基于超聲波的中藥材清洗機優化設計研究

戴青鋒

摘 要 作為關系到廣大人民群眾生命健康的重要內容，食品質量安全一直是社會大眾廣泛關注的內容。傳統的中藥材清洗機產品通常選擇滾筒式、噴淋式以及毛刷式等等方案，本身存在適用性不理想、清洗盲區以及損傷大等問題。超聲清洗技術本身是一項便捷、不存在二次污染的技術，其在中藥材清洗機方面具有極大的應用潛力。鑒于此，本研究針對基于傳統超聲波的中藥材清洗機提出幾點優化設計方案，全面探討了超聲波與臭氧結合的中藥材清洗機設計，旨在為相關研究提供一定的理論參考。

關鍵詞 中藥材清洗機；超聲波；設計；優化

中圖分類號 TH12 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0139-01

傳統中藥材清洗機本身存在功能單一、能耗高、效果差以及適應性不佳等問題，并且難以有效分解殘留農藥、殺菌滅菌。最大程度清理污物，同時使得病菌、農藥殘留滿足相應的安全標準，就成為中藥材清洗機設計的重要基礎。基于超聲波的中藥材清洗機已經能夠實現大幅減少病菌、農藥殘留的目標，通過聯合臭氧進行優化設計，則能夠進一步提升清洗的質量，更好的滿足廣大人民群眾對于食品質量的要求[1]。

1 結構分析

具體來說，基于超聲波與臭氧結合的清洗機主要是通過柜體、控制系統、進出水系統、抽樣系統、超聲波系統以及清洗槽等部件共同組成。通過防水板，能夠將柜體劃分為兩個箱室，防水方面使用的電器元件應當放置于和清洗槽子完全相隔的同一個箱室當中。高、低水位傳感器依次安裝在清洗槽側面對應的高度中，在針對水位進行監測的同時，為整個控制系統提供相應的信號；溢流口一般設置在清洗槽側面，并需要與出水口進行連接；兩個噴頭安葬在清洗槽側面，并且需要采用錯位的方式進行安裝，通過進水電磁閥針對噴水實施控制；對應的4個臭氧分布器依次安裝在清洗槽底部位置的四個角落，利用臭氧氣管來進行連接；10個超聲波換能器分別安裝在清洗槽底部位置，通過電線來進行連接[2]（見圖1）。

2 部件選擇分析

1）超聲波。（1）超聲波換能器。一般來說，換能器一般選擇工業方面較為常見的夾心式壓電換能器，具體電功率容量通常控制在50～100W之間。螺桿選擇高強度螺栓鋼制造；前蓋板選擇率輻射椎體進行制作，主要目標在于提升輻射工作的效率；壓電陶瓷環片通常選擇錯欽酸鋁；后蓋板則主要選擇普通鋼制作[3]。（2）超聲波發生器。針對超聲波發生器的設計來說，必須要參考換能器具體的相頻、阻抗以及幅頻等因素，必須要保障匹配的合理性，使得換能器對應的效率得以最大化提升。實際使用進程中，換能器工作的頻率通常會受到荷載功率、液體溫度以及水位深度等相關因素的影響，因此只有保障超聲波發生器對應的工作頻率密切跟隨換能器工作頻率進行自動調整，才可以有效保障工作的效率與質量[4]。

2）臭氧發生系統。本研究主要是基于電解水生成臭氧的理論來開展研究，通過該理論能夠有效解決傳統高壓電暈法所引發的氮氧化合物，使得中藥材清洗的效果得以有效保障。一般來說，臭氧發生系統主要是通過臭氧分布器、單向閥、氣泵、連接軟管以及臭氧發生器等共同組成。利用電解水式臭氧發生模塊的設置，能夠針對二次蒸餾水實施電解處理，生成臭氧。

3 清洗流程優化設計

超聲波與臭氧結合的中藥材清洗機主要包含兩種工作方式，分別為手動與自動。手動狀態下，能夠根據流程相關要求，分別獨立開啟出水電磁閥、進水電磁閥、超聲波發生器以及臭氧發生器；自動狀態下，則能夠依照提前設計的流程，針對各個電器元件進行啟閉操作，使得整個清洗完全實現自動化操作。自動狀態主要包括噴淋漂洗、超聲臭氧清洗和二次噴淋這幾個流程，具體根據以下流程來開展。

1）噴淋漂洗。啟動進水電磁閥1、進水電磁閥2以及出水電磁閥，臭氧與超聲波此時并不需要開啟。基于自來水產生的壓力，針對蔬果表面的油污、塵土等雜質進行清理，一般時間控制在t1。

2）超聲與臭氧結合清洗。進水電磁閥1、進水電磁閥2保持開啟的狀態，而出水電磁閥則需要關閉，等到低水位傳感器感應到水位之后，臭氧與超聲波同時啟動。在高水位傳感器感應到水位之后，將進水電磁閥完全關閉，在保持t2/n之后，分別交替啟動進水電磁閥1、進水電磁閥2，具體開啟時間為t，分別為1次。在t2/n之后，再次交替啟動進水電磁閥1、進水電磁閥2，進行n次反復循環。在上述整個循環進程中，噴頭均定期噴灑對應的干凈水源，當液面達到對應高度之后，能夠直接從溢流口排出各種污物，避免整個清洗流程結束之后，各種漂浮物引發二次污染的現象。正如上文所述，進水噴頭選擇錯位安裝的方式，通過間歇式的噴水能夠讓整個清洗液呈旋流的狀態，使得臭氧能夠進行有效的溶解，進一步提升滅菌的效率，并且相應的水流壓力能夠促使根莖類、塊狀類中藥材在整個過程中進行持續性的翻滾，各個面均能夠被超聲波源進行清洗，保障清洗過程不存在死角[5]。在使用超聲波進行清洗的進程中，倘若清洗液攪動幅度過高，則會導致超聲波強度受到干擾，所以兩個進水電磁閥交替開啟時間要避免過長的現象，通常控制在3s～5s之間，僅僅進行短暫的水流旋轉之后能夠馬上恢復到平靜的情況，使得超聲波清洗的成效得以顯著提升。

3）排水及二次噴淋。關閉進水電磁閥1、進水電磁閥2，出水電磁閥開啟之后進行排水，等到低水位傳感器感應到水位之后，臭氧與超聲波完全停止。然后再次啟動進水電磁閥1、進水電磁閥2，針對根莖類、塊狀類中藥材實施二次噴淋漂洗處理，避免各種殘留、污物存在沉積的現象。一般來說，二次噴淋漂洗的具體時間控制在t3。

4）清洗結束。當第二次噴淋漂洗完成之后，關閉進水電磁閥，然后通過語音來提示清洗工作完成。

4 結論

綜上所述，通過優化之后的臭氧與超聲波結合，能夠進一步提升根莖類、塊狀類中藥材清洗的質量，不但能夠針對各種污漬進行有效的清除，同時能夠有效解決細菌、農藥殘留情況，并且整個過程中均實現自動化處理。相信隨著相關技術的進一步發展，再加上工藝、流程的調整優化，未來中藥材清洗機必然能夠得以更好的應用發展。

參考文獻

[1]劉玲，甘俊麗，張世華，等.超聲波清洗機清洗效果監測方法及影響因素[J].中國消毒學雜志，2016（6）：603-604.

[2]吳燕，金光遠，崔政偉，等.一種果蔬清洗機數值和實驗研究[J].食品與生物技術學報，2015（12）：1308-1314.

[3]李東.滾筒式果蔬清洗機的設計研究[J].機械工程師，2015（8）：154-155.

[4]呂梅青.超聲波清洗機對管腔類器械的清洗效果與評價[J].當代醫學，2013（24）：130-131.

[5]張良棟，廖映華，王春.一種新型金屬線材帶材在線超聲波清洗機設計[J].現代制造工程，2012（5）：88-91.endprint