艦載自動(dòng)洗盤機(jī)清洗主機(jī)模塊設(shè)計(jì)

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同，037000）

艦載自動(dòng)洗盤機(jī)清洗主機(jī)模塊設(shè)計(jì)

李妍姝

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同，037000）

針對(duì)目前海軍艦船上餐盤的清洗工作主要由人工清洗的問題，本文首先根據(jù)艦載環(huán)境的實(shí)際情況給出艦用洗盤機(jī)的總體方案，包括總體布局、功能模塊的劃分以及動(dòng)作的時(shí)序規(guī)劃。在總體方案的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)艦用洗盤機(jī)的清洗主機(jī)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，得到適合艦用的洗盤機(jī)結(jié)構(gòu)。

艦載；洗盤機(jī)；高壓水射流；主機(jī)模塊；遠(yuǎn)紅外加熱

目前市面上有很多種自動(dòng)洗盤機(jī)，但是用于空間狹小、水資源匱乏的海軍艦船上，總有各種不足之處。因此，本文針對(duì)分析市面上洗盤機(jī)的不足，結(jié)合艦載環(huán)境，設(shè)計(jì)了適合艦載環(huán)境自動(dòng)洗盤機(jī)清洗主機(jī)模塊。

1 自動(dòng)艦用洗盤機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)艦用洗盤機(jī)可以全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)餐盤的清洗、自動(dòng)整理以及保溫消毒。操作人員將收餐臺(tái)收集好的餐盤置入洗盤機(jī)，洗盤機(jī)自動(dòng)逐一分離，然后夾持輸送、噴淋清洗、消毒烘干、收集整理，最終儲(chǔ)存干燥。

根據(jù)餐盤的清洗工藝流程，洗盤機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)按照功能的布局將其劃分為以下7個(gè)功能模塊：分盤模塊、水清洗模塊、夾持輸送模塊、擋水簾模塊、烘干模塊、餐盤自動(dòng)收集模塊和餐盤存儲(chǔ)裝置。其組織架構(gòu)如圖1所示。

自動(dòng)洗盤機(jī)具有5個(gè)基本獨(dú)立工作項(xiàng)目，即分盤、夾持輸送、擋水簾、噴淋系統(tǒng)以及供水閥門。5部分需要相互配合完成工作，因此對(duì)5項(xiàng)工作的時(shí)序有嚴(yán)格要求。

在分盤時(shí)序中，分盤裝置啟動(dòng)后3s內(nèi)完成分盤，隨后到達(dá)夾持輸送鏈預(yù)定夾持位置并在此位置上等待6s，在第9s被夾持嘴取走；在夾持輸送鏈時(shí)序中，前9s內(nèi)靜止，隨后夾持輸送鏈運(yùn)動(dòng)夾取餐盤后運(yùn)動(dòng)3s，即到第12s末停止運(yùn)動(dòng)；在擋水簾時(shí)序中，前9s內(nèi)保持擋水簾展下狀態(tài)，9-10.5s擋水簾上收至預(yù)定位置，10.5s末-12s下展至預(yù)定位置；在噴淋系統(tǒng)時(shí)序中，前9s內(nèi)壓力水執(zhí)行清洗任務(wù)，9s至12s停止清洗任務(wù)；在供水閥門時(shí)序中，補(bǔ)水閥門處于開啟狀態(tài)持續(xù)性地定量向水箱執(zhí)行補(bǔ)水收動(dòng)作。本系統(tǒng)以12s為一個(gè)周期，每個(gè)周期結(jié)束后輸送裝置將清潔的餐盤輸送到收盤裝置，最終進(jìn)入儲(chǔ)存箱。

自動(dòng)洗盤機(jī)系統(tǒng)主要分為清洗主機(jī)模塊、分盤模塊、收盤模塊和儲(chǔ)存模塊。其中清洗主機(jī)系統(tǒng)中又包含了四個(gè)子模塊：水系統(tǒng)模塊、夾持輸鏈模塊、擋水簾模塊以及烘干模塊。清洗主機(jī)為自動(dòng)洗盤機(jī)的主體部分，可實(shí)現(xiàn)餐盤輸送、清洗、烘干等功能。圖2為清洗主機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖，它包括清洗主機(jī)的框架結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等機(jī)械部分。

圖1 洗盤機(jī)機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

圖2 清洗主機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖

2 水系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用80℃的高壓水流沖洗，避免了傳統(tǒng)洗滌劑對(duì)環(huán)境的污染。高壓水射流清洗是利用高能量、高速度的水流來完成各種清洗作業(yè)[1,2]。影響高壓水流清洗能力、清洗效率的因素很多，主要有射流壓力、噴嘴直徑等。

對(duì)于工程應(yīng)用高壓水流，射流流速簡(jiǎn)化表達(dá)式：

式中：—射流流速(m/s)；

如果己知射流速度，可由流速和噴嘴出口面積計(jì)算流量，則有：

式中：—射流流量(L/min)

由式(1)可知射流流速與射流壓力的平方根成正比，適當(dāng)增大射流壓力可增強(qiáng)清洗效果。但由式(2)可知，隨著壓力的提高，射流流量也會(huì)增加，即耗水量會(huì)增大，水壓過大還可能使水霧化，降低清洗效果[3,4]。

選擇水泵時(shí)主要考慮流量及壓力，由上述公式計(jì)算有，壓力P=0.3MPa，以此選擇可承受80℃高溫的水泵。最終選定CHL2-50不銹鋼多級(jí)泵。

儲(chǔ)水箱是水系統(tǒng)重要部分，包括液位計(jì)、加熱器、傳感器、排水裝置等。其中液位計(jì)可控制儲(chǔ)水箱水位，通過采集液位信號(hào)而控制儲(chǔ)水箱進(jìn)水閥門的開合，因此非常重要。本文選用LSSA1-28X28-15型不銹鋼液位開關(guān)。

3 夾持輸送模塊設(shè)計(jì)

夾持輸送裝置采用鏈條攜帶夾持嘴的方式實(shí)現(xiàn)夾持和輸送兩種作用，主要由鏈輪、夾持嘴、鏈條托條、鏈條等構(gòu)成。兩側(cè)并排兩條輸送鏈，由同一根軸驅(qū)動(dòng)，兩條輸送鏈上的夾持嘴并排于同一條直線上，從而保證直正的夾持餐盤。夾持嘴由兩塊夾板組成，分別安裝在相鄰的兩個(gè)鏈節(jié)上。上夾板傾斜角度大于，即在自由狀態(tài)下上夾板與下夾板的夾角成，夾緊時(shí)產(chǎn)生彈性張力壓緊餐盤底部，從而實(shí)現(xiàn)餐盤的夾緊。夾持嘴局部受力分析如圖3所示，對(duì)于夾緊力要求為：

4 擋水簾模塊設(shè)計(jì)

擋水簾模塊主要包括水簾片、水簾片導(dǎo)向槽和同步齒形帶提升部件等組成，擋水簾主要起到隔離的作用，當(dāng)餐盤被夾持輸送鏈運(yùn)送至清洗區(qū)，餐盤進(jìn)入洗滌狀態(tài)，擋水簾下展隔離，防止互相濺透。

擋水簾模塊由主體框架定位支撐，各個(gè)水簾組件之間通過轉(zhuǎn)軸利用齒形輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)中，水簾片采用硬簾和軟簾搭配的方式。擋水簾的收展動(dòng)作由傳動(dòng)軸兩端的齒形輪雙向旋轉(zhuǎn)撥動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)齒形輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擋水簾兩側(cè)的孔與齒形輪輪齒嚙合，驅(qū)動(dòng)擋水簾在導(dǎo)向槽內(nèi)收起或放下。其原理如圖4所示。

圖3 局部受力分析圖

圖4 水簾提升原理

5 烘干模塊設(shè)計(jì)

餐盤經(jīng)過清洗后，餐盤面雖然是傾斜的，但仍然有水殘留于盤面，因此在餐盤被導(dǎo)入到儲(chǔ)存箱之前必須要經(jīng)過一個(gè)烘干工序。本設(shè)計(jì)采取的高溫加熱烘干。

現(xiàn)有加熱烘干的方式有遠(yuǎn)紅外加熱烘干、電磁加熱、鑄鋁板加熱等方式。其中遠(yuǎn)紅外線加熱因其節(jié)能性好，效率高被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用通過電熱涂料將輻射熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外熱能的方式，既可以提高烘干溫度又降低了排潮所損失的溫度，增強(qiáng)了熱能的吸收速度，減少了熱能損失。另外遠(yuǎn)紅外加熱板的非輻射面不會(huì)導(dǎo)熱，更適合用于洗盤裝置中，還可避免操作人員燙傷。本設(shè)計(jì)選用YB400-250遠(yuǎn)紅外加熱板，參數(shù)見表1。

最后在餐盤清洗區(qū)中，由于沖洗的水溫為80℃，因此會(huì)產(chǎn)生水蒸氣。當(dāng)水蒸氣溢出，會(huì)妨礙艦艇內(nèi)的其他工作或人員視線，因此需要增加排氣裝置。

排氣扇風(fēng)量：

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，得風(fēng)機(jī)風(fēng)量約為210m3/s。最終選擇DJT10-40A風(fēng)機(jī)。

表1 遠(yuǎn)紅外加熱板參數(shù)

6 結(jié)論

本文根據(jù)艦載環(huán)境的要求確定了總體工藝方案，并確定了7大功能模塊的劃分，即水系統(tǒng)模塊，餐盤夾持輸送模塊，擋水簾模塊，烘干排氣模塊，分盤模塊，收盤模塊和儲(chǔ)存箱模塊，也對(duì)各獨(dú)立工作項(xiàng)目進(jìn)行了動(dòng)作時(shí)序的設(shè)計(jì)。在此方案基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)鍵部分清洗主機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，具體包括水系統(tǒng)、輸送夾持、擋水簾以及烘干四個(gè)模塊。對(duì)各模塊的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算以及選型，最終得到了適合艦載環(huán)境的洗盤機(jī)清洗主機(jī)。

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[1] 曾艷麗，王裕國(guó).高壓水射流清洗技術(shù)[J]，中國(guó)油脂，2000，25(5):43-47.

[2] 陳玉凡.高壓水射流清洗機(jī)能量分布及清洗效率分析[J]，清洗世界，2003，19(9):28-32.

[3] 劉庭成，丁宇.高壓水射流清洗技術(shù)[J].化學(xué)清洗，1999，15(4):37-42.

[4] 費(fèi)建國(guó).高壓水射流噴嘴的流量系數(shù)及與能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系[J]，長(zhǎng)春光學(xué),1995,18(1):32-36.

[5] 林傳峰.艦用高速自動(dòng)洗盤機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]，上海:東華大學(xué)，2011:19-35.

李妍姝（1987年—），女，山西大同人，工學(xué)碩士研究生。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)。