超聲波洗碗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含高清CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目： 超聲波洗碗機(jī)的設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目 超聲波洗碗機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專(zhuān) 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名： 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
研究洗碗機(jī)洗滌效果最好的超聲波頻率和強(qiáng)度，研究傳播的介質(zhì)及相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)相關(guān)的加溫、噴水、進(jìn)排水等裝置結(jié)構(gòu)，完成超聲波洗碗機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造和各個(gè)裝置的安放位置，選用合理PLC。
基本要求如下
1．繪制洗碗機(jī)裝配圖 1張
2．繪制洗碗機(jī)內(nèi)部構(gòu)造部分零件圖 1套
3．編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份
4．專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)翻譯 1份
二、 重點(diǎn)研究的問(wèn)題
（1）超聲波洗碗機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
（2）洗碗機(jī)超聲波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)）及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
起止時(shí)間
1
收集資料
第1-2周
2
工藝分析，方案確定，繪制方案圖
第3周
3
洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制總裝圖
第4-8周
4
繪制零件圖
第9-10周
5
撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第11周
6
修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第12周
7
外文翻譯
第13周
8
畢業(yè)答辯
第14周
四、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅱ) [J] .化學(xué)清洗, 1998, (5): 41-44.
[ 2 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅲ) [J] . 化學(xué)清洗, 1998, (6): 44-46.
[ 3 ] 任建新， 物理清洗 [ M ] .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.
[ 4 ] 陳勤超， 水流式與氣泡式蔬菜清洗機(jī)清洗效果的比較與研究[D]．武漢 ：華中農(nóng)業(yè)大學(xué) ，2007．
[ 5 ] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版；
[ 6 ] 康光華，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版.
[ 7 ] 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用，華中科技大學(xué)出版社，第二版.
[ 8 ] 艾小洋.中國(guó)工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M].現(xiàn)代制造。2004（2）.
[ 9 ] 周里群，李玉平.超聲波換能器材料的設(shè)計(jì)與研究.湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.
[10] 周德麟.超聲波洗衣機(jī)清洗的機(jī)理和結(jié)構(gòu)的探討.家用電器科技，2002(6):72-76?
[11] 劉晉春、趙家齊、趙萬(wàn)聲．特種加工[M]?．北京：機(jī)械工業(yè)出版社：2001
[12] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：212-224．
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目： 超聲波洗碗機(jī)的設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目 超聲波洗碗機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專(zhuān) 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名： 系主任：
一、主要內(nèi)容及基本要求
研究洗碗機(jī)洗滌效果最好的超聲波頻率和強(qiáng)度，研究傳播的介質(zhì)及相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)相關(guān)的加溫、噴水、進(jìn)排水等裝置結(jié)構(gòu)，完成超聲波洗碗機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造和各個(gè)裝置的安放位置，選用合理PLC。
基本要求如下
1．繪制洗碗機(jī)裝配圖 1張
2．繪制洗碗機(jī)內(nèi)部構(gòu)造部分零件圖 1套
3．編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份
4．專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)翻譯 1份
二、 重點(diǎn)研究的問(wèn)題
（1）超聲波洗碗機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
（2）洗碗機(jī)超聲波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)）及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
起止時(shí)間
1
收集資料
第1-2周
2
工藝分析，方案確定，繪制方案圖
第3周
3
洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制總裝圖
第4-8周
4
繪制零件圖
第9-10周
5
撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第11周
6
修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
第12周
7
外文翻譯
第13周
8
畢業(yè)答辯
第14周
四、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅱ) [J] .化學(xué)清洗, 1998, (5): 41-44.
[ 2 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅲ) [J] . 化學(xué)清洗, 1998, (6): 44-46.
[ 3 ] 任建新， 物理清洗 [ M ] .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.
[ 4 ] 陳勤超， 水流式與氣泡式蔬菜清洗機(jī)清洗效果的比較與研究[D]．武漢 ：華中農(nóng)業(yè)大學(xué) ，2007．
[ 5 ] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版；
[ 6 ] 康光華，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，第五版.
[ 7 ] 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用，華中科技大學(xué)出版社，第二版.
[ 8 ] 艾小洋.中國(guó)工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M].現(xiàn)代制造。2004（2）.
[ 9 ] 周里群，李玉平.超聲波換能器材料的設(shè)計(jì)與研究.湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.
[10] 周德麟.超聲波洗衣機(jī)清洗的機(jī)理和結(jié)構(gòu)的探討.家用電器科技，2002(6):72-76?
[11] 劉晉春、趙家齊、趙萬(wàn)聲．特種加工[M]?．北京：機(jī)械工業(yè)出版社：2001
[12] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：212-224．
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波洗碗機(jī)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
選題符合教學(xué)計(jì)劃要求，具有綜合訓(xùn)練的目的，具有文獻(xiàn)查閱的能力和繪制CAD工程圖的能力，畢業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)方案可行，設(shè)計(jì)思路清晰，研究?jī)?nèi)容具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同意參加答辯
評(píng)閱人：
2014年5月 30日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)
學(xué)號(hào)： 姓名： 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 23 頁(yè) 圖 表 9 張
論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波洗碗機(jī)
內(nèi)容提要：1、總體方案設(shè)計(jì)：本課題采用超聲波清洗系統(tǒng)進(jìn)行主清洗，噴臂系統(tǒng)進(jìn)行
輔助清洗，設(shè)計(jì)有加熱系統(tǒng)，噴臂系統(tǒng)，進(jìn)排水系統(tǒng)，超聲波清洗系統(tǒng)等。
2、研究了解了超聲波清洗原理主要為超聲空化作用。
3、研究了解了影響超聲清洗的因素有聲強(qiáng)、頻率、清洗液。就洗碗機(jī)而言選擇水
為清洗液最環(huán)保節(jié)約，頻率選擇28Khz,水的空化閥一般為1/3W/cm3。
4、設(shè)計(jì)了噴臂系統(tǒng)，參照淋浴噴頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，固定于清洗槽內(nèi)下部，能很好的對(duì)
殘留物進(jìn)行清洗。
5、加熱系統(tǒng)采用電阻絲加熱，上面用不銹鋼輻射板遮蓋，底層有陶瓷隔熱層，安
裝在清洗槽底部，對(duì)水進(jìn)行加熱，以達(dá)到最佳清洗溫度。
6、根據(jù)清洗槽尺寸，選用合理的超聲波發(fā)生器和超聲波換能器，計(jì)算功率密度，
對(duì)于陶瓷器具而言清洗功率密度間于0.3W/cm2---1W/cm2之間。根據(jù)清洗槽尺寸選擇合
理功率的振子跟個(gè)數(shù)，選用配套的超聲波發(fā)生器。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
選題明確，方案合理，分析論證正確，圖紙基本規(guī)范，設(shè)計(jì)期間遵守校紀(jì)校規(guī)，態(tài)度端正，有較強(qiáng)的工作能力，主要設(shè)計(jì)了超聲波洗碗機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理，符合要求。同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)椤爸械取?
指導(dǎo)教師：
2014年5月30日
答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)
答辯小組組長(zhǎng)：
年 月 日
答辯委員會(huì)意見(jiàn)
答辯委員會(huì)主任：
年 月 日
開(kāi)題報(bào)告:
選
題
意
義
洗碗是最讓人厭煩的家務(wù)活, 洗碗機(jī)將是對(duì)人手的再次解放. 然而, 普通洗碗機(jī)必須加入對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的大量洗滌劑才能達(dá)到清洗的效果,并且浪費(fèi)大量水資源，在解放人手的同時(shí)又污染了環(huán)境. 根據(jù)超聲波的空化效應(yīng)研制超聲波家用洗碗機(jī)是不用或少用洗滌劑又能滿足要求的新途徑.我設(shè)計(jì)的超聲波洗碗機(jī)根據(jù)超聲清洗的原理和實(shí)際具體要求,選出一些具體的超聲清洗參數(shù)來(lái)達(dá)到最佳狀態(tài),取得最佳清洗效果.作為健康環(huán)保的新家電,能夠使人們從繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)。
國(guó)
內(nèi)
外
研
究
現(xiàn)
狀
概
述
國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家家用洗碗機(jī)的普及率已到達(dá)30 %～40 % .而在我國(guó),自80年代末第一臺(tái)臺(tái)式洗碗機(jī)問(wèn)世以來(lái),洗碗機(jī)市場(chǎng)便陷入了兩難的境地,市場(chǎng)銷(xiāo)售遠(yuǎn)比不上彩電、洗衣機(jī)等產(chǎn)品.造成這種情況的原因有很多.從客觀方面來(lái)說(shuō),產(chǎn)品自身有許多不足.首先是價(jià)格高.再加上現(xiàn)有洗碗機(jī)洗碗時(shí)都要使用專(zhuān)用的洗滌劑,這無(wú)疑都增加了用戶(hù)的開(kāi)支,并造成污染.其次是洗碗時(shí)間長(zhǎng),耗電量大.對(duì)一臺(tái)適合3～5口之家的臺(tái)式洗碗機(jī),完成洗碗、消毒、烘干也要40分鐘左右,比手洗時(shí)間要長(zhǎng)得多.且洗碗機(jī)的功率從600W～2300W不等,非常耗電。第三是現(xiàn)在的洗碗機(jī)生產(chǎn)線基本上是從國(guó)外引進(jìn)的,市場(chǎng)上出售的洗碗機(jī)都是采用噴淋方式對(duì)餐具進(jìn)行清洗的，對(duì)餐具的形狀、大小和放置有一定的要求。由于中西餐具的差異性，雖在結(jié)構(gòu)性能上做了一定的改進(jìn)但還是有不適合我國(guó)餐具的情況給我國(guó)的筷子、凹度大的碗和盆等餐具的清洗造成了限制。我設(shè)計(jì)的超聲波洗碗機(jī)能很好的解決高耗電和傳統(tǒng)噴臂式洗碗機(jī)對(duì)中餐餐具的清洗不完全的缺點(diǎn)。
主
要
研
究
內(nèi)
容
一、研究洗滌效果最好的超聲波頻率和強(qiáng)度。
二、研究傳播的介質(zhì)及其相關(guān)參數(shù)。
三、設(shè)計(jì)相關(guān)的加溫、噴水、除渣、排水等裝置的結(jié)構(gòu)。
四、完成超聲波洗碗機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造和各個(gè)裝置的安放位置。
五、用C語(yǔ)言在單片機(jī)上編程，并在開(kāi)發(fā)板上仿真。
擬采用
的研究
思 路
（方法、
技術(shù)路
線、可
行性論
證等）
閱讀分析關(guān)于超聲波清洗技術(shù)的研究文獻(xiàn)，確定最合適于家用超聲波洗碗機(jī)的超聲波頻率和聲強(qiáng)?，F(xiàn)已初步確定以水為介質(zhì)。根據(jù)確定的頻率和聲強(qiáng)選定合適的換能器，運(yùn)用模擬電路和數(shù)字電路的相關(guān)知識(shí)，計(jì)算并設(shè)計(jì)出能產(chǎn)生相應(yīng)頻率和聲強(qiáng)的電路，并用相關(guān)軟件（如Proteus）模擬仿真。根據(jù)洗碗機(jī)的主要基本參數(shù)，設(shè)計(jì)出加溫、排渣、進(jìn)排水等輔助裝置，用ProE畫(huà)出各裝置結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)內(nèi)部餐具托架和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，并確定各個(gè)裝置的安放位置，用ProE作圖。設(shè)計(jì)出美觀適宜在家庭擺放的洗碗機(jī)外觀。
研究
工作
安排
及進(jìn)
度
3.17-3.25：研究洗滌效果最好的超聲波頻率和強(qiáng)度等參數(shù)。
3.25-4.30：設(shè)計(jì)相關(guān)的加溫、噴水、除渣、排水等裝置的結(jié)構(gòu)。
5.1-5.25： 了解單片機(jī)的工作原理，并有C語(yǔ)言編程。
5.25—6.8：完成論文，按老師要求調(diào)整修改，等待答辯
參
考
文
獻(xiàn)
目
錄
[ 1 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅱ) [J] .化學(xué)清洗,
1998, (5): 41-44.
[ 2 ] 林仲茂, 方啟平. 超聲波清洗( Ⅲ) [J] . 化學(xué)清洗,
1998, (6): 44-46.
[ 3 ] 任建新. 物理清洗 [ M ] .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.
[ 4 ] 陳勤超．水流式與氣泡式蔬菜清洗機(jī)清洗效果的比較與研究
[D]．武漢 ：華 中農(nóng)業(yè)大學(xué) ，2007．
[ 5 ] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1998；
[ 6 ] 王遠(yuǎn).模擬電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001；
開(kāi) 題 報(bào) 告 會(huì) 議 紀(jì) 要
時(shí) 間
3月22日
地點(diǎn)
主持人
參
會(huì)
教
師
姓 名
職 務(wù)
（職 稱(chēng)）
姓 名
職 務(wù)
（職 稱(chēng)）
候力
教授
蔡鵬
講師
段陽(yáng)
副教授
會(huì)
議
記
錄
摘
要
1、
2、 1、超聲清洗的基本原理是什么？
答：超聲空化作用。液體中的空化核在超聲作用下突然閉合會(huì)產(chǎn)生巨大沖擊，有清洗作用。
2、如何保證清洗高效性？
答：通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最重要的參數(shù)，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最合適的參數(shù)值。
3、 如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化？
答：用單片機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)一體化。
記錄人：張春生
指
導(dǎo)
教
師
意
見(jiàn)
簽名： 年 月 日
備注：1、本開(kāi)題報(bào)告除第3頁(yè)各欄目外，其它欄目均由學(xué)生填寫(xiě)。2、填寫(xiě)各欄目時(shí)可根據(jù)內(nèi)容另加附頁(yè)。3、參加開(kāi)題報(bào)告會(huì)議的教師不少于3人。
目 錄
摘要………………………………………………………………………1
第一章 前言…………………………………………………………3
1.1 背景………………………………………………………3
1.1.1選題的依據(jù)及研究意義………………………………3
1.1.2國(guó)內(nèi)外洗碗機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀……………………………3
1.2? 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的分析………………………………4
1.2.1國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的特點(diǎn)與不足……………………4
第二章 總體方案…………………………………………………6
2.1? 設(shè)計(jì)要求…………………………………………………6
2.2 整體方案設(shè)計(jì)…………………………………………… 6
2.3 本章小結(jié)…………………………………………………7
第三章 超聲波清洗原理…………………………………………8
3.1? 超聲波清洗技術(shù)簡(jiǎn)介……………………………………8
3.2 超聲清洗機(jī)理……………………………………………8
3.2.1 超聲空化作用…………………………………………8
3.3?超聲空化閥 ……………………………………………9
第四章 超聲清洗參數(shù)選定……………………………………… 10
4.1? 影響超聲波清洗效果的因素……………………………10
4.1.1?聲強(qiáng)………………………………………………… 10
4.1.2?頻率………………………………………………… 10
4.1.3?清洗液……………………………………………… 11
4.2? 超聲場(chǎng)的研究………………………………………………11 ?
4.2.1?空化強(qiáng)度的測(cè)量……………………………………11
4.3? 選取參數(shù)………………………………………………… 11?
4.3.1?超聲清洗參數(shù)……………………………………… 11
4.4 本章小結(jié)…………………………………………………11
第五章 超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………… 13
5.1? 整體方案設(shè)計(jì)……………………………………………13
?5.2? 各重要部件設(shè)計(jì)…………………………………………13
5.2.1?清洗槽……………………………………………… 13
5.2.2?進(jìn)排水系統(tǒng)………………………………………… 13
5.2.3?水位感應(yīng)系統(tǒng)……………………………………… 13
5.2.4 噴臂系統(tǒng)…………………………………………… 14
5.2.5?超聲波發(fā)生器………………………………………15
5.2.6?超聲波換能器………………………………………16
5.2.7 加熱系統(tǒng)……………………………………………17
5.3 本章小結(jié)……………………………………………… 18
第六章 控制系統(tǒng)…………………………………………………19
6.1 控制邏輯…………………………………………………19
6.2 處理器選擇………………………………………………19
第七章 總 結(jié)……………………………………………………21
致 謝………………………………………………………… 22
參考文獻(xiàn)………………………………………………………… 23
附錄……………………………………………………………… 24
摘 要
隨著中國(guó)人生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，市場(chǎng)上出現(xiàn)了更多的適合于現(xiàn)代家庭生活的新型家用電器。這些電器都具有高效、節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)。中國(guó)目前的家用電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，出現(xiàn)了海爾、TCL等國(guó)際企業(yè)，在一些方面也達(dá)到了國(guó)際頂尖水平。在家用電器里，彩電和洗衣機(jī)的普及率比較高，然而家用洗碗機(jī)卻一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā)但擁有極大潛力的領(lǐng)域。究其原因，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的洗碗機(jī)僅采用噴臂式?jīng)_洗的清洗結(jié)構(gòu)，不適合中國(guó)深度大的碗、盆等餐具的清洗，導(dǎo)致清洗效果差、效率低，耗能大，所以并不受歡迎。根據(jù)這些問(wèn)題，提出將超聲波的清洗功能利用在這個(gè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)出高效節(jié)能的新型洗碗機(jī)。根據(jù)超聲波清洗的特點(diǎn)和餐具清洗的工藝，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，根據(jù)鋁錫箔腐蝕法所得的結(jié)果，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。控制系統(tǒng)方面，選取合適的PLC，以各個(gè)部分作用的時(shí)間先后為邏輯順序，實(shí)現(xiàn)清洗過(guò)程的自動(dòng)化。?
關(guān)鍵詞：超聲波；洗碗機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PLC
Abstract
?
? With?the?improvement?of?people's?living?standards?and?the?acceleration?of?modern?life?speed,?new?household?electrical?equipment?which?are?more?adaptable?to?the?modern?family?life?are?required?to?meet?customers’?need.?These?appliances?are?more?efficient,?energy-saving?and?environmentally-friendly.?The?household?appliances?industry?in?China?has?being?developing?rapidly.?And?there?appear?some?international?corporations?such?as?Haier,?TCL?etc.?Furthermore,?we?have?reached?in?top?level?in?some?technical?fields.?Among?household?appliances,?the?penetration?rate?of?color?TV?and?washing?machine?are?relatively?higher,?the?household?dishwasher,?however,?is?an?undeveloped?but?great?potential?field.?The?reason?is?because?the?traditional?dishwasher’s?flush?cleaning?system?and?spray?arm?structure?are?not?applicable?to?the?Chinese?tableware?such?as?deep?bowls,?deep?pots?etc.?It?was?generally?regarded?as?“bad?cleaning?effect,?low?efficiency?and?high?energy?consumption”,?so?it?was?not?popular.?Now,?I?try?to?takes?advantage?of?the?cleaning?feature?of?ultrasonic?to?solve?these?problems?by?designing?a?new?efficient?dishwasher.?According?to?the?characteristics?of?ultrasonic?cleaning?and?dishwashing’s?process,?I?have?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?ultrasound?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:?according?to?the?academic?result?of?corrosion?of?the?aluminum?foil?research,?figuring?out?the?distribution?of?ultrasonic?cavitations’?intensity?and?selecting?appropriate?parameters?to?determine?the?optimal?cleaning?process.?Control?system:?selecting?the?appropriate?SCM(Single?Chip?Microcomputer)and?basing?logical?order?on?the?running?order?of?each?part?to?makecleaning?process?automatic.?
Key?words:?ultrasonic;?dishwasher;?structure?design;?SCM（Single?Chip?Microcomputer）
第一章 緒論
1.1 背景
1.1.1選題的依據(jù)及研究意義
洗碗是一項(xiàng)必不可少的家務(wù)活動(dòng)，然而過(guò)多的油漬讓人對(duì)洗碗很是厭煩，洗碗機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)使這項(xiàng)家務(wù)活動(dòng)變得簡(jiǎn)單而有趣。有一點(diǎn)值得注意的是，普通洗碗機(jī)需要加入大量的洗滌劑才能達(dá)到洗滌干凈的要求，浪費(fèi)大量水資源且對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染。
因?yàn)槌暡梢源┩腹腆w物質(zhì)，而且污染很小，因此人們想到使用超聲波來(lái)清洗餐具，于是就出現(xiàn)了現(xiàn)在的超聲波洗碗機(jī)。這種超聲波洗碗機(jī)的原理是：當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)液體介質(zhì)時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體介質(zhì)振動(dòng)，使液體分子產(chǎn)生正負(fù)交變的沖擊波。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液體中急劇生長(zhǎng)微小空化氣泡并瞬時(shí)強(qiáng)烈閉合，產(chǎn)生強(qiáng)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(lái)。雖然每個(gè)空化氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個(gè)空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的潔凈度。
影響超聲清洗效果的因素有很多。除了聲強(qiáng)必須大于空化閥（即使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值）外，還與被清洗物等有關(guān)。超聲清洗對(duì)聲反射強(qiáng)烈的材料，如金屬、玻璃、塑料等其清洗效果好，而對(duì)聲吸收較大的材料，如橡膠、布料等清洗效果較差，碗、盤(pán)、盆、碟等從物理學(xué)角度來(lái)看屬?gòu)椥越橘|(zhì)物體，用超聲清洗其表面再合適不過(guò)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(shí)的空化最活躍，效果也就最好，因而利用超聲波來(lái)洗碗是完全可以的。
超聲波洗碗機(jī)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(dòng)中解脫出來(lái)。
超聲波洗碗機(jī)有以下特點(diǎn)：
1、節(jié)水省電、低噪音。
2、清潔度高、沒(méi)有死角。
3、不需用專(zhuān)用洗滌劑，環(huán)保。
4、洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)。
1.1.2國(guó)內(nèi)外洗碗機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀
“1929年德國(guó)的米勒公司制造出了歐洲第一臺(tái)電動(dòng)家用洗碗機(jī)。1954年美國(guó)GE公司生產(chǎn)了第一臺(tái)電動(dòng)臺(tái)式洗碗機(jī)，在洗滌性能和整機(jī)體積外形上都有所改善。1978年米勒公司又制造出了世界上第一臺(tái)微電腦控制型洗碗機(jī)，使人機(jī)關(guān)系更為密切，洗碗機(jī)的家用性得到了更好的體現(xiàn)。于是越來(lái)越多的洗碗機(jī)進(jìn)入西方家庭。在亞洲最早從事洗碗機(jī)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(dòng)臺(tái)式洗碗機(jī)。所代表的企業(yè)有松下（National）、?三洋（SANY）、?三菱（MITSUB?ISHI）、東芝（TOSHIBA）等。與此同時(shí)，歐美則已經(jīng)把家用洗碗機(jī)發(fā)展成具有統(tǒng)一形象的廚房家電。歐美所代表的企業(yè)有米勒、?西門(mén)子（SIEMENS）、?惠而浦（Whirlpool）等公司?！眹?guó)外很多家庭都擁有家用洗碗機(jī)，并且家用洗碗機(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)，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)。
目前傳統(tǒng)的噴臂式和渦輪式洗碗機(jī)在西方仍然很受歡迎，因?yàn)檫@類(lèi)洗碗機(jī)制造成本低，售價(jià)不高，而且很適用于西方餐具的特點(diǎn)，有很好的清洗效率。歐美一些國(guó)家開(kāi)發(fā)出的新型超聲波洗碗機(jī)有著低能耗、高效率和環(huán)保的特點(diǎn)，在注重節(jié)能環(huán)保生活的發(fā)達(dá)國(guó)家也產(chǎn)生了很大的影響。
我國(guó)于80年代開(kāi)始研制洗碗機(jī)，但是洗碗機(jī)在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有很好的普及。究其原因，首先是因?yàn)楹芏嗥髽I(yè)直接引進(jìn)了國(guó)外的洗碗機(jī)生產(chǎn)線，雖然在結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)但是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和清洗方式仍然不太適合中餐餐具的特性。其次是因?yàn)榍逑葱实?，為了達(dá)到效果，增加洗碗機(jī)的工作時(shí)間，使耗電量太大，不適合普通家庭使用。最后，因?yàn)橄赐霗C(jī)普遍體積較大，在房?jī)r(jià)高昂寸土寸金的中國(guó)很難為其提供安放的場(chǎng)所。我國(guó)目前生產(chǎn)洗碗機(jī)的企業(yè)有海爾、小天鵝、美的等。價(jià)格一般在2000元以上。根據(jù)作者在成都市中心幾家國(guó)美和蘇寧電器的調(diào)研。商場(chǎng)里僅有海爾的一款家用洗碗機(jī)在銷(xiāo)售，其類(lèi)型是傳統(tǒng)的噴臂式洗碗機(jī)，售價(jià)在3000元左右。整體來(lái)說(shuō)，中國(guó)的洗碗機(jī)產(chǎn)業(yè)還處在技術(shù)落后、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)不全的狀態(tài)里。
1.2??國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的分析
1.2.1 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上洗碗機(jī)的特點(diǎn)與不足?
以海爾洗碗機(jī)為代表分析。市場(chǎng)上相對(duì)比較受歡迎的海爾4和6系列。?
4系列???包括WQP4—2、WQP4—3和WQP4—2000A三個(gè)型號(hào)。采用了上下雙噴淋器使餐具上下部分同時(shí)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(gè)過(guò)程只有6分鐘。切其過(guò)濾網(wǎng)外置于洗碗機(jī)前方，方便消費(fèi)者整理清潔。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的衛(wèi)生條件。在運(yùn)行有故障或門(mén)沒(méi)有關(guān)好的時(shí)候發(fā)出蜂鳴聲。此外，還提供開(kāi)門(mén)保護(hù)功能。?
6系列洗碗機(jī)???包括WQP6—2、WQP6—2B、WQP6—3型。都采用了800MM高度的設(shè)計(jì)。內(nèi)膽為正方體，能讓噴射覆蓋的面積比例達(dá)到最大。設(shè)有上下兩個(gè)餐具架，可以分別進(jìn)行清洗，節(jié)約水電。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。利用新型磁化技術(shù)，能防垢、除垢。設(shè)有溢水保護(hù)系統(tǒng)，可靠安全。臭氧消毒，健康環(huán)保。?總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)已經(jīng)基本能保證清洗效果，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和安全化。???????
國(guó)內(nèi)的洗碗機(jī)生產(chǎn)線大多從國(guó)外進(jìn)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(guó)餐具的特點(diǎn)。洗滌效果并不如想象中好。這是國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)不能占領(lǐng)市場(chǎng)的主要原因。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(zhuān)用的洗滌劑，不僅價(jià)格高，而且不環(huán)保。最后是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料有缺陷。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。要想在中國(guó)普及洗碗機(jī)，開(kāi)拓市場(chǎng)。必須要結(jié)合中國(guó)人的飲食結(jié)構(gòu)、衛(wèi)生習(xí)慣和生活觀念等各種因素。開(kāi)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(jī)。
第二章?總體方案?
2.1??設(shè)計(jì)要求?
設(shè)計(jì)的新型超聲波洗碗機(jī)必須滿足以下幾點(diǎn)要求：
?（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，洗碗機(jī)能正常工作?
（2）清洗后，98％的餐具能達(dá)到洗凈標(biāo)準(zhǔn)。?
（3）高效率，能在30分鐘內(nèi)完成自動(dòng)清洗過(guò)程。?
（4）自動(dòng)化，人工觸動(dòng)開(kāi)關(guān)后，自動(dòng)工作，并有指示燈提示。
2.2 整體方案設(shè)計(jì)
本課題將超聲波技術(shù)應(yīng)用與洗碗機(jī)，取代原有的噴臂加洗滌劑洗碗機(jī)，效率更高，更加環(huán)保。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(dá)到很好的清洗效果。方案設(shè)計(jì)如圖2-1：
自來(lái)水通過(guò)進(jìn)水電磁閥流入清洗槽，達(dá)到一定水位時(shí)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，加熱器工作，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，加熱器停止工作，超聲波系統(tǒng)開(kāi)啟，進(jìn)行超聲波清洗，在超聲空化作用下，油污與餐具剝離，一定時(shí)間后超聲波系統(tǒng)關(guān)閉，排水電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行排水，當(dāng)排水到低水位時(shí)觸動(dòng)低水位開(kāi)關(guān)，噴臂電磁閥導(dǎo)通進(jìn)行噴臂輔助清洗，一定時(shí)間后洗滌完畢，噴臂閥關(guān)閉，剩余水量由排水閥排出。
1：進(jìn)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2-1 總體方案圖
2.3 本章小結(jié)
洗碗機(jī)最重要的為清洗系統(tǒng)。一個(gè)搞笑的清洗系統(tǒng)能打打提高清洗效果并節(jié)水節(jié)電。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(qiáng)等參數(shù)。
第三章 超聲波清洗原理
3.1??超聲波清洗技術(shù)簡(jiǎn)介?
1830年，名叫Savart的科學(xué)家用一個(gè)大齒輪第一次發(fā)出了人造超聲波。1918年，名叫Langevin的科學(xué)教用石英的壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)了石英換能器。這是人類(lèi)第一次設(shè)計(jì)出能控制聲波頻率和聲強(qiáng)的超聲裝置?，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。通常將超聲技術(shù)分為檢測(cè)超聲和功率超聲兩類(lèi)。檢測(cè)超聲是利用超聲的波動(dòng)特性，來(lái)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(dòng)應(yīng)用，比如超聲的探傷技術(shù)。功率超聲是超聲的主動(dòng)應(yīng)用，利用超聲波本身的能量和特性來(lái)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(jī)械、電子和醫(yī)療等工業(yè)，總體來(lái)說(shuō)其應(yīng)用范圍非常廣泛，發(fā)展也是非常迅速。超聲波清洗效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。對(duì)形狀復(fù)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。
3.2 超聲清洗機(jī)理
3.2.1 超聲空化作用
超聲空化作用是超聲清洗的最主要機(jī)理。在液體中溶解有部分空氣，這些微小氣泡存在于液體中，稱(chēng)為空化核。當(dāng)超聲波產(chǎn)生時(shí)，會(huì)帶動(dòng)液體振動(dòng)。在這些液體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中又會(huì)融入更多的微氣泡。液體振動(dòng)時(shí)其密度會(huì)發(fā)生變化。在液體密度大的地方會(huì)對(duì)空化核產(chǎn)生正壓力，液體密度小的地方會(huì)對(duì)空化核產(chǎn)生負(fù)壓力。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，這些空化核在受負(fù)壓力的時(shí)候，會(huì)對(duì)外迅速膨脹成為較大的氣泡，在正壓力作用下會(huì)迅速閉合，產(chǎn)生巨大的沖擊和局部壓力，據(jù)估算閉合時(shí)的局部壓力能達(dá)到上千個(gè)大氣壓。閉合時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力能沖擊難溶的油污，使其從餐具上脫落。同時(shí)閉合的巨大壓力能帶動(dòng)水中的磨料粒子撞擊餐具表面，是油污脫落。
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(shí)，開(kāi)始是球形，然后不對(duì)稱(chēng)閉合，形成一個(gè)指向餐具表面的液體射流，其速度大于100m/s，對(duì)餐具上殘留的油污形成沖擊，同時(shí)增大了洗滌液的滲透作用，稱(chēng)為聲學(xué)毛細(xì)管效應(yīng)。?
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。
3.3??超聲空化閥?
使清洗液達(dá)到空化作用的最小聲強(qiáng)或者聲壓幅值稱(chēng)為空化閥。只有當(dāng)交變聲壓幅值大于靜壓力產(chǎn)生的負(fù)壓力大于液體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)才會(huì)產(chǎn)生空化作用。?空化閥Pc表示為：
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?？梢?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。?此外，由經(jīng)驗(yàn)公式：
可以得出空化閥與沾滯系數(shù)的關(guān)系。μ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，空化空化閥接近10Mpa。
?
第四章??超聲清洗參數(shù)選定?
4.1??影響超聲波清洗效果的因素?
4.1.1?聲強(qiáng)?
聲強(qiáng)是單位體積的聲波功率。根據(jù)對(duì)超聲空化閥的研究知道，只有交變聲壓幅值超過(guò)液體靜壓力時(shí)才能出現(xiàn)負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓超過(guò)液體強(qiáng)度時(shí)才能產(chǎn)生空化。而這個(gè)最低的聲強(qiáng)稱(chēng)為空化閥。當(dāng)聲強(qiáng)越大的時(shí)候，空化強(qiáng)度也越大，此時(shí)的清洗效果更好。但是當(dāng)聲強(qiáng)過(guò)大的時(shí)候會(huì)在聲源表面產(chǎn)生過(guò)量氣泡形成阻隔聲波傳播的屏障。聲波能量在傳播的過(guò)程中會(huì)逐漸減弱。就水而言，其空化閥約1/3W每立方厘米。在超聲清洗中，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1W/cm2---2W/cm2之間。
4.1.2?頻率?
在同樣的液體中，聲波的頻率越高，產(chǎn)生空化作用所需的聲強(qiáng)越大。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。并且在低頻的時(shí)候，空化核從膨脹到閉合的過(guò)程越長(zhǎng)，所以在閉合前能有更大的閉合半徑，這樣，閉合時(shí)能產(chǎn)生更大的閉合強(qiáng)度，對(duì)污漬的清洗效果更好。但是，當(dāng)頻率低于20KHz的時(shí)候會(huì)有噪音，對(duì)人體產(chǎn)生傷害，更重要的是，過(guò)低的頻率會(huì)讓空化核不能閉合，不能產(chǎn)生空化作用。所以，通常會(huì)選擇20KHz~40KHz作為清洗的頻率范圍。由于清洗的為陶瓷玩具，清洗槽規(guī)格為400×400×430，所以這里選擇28KHz。
4.1.3?清洗液?
??選擇清洗液的時(shí)候要考慮三點(diǎn)。第一是清洗液本身的對(duì)污染物的清洗能力。第二是清洗液的粘度和表面張力對(duì)超聲空化作用的影響。最后是清洗液對(duì)環(huán)境是否有污染。在超聲空化作用中，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)，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(lái)水為清洗液。
4.2?超聲場(chǎng)的研究?
4.2.1?空化強(qiáng)度的測(cè)量?
因?yàn)榭栈诉\(yùn)動(dòng)不是線性，所以在一個(gè)超聲場(chǎng)中，很難知道空化強(qiáng)度的分布情況。但同時(shí)由于空化作用產(chǎn)生的局部高溫高壓會(huì)使水分子H2O分裂成離子H-和-OH，所以可以通過(guò)測(cè)量離子在清洗液中的局部密度來(lái)間接測(cè)量空化的強(qiáng)度。
由于條件限制，這里參考知網(wǎng)專(zhuān)利論文得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
1：超聲波空化強(qiáng)度從離聲源近的地方開(kāi)始逐漸增強(qiáng)，在中部的時(shí)候達(dá)到最大，隨后逐漸減弱。其原因是過(guò)多的空化氣泡會(huì)形成聲波屏障，會(huì)影響聲波的傳遞，所以在遠(yuǎn)的地方，空化強(qiáng)度反而減弱。
2：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)，為避免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。而掃頻可以避免駐波形成。只要使超聲頻率在合理的范圍內(nèi)變化。
3、相同情況下。雙面作用強(qiáng)度比單面作用低。因?yàn)?，雙面的時(shí)候超聲波會(huì)發(fā)生干涉，影響清洗效果。?
4、單面掃頻的清洗效果最好。
4.3?選取參數(shù)?
4.3.1?超聲清洗參數(shù)
超聲功率、清洗時(shí)間、水溫是影響超聲清洗的主要因素。
超聲功率密度： P=發(fā)射功率（W）/發(fā)射面積（cm2）；
通常 P≥ 0.3W/cm2，在液體中傳播的超聲波能對(duì)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(dòng)在液體中傳播的音波壓強(qiáng)打到一個(gè)大氣壓時(shí)，其功率密度為0.35W/cm2，這是超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可打到真空或者負(fù)壓，但實(shí)際上無(wú)負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個(gè)很大的壓力。綜上，功率密度應(yīng)選在0.35—1W/cm2之間。
超聲清洗時(shí)間：一般根據(jù)污垢的的不同，單次清洗時(shí)間為3—10分鐘不等，鑒于中國(guó)人飲食習(xí)慣偏向油膩，這里將超聲清洗時(shí)間定為10分鐘。
水溫：這里將清洗水溫定在50℃
4.4 本章小結(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50℃，清洗時(shí)間為10min，功率密度為0.35—1W/cm2之間，頻率為28Khz，超聲單面放射，采用掃頻，餐具朝向超聲波發(fā)射面。
主要流程為：進(jìn)水---加熱至工作水溫---超聲清洗10min---噴臂清洗1min
第五章?超聲波洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?
5.1??整體方案設(shè)計(jì)
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)濾網(wǎng)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，箱體，碗籃，底座等。
5.2??各重要部件設(shè)計(jì)
5.2.1?清洗槽?
清洗槽材質(zhì)為201不銹鋼板，內(nèi)箱尺寸400×400×430mm，各個(gè)平面過(guò)度的地方倒圓角。由于超聲水化腐蝕的影響，所以對(duì)洗滌槽的槽壁會(huì)有一定的損耗，長(zhǎng)時(shí)間積累后會(huì)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。清洗槽內(nèi)焊接一個(gè)凸臺(tái)，用于噴臂的固定。清洗槽底部與箱體有一定距離，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。
5.2.2?進(jìn)排水系統(tǒng)
進(jìn)排水系統(tǒng)主要由電磁閥，過(guò)濾芯，水位感應(yīng)系統(tǒng),進(jìn)水管，排水管等組成。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。水管材料選PVC管。
5.2.3?水位感應(yīng)系統(tǒng)
選最為簡(jiǎn)單易控制的方式來(lái)進(jìn)行水位的感應(yīng)和控制，根據(jù)超聲波洗滌的情況，選連桿式浮球液位開(kāi)關(guān)來(lái)控制。這種方式的技術(shù)核心是干簧管。干簧管可以作為磁接近開(kāi)關(guān)或者繼電器使用，比一般機(jī)械開(kāi)關(guān)體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng)，與電子開(kāi)關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，工作可靠性很高。干簧管結(jié)構(gòu)具體如圖5-1：?
圖5-1 干簧管結(jié)構(gòu)示意圖
水位感應(yīng)器外部套有一個(gè)帶磁鐵的浮力小球，當(dāng)水位上升下降的時(shí)候，浮力小球會(huì)隨之升降，當(dāng)浮力小球到達(dá)高低水位開(kāi)關(guān)的時(shí)候會(huì)使干簧管中的兩個(gè)簧片接觸導(dǎo)通，從而導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，觸發(fā)下一步。當(dāng)浮力小球第一次到達(dá)高水位開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)接通高水位開(kāi)關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使加熱器工作。排水時(shí)，當(dāng)浮力小球到達(dá)低水位開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)接通低水位開(kāi)關(guān)的干簧管簧片，使其導(dǎo)通，從而觸發(fā)控制系統(tǒng)使噴臂泵工作。其示意圖如下
圖5-2 水位感應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.4 噴臂系統(tǒng)?
管道用PVC材料的管和接頭，并用PVC膠進(jìn)行密封。PVC也稱(chēng)為聚氯乙烯，它的特點(diǎn)是造價(jià)低、可回收利用、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、安全衛(wèi)生。
超聲波結(jié)束后的噴臂清洗是很重要的一個(gè)步驟?？梢詫⒊暻逑春髿埩舻挠臀蹚氐浊宄?。當(dāng)水在噴臂泵的帶動(dòng)下會(huì)從噴臂孔中噴出，水流沖擊到碗具上，利用水的沖擊對(duì)殘留進(jìn)行沖洗。噴臂系統(tǒng)參照淋浴噴淋頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用圓形噴頭，噴孔密集排布于噴頭之上。噴臂水管與進(jìn)水管之間采用水管接頭連接，連接處采用尼龍擋水圈密封，防止水露出。清洗槽內(nèi)焊接有凸臺(tái)，用于固定噴臂與進(jìn)水管。
圖5-3 噴臂結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.5?超聲波發(fā)生器?
超聲波最主要的兩個(gè)部分就是超聲發(fā)生器和超聲換能器。其中超聲發(fā)生器是產(chǎn)生電磁振蕩信號(hào)并提供能量的工作部分，而超聲換能器才是最終實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)的工作部分。超聲發(fā)生器是一個(gè)大功率的信號(hào)發(fā)生器，它的作用就是給超聲換能器一個(gè)一定頻率的電磁振蕩能量，當(dāng)此頻率與超聲換能器的諧振頻率相等時(shí)，就產(chǎn)生共振。為了能讓超聲發(fā)生器更好的為超聲換能器提供頻率準(zhǔn)確、功率較高的信號(hào)和能量。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：
（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。所以匹配的好壞直接影響到功率超聲源的產(chǎn)生和效率。
根據(jù)要求，確定超聲波設(shè)計(jì)參數(shù)：
保險(xiǎn)座:在輸出過(guò)載或超聲換能器工作異常時(shí)及時(shí)斷開(kāi)電源，保護(hù)超聲波發(fā)生器;?頻率微調(diào):超聲波輸出頻率為28K，但在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在不同的工況條件下調(diào)整微調(diào)使換能器始終工作在最佳狀態(tài)下，換能效率達(dá)到最大;?
掃頻:在清洗過(guò)程中使超聲頻率在合理范圍內(nèi)往復(fù)掃動(dòng)，帶動(dòng)清洗液形成細(xì)微回流，使工件污垢在被超聲剝離的同時(shí)迅速帶離工件表面，大大縮短工件清洗時(shí)間，提高清洗效率，以達(dá)到快速清洗的目的。
功率可調(diào):根據(jù)所確定的清洗槽的尺寸，確定最大功率為800W，可實(shí)現(xiàn)本機(jī)輸出功率的10%一100%連續(xù)可調(diào)(但通過(guò)試驗(yàn)，選擇洗碗機(jī)的功率為30OW)。
根據(jù)以上要求，綜合考慮選用東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的KMD—300型超聲波發(fā)生器，其規(guī)格為220×210×100mm，功率為300W，清洗溫度50℃，頻率可調(diào)28Khz
5.2.6? 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。換能器示意圖如圖5-4：
圖5-4 超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖
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。
超聲波振子參數(shù)設(shè)定：根據(jù)清洗槽側(cè)面積為400×430=172000mm2=1720cm2，由于功率密度應(yīng)在0.35—1W/cm2，所以在側(cè)面安裝9個(gè)超聲波振子，振子功率選擇100W。功率密度可達(dá)900W/1720cm2=0.52W/cm2。 頻率選28Khz。
綜上，這里選擇東莞科美達(dá)公司生產(chǎn)的HS—3828型超聲波換能器，其規(guī)格為：59×68mm，阻抗≤20Ω，頻率28Khz正負(fù)0.5Khz可調(diào)，功率為100W，最高可用溫度120℃。
分別將換能器和清洗槽壁粘結(jié)處進(jìn)行噴沙處理，清洗干凈后，按一定工藝進(jìn)行粘結(jié)，要求粘合平整，粘合面有足夠的強(qiáng)度。
5.2.7 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)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定加熱器功率加熱到50℃的時(shí)間為4分鐘左右，所有加熱4分鐘后加熱器停止工作。加熱器內(nèi)有電阻絲構(gòu)成，上面用不銹鋼輻射板遮蓋，下面設(shè)置一層陶瓷纖維隔熱層。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖
圖5-5 加熱器結(jié)構(gòu)圖
5.3 本章小結(jié)?
對(duì)洗碗機(jī)各個(gè)重要部件的材料、型號(hào)、大小、位置進(jìn)行了選取和設(shè)計(jì)，畫(huà)出A0號(hào)裝配圖。結(jié)構(gòu)基本合理，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但很多地方的設(shè)計(jì)比較粗糙，比如排水頭的設(shè)計(jì)。
第六章?控制系統(tǒng)
6.1 控制邏輯
由方案設(shè)計(jì)可得出洗碗機(jī)工作流程圖： 進(jìn)水---加熱---超聲清洗---排水---噴臂清洗---排水。
編輯控制邏輯圖如下：
圖6-1 清洗流程圖
6.2 處理器選擇
根據(jù)邏輯圖選擇PLC控制器，這里選用西門(mén)子CPU224
其參數(shù)為：
100—230V?AC電源；?
24V?DC輸入；?
繼電器輸出；?
本機(jī)集成14輸入/10輸出；?
共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；?
可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊；?
最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；?
13Ｋ字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；?
６個(gè)獨(dú)立的30KHZ高數(shù)計(jì)數(shù)器；?
2個(gè)獨(dú)立的20KHZ高數(shù)脈沖輸出；
具有PID控制器；?
1個(gè)RS485通訊/編程口；?
具有PPI通訊協(xié)議。
第七章 總 結(jié)
本文是以“新型超聲波洗碗機(jī)”課題為研究背景的。洗碗機(jī)生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)比較成熟，但它主要適合國(guó)外以碟、盤(pán)等扁平狀的餐具。而我國(guó)是以碗為主要餐具的國(guó)家，碗具類(lèi)型、規(guī)格、式樣五花八門(mén)，碗的凹度大，且比較油膩?，F(xiàn)有洗碗機(jī)大多采用噴臂式，水流較強(qiáng)，但是沖刷點(diǎn)還是有可能不能遍布碗壁各處，洗滌效果并不如洗碗機(jī)生產(chǎn)廠家標(biāo)榜的那樣好，且均需專(zhuān)用的洗滌劑。迄今為止，超聲波清洗技術(shù)在家用洗碗機(jī)的應(yīng)用在我國(guó)還屬空白。在世界上人口最多的中國(guó)，洗碗機(jī)有很廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，尤其是無(wú)需任何洗滌劑的超聲波洗碗機(jī)。因此，本課題所作的研究工作具有非常重要的意義。本文完成了預(yù)定的所有任務(wù)?，F(xiàn)把設(shè)計(jì)中具有的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新之處總結(jié)如下
1.洗滌方式獨(dú)特。采用超聲波清洗，在洗滌過(guò)程中不需加入任何洗滌劑，避免了洗滌劑對(duì)環(huán)境的污染，省去了沖洗洗凈劑和購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用洗滌劑的麻煩，節(jié)約時(shí)間，也省電。同時(shí)，除超聲清洗外，還配備噴臂沖洗，使清洗更加徹底，避免了清洗死角。此外，在超聲清洗的排水過(guò)程中，加上噴臂，這解決了超聲清洗存在的油污會(huì)重新勃附餐具的缺點(diǎn)。這是本設(shè)計(jì)最突出的優(yōu)點(diǎn)。
2.選材新穎。采用不銹鋼清洗槽。長(zhǎng)期使用洗碗機(jī)也不易有異味，且容易清洗。
設(shè)計(jì)缺陷：
1. 對(duì)于洗碗過(guò)程中的食物殘?jiān)?，雖洗碗機(jī)中設(shè)有過(guò)濾裝置，但最終還是需要人工把它拿出，這并不能體現(xiàn)出洗碗機(jī)的全自動(dòng)化。
2. 此洗碗機(jī)僅作為洗碗，可適當(dāng)考慮讓其與洗瓜果蔬菜結(jié)合起來(lái)，達(dá)到一機(jī)多用，這樣更易得到消費(fèi)者的認(rèn)可，有利于此類(lèi)產(chǎn)品的普及。
3. 洗滌程序不完善。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(hù)的不同要求設(shè)置不同的洗滌方式。
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。
致 謝
本設(shè)計(jì)是在李玉平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，李玉平老師在我的畢業(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)李玉平老師表示特別感謝。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)寫(xiě)作過(guò)程中，各位同學(xué)也給予了我很大的的幫助，使我感受到了合作和信息共享的重要性。
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附錄一:英文文獻(xiàn)原文
Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular Gears
E. Doege ( l ) , M. Hindersmann
Received on January 8, 1997
Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular gearsy to obtain those stroke-time behaviours we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new wa rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of forging that the press drive mechanism with non-circular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations.
Keywords: Press, Gear, Kinematics
1 lntroductior
Increasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in forging, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending one's market position.In the production of parts by metal forming, we need to distinguish between the period required for the actual forming process and the times needed to handle the part.
With some forming processes we have to add time for necessary additional work such as cooling or lubrication of the dies. This yields two methods of optimization, according to the two aspects of quality and output. In order to satisfy both aspects, the task is to design the kinematics taking into account the requirements of the process during forming; also to be considered is the time required for changing the part as well as for auxiliary operations in line with the priority of a short cycle time.
2 Pressing Machine Requirements
One manufacturing cycle, which corresponds to one stroke of the press goes through three stages: loading,forming and removing the part. Instead of the loading and removal stages we often find feeding the sheet, especially in sheer cutting. For this, the press ram must have a minimum height for a certain time. During the forming period the ram should have a particular velocity curve,which will be gone into below. The transitions between the periods should take place as quickly as possible to ensure short cycle time. The requirement of a short cycle time is for business reasons, to ensure low parts costs via high output. For this reason stroke numbers of about 24/min for the deep drawing of large automotive body sheets and 1200/min for automatic punching machines are standard practice.Increasing the number of strokes in order to reduce cycle times without design changes to the pressing machine results in increasing strain rates, however. This has a clear effect on the forming process, which makes it necessary to consider the parameters which determine the process and are effected by it.
In deep drawing operations, the velocity of impact when striking the sheet should be as low as possible to avoid the impact. On the one hand, velocity during forming must be sufficient for lubrication. On the other hand, we have to consider the rise in the yield stress corresponding to an increase in the strain rate which creates greater forces and which may cause fractures at the transition from the punch radius to the side wall of the part.
In forging, short pressure dwell time is desirable. As the pressure dwell time drop
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