基于超声波的中药材清洗机优化设计研究

　　摘 要 作为关系到广大人民群众生命健康的重要内容，食品质量安全一直是社会大众广泛关注的内容。传统的中药材清洗机产品通常选择滚筒式、噴淋式以及毛刷式等等方案，本身存在适用性不理想、清洗盲区以及损伤大等问题。超声清洗技术本身是一项便捷、不存在二次污染的技术，其在中药材清洗机方面具有极大的应用潜力。鉴于此，本研究针对基于传统超声波的中药材清洗机提出几点优化设计方案，全面探讨了超声波与臭氧结合的中药材清洗机设计，旨在为相关研究提供一定的理论参考。
　　关键词 中药材清洗机；超声波；设计；优化
　　中图分类号 TH12 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0139-01
　　传统中药材清洗机本身存在功能单一、能耗高、效果差以及适应性不佳等问题，并且难以有效分解残留农药、杀菌灭菌。最大程度清理污物，同时使得病菌、农药残留满足相应的安全标准，就成为中药材清洗机设计的重要基础。基于超声波的中药材清洗机已经能够实现大幅减少病菌、农药残留的目标，通过联合臭氧进行优化设计，则能够进一步提升清洗的质量，更好的满足广大人民群众对于食品质量的要求[1]。
　　1 结构分析
　　具体来说，基于超声波与臭氧结合的清洗机主要是通过柜体、控制系统、进出水系统、抽样系统、超声波系统以及清洗槽等部件共同组成。通过防水板，能够将柜体划分为两个箱室，防水方面使用的电器元件应当放置于和清洗槽子完全相隔的同一个箱室当中。高、低水位传感器依次安装在清洗槽侧面对应的高度中，在针对水位进行监测的同时，为整个控制系统提供相应的信号；溢流口一般设置在清洗槽侧面，并需要与出水口进行连接；两个喷头安葬在清洗槽侧面，并且需要采用错位的方式进行安装，通过进水电磁阀针对喷水实施控制；对应的4个臭氧分布器依次安装在清洗槽底部位置的四个角落，利用臭氧气管来进行连接；10个超声波换能器分别安装在清洗槽底部位置，通过电线来进行连接[2]（见图1）。
　　2 部件选择分析
　　1）超声波。（1）超声波换能器。一般来说，换能器一般选择工业方面较为常见的夹心式压电换能器，具体电功率容量通常控制在50～100W之间。螺杆选择高强度螺栓钢制造；前盖板选择率辐射椎体进行制作，主要目标在于提升辐射工作的效率；压电陶瓷环片通常选择错钦酸铝；后盖板则主要选择普通钢制作[3]。（2）超声波发生器。针对超声波发生器的设计来说，必须要参考换能器具体的相频、阻抗以及幅频等因素，必须要保障匹配的合理性，使得换能器对应的效率得以最大化提升。实际使用进程中，换能器工作的频率通常会受到荷载功率、液体温度以及水位深度等相关因素的影响，因此只有保障超声波发生器对应的工作频率密切跟随换能器工作频率进行自动调整，才可以有效保障工作的效率与质量[4]。
　　2）臭氧发生系统。本研究主要是基于电解水生成臭氧的理论来开展研究，通过该理论能够有效解决传统高压电晕法所引发的氮氧化合物，使得中药材清洗的效果得以有效保障。一般来说，臭氧发生系统主要是通过臭氧分布器、单向阀、气泵、连接软管以及臭氧发生器等共同组成。利用电解水式臭氧发生模块的设置，能够针对二次蒸馏水实施电解处理，生成臭氧。
　　3 清洗流程优化设计
　　超声波与臭氧结合的中药材清洗机主要包含两种工作方式，分别为手动与自动。手动状态下，能够根据流程相关要求，分别独立开启出水电磁阀、进水电磁阀、超声波发生器以及臭氧发生器；自动状态下，则能够依照提前设计的流程，针对各个电器元件进行启闭操作，使得整个清洗完全实现自动化操作。自动状态主要包括喷淋漂洗、超声臭氧清洗和二次喷淋这几个流程，具体根据以下流程来开展。
　　1）喷淋漂洗。启动进水电磁阀1、进水电磁阀2以及出水电磁阀，臭氧与超声波此时并不需要开启。基于自来水产生的压力，针对蔬果表面的油污、尘土等杂质进行清理，一般时间控制在t1。
　　2）超声与臭氧结合清洗。进水电磁阀1、进水电磁阀2保持开启的状态，而出水电磁阀则需要关闭，等到低水位传感器感应到水位之后，臭氧与超声波同时启动。在高水位传感器感应到水位之后，将进水电磁阀完全关闭，在保持t2/n之后，分别交替启动进水电磁阀1、进水电磁阀2，具体开启时间为t，分别为1次。在t2/n之后，再次交替启动进水电磁阀1、进水电磁阀2，进行n次反复循环。在上述整个循环进程中，喷头均定期喷洒对应的干净水源，当液面达到对应高度之后，能够直接从溢流口排出各种污物，避免整个清洗流程结束之后，各种漂浮物引发二次污染的现象。正如上文所述，进水喷头选择错位安装的方式，通过间歇式的喷水能够让整个清洗液呈旋流的状态，使得臭氧能够进行有效的溶解，进一步提升灭菌的效率，并且相应的水流压力能够促使根茎类、块状类中药材在整个过程中进行持续性的翻滚，各个面均能够被超声波源进行清洗，保障清洗过程不存在死角[5]。在使用超声波进行清洗的进程中，倘若清洗液搅动幅度过高，则会导致超声波强度受到干扰，所以两个进水电磁阀交替开启时间要避免过长的现象，通常控制在3s～5s之间，仅仅进行短暂的水流旋转之后能够马上恢复到平静的情况，使得超声波清洗的成效得以显著提升。
　　3）排水及二次喷淋。关闭进水电磁阀1、进水电磁阀2，出水电磁阀开启之后进行排水，等到低水位传感器感应到水位之后，臭氧与超声波完全停止。然后再次启动进水电磁阀1、进水电磁阀2，针对根茎类、块状类中药材实施二次喷淋漂洗处理，避免各种残留、污物存在沉积的现象。一般来说，二次喷淋漂洗的具体时间控制在t3。
　　4）清洗结束。当第二次喷淋漂洗完成之后，关闭进水电磁阀，然后通过语音来提示清洗工作完成。
　　4 结论
　　综上所述，通过优化之后的臭氧与超声波结合，能够进一步提升根茎类、块状类中药材清洗的质量，不但能够针对各种污渍进行有效的清除，同时能够有效解决细菌、农药残留情况，并且整个过程中均实现自动化处理。相信随着相关技术的进一步发展，再加上工艺、流程的调整优化，未来中药材清洗机必然能够得以更好的应用发展。
　　参考文献
　　[1]刘玲，甘俊丽，张世华，等.超声波清洗机清洗效果监测方法及影响因素[J].中国消毒学杂志，2016（6）：603-604.
　　[2]吴燕，金光远，崔政伟，等.一种果蔬清洗机数值和实验研究[J].食品与生物技术学报，2015（12）：1308-1314.
　　[3]李东.滚筒式果蔬清洗机的设计研究[J].机械工程师，2015（8）：154-155.
　　[4]吕梅青.超声波清洗机对管腔类器械的清洗效果与评价[J].当代医学，2013（24）：130-131.
　　[5]张良栋，廖映华，王春.一种新型金属线材带材在线超声波清洗机设计[J].现代制造工程，2012（5）：88-91.

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