（山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同，037000）

舰载自动洗盘机清洗主机模块设计

李妍姝

（山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同，037000）

针对目前海军舰船上餐盘的清洗工作主要由人工清洗的问题，本文首先根据舰载环境的实际情况给出舰用洗盘机的总体方案，包括总体布局、功能模块的划分以及动作的时序规划。在总体方案的基础上，对自动舰用洗盘机的清洗主机部分进行了详细设计，得到适合舰用的洗盘机结构。

舰载；洗盘机；高压水射流；主机模块；远红外加热

目前市面上有很多种自动洗盘机，但是用于空间狭小、水资源匮乏的海军舰船上，总有各种不足之处。因此，本文针对分析市面上洗盘机的不足，结合舰载环境，设计了适合舰载环境自动洗盘机清洗主机模块。

1 自动舰用洗盘机机械系统总体方案设计

自动舰用洗盘机可以全自动地实现餐盘的清洗、自动整理以及保温消毒。操作人员将收餐台收集好的餐盘置入洗盘机，洗盘机自动逐一分离，然后夹持输送、喷淋清洗、消毒烘干、收集整理，最终储存干燥。

根据餐盘的清洗工艺流程，洗盘机的机械系统按照功能的布局将其划分为以下7个功能模块：分盘模块、水清洗模块、夹持输送模块、挡水帘模块、烘干模块、餐盘自动收集模块和餐盘存储装置。其组织架构如图1所示。

自动洗盘机具有5个基本独立工作项目，即分盘、夹持输送、挡水帘、喷淋系统以及供水阀门。5部分需要相互配合完成工作，因此对5项工作的时序有严格要求。

在分盘时序中，分盘装置启动后3s内完成分盘，随后到达夹持输送链预定夹持位置并在此位置上等待6s，在第9s被夹持嘴取走；在夹持输送链时序中，前9s内静止，随后夹持输送链运动夹取餐盘后运动3s，即到第12s末停止运动；在挡水帘时序中，前9s内保持挡水帘展下状态，9-10.5s挡水帘上收至预定位置，10.5s末-12s下展至预定位置；在喷淋系统时序中，前9s内压力水执行清洗任务，9s至12s停止清洗任务；在供水阀门时序中，补水阀门处于开启状态持续性地定量向水箱执行补水收动作。本系统以12s为一个周期，每个周期结束后输送装置将清洁的餐盘输送到收盘装置，最终进入储存箱。

自动洗盘机系统主要分为清洗主机模块、分盘模块、收盘模块和储存模块。其中清洗主机系统中又包含了四个子模块：水系统模块、夹持输链模块、挡水帘模块以及烘干模块。清洗主机为自动洗盘机的主体部分，可实现餐盘输送、清洗、烘干等功能。图2为清洗主机三维结构图，它包括清洗主机的框架结构，传动和动力驱动等机械部分。

图1 洗盘机机械系统构成示意图

图2 清洗主机三维结构图

2 水系统模块设计

本设计采用80℃的高压水流冲洗，避免了传统洗涤剂对环境的污染。高压水射流清洗是利用高能量、高速度的水流来完成各种清洗作业[1,2]。影响高压水流清洗能力、清洗效率的因素很多，主要有射流压力、喷嘴直径等。

对于工程应用高压水流，射流流速简化表达式：

式中：—射流流速(m/s)；

如果己知射流速度，可由流速和喷嘴出口面积计算流量，则有：

式中：—射流流量(L/min)

由式(1)可知射流流速与射流压力的平方根成正比，适当增大射流压力可增强清洗效果。但由式(2)可知，随着压力的提高，射流流量也会增加，即耗水量会增大，水压过大还可能使水雾化，降低清洗效果[3,4]。

选择水泵时主要考虑流量及压力，由上述公式计算有，压力P=0.3MPa，以此选择可承受80℃高温的水泵。最终选定CHL2-50不锈钢多级泵。

储水箱是水系统重要部分，包括液位计、加热器、传感器、排水装置等。其中液位计可控制储水箱水位，通过采集液位信号而控制储水箱进水阀门的开合，因此非常重要。本文选用LSSA1-28X28-15型不锈钢液位开关。

3 夹持输送模块设计

夹持输送装置采用链条携带夹持嘴的方式实现夹持和输送两种作用，主要由链轮、夹持嘴、链条托条、链条等构成。两侧并排两条输送链，由同一根轴驱动，两条输送链上的夹持嘴并排于同一条直线上，从而保证直正的夹持餐盘。夹持嘴由两块夹板组成，分别安装在相邻的两个链节上。上夹板倾斜角度大于，即在自由状态下上夹板与下夹板的夹角成，夹紧时产生弹性张力压紧餐盘底部，从而实现餐盘的夹紧。夹持嘴局部受力分析如图3所示，对于夹紧力要求为：

4 挡水帘模块设计

挡水帘模块主要包括水帘片、水帘片导向槽和同步齿形带提升部件等组成，挡水帘主要起到隔离的作用，当餐盘被夹持输送链运送至清洗区，餐盘进入洗涤状态，挡水帘下展隔离，防止互相溅透。

挡水帘模块由主体框架定位支撑，各个水帘组件之间通过转轴利用齿形轮带动旋转。在设计中，水帘片采用硬帘和软帘搭配的方式。挡水帘的收展动作由传动轴两端的齿形轮双向旋转拨动来实现，即当齿形轮转动时，挡水帘两侧的孔与齿形轮轮齿啮合，驱动挡水帘在导向槽内收起或放下。其原理如图4所示。

图3 局部受力分析图

图4 水帘提升原理

5 烘干模块设计

餐盘经过清洗后，餐盘面虽然是倾斜的，但仍然有水残留于盘面，因此在餐盘被导入到储存箱之前必须要经过一个烘干工序。本设计采取的高温加热烘干。

现有加热烘干的方式有远红外加热烘干、电磁加热、铸铝板加热等方式。其中远红外线加热因其节能性好，效率高被广泛应用。本设计采用通过电热涂料将辐射热能转换成远红外热能的方式，既可以提高烘干温度又降低了排潮所损失的温度，增强了热能的吸收速度，减少了热能损失。另外远红外加热板的非辐射面不会导热，更适合用于洗盘装置中，还可避免操作人员烫伤。本设计选用YB400-250远红外加热板，参数见表1。

最后在餐盘清洗区中，由于冲洗的水温为80℃，因此会产生水蒸气。当水蒸气溢出，会妨碍舰艇内的其他工作或人员视线，因此需要增加排气装置。

排气扇风量：

根据设计参数，得风机风量约为210m3/s。最终选择DJT10-40A风机。

表1 远红外加热板参数

6 结论

本文根据舰载环境的要求确定了总体工艺方案，并确定了7大功能模块的划分，即水系统模块，餐盘夹持输送模块，挡水帘模块，烘干排气模块，分盘模块，收盘模块和储存箱模块，也对各独立工作项目进行了动作时序的设计。在此方案基础上对关键部分清洗主机进行了详细设计，具体包括水系统、输送夹持、挡水帘以及烘干四个模块。对各模块的关键参数进行了计算以及选型，最终得到了适合舰载环境的洗盘机清洗主机。

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[1] 曾艳丽，王裕国.高压水射流清洗技术[J]，中国油脂，2000，25(5):43-47.

[2] 陈玉凡.高压水射流清洗机能量分布及清洗效率分析[J]，清洗世界，2003，19(9):28-32.

[3] 刘庭成，丁宇.高压水射流清洗技术[J].化学清洗，1999，15(4):37-42.

[4] 费建国.高压水射流喷嘴的流量系数及与能量转换效率的关系[J]，长春光学,1995,18(1):32-36.

[5] 林传峰.舰用高速自动洗盘机的机械系统设计[D]，上海:东华大学，2011:19-35.

李妍姝（1987年—），女，山西大同人，工学硕士研究生。研究方向：机械设计及优化设计。