基于超聲波的鮮花筐式清洗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄摘要 11緒論 21.1目的與意義 21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3研究內(nèi)容 31.4技術(shù)路線 42總體方案設(shè)計 42.1清洗設(shè)計要求 42.2清洗方法的選擇 42.3工作方式的選擇 52.4輸送形式的選擇 52.5傳動方式的選擇 63結(jié)構(gòu)設(shè)計 63.1清洗槽設(shè)計 63.1.1水流式清洗機 63.1.2超聲波式清洗機 73.2水循環(huán)過濾裝置設(shè)計 83.2.1水循環(huán)過程 83.2.2水泵選型計算 93.3料框升降裝置設(shè)計 104結(jié)論與展望 114.1結(jié)論 114.2展望 12參考文獻 12摘要：為了確保在清洗干凈的前提下，降低鮮花損傷率，且易于后續(xù)加工處理。本論文以超聲波技術(shù)為核心，設(shè)計了一種基于超聲波鮮花連續(xù)清洗機，該清洗機主要由清洗槽、水循環(huán)裝置、料框升降裝置組成。本文在分析國內(nèi)外清洗設(shè)備現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，采用超聲波式清洗方法，工作方式為筐式清洗法，料筐輸送形式為升降式輸送，升降傳動系統(tǒng)采用氣壓傳動。利用AutoCAD和Solidworks進行機械設(shè)計和三維建模，根據(jù)確定的清洗工藝對清洗槽、水循環(huán)過濾裝置、料筐升降裝置等主要組成部分進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并進行水泵、直線導(dǎo)軌等關(guān)鍵部件的參數(shù)計算與選型。關(guān)鍵詞：鮮花、清洗機、低損傷、超聲波式清洗1緒論1.1目的與意義隨著近年來經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，長期以來被作為觀賞花類的植物，也走上了人們的餐桌。以玫瑰為例，玫瑰花的花瓣主要用于食品和提煉香精玫瑰油兩方面。在食品方面，玫瑰花經(jīng)常被拿來制成各種各樣的點心，最常見的有玫瑰茶、玫瑰糕等[14]，在日常生活中常食用玫瑰制品可以起到柔肝醒胃，美容養(yǎng)顏，舒氣活血的效果[16]。?；ò晔怯糜诤笃诋a(chǎn)品如鮮花餅的制作，花瓣需要經(jīng)過清洗處理，分選掉破敗的花瓣而后再將清洗完成的花瓣搗碎，用于制作鮮花餅的餡或制作鮮花餅的皮，花瓣除了作為食物食用外，還可以被用于裝點食物、使其它食物的整體視覺效果得到提高，所以花瓣在加工過程中需要盡可能的保持完整性[18]?，F(xiàn)有的鮮花處理方式主要是以人工清洗為主，因為鮮花的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用機械設(shè)備清洗會導(dǎo)致鮮花內(nèi)的汁液流失，導(dǎo)致后期制作的鮮花食品的口感下降而且會降低原料的利用率[17]，,給企業(yè)造成較大經(jīng)濟損失。如果有一種設(shè)備可以很好的完成鮮花清洗的工作，不但省下了大量的人力物力，而且可以給企業(yè)帶來不錯的收益，但是我國目前這類設(shè)備還在起步階段[19]，因此設(shè)計一個可以實際應(yīng)用在鮮花加工前對花瓣進行清洗、能得到優(yōu)良的花瓣且保證鮮花食物的口感的連續(xù)清洗設(shè)備，可以很好的解決目前鮮花清洗中的企業(yè)人力資源浪費與花瓣易破損等問題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當清洗技術(shù)最早應(yīng)用到食品上時，它主要被用來對蔬菜和水果類的物料進行清洗，當時這些設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在的清洗設(shè)備相比結(jié)構(gòu)相對簡單且清洗的作用力較強，但是這些設(shè)備對物料的損傷較大，不適合去清洗像鮮花這種易破損的物料。清洗技術(shù)在食品方面的設(shè)備開發(fā)首先在歐美等發(fā)達國家出現(xiàn)，經(jīng)過長時間的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完整的體系，他們的設(shè)備在結(jié)構(gòu)和工藝等方面與其他國家相比都較為先進，在各個國家的食品企業(yè)中都能看到他們所生產(chǎn)的設(shè)備，經(jīng)過長時間的發(fā)展，歐美等發(fā)達國家的食品清洗設(shè)備其類型較為全面，所以可以找到針對一種待清洗物料的特定設(shè)備，其專用性會很強，清洗效果也相對較為理想。如圖1-1所示的GR系列翻滾式蔬菜清洗機，它是由日本細田工業(yè)株式會開發(fā)設(shè)計的。從圖中可以看出它共擁有四個槽位，且在每一個槽位中都安裝有一個翻運物料的設(shè)備來進行物料的運輸，并且可以通過設(shè)計改變每一槽中的液體類型和物料在每一槽中清洗的時間來完成原物料從清洗到殺菌再到其他步驟的過程，以達到連續(xù)化清洗的目的。圖1-1GR系列翻滾式蔬菜清洗機我國對食品清洗技術(shù)的研究與國外發(fā)達國家相比起步要慢一些，并且在基礎(chǔ)方面也比國外發(fā)達國家要弱一些，國內(nèi)的食品清洗設(shè)備大多是先進口國外發(fā)達國家的設(shè)備進行模仿制造的，因為進口設(shè)備的價格較高，所以只有經(jīng)濟較為發(fā)達地區(qū)的食品企業(yè)才會購買使用，在使用規(guī)模上與歐美各國存在一定差距；目前我國使用的設(shè)備其通用性較強，一套設(shè)備往往用于多種物料的清洗工作，沒有對特定物料進行設(shè)計，因此與國外發(fā)達國家具有針對性的清洗設(shè)備相比其清洗之后的成果較差，甚至?xí)霈F(xiàn)物料損傷的情況，除了清洗效果差之外，國內(nèi)設(shè)備往往都難以做到全自動化，有些設(shè)備甚至需要有人在機器旁一直進行輔助才能正常運作，不光浪費了大量的人力物力，還因為人工的存在，產(chǎn)品的安全衛(wèi)生也收到了影響。綜上所述，我國食品清洗技術(shù)研究起步比較晚，雖然取得了一定的成績，但仍存在食品清洗設(shè)備品種短缺、規(guī)格型號少等情況。目前，國內(nèi)清洗設(shè)備不太適合鮮花類，鮮花類原料在使用這些設(shè)備進行清洗過程中受損傷情況比較嚴重，且鮮花類原料在使用這些設(shè)備清洗完成后雜亂無序，后續(xù)包裝整理比較麻煩，而本論文所設(shè)計的鮮花連續(xù)清洗機可以很好的解決鮮花類原料清洗后不便于后續(xù)包裝處理、鮮花類原料在清洗中易受損等問題。1.3研究內(nèi)容針對國內(nèi)對鮮花進行加工的工廠對鮮花清洗的需求，設(shè)計并確定一種新型鮮花清洗設(shè)備，能做到鮮花在清洗的過程中花瓣不易破損，并且在清洗結(jié)束時鮮花花瓣可以集中在一起，方便包裝整理，為之后的加工工序提供便捷。具體研究內(nèi)容如下:（1）分析國內(nèi)此類清洗設(shè)備的工作原理、工藝方法和結(jié)構(gòu)組成，研究并確定鮮花清洗機所采用的清洗方法、工作方式、輸送形式和傳動方式[11];（2）對鮮花清洗機總體結(jié)構(gòu)布置進行設(shè)計，包括清洗槽、水循環(huán)過濾裝置、料筐升降裝置等組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水泵、直線導(dǎo)軌等關(guān)鍵部件參數(shù)算與選型。1.4技術(shù)路線本研究所采用的技術(shù)路線如圖1-2所示圖1-2技術(shù)路線圖2總體方案設(shè)計2.1清洗設(shè)計要求本論文設(shè)計的鮮花清洗機可以被應(yīng)用于清潔各種鮮花類物料，能做到鮮花在清洗的過程中花瓣不易破損，并且在清洗結(jié)束時鮮花花瓣可以集中在一起，方便包裝整理，為之后的加工工序提供便捷。由此對鮮花清洗機提出以下設(shè)計要求[10]：（1）鮮花在清洗完成后要保障清洗質(zhì)量，其清洗后的鮮花表面無泥沙、昆蟲等；（2）鮮花在清洗過程中要保障完整性，在清洗之后鮮花花瓣較為集中，易于包裝整理；（3）超聲波功率可調(diào)，可調(diào)范圍為400W-800W；（4）控制系統(tǒng)分為手動和自動兩種模式，人機交互界面操作；（5）可以實現(xiàn)水資源循環(huán)使用，節(jié)能環(huán)保。2.2清洗方法的選擇滾筒式、毛刷式、噴淋式、氣泡式、水流式和超聲波式等是目前國內(nèi)常用的食品清洗設(shè)備所使用的清洗方法[9]。上述6種清洗方式的特點及適用范圍如圖2-1所示。圖2-1各清洗方法的特點及適用范圍其中超聲波式清洗作用力柔和，不會使待清洗物料破損，而且可以加快清洗槽中水的循環(huán)過程[12]。所以本論文的清洗方式選擇在超聲波式清洗的基礎(chǔ)上結(jié)合水流式清洗的清洗方法。2.3工作方式的選擇槽式清洗法和筐式清洗法是國內(nèi)外食品清洗設(shè)備常見的清洗工作方式。兩者的原理圖由圖2-2和圖2-3所示。其中槽式清洗法在清洗時，物料直接被放在清洗槽內(nèi)，物料在清洗槽中受到清洗設(shè)備所產(chǎn)生清洗作用力以達到清洗干凈的目的。但是這種清洗方式對于鮮花類物料來說容易導(dǎo)致鮮花花瓣的破損，且清洗完成后，花瓣會散布在清洗槽的各個位置，對后續(xù)的整理工作造成很大麻煩。另一個筐式清洗法在清洗時，物料會先被放在一個用于裝待清洗物料的筐內(nèi)，在清洗過程中，物料會隨著筐被放置在清洗設(shè)備的清洗槽中，通過清洗設(shè)備所提供的作用力來實現(xiàn)物料的清洗，物料在清洗完成后依舊在最開始裝物料的筐內(nèi)，為后續(xù)的整理工作提供了便利。圖2-2槽式清洗原理圖圖2-3筐式清洗原理圖1.清洗槽2.水位線3.物料1.清洗槽2.料框3.水位線4.物料綜上所述，筐式清洗方式不會導(dǎo)致鮮花花瓣的破損，并且在清洗完成后花瓣依舊擺放較為整齊，為后續(xù)的工作提供了方便，所以本論文采用筐式清洗方式。2.4輸送形式的選擇傳送帶式輸送和升降式輸送是國內(nèi)外食品清洗設(shè)備常見的物料輸送形式[1]。兩者的原理圖如圖2-3和2-4所示。圖2-4傳送帶式輸送原理圖圖2-5升降式輸送原理圖.1.清洗槽2.下輸送帶3.料筐4.上輸送帶5.水位線1.氣缸2.清洗槽3.料筐4.支桿5.水位線因為本論文設(shè)計的鮮花清洗機所采用的工作方式為筐式清洗法，所以為了便于料框在垂直方向上的運輸，輸送形式選用升降式輸送，在清洗時鮮花花瓣會隨著料框下降到清洗設(shè)備的清洗槽中，在一段時間后清洗工作完成，鮮花會再隨著料框上升至起始位置。2.5傳動方式的選擇氣壓傳動、電氣傳動和機械傳動等是國內(nèi)比較常用的設(shè)備傳動方法。其中機械傳動要求安裝時要非常精準，一旦安裝精度差不光設(shè)備會嚴重磨損，還會出現(xiàn)噪音大的情況；電氣傳動雖然可以適用于本論文的鮮花清洗設(shè)備但是電氣傳動設(shè)備價格較為昂貴；氣動傳動與其他相比首先設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為簡易，所以在之后的維修方面會更為容易，除此之外氣動傳動在使用過程中不會對食品物料造成污染，但是氣動傳動的運行精度與其他兩種傳動方式相比較差[8]。本設(shè)計鮮花清洗機料筐在綜合多方面考慮后決定采用氣壓傳動作為物料筐提升裝置的傳動方式。3結(jié)構(gòu)設(shè)計在研究國內(nèi)外鮮花清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，基于所采用的清洗工藝方法和路線,確定本設(shè)計鮮花清洗機主要由清洗槽、水循環(huán)過濾裝置、料筐升降裝置等部分組成。3.1清洗槽設(shè)計3.1.1水流式清洗機如圖3-1所示，水流式清洗機的主要組成包括清洗槽、水泵、出水口等。首先水由水泵輸送到管道，之后水通過管道從安裝在清洗槽上噴頭射到待清洗物料上，物料受到水流的沖擊，物料表面的雜質(zhì)會被沖離物料表面，除了利用沖擊力外，水流式清洗機還通過利用物料與水之間的作用力和物料之間的作用力來達到清洗干凈的目的。水流式清洗機在清洗過程中對待清洗物料的作用力比較小，所以本論文所設(shè)計的鮮花清洗設(shè)備可以采用這種清洗方式。圖3-1水流式清洗機結(jié)構(gòu)簡圖1.下射水口2.出水口3.清洗槽4.上射水口5.水泵3.1.2超聲波式清洗機如圖3-2所示，超聲波式清洗機的主要組成包括超聲波發(fā)生器、清洗槽等。超聲波在液體中傳播會出現(xiàn)空化現(xiàn)象。超聲波發(fā)生空化作用時液體中的點會發(fā)生周期性的緊縮、脹大。當液體中的點脹大時，會出現(xiàn)負壓，液體中所含的氣體會析出，導(dǎo)致脹大的點形成空化核?？栈嗽谛纬珊髸诙虝r間內(nèi)繼續(xù)脹大，之后因為受到壓力的作用，空化核會在短時間內(nèi)完成收縮，直至破裂，空化核的破裂會對液體中物料施加沖擊，待清洗物料表面的雜質(zhì)會因為受到?jīng)_擊而脫離，物料表面由此變的清潔。超聲波的空化作用不光可以使待清洗物料表面的雜質(zhì)脫離，還有殺菌的作用，所以選用超聲波清洗為本論文的清洗方式不光可以達到清洗的目的，還可以降低致病菌等有害人體健康的病菌在食品中的殘留。圖3-2超聲波式清洗機結(jié)構(gòu)簡圖1.控制系統(tǒng)2.超聲波發(fā)生器3.超聲波換能器4.排水口5.進水口結(jié)合上述兩種清洗機的結(jié)構(gòu)簡圖，設(shè)計的清洗槽如圖3-3所示，清洗槽是鮮花清洗機用于安裝管路、閥等零部件的重要基體。通過查閱相關(guān)清洗機的清洗槽尺寸和本設(shè)計鮮花清洗機的裝載物料料框尺寸，設(shè)計本論文鮮花清洗機的清洗池為1200mm×650mm×750mm，循環(huán)水池為500mm×650mm×750mm。在確定尺寸后為了使該鮮花清洗設(shè)備的排水效果更佳，設(shè)計兩個槽底部有2°傾角。在清洗槽的內(nèi)表面裝有液體感應(yīng)裝置來實時測量清洗槽內(nèi)水的高度和溫度，當水的高度和溫度低于設(shè)定的固定值時會發(fā)出警報來提醒進行補水和維修操作。圖3-3清洗槽結(jié)構(gòu)示意圖3.2水循環(huán)過濾裝置設(shè)計為了方便去除清洗槽中鮮花物料表面上脫離的泥沙等雜質(zhì)設(shè)計了水循環(huán)過濾裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。通過水循環(huán)過濾裝置，在攔截泥沙等雜質(zhì)的同時，循環(huán)水池中的水還可以通過水泵來進行加壓并輸送到管道，經(jīng)過安裝的兩個閥后，由噴頭噴出，一方面利用水流對待清洗的鮮花物料進行了沖洗，另一方面使循環(huán)水池中的水流到了清洗池，促進了水的循環(huán)利用。圖3-4水循環(huán)過濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖1.水泵2.止回閥3.流量調(diào)節(jié)閥4.主流管路5.上分流管路6.噴水口7.下分流管路8.堵頭3.2.1水循環(huán)過程本論文所設(shè)計的鮮花清洗設(shè)備清洗槽中的水的流動過程如圖3-5所示。圖3-5水循環(huán)過程示意圖1.清洗池2.循環(huán)水池3.過濾網(wǎng)袋4.彎頭5.循環(huán)水泵6.主流管7.噴頭3.2.2水泵選型計算本論文設(shè)計的鮮花清洗設(shè)備主要靠水泵來提供清洗槽中的水從循環(huán)池運輸?shù)角逑闯氐膭恿?，根?jù)國家標準規(guī)定，水泵要能滿足設(shè)備最大運行流量情況下的揚程，而且泵所擁有的揚程還應(yīng)該要比正常所需的量要高出10%-20%[20]。本論文所設(shè)計的鮮花清洗設(shè)備選取上下分流管路直徑38mm；噴水口水流速度2m/s；管路內(nèi)壁的絕對粗糙度0.01mm；管路總長度2.0m；管路直徑50mm；水的粘滯系數(shù)8.97×10-7m2/s；90°圓形彎頭、圓形三通、變徑圓管局部損失系數(shù)0.41、0.23、0.17；調(diào)節(jié)閥選擇蝶閥其局部損失系數(shù)0.24。計算所設(shè)計的物理量的表示及單位如表3-1所示表3-1計算所設(shè)計物理量的表示及單位物理量名稱水泵流量分流管路數(shù)量分流管路內(nèi)水流流速泵進、出口截面處液體的壓強泵進、出口截面處液體的平均速度泵進、出口截面中心到基準面的距離管路系統(tǒng)總阻力損失沿程壓力損失局部壓力損失表示方式Qnvp1，p2v1，v2Z1，Z2∑HfHfHm單位m3/h個m/sPam/smmmm物理量名稱沿程阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)管路總長度管路直徑管路內(nèi)壁的絕對粗糙度雷諾數(shù)當量直徑流體流速流體粘度系數(shù)表示方式λξldKRedevμ單位mmmmmm/sQ=nπdQ=nπdH=pHf1λ=-2log(Rev2ReHfξ=ξ1+Hm=ξvHf=HH=0.4×105綜上所述，本論文鮮花清洗設(shè)備確定選取MS330/1.5離心泵作為水循環(huán)裝置的動力源，它是由南方泵業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，其具體型號和參數(shù)如表3-4所示。圖3-14MS330/1.5型輕型不銹鋼臥式單級離心泵具體參數(shù)3.3料框升降裝置設(shè)計本論文所設(shè)計的鮮花清洗設(shè)備中料筐的升降主要通過料筐升降裝置來實現(xiàn)，其主要結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。當裝載待清洗鮮花花瓣的料筐被放置在托架上后，該料筐升降裝置可以開始工作，首先壓緊板在上方壓緊裝置的作用下，向下運動直到將裝載待清洗鮮花的料筐上表面蓋住但是又不會壓緊，一方面防止鮮花花瓣在清洗過程中隨著水流流出料筐，使得鮮花在清洗結(jié)束后依舊如清洗前一樣擺放整齊，為后面的流程提供方便，另一方面，防止在清洗時鮮花物料之間間隔太少影響清洗的效果。之后，料筐隨著托架沿著導(dǎo)軌垂直向下運動，使得料筐被沉浸在清洗槽的水位之下，在一段時間清洗完成后，料筐再隨著托架沿著導(dǎo)軌垂直向上運動，直到上升到初始位置。圖3-6料筐升降裝置結(jié)構(gòu)圖1.氣缸2.固定導(dǎo)軌架3.支撐裝置4.導(dǎo)軌5.壓緊裝置6.壓緊蓋7.料筐8.托架4結(jié)論與展望4.1結(jié)論針對鮮花類物