实验用细颈瓶清洗机的方案设计毕业论文(编辑修改稿)

实验用细颈瓶清洗机的方案设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 4 1 实验用细颈瓶清洗机 发展状况以及研究意义 目前，国内已经研究和制造了清洗啤酒瓶以及其他罐装饮料的瓶子的机器。 主要有 单端全自动洗瓶机和双端全自动洗瓶机以及三片罐洗瓶机等。 最近，合肥某公司又生产了处于国内领先地位的 YPWT 型双端洗瓶机，主要用于乳品饮料回收瓶的洗涤和消毒 [1]。 但是，在清洗实验室的器皿方面，我国大部分实验室还是 采用了较为传统的人工清洗， 尤其是图 1所示的实验用细颈瓶，其形状特殊，清洗非常不方便， 只有很少一部分医学或者化学实验室采用了超声波清洗的方法。 图 1 实验用细颈瓶 在国外，有一些国家 主要是德国 研究生产了相关的设备： 2020 年， 德国 生产了 RIEBESAM 系列实验器皿清洗机 [2]， 如图 2所示： 整机采用不锈钢材质，规格齐全，性能卓越， RIEBESAM 系列产品 能够 满足以下需要： 一台最高质量的实验清洗、消毒与干燥设备；具备卓越的性能特点；具备选择功能；最适宜的性价比。 RIEBESAM 实验玻璃器皿清洗机基本配置包括：清洗温度：可任意选择，最高可达 93℃ ；主清洗循环随意选定：从 1秒至 99 分钟；现代预定标准清洗程序、保养程序与 BGA 程序； 使用者 自定义循环程序：最多可达 7 个；温度与循环数改编简单而快捷；可选择激活打印机或计算机接口，全程记录清洗过程（依据 DIN ISO 9000 系列标准）；高通量循环泵；清洁剂东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 5 与中和剂双液体定量供料泵，可选择功能扩展；仪器内外全部采用不锈钢材质；高性能聚酯加热与噪音绝缘。 且 RIEBESAM 实验室玻璃清洗机 93℃ 热消毒 10 分钟已获完全认可，另外在 70℃ 条件下化学热消毒也或德国有关机构注册认可。 所有机型符合 GMP 规定并获认可。 此外， Miele 公司于 2020 年推出崭新设计的 G7883 及 G7883CD 清洗机， 如图 3 所示：其 洗得更干净，更安靜，也更安全。 其 用于清洗实验室玻璃器皿， 是 专门化设计的全系列清洗系统产品。 由清洗主机，器皿筐，插件和专门的清洁剂组成的清洗系统， 8 种程序，时间温度可调， 它 的清洗效果可以保证重复进行分析试验工作。 无论是清洗移液管，烧杯，试管，长颈容量瓶，量筒，长颈锥形瓶，培养皿， BOD 瓶或其他试验器皿， 都有完善的解决方案。 主要性能参数如下： 三只喷淋臂：决无死角 ； 循环泵每 分钟 400 公升：高循环的低压水，可使玻璃器具洗 得干净 且不易 损坏 ； 水汽冷凝裝置 : 可避免水汽 带来 溫度上 升 及感染的 问题 ； 可用来记录 并确认如清洗温度、过程及时间的正确性 ； 图 2 RIEBESAM实验器皿清洗机 图 3 G7883实验室玻璃器皿 清洗机 与研究意义 对于 实验用细颈瓶清洗机来说，其主要发展方向是：（ 1）适用性强：一台机器可以洗涤不同种类，不同规格的实验瓶。 （ 2）效率高：由于某些实验受到温度，时间等条件的制约，所以需要实验瓶及时的洗干净，最好可以保证不同规格的瓶同时进行清洗。 （ 3）节约能源： 与世界环保接轨，水资源和洗涤液资源以及电能等，都需要有效的节约。 （ 4）自动化程度高：为了最大东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 6 限度的减小劳动者的工作强度，机器的设计应操作简便而运行敏捷。 本 实验用细颈瓶清洗机 能够在较短的时间内把多个实验瓶冲洗干净， 同时，把洗涤液回收再利用，且整个过程只需要一个人， 极大限度的实现了自动化， 不但很好的解决了化学实验用细颈瓶的清洗问题， 还 可以推广应用到其他的各个洗瓶领域当中， 如生物分析实验和医学分析实验。 2 方案设计 （ 1） 保证把瓶冲洗干净，即在待洗瓶冲洗后，其内壁有一层较薄的水膜，瓶子洁净透明 [3]。 （ 2） 清洗过程中，对瓶无损害。 （ 3） 清洗机接触到化学物质的部分的材料要耐腐蚀，且不发生化学反应。 （ 4）保证该实验用细颈瓶清洗机的工 作效率，每次清洗用时小于 2 分钟并且可以清洗 16 个瓶。 实验用细颈瓶清洗机 的 方案选择 洗涤方法的选择 目前，洗瓶的基本方法主要有三种 [4]： （ 1）浸泡：将待洗瓶浸没于一定浓度，一定温度的洗涤剂中，利用其化学能和热能来软化，乳化或溶解黏附于瓶上的不洁净物，并加以杀菌。 浸泡时间对清洗效果影响很大。 （ 2）喷射： 洗涤剂或清水在一定的压力（ ～ ） 下，通过一定形状的喷嘴对瓶内外进行喷射，利用洗涤剂的化学能和液流动能来去除瓶内污物。 此时，液体的压力很重要。 （ 3）刷洗： 用旋转的毛刷将瓶内 的污物刷洗掉。 由于是机械方法直接接触污物，所以去污效果很好。 但刷洗的问题是：较难实现连续洗瓶；到污垢瓶会污染刷子；需要经常更换毛刷。 以上三种清洗方法是目前最普遍的洗瓶方式。 针对实验用细颈瓶而言，其瓶口细长，瓶身较大，大多数实验者是采用人工的晃动并辅以刷洗进行清洗的，由于刷子很难接触到瓶内所有的点，所以费时费力，综合上述方法，该清洗机采用了喷射的洗涤方式，避免了刷子清洗时的不便，对于十分难洗东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 7 的瓶，可以先浸泡一会，再进行喷射。 喷头的选择 本机的 喷头 应该有较好的雾化效果， 极大限度的保证喷射水 与待洗瓶内壁的接触面积，而对 漂移问题 可以忽略，此外，由于细颈瓶的瓶口非常小，所以对喷头的体积应予以限制。 喷头 在植保机械领域中使用的 最 多，本机的设计在参考植保机械的喷头的基础上，对喷头进行了改进设计。 目前的喷头主要有 六 种： （ 1）实流喷头：是一种简单的压力喷头，产生的物体是一个实流体，主要用来测定流量。 该喷头喷射 时只能喷射至一点，几乎没有雾化效果，所以不适合应用在细颈瓶的清洗中 [5]。 （ 2）锥雾喷头：液体在喷腔绕喷孔轴线旋转 ，喷出后，内壁所给的约束力消失，液体分子受到离心力作用 而向四面分开。 由于雾滴的飞行 方向与它原来的运动轨迹相切，所以在喷出后形成一个圆锥体。 锥雾喷头的关键部件是涡流片或涡流芯。 其被广泛应用于手动喷雾器和园林喷雾机上。 缺点是抗漂移性能较差 [5]。 尽管 该喷头的雾化效果很好，但是其体积太大，所以也不适用于本机。 （ 3）扁扇喷头：目前，扁善喷头是应用最广的喷头。 最常用的扁扇角度是 80 度和 110 度。 小角度多用于带状喷雾，而 110 度扁扇喷头是大田喷杆式喷雾机最常用的喷头。 由于常规扁扇喷头产生的雾体边缘密度小于中间，所以在应用中特别是在多喷头的情况下，为了保证雾滴分布的均匀性，在安装喷头时要求产生的雾体 有一定的重叠。 这类喷头的喷雾是一个扇形，而不是适合细颈瓶的圆形，不能保证冲洗的清洁度。 （ 4） 气滴喷头：该喷头从 1997 年下半年才开始在欧洲流行。 目前，几乎所有的欧洲大中型植保机械公司，喷头生产厂家和相关的研究院都在做有关方面的研究试验。 其突出特点是能产生微小气泡，从而增大雾 滴的 体积，提高 了 抗漂移性能。 这种雾滴虽然体积增大，但是单个雾滴所包含的液体量变化不大，在到达目标和目标表面撞击后，很容易破裂成更小的雾滴，从而提高雾滴的覆盖率，这是它的最与众不同的优点。 但是该喷头的制造成本较高。 （ 5） 低漂移喷头：这种 喷头的特点是在与标准扁扇压力喷头喷量相同的情况下能够产生较大而且相对均匀的的雾滴，从而提高雾滴的抗漂移性能。 在结构上，低漂移喷头 在扁扇形喷头的入口处加上一个带中孔的减速盖，使东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 8 螺旋缝隙液体通过小孔进入喷腔，以减缓液体流速。 此喷头不但和 扁扇喷头 一样不适合本机应用。 （ 6）转子喷头：转子喷头产生的雾滴较小，较容易随风漂移。 由于需要转子，该喷头的体积必然增大，无法伸进待洗瓶之中，所以不适合本机。 综合以上各个喷头的优缺点，考虑到清洗 细颈瓶的 喷头的要求，以上的喷头都不太适合本机， 故采用 类似于锥雾喷头的 锥形螺旋缝隙式的喷头。 如图 4所示： 在冲洗时，水沿着螺旋纹缝隙喷射而出，形成圆球面的形状，增大了喷射水与瓶内壁的接触面积，冲洗效果很好。 图 4 喷头形状示意图 图 5 喷射效果图 洗涤工艺的选择 本机的设计参考了全自动洗瓶机的洗涤工艺。 目前的全自动洗瓶机 主要有两种：喷射式和浸泡喷射式。 前者的工艺是：预热喷射，多次碱性洗液喷射，多次回水（热水，温水，冷水）喷射，最后是净水喷射。 后者的洗涤工艺是：预浸泡， 多次洗液浸泡，洗液喷射，热水喷射，温水喷射，冷水喷射。 而对于化学用瓶来说，实验者都是先用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗。 为了达到很好的洗涤效果，本实验用细颈瓶清洗机采用了如下的洗涤工艺：温热洗涤液冲洗，自来水冲洗， 人工 蒸馏水冲洗。 系统工作流程如图 3所示： 东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 9 排放蒸馏水蒸馏水箱过滤分流系统过滤自来水洗涤液换向系统洗涤液箱喷洗箱高压泵图 6 清洗 系统流程示意图 设计 工作原理 如图 7所示： 该清洗机依次采用高压温热洗涤液、高压自来水对倒置的待洗瓶进行冲洗。 并且把洗涤液过滤后回收循环利用。 首先，洗涤液依靠重力 的作用 通过单向阀和管道泵 2流入高压泵的进水口，并经其加压后 对喷头供水，冲洗待洗瓶。 冲洗后的洗涤液从喷箱流入出水管，在其中管道泵 1 的作用下及时的被 ” 吸入 ” 到洗涤液箱中。 当冲洗时间达到时间继电器 Ⅱ 的设定时间时， 自来水支路的电磁阀接通，自来水便通过高压泵进入喷头冲洗待洗瓶，与此同时，自来水的水压使得洗涤液支路的单向阀关闭，即洗涤液停止供水，管道泵 1 内部的浮子开关使得其电路断开，停止工作。 而 管道泵 2也由于时间继电器的作用停止了工作。 当洗涤液和自来水冲洗的总时间达到时间继电器 Ⅰ的设定时间时，系统断电，冲洗完毕。 东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文 10 图 7 系统 工作原理图 1加热器 2逆止阀 3电磁阀 4喷头 5夹持 6待洗瓶 7喷 箱 8过滤网 9 浮子 开关 A 高压泵 B管道泵 2 C管道泵 1 结构布局设计 该机采用如图 8所示的结构布局，泵体固定在最下部，其通过一些由下而上的管路对上部喷箱内的喷头供水，为了方便操作，机器的前端放置喷箱，后部放置与喷箱平行的洗涤液箱。 电控开关等安装在与喷箱隔离的中 部，保证了电路 的安全。 图 8 设备 总体布局图 夹具的设计 夹具在一个机器中所起到的作用就是固定，这是能否保证正常工作的重要前提，所以夹具对一个机器来说非常重要。 在化学实验室我。