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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
誠(chéng) 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
1前言……………………………………………………………………………………1
1.1家用洗碗機(jī)簡(jiǎn)介……………………………………………………………………1
1.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………………………………2
1.3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………………………………3
1.4 國(guó)內(nèi)主流產(chǎn)品……………………………………………………………………3
2超聲波清洗原理及方案………………………………………………………………4
2.1超聲波清洗原理……………………………………………………………………4
2.1.1概述……………………………………………………………………4
2.1.2超聲波清洗的機(jī)制………………………………………………………………4
2.1.3超聲空化閥值……………………………………………………………………6
2.2超聲波洗碗機(jī)方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………6
3超聲波清洗參數(shù)……………………………………………………………………7
3.1聲強(qiáng)……………………………………………………………………7
3.2頻率……………………………………………………………………8
3.3清洗液……………………………………………………………………8
4超聲場(chǎng)相對(duì)空化強(qiáng)度…………………………………………………………………8
4.1空化強(qiáng)度測(cè)量方法原理……………………………………………………………8
4.2空化強(qiáng)度測(cè)量……………………………………………………………………8
4.2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理……………………………………………………………………9
4.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論………………………………………………………………………9
5超聲波重要參數(shù)確定………………………………………………………………10
5.1溫度，清潔時(shí)間，超聲功率………………………………………………………10
5.2餐具合理擺放……………………………………………………………………11
5.3總結(jié)………………………………………………………………………………11
6洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………12
6.1整體方案…………………………………………………………………………12
6.2外殼和碗籃………………………………………………………………………12
6.3清洗槽……………………………………………………………………………13
6.4進(jìn)排水系統(tǒng)………………………………………………………………………13
6.4.1水位感應(yīng)系統(tǒng)…………………………………………………………………13
6.5加熱系統(tǒng)……………………………………………………………………14
6.6門開(kāi)關(guān)電路………………………………………………………………………14
6.7噴臂系統(tǒng)…………………………………………………………………………14
6.8超聲清洗系統(tǒng)……………………………………………………………………15
6.8.1超聲波發(fā)生器…………………………………………………………………15
6.8.2超聲波換能器…………………………………………………………………16
6.9總結(jié)………………………………………………………………………………17
7結(jié)論…………………………………………………………………………………17
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………18
致謝……………………………………………………………………………………19
家用超聲波洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：盧宇翔
指導(dǎo)老師：莫亞武
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)
摘 要：超聲波技術(shù)在洗碗機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，使洗碗機(jī)的發(fā)展更加多元。在洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)、清洗工藝和控制系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行改良設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)方面，采用不銹鋼清洗槽，合理布置超聲波系統(tǒng)，噴臂沖水裝置和進(jìn)排水裝置等，使結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，提升清洗效果。清洗工藝方面，分析洗滌槽內(nèi)超聲波空化強(qiáng)度的分布，選擇合適的參數(shù)，確定最優(yōu)的清洗流程。
關(guān)鍵詞：超聲波；洗碗機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
The structural design of home ultrasonic dishwasher
Student: Lu Yuxiang
Tutor: Mo Yawu
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: The using of ultrasonic technology make the development of dishwasher more diversified. This paper has 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 ultrasonic 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: figuring out the distribution of ultrasonic cavitations’ intensity and selecting appropriate parameters to determine the optimal cleaning process.
Key words: ultrasonic; dishwasher; the design of overall structure ;
1 前言
1.1家用洗碗機(jī)簡(jiǎn)介
洗碗機(jī)是用來(lái)自動(dòng)清洗碗、筷、盤、碟、刀、叉等餐具的設(shè)備，在飯后清潔沾滿油污的餐具是人們?nèi)粘Ｉ钪胁坏貌幻鎸?duì)的一大家務(wù)勞動(dòng)，洗碗機(jī)的出現(xiàn)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，并增進(jìn)清潔衛(wèi)生。
早在1850年，Joel Houghton就申請(qǐng)到了世界上第一個(gè)洗碗機(jī)專利，不過(guò)是一個(gè)手動(dòng)設(shè)備；1893年世界博覽會(huì)上，蒸汽船發(fā)明人John Fitch的孫女Josephine展出了她設(shè)計(jì)的手動(dòng)洗碗機(jī)，她也被稱為現(xiàn)代洗碗機(jī)之母；1920年德國(guó)米勒公司制造出世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗碗機(jī)，只不過(guò)它當(dāng)時(shí)的外形并不適合家庭使用；1954年美國(guó)通用電氣公司制造出一臺(tái)電動(dòng)洗碗機(jī)，這臺(tái)機(jī)器不僅洗滌性能大幅改善，而且外形更適合家庭使用；1978年德國(guó)米勒公司有制造出第一臺(tái)微電腦電動(dòng)洗碗機(jī)，使洗碗機(jī)開(kāi)始進(jìn)入尋常人家的廚房。
現(xiàn)有的家用洗碗機(jī)種類繁多，按控制方式分為機(jī)電式控制和電子式控制；按安裝方式分為臺(tái)式、獨(dú)立式和嵌入式；按洗滌方式分為噴淋式和渦流式。雖然市場(chǎng)上有各式各樣的洗碗機(jī)，但這些洗碗機(jī)基本都有機(jī)殼、機(jī)門、內(nèi)膽、控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和餐具擺放架等重要部件。
機(jī)殼有金屬和塑料兩種。金屬機(jī)殼的好處是高檔，機(jī)械強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)牢固，但它也具有易銹蝕，成本高等缺點(diǎn)；塑料機(jī)殼的優(yōu)點(diǎn)是制作成本低，重量輕，但它有易老化，耐熱性差等缺點(diǎn)[1]。
機(jī)門通常使用冷軋鋼板制成，有上開(kāi)門式和前開(kāi)門式兩種。通常設(shè)置有意外開(kāi)門保護(hù)裝置，在兒童或其他使用者不小心在家用洗碗機(jī)工作過(guò)程中打開(kāi)機(jī)門，洗碗機(jī)會(huì)馬上停止工作，以保護(hù)人身安全。
內(nèi)膽是洗碗機(jī)工作的重要部件，市面上的洗碗機(jī)產(chǎn)品分為塑料內(nèi)膽和金屬內(nèi)膽兩種。金屬內(nèi)膽具有耐用，耐高溫，抗老化，易清洗等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是易腐蝕，造價(jià)高；塑料內(nèi)膽也具有上述大部分優(yōu)點(diǎn)，且造價(jià)低，但是一個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是難清洗，易留異味。
1.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
第一臺(tái)家用洗碗機(jī)起源于德國(guó)，同時(shí)德國(guó)的現(xiàn)代家用洗碗機(jī)技術(shù)在整個(gè)歐洲也處于前列，擁有者BOSCH，Miele，SIEMENS等20多家洗碗機(jī)制造商，年產(chǎn)量高達(dá)3百萬(wàn)臺(tái)，消費(fèi)量也高達(dá)1.71百萬(wàn)臺(tái)，擁有率高達(dá)42%。美國(guó)是目前洗碗機(jī)普及率最高的國(guó)家，早在1996年就已達(dá)54.9%，同時(shí)也是洗碗機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，年產(chǎn)量一直保持在300萬(wàn)臺(tái)以上，著名企業(yè)包括GE等。日本的起步比歐美國(guó)家晚了大約30年，并在發(fā)展過(guò)程中遭受坎坷，現(xiàn)在的普及率仍不及歐美大國(guó)，著名企業(yè)包括日立，松下，三菱，夏普等均有生產(chǎn)。
國(guó)外很多家庭都擁有家用洗碗機(jī)，且傳統(tǒng)的噴臂式洗碗機(jī)十分適合國(guó)外餐具的清洗，傳統(tǒng)洗碗機(jī)是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)洗滌泵使洗滌液在一定的壓力下從噴臂噴出，形成密集的熱水流；噴臂由于受到噴水的反作用而旋轉(zhuǎn)，使洗滌液來(lái)回地噴射到各式餐具上，對(duì)餐具進(jìn)行噴射沖洗和淋刷。噴射水流對(duì)碗碟表面起機(jī)械沖洗作用，洗碗機(jī)專用洗滌劑對(duì)碗碟表面油污起化學(xué)清洗作用，熱水起浸泡軟化作用。三者聯(lián)合作用，使碗碟表面油污和殘漬分解和脫落，從而達(dá)到清潔的目的,且造價(jià)低，性價(jià)比高，使國(guó)外的家用洗碗機(jī)的普及率還在不斷的增大。良好的市場(chǎng)促進(jìn)了企業(yè)對(duì)新型洗碗機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)，且新型超聲波家用洗碗機(jī)也開(kāi)始在國(guó)外流行，這種良性循環(huán)使國(guó)外的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出蓬勃的生機(jī)。
1.3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)在80年代有了第一臺(tái)洗碗機(jī)，但是發(fā)展過(guò)程卻不盡如人意。1998年，第一臺(tái)全自動(dòng)柜式洗碗機(jī)在小天鵝誕生，之后，海爾，美的，澳柯瑪，格蘭仕等企業(yè)紛紛進(jìn)軍洗碗機(jī)領(lǐng)域。但是，令人遺憾的是，這些國(guó)產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要外銷，作為國(guó)產(chǎn)企業(yè)，卻也沒(méi)有對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有足夠的重視。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：一臺(tái)普通的洗碗機(jī)動(dòng)輒幾千元，多則上萬(wàn)元，這對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，是一筆不小的開(kāi)支，其次是耗電量和耗水量大。一臺(tái)洗碗機(jī)完成洗碗、消毒、烘干耗時(shí)長(zhǎng)。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(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)品牌，如海爾、小天鵝、美的等，最低價(jià)格都在2000元左右，加上專用的洗滌劑，不僅價(jià)格高，而且不環(huán)保；傳統(tǒng)的洗碗機(jī)需要很大的室內(nèi)空間，在房?jī)r(jià)寸土寸金的今天，顯然是不經(jīng)濟(jì)的；另外，洗碗機(jī)工作需要采用專用的洗滌劑，并對(duì)餐具的形狀有一定要求，不適合中式餐具，且中式菜肴油污較多，洗滌相對(duì)麻煩，國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)多為塑料內(nèi)膽，長(zhǎng)時(shí)間使用之后，內(nèi)膽會(huì)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(wèn)題。如此，都決定了傳統(tǒng)洗碗機(jī)難以在中國(guó)快速普及[2] 。
1.4 國(guó)內(nèi)主流產(chǎn)品
以美的（Midea）舉例，目前在商城大致能見(jiàn)到的型號(hào)為WQP6-3207-CN，WQP8-9249A-CN，WQP12-9270-CN。三款洗碗機(jī)都針對(duì)中式餐具配套了碗籃，并配有消毒程序。
其中，WQP6-3207-CN體積小巧，外觀時(shí)尚更適合家庭使用。它的洗滌過(guò)程為：預(yù)洗：對(duì)碗具進(jìn)行強(qiáng)力沖刷，除去殘?jiān)?主洗：高溫高壓水柱，專用洗滌用品作用（2-4個(gè)循環(huán)，40分鐘）;漂洗：對(duì)餐具進(jìn)行清潔沖刷（一個(gè)循環(huán)，14分鐘）;清洗：最后清潔（一個(gè)循環(huán)，14分鐘）;烘干：冷凝式烘干（預(yù)熱自然烘干）
WQP12-9270-CN與WQP6-3207-CN相比具有容積更大，可以同時(shí)清洗12套餐具的優(yōu)點(diǎn)，且因其采用360°“水槍式”噴淋系統(tǒng)，且內(nèi)膽采用圓形轉(zhuǎn)角，使其洗滌效果更高效，基本無(wú)死角。
總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)產(chǎn)品大體可以滿足消費(fèi)者日常需要，洗滌效果基本滿意。但基本是傳統(tǒng)洗碗機(jī)，超聲波洗碗機(jī)目前僅主要商業(yè)使用，例如歐倍力，康潔仕，在家用領(lǐng)域幾乎處于空白。
2 超聲波清洗原理及方案設(shè)計(jì)
2.1超聲波清洗原理
2.1.1 概述
聲波是人耳能感受到的一種縱波，它的頻率在16到16000HZ范圍內(nèi)。當(dāng)頻率超過(guò)16000HZ超出一般人耳聽(tīng)范圍，就稱為超聲波。超聲波和聲波一樣，可以在氣體，液體和固體中傳播[3]。
超聲波的主要性質(zhì)有：（1）超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量，超聲波的作用主要是對(duì)其傳播方向上的障礙物施加壓力（聲壓）。因此，有時(shí)可用這個(gè)壓力的大小衡量超聲波的強(qiáng)度，傳播的波動(dòng)能量越強(qiáng)，則壓力也越大。（2）當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域。由于液體基本上是不可壓縮的，由此產(chǎn)生壓力正，負(fù)交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象。由于這一時(shí)間極短，液體空腔和壓力可達(dá)幾十個(gè)大氣壓 ，并且產(chǎn)生巨大的液壓沖擊。這交變的脈沖壓力作用在鄰近的零件表面上回使其破壞，引起固體物質(zhì)分散，破碎等效應(yīng)。（3）超聲波通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射。反射能量的大小，決定于兩種介質(zhì)的波阻抗（密度與波速的乘積pc稱為波阻抗），介質(zhì)的波阻抗相差愈大，超聲波通過(guò)界面時(shí)的反射率愈高。（4）超聲波在一定條件下會(huì)產(chǎn)生波的干涉和共振現(xiàn)象。超聲加工的應(yīng)用有：型孔，型腔加工；切割加工；復(fù)合加工和超聲清洗。目前所用的超聲波清洗機(jī)中，空化作用和直進(jìn)流作用應(yīng)用更多[4]。
2.1.2 超聲波清洗的機(jī)制：
由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對(duì)液體中某一確定點(diǎn)進(jìn)行觀察，這點(diǎn)的壓力如圖曲線A所示。以靜壓(一般一個(gè)大氣壓)為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若依次增強(qiáng)超聲波的強(qiáng)度，則壓力振幅也隨著增加，像圖曲線B那樣，并產(chǎn)生負(fù)的壓力。
空化作用：超聲波以兩萬(wàn)次/秒以上的兩種被稱為壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向介質(zhì)作用時(shí)，在減壓力作用時(shí)，液體中產(chǎn)生大量真空氣泡，在壓縮力作用時(shí)，真空氣泡被壓碎時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，局部壓力能達(dá)到上千個(gè)大氣壓，
圖1液體內(nèi)部壓力圖
Fig.1 The graphic of inner liquid pressure
由此剝離被清洗物表面的污垢，因空化現(xiàn)象產(chǎn)生如圖2(A)所示的氣泡。由沖擊形成的污垢層與表面之間的間隙和空隙滲透，由于這種小氣泡與聲壓同步膨脹，收縮，產(chǎn)生像剝皮那樣的物理力重復(fù)作用于污垢層，污垢一層層被剝開(kāi)，如圖2(B)所示，小氣泡再繼續(xù)向前推進(jìn)，直到污垢層被剝下為止。這就是空化二次效應(yīng)[5]。
當(dāng)聲波達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，空洞會(huì)發(fā)生劇烈爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞，壓力達(dá)5-50噸/平方厘米，具有很大的能量，使水分以超過(guò)10000G的加速度撞擊被清洗物體的表面，將污物撞擊下來(lái)，從而達(dá)到顯著的清洗效果，并且這種效果可隨液體到達(dá)被清洗物體的所有表面，這是手工洗刷，機(jī)械振動(dòng)等常規(guī)手段所無(wú)法達(dá)到的。由于空化效應(yīng)形成時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲波壓力和熱效應(yīng)，故可對(duì)細(xì)菌，特別是鏈狀細(xì)菌進(jìn)行打擊，達(dá)到殺菌消毒的作用，從而達(dá)到精密洗滌目的[6]。
直進(jìn)流作用：超聲波在液體中沿聲的傳播方向產(chǎn)生流動(dòng)的現(xiàn)象稱為直進(jìn)流，通過(guò)此直進(jìn)流使被清洗物表面的污垢被攪拌，污垢表面的清洗液也產(chǎn)生對(duì)流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快，對(duì)污物的搬運(yùn)起著很大的作用。
輻射扭力：空化核在運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)脫落。
空化作用廣泛應(yīng)用。另外，超聲波清洗對(duì)聲反射強(qiáng)烈的材料，如陶瓷，金屬，玻璃等，清洗效果尤其好，再利用40攝氏度左右的水作為清洗劑，可以將空化
效應(yīng)發(fā)揮到最大值。因此空化效應(yīng)為本洗碗機(jī)主要應(yīng)用原理[3]。
圖2 空化二次效應(yīng)
Fig.2 The theory of second-order effect cavitation
2.1.3 超聲空化閥值
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值[4]。空化閥Pc表示為：
（1）
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)
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。可見(jiàn)，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[7]。
此外，由經(jīng)驗(yàn)公式
（2）
可以得出空化閥與沾滯系數(shù)的關(guān)系，為沾滯系數(shù)，并且聲波的頻率越高空化閥也越高。當(dāng)聲波頻率超過(guò)4.8MHZ的時(shí)候，空化閥接近10Mpa。
空化閥值與超聲波的頻率有密切關(guān)系。頻率越高，閥值越高；頻率越低，越容易發(fā)生空化。在低頻情況下液體受到的壓縮和稀疏作用有更長(zhǎng)的時(shí)間間隔，使氣泡在崩潰前能生長(zhǎng)到較大的尺寸，增大空化強(qiáng)度，有利于清洗作用，但是低頻工作時(shí)易產(chǎn)生噪聲。為了經(jīng)濟(jì)性和清洗效率考慮，正確選擇頻率十分重要。
2.2 超聲波洗碗機(jī)方案設(shè)計(jì)
將超聲波清洗技術(shù)應(yīng)用于家用餐具清洗[8]。由于超聲波的空化作用，對(duì)中式餐具的油污具有強(qiáng)大的清潔能力，配合高壓清洗，油污殘留率僅有0%~0.5%。配合超聲發(fā)生器，在噴臂的輔助清洗下能很好的提高效率，節(jié)約水電，給洗碗機(jī)的工作方式加入了另一種可靠的方式。其應(yīng)該滿足的要求有：結(jié)構(gòu)合理，適合家庭使用；清洗效率高，要求達(dá)到98%以上；高效率，能在較短時(shí)間內(nèi)洗干凈人們一餐所使用的餐具；低能耗，在物價(jià)上漲，資源匱乏的今天，低能耗會(huì)使產(chǎn)品有更好的市場(chǎng)。
其清洗系統(tǒng)的洗滌循環(huán)過(guò)程:程序控制接通電磁閥后，加壓的清潔水（0.03~0.6Mpa）由過(guò)濾芯流入，進(jìn)入軟水處理裝置后除去水中的鎂和鋁，此時(shí)單向定量泵工作，水從噴臂的噴嘴中噴出。由于水流的反力矩作用，使噴臂繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)餐具進(jìn)行全方位無(wú)死角沖洗，初步?jīng)_去油污。接著，程序控制使單向定量泵停止工作，排水泵啟動(dòng)，將污水排出。接著，單向定量泵再次啟動(dòng)，當(dāng)水沒(méi)過(guò)餐具后關(guān)閉。超聲波換能器工作，利用超聲波空化作用使殘余油污和餐具徹底剝離。在設(shè)定的清洗時(shí)間后，超聲波換能器停止工作。排水泵再次工作，排出污水。洗滌水排盡后，單向定量泵工作，噴臂再次工作，徹底將餐具上的油污清除。規(guī)定時(shí)間后停止，由排水泵將污水排除。
這種方案可以很好地對(duì)餐具進(jìn)行清洗，利用高壓水流沖洗和空化作用，使油污殘留量達(dá)到最低。水和超聲波的有機(jī)結(jié)合，既能節(jié)約水電，減少洗滌劑的排放，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)又能減少噪音，降低能耗，不失為家用超聲波洗碗機(jī)的一種不錯(cuò)的候選方案。
圖3清洗方案系統(tǒng)圖
Fig.3 The system of cleaning scheme
3超聲波清洗參數(shù)
3.1 聲強(qiáng)
在超聲清洗中，聲場(chǎng)強(qiáng)度和聲場(chǎng)均勻度都是判斷清洗效果的重要指標(biāo)[9]。聲強(qiáng)太弱不能有效將污物洗去，太強(qiáng)又會(huì)對(duì)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(gè)空間，影響清洗效果。在有限的清洗空間內(nèi)，超聲波易在聲源，液面和空氣交界處來(lái)回反射，形成駐波，使波節(jié)處聲壓過(guò)小，無(wú)法發(fā)生空化，造成清洗盲區(qū)。聲強(qiáng)一般選在，對(duì)于一些金屬表面氧化膜難于清洗的污垢，則應(yīng)采用較高的聲強(qiáng)。
3.2 頻率
當(dāng)工作頻率很低（在人的聽(tīng)覺(jué)范圍內(nèi)）就會(huì)產(chǎn)生噪音。當(dāng)頻率低于20kHz時(shí)，工
作噪音將變得很大，而且超出人耳安全所可承受的值，易引起對(duì)人的傷害，而且過(guò)低的頻率不能產(chǎn)生空化作用。高頻率的超聲波，空化作用閥值越高，適于工業(yè)上清洗較小，較精密的零件；低頻率的超聲波，空化作用閥值較低，且液體受到的壓縮和稀疏作用時(shí)間間隔較長(zhǎng)，使空化氣泡在破裂前有較長(zhǎng)的長(zhǎng)大時(shí)間，使其長(zhǎng)到較大的體積，從而在破裂后釋放更強(qiáng)的能量，產(chǎn)生更好的清潔效果。通常選擇20Khz-40Khz，通常，在清洗表面光潔度不高，清洗槽大小在500x500x500mm的情況下，選擇28Khz。
3.3 清洗液
在家用超聲波洗碗機(jī)工作時(shí)，清洗液的粘度越大，空化閥值越大，空化作用越難發(fā)生。表面張力越大，空化的強(qiáng)度越大，清洗效果越好。所以，選擇的清洗液最好有粘度小。表面張力大的特點(diǎn)，由于水的污染小，粘度小，表面張力大，且安全衛(wèi)生，適合用于餐具，綜合考慮后，選取通常家庭里極易取得的自來(lái)水為清洗液。
4超聲場(chǎng)相對(duì)空化強(qiáng)度
4.1 空化強(qiáng)度測(cè)量方法原理
對(duì)超聲清洗設(shè)備而言，最重要的性能指標(biāo)就是超聲場(chǎng)的空化強(qiáng)度?，F(xiàn)在，我們尚無(wú)一種可靠的方法測(cè)量絕對(duì)空化強(qiáng)度，但是，可以通過(guò)鋁箔腐蝕法，染色法，聲致自由基和實(shí)時(shí)譜分析法，統(tǒng)計(jì)平均法等方法測(cè)量相對(duì)空化強(qiáng)度。在這里，我們選用較為簡(jiǎn)便快捷的鋁箔腐蝕分析法來(lái)測(cè)量相對(duì)空化強(qiáng)度[7]，并分析洗滌對(duì)超聲波的要求。
鋁箔腐蝕法是利用超聲空化效應(yīng)對(duì)鋁箔的腐蝕和沖擊作用使其產(chǎn)生小孔的方法。具體操作方法：取表面光滑平整，厚度僅有幾十微米的鋁箔，將其固定在架上，并浸入清洗液中，開(kāi)機(jī)一段時(shí)間拿出，觀察被腐蝕情況。值得注意的是，試驗(yàn)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則鋁箔會(huì)一塊塊腐蝕脫落。這種方法十分直觀地展示了空化作用在不同條件下的強(qiáng)度。
4.2 空化強(qiáng)度測(cè)量
本文研究的新型家用超聲波洗碗機(jī)主要面向中國(guó)的普通家庭，根據(jù)實(shí)際情況，每家大概有3-5口人，選擇420×400×400（長(zhǎng)×寬×高）的清洗槽。根據(jù)鋁箔腐蝕法，在容積為420×400×400的清洗槽內(nèi)測(cè)量空化分布情況。清洗液為軟化后的自來(lái)水，聲波頻率為28KHz，室溫25°C的環(huán)境中，液面離槽頂大約70mm掃頻范圍設(shè)置為15KHz-30KHz，功率設(shè)置為300W，超聲工作時(shí)間3 min。
圖4清洗方案系統(tǒng)圖
Fig.4 The system of cleaning scheme
4.2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理
根據(jù)實(shí)際情況，在此采用：?jiǎn)蚊娉曌饔茫˙面）、單面超聲掃頻作用（B面）、雙面超聲作用（B和D）、雙面超聲掃頻作用（B和D）四種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了更直觀的觀察洗滌槽內(nèi)空化強(qiáng)度的分布，便于建立可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于下一步的設(shè)計(jì)計(jì)算，在此把腐蝕面積與鋁箔面積的百分比規(guī)定為相對(duì)強(qiáng)度值。處理方法：以6cm為邊長(zhǎng)，把鋁箔均分為若干區(qū)域。把每一次實(shí)驗(yàn)后的每一塊鋁箔紙照相，然后操作平面圖像處理軟件，使腐蝕部分顏色為黑，沒(méi)有被腐蝕的部分顏色為白，最后通過(guò)直方圖功能，計(jì)算出每一塊的腐蝕面積與每一塊鋁箔面積的百分比。把寬為300mm長(zhǎng)為420mm的鋁箔用木框固定后再固定在水中，鋁箔平行于A面，鋁箔長(zhǎng)的一條邊在洗滌槽底面上。
4.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，超聲波空化強(qiáng)度從靠近聲源處開(kāi)始逐步增強(qiáng)，當(dāng)離聲源一定距離，大致為中心位置時(shí)，空化強(qiáng)度開(kāi)始下降。其原因是過(guò)多的空化氣泡會(huì)形成聲波屏障，影響聲波的傳遞，所以在遠(yuǎn)的地方，空化強(qiáng)度減弱。
無(wú)掃頻作用的清洗效果差。因?yàn)樵谇逑床鄣挠邢蘅臻g內(nèi)，超聲波在交界面或者洗滌槽壁的時(shí)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。通過(guò)將清洗槽形狀不規(guī)則化或掃頻可以讓聲壓最小點(diǎn)來(lái)回移動(dòng)，不固定在一個(gè)地方從而帶動(dòng)清洗液來(lái)回流動(dòng)，提高清潔效率。
同種實(shí)驗(yàn)條件下，雙面作用強(qiáng)度比單面作用低。因?yàn)殡p面的時(shí)候超聲波會(huì)發(fā)生干涉，影響清洗效果。
表1 平行A面的相對(duì)空化強(qiáng)度
Table 1 Relative cavitation intensity of surface A
表2 平行C面的相對(duì)空化強(qiáng)度
Table 1 Relative cavitation intensity of surface C
單面掃頻的清洗效果最好。
5超聲波重要參數(shù)確定
5.1 溫度，清洗時(shí)間，超聲功率
溫度，清洗時(shí)間，超聲功率為家用超聲波洗碗機(jī)的重要參數(shù)，需要設(shè)置實(shí)驗(yàn)來(lái)找出最佳參數(shù)組合[6]。
實(shí)驗(yàn)對(duì)象：三只碗，三把勺，兩個(gè)碟子，三個(gè)玻璃杯，三雙筷子，所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象均被涂抹上食物油污。
評(píng)判指標(biāo)：經(jīng)清洗后，表面無(wú)油污，手摸不油膩。
溫度：A1為35℃、A2為45℃、A3為55℃。
清洗時(shí)間：B1為6min、B2為9min、B3為12min。
超聲功率：C1為400w、C2為300w、C3為200w。
實(shí)驗(yàn)方法：采用多因素正交實(shí)驗(yàn)，需用正交表，將各因素綜合，設(shè)置9個(gè)實(shí)驗(yàn)組，見(jiàn)表3
表中參數(shù)因素主次：A-C-B
其中表中Gf與A/B/C正交的數(shù)值為該列中所有包含Af/Bf/Cf的和, f取1，2，3，
表3 多因素正交試驗(yàn)結(jié)果表
Table 3 The result of multi-factor orthogonal experiment
參數(shù)試驗(yàn)號(hào)
A（℃）B（min）C（w）
結(jié)果
1
1 1 1
10
2
1 2 2
10
3
1 3 3
10
4
2 1 2
11
5
2 2 3
12
6
2 3 1
10
7
3 1 3
9
8
3 2 2
9
9
3 3 1
12
G1
30 30 32
G2
33 31 30
G3
30 32 31
K1
10 10 10.67
K2
11 10.33 10
K3
10 10.67 10.33
R
1.0 0.67 0.67
Kf與A/B/C正交的數(shù)值為Gf/該列中f號(hào)碼重復(fù)的次數(shù), f取1，2，3
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得知最佳組合為A2-B3-C1，即使用45℃，清洗時(shí)間為12min，功率為400w，并設(shè)置另一檔位A2-B2-C3為經(jīng)濟(jì)檔，供餐具較少時(shí)使用。
5.2 餐具的合理擺放
超聲波屬于短波，易被障礙物阻擋并造成衰減，故餐具的擺放方法就顯得尤為重要，根據(jù)上面確定的三項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行擺放位置最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得結(jié)果如表4，所以餐具朝向B面最佳[10]。
5.3 總結(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45℃，清洗時(shí)間為12min，功率為500w，頻率為28Khz，超聲單
面（B）放射，采用掃頻，餐具朝向B面。
主要流程為進(jìn)水—噴臂清洗1min—進(jìn)水—加熱至工作水溫—超聲清洗12min—噴
表4 餐具洗滌結(jié)果
Table 1 The result of dishwasing
餐具朝向
合格率
A
0.77
B
0.94
C
0.73
D
0.75
臂清洗1min。
6洗碗機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1 整體方案
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(kāi)關(guān)，過(guò)濾芯，泵等組成。
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，外殼，碗籃，底座等。
6.2 外殼和碗籃
該家用超聲波洗碗機(jī)外形為一邊長(zhǎng)大致為540x500x540mm的矩形，外殼材料采用不銹鋼和有機(jī)材料有機(jī)結(jié)合。金屬部分采用流行的不銹鋼拉絲工藝，經(jīng)丙烯特殊處理，不易留指紋，清潔高貴?？刂泼姘宀捎肞ET絲印貼膜，可掩蓋模具加工留下的瑕疵，整合好，價(jià)錢低，封閉好，易清潔[11]。
柜門采用前開(kāi)門，鋼化玻璃透明柜門，便于使用者觀察內(nèi)部清潔情況。外殼采用新型的UV固化涂料，通過(guò)先進(jìn)的光固化噴涂工藝，在產(chǎn)品外觀表面形成裝飾涂層，其涂膜硬度高，耐磨性好，手感細(xì)膩，可具有金屬或其他材質(zhì)效果[7]；另外，采用特殊鍍層工藝技術(shù)，可使普通的塑料面鍍成閃亮的金屬質(zhì)感[12]。
碗籃,見(jiàn)下圖，采用不銹鋼制成，表面噴涂高強(qiáng)度無(wú)毒疏水涂層，使清潔后的殘余
水滴能迅速蒸發(fā)，減少對(duì)碗籃的腐蝕，同時(shí)還能節(jié)省電能，可以裝下一家人正常一餐的餐具量，筷子，調(diào)羹等細(xì)小餐具可以用筷子筒等裝好后放置洗滌。碗籃可取出，在裝好碗筷后將其直接放入清洗槽中即可，使用者做的只是放入和取出餐具。
圖5 碗籃三維圖
Fig.5 The graphic model of basket
6.3 清洗槽
清洗槽尺寸為360x400x360（mm）。材質(zhì)均采用防水，安全，耐酸堿的201不銹鋼板，并沖壓而成，選擇材料為1Cr17Ni7。為保證在超聲作用下，清洗槽內(nèi)壁發(fā)生損耗的條件下，能長(zhǎng)期使機(jī)器保持穩(wěn)定的清洗參數(shù)，故采用3mm厚度的不銹鋼板[12]。清洗槽底部與殼體有一定距離，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。
6.4 進(jìn)排水系統(tǒng)
進(jìn)排水系統(tǒng)主要由電磁閥，軟水裝置，過(guò)濾芯，水位感應(yīng)系統(tǒng),進(jìn)水管等等組成[8]。打開(kāi)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(kāi)關(guān)啟動(dòng)，清洗完畢后，廢水經(jīng)過(guò)濾芯，排水口排出。進(jìn)水管材料選PVC管。
6.4.1 水位感應(yīng)系統(tǒng)
在液面控制方面，選擇采用連桿式浮球液位開(kāi)關(guān)，見(jiàn)圖7。這種開(kāi)關(guān)的工作原理是將密封的非磁性金屬或工程塑膠管內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置一點(diǎn)或多點(diǎn)磁簧開(kāi)關(guān)，再將帶有內(nèi)置磁性系統(tǒng)的浮球固定在本體管內(nèi)磁簧開(kāi)關(guān)相關(guān)位置上，使浮球在一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng)，利用浮球內(nèi)的磁性系統(tǒng)透過(guò)本體管去觸發(fā)磁簧開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)，以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)動(dòng)作，達(dá)到控制液位的目的。開(kāi)關(guān)采用干簧管，這是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)，簧片觸點(diǎn)被封閉在一個(gè)充滿惰性氣體的或真空的玻璃管內(nèi)，簧片端部重疊，并留有一定間隙，保持常開(kāi)狀態(tài),磁簧端面觸點(diǎn)鍍有一層貴金屬銠或釕，使開(kāi)關(guān)性能穩(wěn)定并延長(zhǎng)使用壽命。
當(dāng)水位上升或下降時(shí)，磁性浮力小球隨水平面高低上下浮動(dòng)。當(dāng)水位到達(dá)最高水
位時(shí)，位于高水位開(kāi)關(guān)的干簧管閉合，超聲清洗開(kāi)始。當(dāng)水位下降到低水位開(kāi)關(guān)時(shí)，低水位開(kāi)關(guān)干簧管閉合，噴臂清洗流程開(kāi)始。
圖6 干簧管
Fig.6 The reed pipe
6.5 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)，并在達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后停止。
加熱器采用陶瓷加熱器。這種產(chǎn)品具有防腐蝕，升溫快，效率高，清潔衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)。主要結(jié)構(gòu)是耐熱的陶瓷外殼加上內(nèi)部的電阻絲。
圖7 水位感應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖
Fig.7 The diagram of waterlevel inductor
6.6 門開(kāi)關(guān)電路
為了保障該洗碗機(jī)在工作時(shí)人的安全[13]，以及考慮到現(xiàn)今家庭通常都有一個(gè)或多個(gè)小孩，所以洗碗機(jī)的開(kāi)門保護(hù)電路十分重要，其原理類似于洗衣機(jī)的門開(kāi)關(guān)電路，即將門開(kāi)關(guān)作為主電路的保護(hù)開(kāi)關(guān)，將其串聯(lián)在主電路中，在洗滌過(guò)程中，如果柜門被打開(kāi)，則主電路及時(shí)切斷。
6.7 噴臂系統(tǒng)
噴臂系統(tǒng)采用PP導(dǎo)管，即聚丙烯。PP的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定，安全，不易被酸堿腐蝕，耐熱性好。管件連接處用PVC膠進(jìn)行密封，PVC即聚氯乙烯，具有造價(jià)低，可回收，強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定，安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用二位二通電磁閥作為洗碗機(jī)的進(jìn)水及排水控制系統(tǒng)。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。
因?yàn)樵诔暡ㄏ赐霗C(jī)中，電磁閥的工作環(huán)境普通，不存在惡劣的環(huán)境條件，所做工作僅是控制水的接通與切斷，所以我們選擇上海承信自動(dòng)閥門有限公司的2W-200-20型號(hào)。
在超聲清洗之前，必須先用高壓水將餐具表面較大的污物洗去；在超聲清洗之后，可以起到徹底清潔的作用。水從噴臂孔里高速噴出，因?yàn)榉戳氐淖饔?，推?dòng)噴臂旋轉(zhuǎn)。噴臂管和進(jìn)水管采用間隙配合，采用擋水環(huán)進(jìn)行保護(hù)，上方用螺母限制噴臂向上的自由度。噴臂管上有凸臺(tái)，防止噴臂下滑，上蓋板和進(jìn)水管之間用螺栓連接。
圖 8 噴臂結(jié)構(gòu)圖
Fig.8 The structure of boom
6.8 超聲清洗系統(tǒng)
家用超聲波洗碗機(jī)最重要的就是超聲清洗系統(tǒng)[10]。超聲清洗系統(tǒng)的好壞，直接決定這整臺(tái)設(shè)備的性能。超聲清洗系統(tǒng)又分為超聲波發(fā)生器和超聲波換能器。超聲波發(fā)生器原理是由信號(hào)發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)化為一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)頻率就是超聲波換能器的頻率。超聲波換能器是一種將電能轉(zhuǎn)化為聲能的儀器，它的諧振頻率與發(fā)生器產(chǎn)生的頻率相同時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，從而產(chǎn)生聲波。
6.8.1 超聲波發(fā)生器
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[14]：（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(kāi)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[4]。所以匹配的好壞直接影響到功率超聲源的產(chǎn)生和效率[15]。
超聲波發(fā)生器應(yīng)滿足的功能要求為：（1）頻率調(diào)節(jié)功能：在不同工作狀況下，可以根據(jù)換能器的實(shí)際情況，調(diào)節(jié)輸出頻率，使換能器始終保持最佳工作狀態(tài)，提高效率。（2）額定功率：根據(jù)清洗槽大小，設(shè)定為800w。（3）掃頻：在清洗槽的有限空間內(nèi)，超聲波在交界面或者洗滌槽壁的時(shí)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。掃頻就是將超聲頻率在合理范圍內(nèi)來(lái)回掃動(dòng)，使清洗液來(lái)回流動(dòng)，大大提高清洗效率。（4）保險(xiǎn)功能：在輸出過(guò)載或者超聲波換能器發(fā)生異常時(shí)，立即斷開(kāi)電源，保護(hù)發(fā)生器。（5）分控功能：可分別控制不同的換能器。
綜上，選擇深圳好時(shí)代科技有限公司的HSD-A型，具有頻率0-100%可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
6.8.2 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。這里，選用北京晴暉世創(chuàng)科技發(fā)展中心的QHQ-4GL-5028型，諧振頻率為28±0.5，絕緣阻抗為1000MΩ，功率為100w。清洗槽底面面積為360*400（mm）=144000mm2=1440cm2,超聲波振子功率為100w*4=400w；則功率密度應(yīng)為400/1440=0.28W/ cm2
由于此次設(shè)計(jì)的超聲波洗碗機(jī)是小功率洗碗機(jī)，且振動(dòng)系數(shù)小，所以采用兩組分高強(qiáng)度膠粘劑將其安裝在清洗槽B面,個(gè)數(shù)為4，要求固定平穩(wěn)，并有一定強(qiáng)度。
6.9 總結(jié)
至此，家用超聲波洗碗機(jī)的整體結(jié)構(gòu)包括進(jìn)排水系統(tǒng)、噴臂系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等全部設(shè)計(jì)完成，該家用超聲波洗碗機(jī)具有體積小，安靜，環(huán)保，效率高，能滿足普通一家人的餐后洗碗需求，美中不足的是可選擇的洗滌模式較少。
7 結(jié)論
本文的研究課題是家用超聲波洗碗機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在我國(guó)全面實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)的今天，人民生活水平得到了很大的提高，傳統(tǒng)的餐后人工洗碗的方式已漸漸被更加便捷，省時(shí)，衛(wèi)生的家用洗碗機(jī)替代，但是，傳統(tǒng)意思上的家用洗碗機(jī)發(fā)源于國(guó)外，它的設(shè)計(jì)依據(jù)來(lái)自西方餐具，對(duì)西式的盆，碟等餐具具有很好的清潔效果，我國(guó)在引進(jìn)后，雖然大大解放了人們的雙手，但是其真實(shí)工作效果卻遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人們預(yù)期的那樣好。主要原因是中國(guó)餐具多碗，且碗較深，中式菜肴油膩重，不利于洗碗機(jī)工作。
我國(guó)人口基數(shù)大，家用洗碗機(jī)有很廣闊的市場(chǎng)空間，只要將其改進(jìn)的適宜中國(guó)特色，便能為我國(guó)家電市場(chǎng)帶來(lái)新氣象。超聲波家用洗碗機(jī)的出現(xiàn)，為解決這個(gè)問(wèn)題提供了良方。但是，令人遺憾的是，因?yàn)槲覀兪熘某暡ㄇ逑磻?yīng)用主要廣泛應(yīng)用在工業(yè)上，為工業(yè)加工過(guò)程中清洗各種零部件，其在家電行業(yè)尚屬一個(gè)新興事物，有關(guān)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)投入不足。加上人們對(duì)超聲波清洗這項(xiàng)技術(shù)比較陌生，以著名企業(yè)美的，海爾為例，其生產(chǎn)的家用洗碗機(jī)主要面向歐美市場(chǎng)。
本設(shè)計(jì)具有的優(yōu)點(diǎn)：
（1）該款家用超聲波洗碗機(jī)，體積小巧，使用者可以將其擺在臺(tái)面上，同時(shí)它的大小又十分適合將其放置在壁柜中使用，同時(shí)具有兒童安全鎖，在工作過(guò)程中，如遇意外開(kāi)啟柜門的情況，可以迅速切斷電源，保護(hù)使用者和兒童的安全。
（2）與傳統(tǒng)洗碗機(jī)相比，噴臂位置由上部改為底部，能對(duì)餐具進(jìn)行更全方位的清洗，避免了因中國(guó)餐具形狀問(wèn)題導(dǎo)致的清洗死角，提高了預(yù)沖洗和最后沖洗程序的質(zhì)量。
（3）選材外觀時(shí)尚新穎，符合當(dāng)代家庭的審美取向，并能和家庭裝修風(fēng)格很好結(jié)合。內(nèi)部結(jié)構(gòu)選材合理，既保證了食品安全，又兼顧了耐用性。
本設(shè)計(jì)的不足：
（1）清洗檔位選擇較少，不能滿足可能的多種需求。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。
（2）清洗殘余的食物垃圾必須手動(dòng)清理，不能完全自動(dòng)化完成。
（3）餐具清洗完畢后，沒(méi)有烘干消毒等功能，使用者必須另外購(gòu)置消毒碗柜等其他家用電器，無(wú)形中增加了成本花費(fèi)。
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。
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致 謝
本設(shè)計(jì)是在莫亞武老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，莫亞武老師在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)寫(xiě)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)莫亞武老師表示特別感謝。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)寫(xiě)作過(guò)程中，各位同學(xué)也給予了我很大的幫助，使我感受到了合作和信息共享的重要性。還要感謝的是家用電器商城的工作人員，銷售人員們，他們對(duì)我的熱情介紹，使我充分地了解了市面上的傳統(tǒng)洗碗機(jī)的優(yōu)劣之處，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成有很大的幫助，其余未提到的對(duì)我有幫助的人員，在此一并感謝。
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