（山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同，037000）

艦載自動洗盤機清洗主機模塊設計

李妍姝

（山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同，037000）

針對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)境的實際情況給出艦用洗盤機的總體方案，包括總體布局、功能模塊的劃分以及動作的時序規(guī)劃。在總體方案的基礎上，對自動艦用洗盤機的清洗主機部分進行了詳細設計，得到適合艦用的洗盤機結構。

艦載；洗盤機；高壓水射流；主機模塊；遠紅外加熱

目前市面上有很多種自動洗盤機，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，本文針對分析市面上洗盤機的不足，結合艦載環(huán)境，設計了適合艦載環(huán)境自動洗盤機清洗主機模塊。

1 自動艦用洗盤機機械系統(tǒng)總體方案設計

自動艦用洗盤機可以全自動地實現(xiàn)餐盤的清洗、自動整理以及保溫消毒。操作人員將收餐臺收集好的餐盤置入洗盤機，洗盤機自動逐一分離，然后夾持輸送、噴淋清洗、消毒烘干、收集整理，最終儲存干燥。

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

自動洗盤機具有5個基本獨立工作項目，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5項工作的時序有嚴格要求。

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

自動洗盤機系統(tǒng)主要分為清洗主機模塊、分盤模塊、收盤模塊和儲存模塊。其中清洗主機系統(tǒng)中又包含了四個子模塊：水系統(tǒng)模塊、夾持輸鏈模塊、擋水簾模塊以及烘干模塊。清洗主機為自動洗盤機的主體部分，可實現(xiàn)餐盤輸送、清洗、烘干等功能。圖2為清洗主機三維結構圖，它包括清洗主機的框架結構，傳動和動力驅動等機械部分。

圖1 洗盤機機械系統(tǒng)構成示意圖

圖2 清洗主機三維結構圖

2 水系統(tǒng)模塊設計

本設計采用80℃的高壓水流沖洗，避免了傳統(tǒng)洗滌劑對環(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。

對于工程應用高壓水流，射流流速簡化表達式：

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，適當增大射流壓力可增強清洗效果。但由式(2)可知，隨著壓力的提高，射流流量也會增加，即耗水量會增大，水壓過大還可能使水霧化，降低清洗效果[3,4]。

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

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

3 夾持輸送模塊設計

夾持輸送裝置采用鏈條攜帶夾持嘴的方式實現(xiàn)夾持和輸送兩種作用，主要由鏈輪、夾持嘴、鏈條托條、鏈條等構成。兩側并排兩條輸送鏈，由同一根軸驅動，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，夾緊時產(chǎn)生彈性張力壓緊餐盤底部，從而實現(xiàn)餐盤的夾緊。夾持嘴局部受力分析如圖3所示，對于夾緊力要求為：

4 擋水簾模塊設計

擋水簾模塊主要包括水簾片、水簾片導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，當餐盤被夾持輸送鏈運送至清洗區(qū)，餐盤進入洗滌狀態(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，各個水簾組件之間通過轉軸利用齒形輪帶動旋轉。在設計中，水簾片采用硬簾和軟簾搭配的方式。擋水簾的收展動作由傳動軸兩端的齒形輪雙向旋轉撥動來實現(xiàn)，即當齒形輪轉動時，擋水簾兩側的孔與齒形輪輪齒嚙合，驅動擋水簾在導向槽內(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 烘干模塊設計

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，因此在餐盤被導入到儲存箱之前必須要經(jīng)過一個烘干工序。本設計采取的高溫加熱烘干。

現(xiàn)有加熱烘干的方式有遠紅外加熱烘干、電磁加熱、鑄鋁板加熱等方式。其中遠紅外線加熱因其節(jié)能性好，效率高被廣泛應用。本設計采用通過電熱涂料將輻射熱能轉換成遠紅外熱能的方式，既可以提高烘干溫度又降低了排潮所損失的溫度，增強了熱能的吸收速度，減少了熱能損失。另外遠紅外加熱板的非輻射面不會導熱，更適合用于洗盤裝置中，還可避免操作人員燙傷。本設計選用YB400-250遠紅外加熱板，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℃，因此會產(chǎn)生水蒸氣。當水蒸氣溢出，會妨礙艦艇內(nèi)的其他工作或人員視線，因此需要增加排氣裝置。

排氣扇風量：

根據(jù)設計參數(shù)，得風機風量約為210m3/s。最終選擇DJT10-40A風機。

表1 遠紅外加熱板參數(shù)

6 結論

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，收盤模塊和儲存箱模塊，也對各獨立工作項目進行了動作時序的設計。在此方案基礎上對關鍵部分清洗主機進行了詳細設計，具體包括水系統(tǒng)、輸送夾持、擋水簾以及烘干四個模塊。對各模塊的關鍵參數(shù)進行了計算以及選型，最終得到了適合艦載環(huán)境的洗盤機清洗主機。

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

[2] 陳玉凡.高壓水射流清洗機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[J].化學清洗，1999，15(4):37-42.

[4] 費建國.高壓水射流噴嘴的流量系數(shù)及與能量轉換效率的關系[J]，長春光學,1995,18(1):32-36.

[5] 林傳峰.艦用高速自動洗盤機的機械系統(tǒng)設計[D]，上海:東華大學，2011:19-35.

李妍姝（1987年—），女，山西大同人，工學碩士研究生。研究方向：機械設計及優(yōu)化設計。