洗碗机结构设计.docx

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洗碗机结构设计

摘要

Abstract

第一章绪论1

1.1课题的提出及其研究的意义1

1.2家用洗碗机综述2

1.2.1洗碗机的分类3

1.2.2家用洗碗机的基本结构3

1.2.3家用洗碗机的工作原理7

1.2.4国外洗碗机的发展历程及其代表性产品10

1.2.5国内洗碗机的发展历程及几个洗碗机品牌的特点…13

1.3课题研究的主要工作16

第二章超声波清洗…………………………………………………17

2.1声波…………………………………………………………17

2.2超声波清洗及特点……………………………………………19

第三章结构设计……………………………………………………21

3.1总体方案设计…………………………………………………21

3.2重要部件的设计………………………………………………22

3.2.1超声清洗系统…………………………………………22

3.2.2喷臂冲洗系统…………………………………………24

3.2.3

25

水位系统

3.3结构总成26

第四章总结与展望28

4.1总结28

4.2前景展望29

参考文献30

致谢31

摘要

随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，人们选择家电的标准也由原来的单一追求功能实现而逐步转向以节能、安全、环保为根本目标。

改革开放以来，我国家电产品普及程度已经相当高，然而家用洗碗机却一直是一块存在巨大市场潜力而又未被开发的领域。

这主要是由于传统的洗碗机产品不能适应中餐餐具的洗涤要求，并且洗涤时间长，能耗大。

针对这种问题，提出将超声清洗技术应用于家用洗碗机领域，开发出一款节能环保型家用超声洗碗机。

针对超声清洗和餐具洗涤各自的特点，以及使用要求，对这款洗碗机在整体结构做出了全新的设计。

结构方面，采用不锈钢清洗槽;通过对超声系统、多方位喷淋系统和水位控制系统的设计，使结构更紧凑、易控制，且清洗效果更好;

洗涤工艺方面，通过铝箔腐蚀法，分析超声洗涤槽内的相对空化强度，•给超声清洗参数的选择提供依据，继而通过正交试验优选出超声洗涤参数和洗涤流程，最后选定超声功率300w扫频、清洗时

间9min、室温以及由45C热水冲洗（5min）—超声洗（9min）—60C水冲洗（（5min）的洗涤流程为最佳洗涤流程。

关键词:

超声清洗;喷臂;结构设计

Abstract

Withthedevelopmentofstandardoflivingandquickeningofworkingrhythm,thecriteriontochooseelectricalhouseholdapplianceshasbeenchangedfromonlypursuingfunctionalrealizationprimarilytoregardingenergy-conservation,security,environmentalprotectionasbasicgoal,progressively.Sincethereformandopening-up,thepopularizationofourelectricalhouseholdproductshasalreadyreachedtoquitehighdegree.However,thefieldofhomedishwasherhashadenormousmarketpotentialbutundevelopedfieldallthetime.Itismainlybecausethetraditionaldishwasherproductscan'tmeettheneedsofwashingofChinesetableware,washingtimeislongandenergyconsumptionisgreat.Aimedattheseproblems,ultrasoniccleaningtechnologyisappliedinthefieldofhomedishwasher.Andanultrasonicdishwasherwithenergy-conservationandenvironmentalprotectionwasencouragedtoresearchanddevelop.

Aimedatthecharacteristicsofultrasonicrinseandtablewarecleaningandtheinstructionsforuse,abran-newdesignismadeinoneaspectsofthedishwasher:

thebulkstructure.

Intheaspectofstructure,thecleaningtroughismadeofthestainlesssteel;structureismorecompact,controliseasierandthecleaningeffectisbetterthroughthedesignsofultrasonicsystem,multi-orientationspraysystemandthecontrolsystemofwaterlevel;

Intheaspectofcleaningtechnique,theintensityofrelativecavitationinthecleaningtroughisanalyzedbythemethodofcorrodingaluminumfoil,whichprovidedthebasisforthechoiceofultrasoniccleaningparameter.Thenultrasoniccleaningparameterandcleaningprocedureareconfirmedexcellentlythroughthemethodoforthogonalexperimentaldesign.Thebestparameterisultrasonicpower300w,sweptcleaningtime9min,roomtemperatureandthecleaningprocedureissprinklingwith45°Chotwater（5min.）—rinsewithultrasonic（9min.）—sprinklingwith60Chotwater（5min.）.

KEYWORDS:

Ultrasonicrinse;gushingarm;structuredesign

第一章绪论

1.1课题的提出及其研究的意义随着人们生活品质的提高和工作节奏的加快，选购家用电器为自己减轻家务，享受更多的休闲时间，己经是不争的时尚。

洗碗是一个家庭每天必须做的家务，尤其在中国，人们喜欢饭后马上洗碗，这无疑给家庭带来了更大的负担。

洗碗过程是先用洗洁剂去油污，再用清水冲洗，然后擦干放入消毒柜中消毒。

这个过程简单枯燥，而且对手也有很大的伤害。

因而，洗碗机被称为是继洗衣机之后“对人手第二次解放”，是作为具有“餐后革命，迈向健康新生活”的美誉的新一代时尚家电，能够使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。

目前，国外一些发达国家家用洗碗机的普及率已到达30%~

40%,特别在美、德、法等西方发达国家的普及率高达60%〜70%。

东南亚国家也在以每年20％的增幅发展。

而在我国，自80年代末第一台台式洗碗机问世以来,洗碗机市场便陷入了两难的境地,市场销售远比不上彩电、电冰箱、洗衣机等产品。

造成这种情况的原因有很多。

从客观方面来说,产品自身有许多不足。

首先是现在的洗碗机生产线基本上是从国外引进的,虽在结构性能上做了一定的改进,但还是有不适合我国餐具的情况,洗涤效果也不尽人意。

这是洗碗机不能进入普通百姓家庭的主要原因之一。

其次是洗碗时间长，耗电量大。

洗碗机要经过一清二洗三消毒的工序。

对一台适合3~5口之家的台式洗碗机，选择标准洗涤，完成洗碗、消毒、烘干也要40分钟左右，比手洗时间要长得多。

且洗碗机的功率从600W~2300W不等，如加上其它家用电器一起运作，令一般住宅的电表承受不起，电费也相当可观。

第三是价格高。

国内己有的洗碗机品牌，像小天鹅、美的、海尔、澳柯玛等，最低价格都在1000元以上。

再加上现有的洗碗机都需专用的洗涤剂，不仅价格高，而且对环保也不利。

再则是结构设计、使用材料有缺陷。

台式洗碗机多为塑料内胆，时间一长，内胆不仅有异味，而且变得油腻不易清洗，出现“洗碗机洗碗，人洗洗碗机”的烦恼。

而柜式洗碗机又比台式洗碗机不仅价钱高而且占空间大，居民因住房条件限制，给洗碗机腾出一块空“地”实属不易。

而且洗碗机市场不仅取决于洗碗机本身的价格和功能，与人们的饮食结构、卫生习惯、思想观念等多种因素密切相关，要想叩开中国人的厨房之门还要在实用、适合国情上多动脑筋。

针对以上情况，采用超声波清洗并配合喷臂冲洗，而不用添加任何洗涤剂，来达到洗净的目的，这样既经济又环保。

同时也相信会对洗碗机更为普及地进入中国市场起到一定的促进作用。

1.2家用洗碗机综述

洗碗机又称洗碟机或餐具清洗机，是一种代替人工洗涤碗、碟、杯、盘、勺、筷等餐具的家用电器。

它集洗涤、消毒、烘干和储存于一体。

具有造型美观新颖、使用方便、省时省力、清洁卫生和不需要特殊安装等优点，越来越受到广大消费者的青睐，成为现代家庭的好

帮手。

1.2.1洗碗机的分类

现有的洗碗机种类繁多，款式多样。

按餐具的装取方式的不同分为顶开门式（上掀盖式）和前开门式（推拉式）;按洗涤方式的不同分为叶轮式、喷臂式、超声波式及水流式;按控制方式的不同分为机械控制式和电脑控制式;按洗碗机的外形的不同分为柜式和台式:

按自动化程度的高低的不同分为普通型（P）、半自动型（B）和全自动型（Q）三大类型。

1.2.2家用洗碗机的基本结构尽管家用洗碗机种类繁多，但主要还是由机壳、机门、内胆、控制机构、清洗系统、漂洗剂供料装置以及碗篮等部件组成。

图1-1为海尔WQP4-2型洗碗机的基本结构示意图。

（1）机壳机壳多用塑料或薄钢板制成。

塑料机壳多用于顶开门

式洗碗机如海尔WQP3-型、澳柯玛WQP4-3型洗碗机等。

塑料机壳优点是整机重量轻，永不生锈，制作成本低，缺点是机械强度较低，久用易老化，耐热性能差等。

薄钢板机壳多用于前开门式洗碗机，如海尔WQP系列、WQP系列以及WQP1系列、小天鹅WQP-410型和美的WP5A和WP5型洗碗机等。

薄钢板机壳优点是机械强度高，整机牢固，缺点是使用年限长会氧化锈蚀，制作成本较高等。

图1-1WQP4-2型洗碗机结构示意图

1-门锁2-手把3-电源开关4-底脚5-操作板6-电源插头

7-进水口8-洗涤箱9-上喷淋臂10-下喷淋嘴11-密封条

12-过滤网13-门14-排气口15-排水管16-进水管17-碗篮

（2）机门机门为双层结构，采用冷轧薄钢板冲压而成，表面喷涂白色环氧树脂，不会生锈。

对于上开式洗碗机机门设置在机壳上方而前开式机门则设置在机壳的正前方。

机门柜边一般装有门控开关，关门接通电源，开门切断电源。

有的洗碗机的机门还设置透明观察窗,便于随时观察机内洗涤情况。

（3）内胆也就是清洗槽，它有不锈钢和塑料两种。

对于不锈钢内胆，其优点是耐用，耐高温，不老化，不枯油，易清洁等，但用久了之后会腐蚀。

塑料内胆的特点与塑料机壳类同，且用久之后有异味

（4）控制结构控制结构包括程控器和选择开关。

1程控器洗碗机采用的程控器有机械式（电动式）和电脑式两种。

它是全自动洗碗机控制系统的核心。

对于机械式程控器，用计时同步电机作动力，通过多组齿轮减速带动多个特定功能的记忆凸轮转动。

由于组合开关的杠杆压住凸轮外缘，凸轮转动时使组合开关的触点按设定程序接通或断开电源，从而使进水电磁阀、水位开关、清洗泵电机、排水泵电机和加热器等做出相应动作，自动完成进水T洗涤T漂洗T消毒T排水T余热烘干等程序，洗涤完后自动关机。

而电脑式程控器则一般采用8031芯片处理器作为基本硬件，外加控制电路像电源电路、输出控制电路、开关控制电路、进水和排水电路以及蜂鸣器电路等，再编制相应的软件来实现洗涤的过程。

在接通水源、电源，挂好排水管，放置好所要洗涤的餐具，设置洗涤程序后，洗碗机在微电脑程控器的控制下，自动完成整个清洗程序。

当最后一次排水终了，蜂鸣器蜂鸣，自动断电、断水，洗碗机洗碗结束。

2选择开关选择开关通常有电源开关，对于采用电脑式程控器的洗碗机有洗涤程序的选择开关，一般有标准洗、冲洗、强洗等。

对于采用机械式程控器的洗碗机有温度选择开关。

用户可根据不同的脏污程度选择不同的洗涤程序或温度。

（5）清洗系统清洗系统包括清洗装置和进、排水装置，由清洗泵电机、旋转喷臂、加热器、水位开关、电机过滤器、储水槽、臭氧发生器、进水电磁阀、排水泵电机、排水电磁阀、进水管、排水管等组成。

①进水阀它是由主阀体、线圈、阀芯、膜片、弹簧和先导阀腔

等部件组成。

其工作原理是在进水电磁阀的线圈不通电时，铁心受弹簧力和自身重力作用下压，其端部的橡胶膜压住橡皮膜中心的导流孔。

此时，自来水进入到橡皮膜的上方，膜片受水压而把出水口堵住。

当进水电磁阀的线圈通电时，电磁力克服弹簧弹力和铁心重力将铁心向上提升，从而膜片中心的导流孔敞开。

自来水在自身的压力作用下，通过导流孔进入洗碗机内。

②水位开关洗碗机一般有高、低和保护三个水位。

低水位开关的常闭触点与进水阀相接，而常开触点与洗涤电动机和加热器相接，当注水达到所设定的水位时，常闭触点断开，常开触点闭合，注水结束，加热洗涤开始。

高水位的作用是，当水位超过所设定的水位（洗碗机的最高水位）时，高水位开关的常开触点闭合，接通排水泵，把过量的水排出;当水位恢复到规定水位时，常开触点复位，停止排水。

洗碗机的水位开关一般有压力式、浮力式和液位传感器式三种类型。

WQP4-2只有一个水位开关，当水位到时，停止进水，它为浮力式的。

3排水它由罩极式电动机、叶轮、风叶和密封部件等组成。

4排水电磁阀台式洗碗机一般采用电磁阀进行排水。

排水电磁阀不通电时，堵头受弹簧力作用而堵住出水口，不排水;电磁阀通电时，电磁力克服弹簧力作用并通过拉杆将堵头提起，打开出水口，排水。

5喷臂喷水装置它主要由空心转轴和喷臂等部件组成。

喷臂采用高强度ABS工程塑料注塑成腔体，其工作面设有不规则和不同方向的喷水口，清洗泵将热水压入喷臂腔体内，再经喷水口喷出。

喷臂由

于受水的反作用力而转动，从三维方向射出水柱对餐具进行清洗。

6加热器加热器为不锈钢方环状电热管，它安装在机座上面，其作用是对水进行快速加热和利用余热烘干餐具。

（6）漂洗剂供料装置漂洗剂供料装量由漂洗分配器和旋盖组成，安装在内胆壁上。

使用前将漂洗剂注入漂洗分配器内，旋好旋盖，根据水质的硬度调好供应量档次，在洗涤过程中，能定时定量自动释放漂洗剂。

一次添加可多次使用。

漂洗剂的作用是提高餐具光亮度。

此外，在机门内设置凹坑供投放洗涤剂之用，使用时根据餐具多少和脏污程度而加入适量洗涤剂，洗涤时能自动溶解水中。

洗涤剂的作用既起到分解污垢的作用又能达到强化灭菌效果。

（海尔WQP4-2型无）

（7）碗篮采用细钢丝制成，表面涂覆高强度无毒尼龙涂层，提高抗氧化和防腐蚀的能力，其底部两侧装有滚轮，嵌入内胆导轨，可以方便推入和拉出碗篮。

1.2.3家用洗碗机的工作原理其工作原理是通过控制保护系统及电路的切换实现各系统的功能的。

首先是自动进水，到一定水位停止进水，洗涤泵电机对水加压，加热器对水加热，电机驱动洗涤泵使水在一定压力下从上下喷臂的喷水孔喷出，由于喷臂受到喷水的反作用力而不断地沿轴心均匀地反方向转动，喷臂不断将带有洗涤剂或漂洗剂的热水以一定的压力由上向下从三维方向均匀密集地喷射到餐具表面，进行强力冲洗;同时热水对食物残渣进行浸泡膨化，洗涤剂对污垢与残油污乳化分解并杀菌消毒。

然后，污水经排水泵排出，最后利用高温余热完成餐具的烘

F面具体讲述电脑程控全自动洗碗机的工作原理。

图1-2（a）.

1-2（b）为洗涤液循环图

图1-2（a）清洗液循环图（无软水装置）

1-过滤芯2-进水电磁问3-储水槽6-过滤芯7-洗涤泵

8-电机9-下喷臂10-上喷臂11-排水泵12-电机

洗涤液循环示意图如图1-2（a）所示。

选择好洗涤程序后，程控器进水电磁阀2接通，具有一定压力（0.03〜0.6Mpa）的自来水通过管接头处的过滤芯1流入储水槽3。

当储水槽中的水到达一定量时，压力开关控制电磁阀2关闭，停止进水。

在进水过程中，程控器又控制洗涤泵7、电机8动作，获得压能的洗涤液分别从上下喷臂的喷嘴中喷出，由于喷射水流的反力矩作用，使上下喷臂在喷水洗涤时不断绕同心枢轴旋转。

其中，两个喷臂的旋转方向相反。

不断改变方向的喷射水流对碗碟表面进行全方位冲刷，洗涤完毕后，排水泵11、电机12

动作，将洗涤液排出机外。

漂洗过程与洗涤过程相同，只是周期有所不同

对于有软水装置的洗碗机，其洗涤液循环图如1-2（b）所示

图1-2（b）清洗液循环图（有软水装置）

1-过滤芯2-进水电磁阀3-呼吸器3.1-定量水箱4-软水装置

4.1-盐化池4.2-离子交换器5-电磁阀6-过滤芯7-洗涤泵

8-电机9-下喷臂10-上喷臂11-排水泵12-电机

当程控器电磁阀2接通后，具有一定压力的自来水通过过滤芯1

流入呼吸器3。

在呼吸器中，一路水流入定量水箱3.1，另一路流过

呼吸器至离子交换器4.2;在离子交换器中，原水中的钙镁离子被置换出。

所以流入储水槽13的水则为软化水，当储水槽中的水达到一定量时，压力开关控制电磁阀2关闭，停止进水。

其后过程与1-2（a）相同。

此外，此系统在洗涤开始时，程控器控制洗涤剂供料装置动作并打开洗涤剂盒，洗涤剂自动进入机内与水混合。

在最后一次漂洗完成后，程控器控制电磁阀5接通，呼吸器水箱3.1中的定量水在重力作用下流入盐化池4.1，与此时同时，4.1中的盐溶液伽aCl）流入离子交换器4.2，以便使其中的离子交换树脂再生，为下一次的洗涤做准备，而残液则由排水泵排出。

1.2.4国外洗碗机的发展历程及其代表性产品洗碗机诞生于欧美，起源于1850年的美国，英文名词为

“Dishwasher"，但作为正式家电产品应用于家庭是在1929年德国Miele公司制造出欧洲第一台电动家用洗碗机。

但其外形简单、功能单一，并且噪声大，洗涤性能也不如意，所以在此后相当一段时期里，洗碗机产品并没有形成家用市场。

1954年，美国GE公司生产了第一台自动台式洗碗机，不仅洗涤性能有了提高，整机体积外形也有了改观。

1978年Miele公司又制造出世界上第一台微电脑控制型洗碗机，它的家用性能得到了更好的体现，于是越来越多的洗碗机开始进入了西方家庭。

在亚洲，最早从事洗碗机工业研究并开发的是日本。

从八十年代起，工业设计研究活动在日本己相当广泛，不少公司的设计中心从事产品设计、创造新概念，在厨房家电的开发上也及时地把欧美先进的洗碗机制造技术运用在本土，但在工业设计上却并没有照搬欧美的外观造型，而是考虑本民族的习俗重新设计。

到了九十年代的中后期，己发展成具有自己独特风格的日式家用洗碗机—微电脑全自动台式洗碗机。

目前，美国为世界上洗碗机普及率最高的国家，同时也是洗碗机的生产大国，其产量占世界首位，近年来一直保持在300万台以上。

主要生产公司有GE、Whirlpool、DesignandManufacturing、WCI和Maytag等。

目前流行的有Maytag公司和GE公司生产的模糊控制

洗碗机。

这种洗碗机采用了模糊控制逻辑技术和精密传感装置，因而具有两大特点:

智能化和节电节水。

智能化被称为“灵巧一按”，不需要人们作任何洗碗过程和水温选择，而全靠洗碗机自行判断和决策，而且节电节水效益也很明显。

平均每次耗水6.5加仑。

而美国其它洗碗机平均为9加仑。

耗电年平均为44美元，比现在的DOE标准节约21％。

号称世界家电王国的日本，在1960年松下电器公司开发出日本第一台洗碗机后，一直处于停滞不前状态，经过几十年对洗碗机的改进，更新后，日本洗碗机市场逐渐成形，还研制了洗碗机专用的洗净剂。

目前主要生产洗碗机的公司有松下、三菱、日立、三洋、夏普和TOTO等。

其发展方向是小型、高性能、缩短洗净时间和降低运转噪声等。

下面对日本市场上的几种较新的产品作一简单介绍。

松下公司的NP-33S2型洗碗机，此洗碗机是在以往产品采用的左右二排成对喷嘴的基础上增加了对机内中央部位进行集中清洗的星形喷嘴，它可以一边旋转一边清洗，从而提高了洗净度。

且采用了温度传感器，可把在配管内存留的温度低的水排出，而利用温度高的水。

还首创在排气口内安装了静音装置，实现了低噪声化，对于排气通路，采用迷宫状曲线形状，把机内洗涤噪声通过多个减震壁加以反射衰减。

此外餐具筐架改用全面透明的尼龙涂层的不锈钢材料。

三洋电机公司的DW-S20（型。

此洗碗机的外壳、内胆、餐具筐架三个部件均采用不锈钢材料。

在水流的通路上安装了超声波发生器。

采用超声波喷射水流，大大加强了洗涤性能。

且其机型较小，门为上下开的结构，即上下可同时打开。

其洗涤程序除“标准程序”、“快速程序”、“高温程序”外，还有专为预洗用的“预洗程序”，为精细干燥用的“干燥60分程序”，以及单独进行干燥的“干燥程序”等等。

TOTO公司EDU30（型。

此机型薄小，却有40件、6人份的大容量，且设有上下两个可以单独工作的餐具筐架。

采用了18个喷嘴的冲击洗和类似手洗水流的“浸泡”、“水流冲洗”、“用冲击水流冲掉粘附在餐具上的污物”三阶段洗。

东芝公司DWS-32/型。

该产品的特点是洗净和排水用泵一体化。

在欧洲，洗碗机普及率为20%〜60%。

其中德国的洗碗机生产量和销售量为欧洲最高。

而普及率最高的是在瑞士，19%年就已经达

到了51%。

现德国有像Bosch、Bauknecht、Miele、AEG、BrownBoeri、Blomberg和Siemens等20家洗碗机生产厂。

意大利有像Candy、Zanussi、Delonghd和Merloni等21家。

法国有Thomson和Moulinex等公司。

英国有Denwoodsme和Russell等。

西班牙有Fagor、BRSIkellsa和Painsa等。

瑞典有Electrolux等。

像德国Siemen