全自动超声波洗碗机结构优化设计

全自动超声波洗碗机结构优化设计
摘要：当今，随着我国经济的加快发展，餐具清洗是餐饮店必不可少的一道
工序。

目前，大多数餐饮店采用人工完成餐具清洗工作，不仅费时费力，而且增
加了企业的劳动成本。

所以，设计一款可以替代人工清洗餐具的商用洗碗机，可
以更好地解放工人双手，降低企业的用工成本。

但是，目前市场上常见的洗碗机
存在体积大、性能差等缺点。

为进一步加快我国家餐饮业的发展，以洗碗机为对
象进行深入研究，在前人的基础上进行优化改造，设计了一款可以替代人工自动
完成餐具清洗功能的双层超声波洗碗机，进一步解放了人们的双手，降低了餐饮
行业的用工成本，加快了我国餐饮业的发展，也为家用洗碗机的研发提供了相关
参考。

关键词：全自动;超声波洗碗机;结构优化设计
引言
洗碗机做为家用厨房电器，与用户的日常生活息息相关。

《2020洗碗机市场
发展白皮书》指出目前洗碗机用户痛点主要体现为“洗净能力不足”“无法真正
消毒”“成本高且不能替代消毒柜具有消毒功能”。

因此同时具备消毒和除菌功
能的洗碗机已经成为当前的主要发展趋势，如何选择合适的消毒除菌方式也成为
洗碗机的主要课题之一。

通过近几年的技术发展，洗碗机产品在除菌技术已经积
累了充足的经验，达成99.9%以上除菌率已经成为技术入门门槛和行业共识；但
对于更高层次的“消毒”技术，受限于洗碗机自身的特点和结构，业内仍迟迟未
能攻克，无法真正进行应用实施。

为此，本文的技术团队结合洗碗机具体结构进
行认真研究，对实现“洗消一体”功能的要素进行分析，并从“消毒”和“洗涤”的技术原理入手。

提出了一种“洗消一体”技术方案，以便消费者更好更便捷的
选用洗碗机，提升厨房空间利用率。

为消费者带来更好地体验。

1电机及其控制方式设计
洗碗机的动力源来自驱动电机，通过控制电机正反转实现网带的循环传送功能。

目前，电机的种类及其控制方式比较多。

在众多的电机类型中，伺服电机使
用范围最广泛，所以设计选用伺服电机。

对于伺服电机来说，它具有位置、转矩、速度3种控制策略。

通过比较并结合设计要求，最终选用位置控制方式，可以较
好地保证控制精度，提高网带运行的稳定性。

2双泵复合排水系统
容积式泵的特点是高压小流量，具有良好的自吸能力，即可输送气液两相流，并且可在较高压力下运行。

进一步分析，以齿轮泵为例，一方面不需要灌泵，残
留水可以全部排净；另一方面，最后阶段齿轮泵会继续吸入空气，由于齿轮泵具
有良好的单向输送特性，所以齿轮泵出口会逐渐形成足够大的气压p0，进而满足
p0>ρgh时，就能推动齿轮泵出水管上升段里面的水柱越过挂高处，最终实现洗
碗机底部以及排水管都无残留水的效果。

进一步地，容积式泵虽然可以实现净排
无残留，但它的流量相比于叶轮泵是很小的，并且容积式泵的排渣能力很弱，这
样如果单用容积式泵进行排水，排水时间将大大延长，还很容易发生堵塞。

所以，我部提出了双泵复合排水系统。

先用原有的排水泵进行大流量的排水，同时带走
绝大部分的渣物，到最后剩下残留水，此时净排泵接入将残留水完全抽尽。

此外，对于排水管上升段的回渗水和洗碗机存储或闲置期间逐渐积攒的水，也可以由净
排泵定期运行进行排走。

3改进泵腔及加热腔的分离设计
在洗碗机洗涤泵中，由于其加热管的集成，致使往往因为空间的各种限制，
无法按照传统泵壳的设计方法进行设计。

因此本文创造性的提出了双级增压技术。

主要由泵壳、加热管、下泵体以及电机部分组成。

集热泵通过叶轮的转动，在泵
腔的中心形成负压，将水从上部份的入口端吸入泵腔，并在叶轮的作用下，在泵
腔的流道里进行减速扩压运动，同时在流经加热管时完成换热过程，直至从出口
排出。

从优化前的结构可以看出，由于集热泵内置了浸没式的加热管，使泵壳部
分在轴向方向上进行了拉长，从而导致泵出口位置上移，最终影响了泵体的水力
效率。

为提高集热泵的水力效率，本文对原有集热泵的内部空间进行了优化。

通
过在叶轮的外部增加一个导流罩，使水流集中从罩子的出口处流出，再进入原有
泵腔进行加热。

为预知优化前后泵腔内部流体运动状态的变化，本文对其进行了
数值仿真。

4“行星喷臂”的运行
在洗涤过程中，受主、副喷臂内部齿轮传动系统的带动与限制下，当主喷臂
旋转至垂直于洗碗机内腔的某一个侧面时，两叉副喷臂将运行至主喷臂相垂直的
位置，三叉副喷臂的其中一个分支则运行到与主喷臂完全重合的位置。

此时，三
个喷臂所组成的喷臂系统整体长度最短，因此，能够保证整套喷臂系统在洗碗机
内腔实现360°顺利旋转，而不会产生运转过程，两叉副喷臂、三叉副喷臂与内
腔腔壁碰撞干涉的情况。

同理，在该齿轮传动系统控制下，当主喷臂旋转至洗碗
机内腔的对角线位置时，两叉副喷臂与三叉副喷臂的一个分支也将同时运转至与
对角线位置重合的位置。

此时，主、副喷臂组成的喷臂系统整体长度最长，两叉
副喷臂和三叉副喷臂的其中一个分支将更加靠近洗碗机内腔对角线所在方向的顶
角处，从而可以更加充分的对摆放在内腔该处位置的餐具进行喷淋洗涤，不会产
生喷淋死角，提升了餐具洗涤效果。

上述在主副喷臂内设置齿轮传动系统的技术
方案，相对常规洗碗机喷臂结构，可以实现洗碗机内腔全区域喷淋覆盖，产品清
洁指数可以得到明显提升。

两组副喷臂在齿轮传动系统的控制下，随之主喷臂做
公转的同时，也在按设计进行定速自转，犹如太空中的行星一般，故可称之为
“行星喷臂”。

结语
自动洗碗机是一种可以替代人工自动完成餐具清洗功能的智能化设备。

目前，我国市场上存在的洗碗机大都为家用类型，商用洗碗机种类较少，不利于我国餐
饮业的发展。

针对这一现状，在传统的洗碗机基础上进行升级改造，设计了一款
适合商用的全自动超声波双层洗碗机。

（1）查阅资料了解洗碗机的结构原理和
最新的研究进展，总结前人的设计经验并提出本次研究的必要性。

（2）在传统
的洗碗机基础上升级改造，提出了全自动超声波洗碗机的整体设计方案，并对其
系统组成及各部分功用进行详细介绍。

（3）针对超声波洗碗机的循环传送网带
机构、循环喷淋机构以及超声波清洗槽机构等核心机构进行详细设计，并介绍其
工作原理。

（4）针对洗碗机的传动部件进行详细设计，一方面对驱动电机的功
率、型号及其控制方式进行合理的选型计算，另一方面针对带传动机构进行合理
设计及计算，使设计更加完善合理。

本次设计是全自动双层超声波洗碗机，功能
丰富，结构紧凑，操作简单，不仅加快了洗碗机的发展，而且全面促进了我国餐
饮行业的高质量发展。

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