洗碗機生產(chǎn)線，雖然在結(jié)構(gòu)上有所改進但是其結(jié)構(gòu)特點和清洗方式仍然不太適合中餐餐具的特性。歐美一些國家開發(fā)出的新型超聲波洗碗機有著低能耗、高效率和環(huán)保的特點，在注重節(jié)能環(huán)保生活的發(fā)達國家也產(chǎn)生了很大的影響。良好的市場促進了企業(yè)對新型洗碗機的研制和開發(fā)，這種良性循環(huán)使國外的洗碗機產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出蓬勃的生機。惠而浦（Whirlpool）等公司。歐美所代表的企業(yè)有米勒、ISHI）、東芝（TOSHIBA）等。三洋（SANY）、在亞洲最早從事洗碗機的研究的是日本，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。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，使人機關(guān)系更為密切，洗碗機的家用性得到了更好的體現(xiàn)。 “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。不需用專用洗滌劑，環(huán)保。超聲波洗碗機有以下特點：節(jié)水省電、低噪音。超聲清洗對聲反射強烈的材料，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。影響超聲清洗效果的因素有很多。當聲強達到一定數(shù)值時，液體中急劇生長微小空化氣泡并瞬時強烈閉合，產(chǎn)生強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。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。湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文聲波洗碗機的設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章 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，普通洗碗機需要加入大量的洗滌劑才能達到洗滌干凈的要求，浪費大量水資源且對環(huán)境構(gòu)成污染。這種超聲波洗碗機的原理是：當超聲波經(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)生正負交變的沖擊波。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。除了聲強必須大于空化閥（即使液體產(chǎn)生空化的最低聲強或聲壓幅值）外，還與被清洗物等有關(guān)。超聲波洗碗機作為健康環(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。清潔度高、沒有死角。洗碗機結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長。1954年美國GE公司生產(chǎn)了第一臺電動臺式洗碗機，在洗滌性能和整機體積外形上都有所改善。于是越來越多的洗碗機進入西方家庭。所代表的企業(yè)有松下（National）、三菱（MITSUB與此同時，歐美則已經(jīng)把家用洗碗機發(fā)展成具有統(tǒng)一形象的廚房家電。西門子（SIEMENS）、”國外很多家庭都擁有家用洗碗機，并且家用洗碗機的普及率還在不斷的增大。目前傳統(tǒng)的噴臂式和渦輪式洗碗機在西方仍然很受歡迎，因為這類洗碗機制造成本低，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。我國于80年代開始研制洗碗機，但是洗碗機在國內(nèi)并沒有很好的普及。其次是因為清洗效率低，為了達到效果，增加洗碗機的工作時間，使耗電量太大，不適合普通家庭使用。我國目前生產(chǎn)洗碗機的企業(yè)有海爾、小天鵝、美的等。根據(jù)作者在成都市中心幾家國美和蘇寧電器的調(diào)研。整體來說，中國的洗碗機產(chǎn)業(yè)還處在技術(shù)落后、市場開發(fā)不全的狀態(tài)里。以海爾洗碗機為代表分析。包括WQP4—WQP4—3和WQP4—2000A三個型號。切其過濾網(wǎng)外置于洗碗機前方，方便消費者整理清潔。在運行有故障或門沒有關(guān)好的時候發(fā)出蜂鳴聲。包括WQP6—WQP6—2B、WQP6—3型。內(nèi)膽為正方體，能讓噴射覆蓋的面積比例達到最大。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。設(shè)有溢水保護系統(tǒng)，可靠安全。洗滌效果并不如想象中好。其次是耗電量和耗水量大。且洗碗機的功率從600W到2300W不等，消費者將承受更多的電費。最后是結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料有缺陷。要想在中國普及洗碗機，開拓市場。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?？傮w方案設(shè)計的新型超聲波洗碗機必須滿足以下幾點要求：（2）清洗后，98％的餐具能達到洗凈標準。（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。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，能達到很好的清洗效果。 1：進水電磁閥； 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)洗碗機最重要的為清洗系統(tǒng)。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等參數(shù)。1830年，名叫Savart的科學家用一個大齒輪第一次發(fā)出了人造超聲波。這是人類第一次設(shè)計出能控制聲波頻率和聲強的超聲裝置。通常將超聲技術(shù)分為檢測超聲和功率超聲兩類。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。對形狀復雜、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。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。在這些液體運動的過程中又會融入更多的微氣泡。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)生負壓力。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。 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，稱為聲學毛細管效應(yīng)。輻射扭力：空化核在運動時發(fā)生的二階現(xiàn)象。超聲空化閥只有當交變聲壓幅值大于靜壓力產(chǎn)生的負壓力大于液體結(jié)構(gòu)強度時才會產(chǎn)生空化作用?？栈yPc表示為： 其中Po為液體的靜壓力,可以看出液體含氣量越少，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。μ為沾滯系數(shù)。并且聲波的頻率越高空化閥也越高。影響超聲波清洗效果的因素聲強根據(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)負壓，當負壓超過液體強度時才能產(chǎn)生空化。當聲強越大的時候，空化強度也越大，此時的清洗效果更好。聲波能量在傳播的過程中會逐漸減弱。在超聲清洗中，聲強太弱不能有效將污物洗去，太強又會對清洗件表面造成損壞，甚至在輻射面形成聲障，使聲能不能完全輻射到整個空間，影響清洗效果。聲強一般選在1W/cm22W/cm2之間。頻率所以如果選取的超聲波頻率越低則越容易產(chǎn)生空化作用。但是，當頻率低于20KHz的時候會有噪音，對人體產(chǎn)生傷害，更重要的是，過低的頻率會讓空化核不能閉合，不能產(chǎn)生空化作用。由于清洗的為陶瓷玩具，清洗槽規(guī)格為400400430，所以這里選擇28KHz。清洗液第一是清洗液本身的對污染物的清洗能力。最后是清洗液對環(huán)境是否有污染。表面張力越大，空化的強度越大，清洗效果越好。表面張力大的特點，并且由于水的污染小，粘度小，表面張力大，所以綜合考慮后，選取自來水為清洗液。超聲場的研究空化強度的測量但同時由于空化作用產(chǎn)生的局部高溫高壓會使水分子H2O分裂成離子H和OH，所以可以通過測量離子在清洗液中的局部密度來間接測量空化的強度。其原因是過多的空化氣泡會形成聲波屏障，會影響聲波的傳遞，所以在遠的地方，空化強度反而減弱。因為在清洗槽的有限空間內(nèi)，為避免超聲波在交界面或者洗滌槽壁的時候反射形成駐波造成某些地方聲壓小某些地方聲壓大，從而使清洗不均。只要使超聲頻率在合理的范圍內(nèi)變化。雙面作用強度比單面作用低。 超聲功率密度： P=發(fā)射功率（W）/發(fā)射面積（cm2）；通常 P≥ ，在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物記性清洗，其原理用空化閥表示，超聲波振動在液體中傳播的音波壓強打到一個大氣壓時，這是超聲波的音波壓強峰值就可打到真空或者負壓，但實際上無負壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個很大的壓力。超聲清洗時間：一般根據(jù)污垢的的不同，單次清洗時間為3—10分鐘不等，鑒于中國人飲食習慣偏向油膩，這里將超聲清洗時間定為10分鐘。主要流程為：進水加熱至工作水溫超聲清洗10min噴臂清洗1min第五章整體方案設(shè)計 在設(shè)計中需要重點考慮幾方面的問題，首先是清洗槽及管路的密封問題，再有就是超聲波振子的、電磁閥、加熱器等元器件的選型。家用超聲波洗碗機主要有進排水系統(tǒng)、噴臂系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)組成。進排水系統(tǒng)：電磁閥，水位感應(yīng)開關(guān)，過濾網(wǎng)等組成。加熱系統(tǒng)：水槽加熱管等。其他：清洗槽，箱體，碗籃，底座等。清洗槽由于超聲水化腐蝕的影響，所以對洗滌槽的槽壁會有一定的損耗，長時間積累后會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。清洗槽底部與箱體有一定距離，用于安裝洗碗機電源等其他部件。打開二位二通閥后，自來水流入清洗槽，在達到一定水位后，水位感應(yīng)開關(guān)啟動，清洗完畢后，廢水經(jīng)過濾芯，排水口排出。這種方式的技術(shù)核心是干簧管。干簧管結(jié)構(gòu)具體如圖51：當浮力小球第一次到達高水位開關(guān)時，會接通高水位開關(guān)的干簧管簧片，使其導通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使加熱器工作。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)PVC也稱為聚氯乙烯，它的特點是造價低、可回收利用、強度高、性能穩(wěn)定、安全衛(wèi)生?？梢詫⒊暻逑春髿埩舻挠臀蹚氐浊宄姳巯到y(tǒng)參照淋浴噴淋頭進行設(shè)計，采用圓形噴頭，噴孔密集排布于噴頭之上。清洗槽內(nèi)焊接有凸臺，用于固定噴臂與進水管。超聲波發(fā)生器其中超聲發(fā)生器是產(chǎn)生電磁振蕩信號并提供能量的工作部分，而超聲換能器才是最終實現(xiàn)超聲振動的工作部分。為了能讓超聲發(fā)生器更好的為超聲換能器提供頻率準確、功率較高的信號和能量。（2）配備末級放大器，將微小的信號轉(zhuǎn)化為大功率的信號。(4）功率放大器的保護：由于受電源電壓、外界干擾脈沖及換能器負載、回路參數(shù)