全能洗菜机的分析.doc

对洗菜机的几点思考
入职公司已三个多月，对洗菜机从认识到了解、熟悉。继而又有了一些新的认识和想法。现整理成文，供大家参考。
随着人力资源的成本上升和人们对食品卫生认识的变化，洗菜机正作为一种新型产品进入市场。由此带动了对洗菜机的研究。我公司目标将洗菜机作为进入实业领域的第一个产品。对洗菜机的研究技术和探讨尤为必要。本文主要从技术角度对洗菜机做一些探讨。但本文不是学术论文，故尽力避免一些专业的论证和阐述，力求简单、通俗，只给出结论或结果。如有疑问，本人再做进一步解释。
一、国内洗菜机的技术现状
洗菜机作为一种代替人工的机械已有很长的历史，比如罐头生产线、蔗糖生产线都有它的身影。不过这种洗菜机的清洗对象比较单一（不妨我们称它为专用洗菜机）。比如苹果罐头的生产线，清洗对象就是苹果，别无其他。由于清洗对象比较单一，设计制作也有很强的针对性，一般不宜更改清洗对象，所以不同清洗对象的洗菜机差异很大。比如蔗糖生产线清洗甜菜的清洗机与罐头生产线的清洗苹果的清洗机在结构和清洗方式上就有很大的不同。
作为一种厨房洗菜机（不妨我们称它为通用洗菜机），因为清洗对象的多样化，应是一机多能，兼顾适应多种蔬菜的洗菜机。同时为适应人们的健康新需求，新的洗菜机不但应有传统的清洗去垢功能，还应具备清毒、杀菌功能、节约能源的新产品。
我公司做洗菜机是从持有三个洗菜机专利的余天望先生开始的。国家专利网注册专利也从一个角度反映了洗菜机技术的发展动态。所以，对洗菜机的技术分析即从专利网介绍的技术开始。
打开专利网：SooPAT，搜索有关洗菜机的专利。从1987年11月到2011年10月，有关洗菜机的专利共156项，去除其中外形专利、部件专利等，完整的洗菜机专利共111项。纵观这些专利，对蔬菜污垢的清洗方法主要有以下几种：
1）模仿波轮洗衣机的清洗方法，将菜装入洗菜桶内，让波轮搅动菜和水在水槽中转动，利用水流与菜的相对运动，冲击污垢与菜分离，达到清洗的效果。
这种清洗方式，蔬菜与蔬菜、蔬菜与桶之间相对运动摩擦会对叶菜造成较大的损伤，所以只适用于对根茎类蔬菜的清洗，对叶菜类不适用；
2）波轮自动洗衣机的改进型，清洗桶分内桶和外桶，清洗方法，将菜装入内桶，内桶和外桶之间充满水，内桶和菜在外桶和水中转动，利用水流与菜的相对运动，冲击污垢与菜分离，达到清洗的效果。
这种清洗方法，蔬菜与蔬菜、蔬菜与桶之间相对运动较小，但如果滚筒转动速度低，水流速慢，清洗效果不好，如果滚筒转动速度高，滚筒必须在加盖密封的条件下工作。原因是：1、在这种情况下，内桶与外桶之间旋转的上升水流会冲出桶外。2、同洗衣机甩干桶一样，高速旋转的内桶必须密封，以保证安全。
3）模仿滚筒洗衣机的清洗方法，将菜装入轴向水平或倾斜滚桶，让滚筒带动菜在水中转动，利用水流与菜的相对运动，冲击污垢与菜分离，达到清洗的效果。
清洗原理与方法2类同。不同的是滚筒轴向的斜度使被清洗蔬菜在滚筒中有一个上升的过程，在重力的作用下。有利于蔬菜的翻动，滚筒也可以在较低转动速度下工作。但水平或倾斜滚桶与外桶之间需要一个较大的间隔，使得洗菜机结构松散，在相同的洗菜能力下，洗菜机的体积比其他方式大许多
4）模仿人工洗菜方法，将菜装入筐中，让筐带动菜在水槽中摆动，达到清洗的效果。
这种清洗方法，需要一个复杂的运动转换机构，将转动转换为摆动。清洗效果是位于筐中部的菜不易清洗干净。原因是：1、在整个清洗过程中，菜之间相对运动很小，位于菜筐中部的菜由于外部蔬菜的阻挡，接受不到水流的冲击。
5）模仿人工在河中洗菜方法，将菜放入流动的水中，让菜在流动的水中翻滚，使菜表面附着污垢脱离菜体，达到清洗的效果。
6）模仿人工洗车的方法，将菜装入筐中，用高压水流喷射菜筐，翻滚，使菜表面附着污垢脱离菜体，达到清洗的效果。
对于叶菜，如高压水流喷射被清洗菜使其翻滚，高压水流会对被清洗菜造成很大的损伤。对于根茎类蔬菜，单靠高压水流喷射被清洗菜使其翻滚不易办到。所以必须配合其他方式使被清洗菜翻动，以达到清洗的效果。
7）借用现工业系统应用的成熟的超声波清洗技术，将菜装入清洗槽中，用超声波水气泡产生冲击波，对污垢的直接反复冲击，使其脱离菜体，达到清洗的效果。
根据超声波的特性，其对泥类的污物处理能力较弱，故在洗菜机中，未见应用实例。
近几年随着环境的变化和人们认识的转变，对蔬菜农药残留污染的清洗人们越来越重视。对农药残留污染的清洗方法主要有以下几种：
1） 磁化水清洗消毒；
2） 紫外线清洗消毒；
3） 臭氧水清洗消毒；
4） 过滤水木炭吸附清洗消毒；
5） 电解等离子水清洗消毒；
在已发布的专利和实际应运中。在一台洗菜机上，较成熟的大多共用一种以上方式，互相补充，以适应不同的清洗对象和状况。
二、我公司洗菜机的技术现状
我公司做洗菜机是余天望先生主持开发的。余天望先生在专利网上，有三个专利分别是：《多功能洗菜机 - 98235350.2》、《电脑自动多用途洗菜机 - 02228206.8》、《 激流喷射式电脑自动洗菜机 - 03241455.2》。
《多功能洗菜机- 98235350.2》是清洗方式2的改进型。其洗菜工作机理是：洗菜机由一个盛水的外桶、充满孔眼的内桶、循环水泵、驱动电机、管路、控制单元等组成。洗菜机工作时，水通过进水口外桶，待清洗的蔬菜放入内桶，主电机驱动内桶做水平转动和轴向往复运动，桶内水经循环水泵在内桶中形成激流水柱，旋转、振动和激流水柱形成的涡流使菜在桶中翻滚、互撞使污物剥离蔬菜表面，达到清洗的目的。
《电脑自动多用途洗菜机 - 02228206.8》洗菜工作机理是：在多功能洗菜机的基础上，内桶的转动取消，提高了轴向的往复振动得频率和强度。增加了气泵和臭氧发生器，用振动、气流、激流水柱形成的涡流使菜在桶中翻滚、互撞使污物剥离蔬菜表面，同时气流中的臭氧对蔬菜中的农药残留和其它毒素进行降解，达到清洗的目的。
《激流喷射式电脑自动洗菜机 - 03241455.2》洗菜工作机理是：对前两种洗菜机做了大幅改动。洗菜动力改为全方位的激流水柱和气流，六个方向的激流水柱形成的涡流和臭氧气流使菜在桶中翻滚、互撞使污物剥离蔬菜表面，达到清洗的目的。
我公司现研发成功的洗菜机基本没有采用以上三种洗菜机的工作形式，应用方式5，与申请号201120194485.4号（温燕铭先生）专利相似，是京西洗菜机的翻版。采用循环水泵从盆底喷出产生喷射水流作用槽中水形成涌动水流，或使用气泵从盆底喷出气泡爆裂产生的涌动水流，推动菜在桶中翻滚、互撞使污物剥离蔬菜表面，同时在水循环回路中通过紫外线发射管、水槽中通入臭氧对蔬菜中的农药残留和其它毒素进行降解，达到清洗的目的。
综合分析，方法5是一种比较适用的方法，其优点是：
1）增加了水与菜之间的相对运动，减少了蔬菜与洗菜机之间的摩擦。实际情况在蔬菜的清洗中，叶菜占很大的比例，循环水泵产生的涌动水流对蔬菜全方位的冲刷尤其对叶菜清洗效果最好。
2）简化了洗菜机的结构，运动部件只有水泵或气泵，使得洗菜机的制作简单、可维性、可靠性都比较好。
3）机械运动部件水泵或气泵自身的防护技术很成熟，例如，我们使用的水泵，防护等级已达到ＩＰ５５。洗菜机使用时，操作者不与运动部件接触，增加了系统的安全性。
三、存在的问题：
洗菜机为典型的新型的机电一体化产品，能够借鉴的实例不多。目前，我公司洗菜机存在待解决的主要有以下几个问题：
1、 控制电路
控制电路老旧，控制部分共有4控制项目，其中3个项目单片机没有连接。仅有的3个监测项目与单片机也没有连接。没有可扩充的监测、控制支持电路。单片机在系统中全部功能与洗衣机中的定时器相同。所以，在控制逻辑上，加入相关智能识别特别困难。在控制功能上，增加或调整十分艰难。
2、 臭氧与水的混合技术
用臭氧消毒、杀菌是洗菜机的第二大功能和一大卖点。在洗菜过程中臭氧消毒、杀菌条件是：有足够的臭氧溶入水中。现在情况是，经过实际测试。水中基本没有臭氧。所以，目前办法显然是有重大缺陷。
3、 水的过滤和重复利用
节水也是洗菜机的一大卖点。节水的主要办法就是水的重复利用，而重复利用条件是水的过滤。按现设计水槽容积、泵的循环速度、进水口的口径，在进水口无法设置滤层。实际情况也是如此。
4、 系统的均衡配置与效率
节能（电能）是同其他洗菜机厂家竞争一大卖点。我公司现种型号的各种型号的洗菜机实际功耗都大于铭牌标示功耗。
四、解决问题的方法
就我们现有的技术力量和实际生产需要，现存问题的解决也应分为两步，先解决技术上成熟、实现有把握的问题。对于暂时没有把握的问题，抓紧时间收集资料，制定计划试验攻关。争取在年内逐步解决。
1、 控制电路的改造
单片机的控制技术现已比较成熟。本人也在这方面积累了比较丰富的经验。现在控制电路的改造现已完成控制部分电路设计，新的控制板已经完成电路设计和排版，变频调速控制实验也完成样机的试验。按正常情况，在元器件齐套后，十到十五天就能在整机上实现用户要求的所有功能，正式稳定运行。并在短期内，控制板硬件不做改动，应用修改软件的办法基本能满足洗菜机改进要求。
2、臭氧与水的混合、水的过滤和重复利用、系统的均衡配置与效率
将这三个问题放在一起解决，是因为我公司现在洗菜机同京西洗菜机一样将这三个功能放在一个循环系统中。在循环的进水口实现水的过滤；中间经过紫外线杀菌；顺序到水泵进水口实现臭氧与水的混合；在循环的出水口得到干净、富含臭氧、带有强劲动能的水。从模式上讲，这是一种最理想的模式。结果实际效果很不理想。
这是因为我们将数个特性有较大差异的功能放在一个系统中。使得顾此失彼。水循环系统的第一功能是提供清洗蔬菜的泥污和其他可见污物的动力。所以对循环系统的要求是，以最大效率提供循环水流。是一个快速循环系统。第二功能是水的过滤、消毒（臭氧与水的混合杀菌、紫外线杀菌），完成对蔬菜的消毒功能。所以对循环系统的要求是，1、能保证最优化的过滤、臭氧吸收效果。2、接触装置工作时，工艺参数控制容易，工作稳定，安全性好。3、能耗(搅拌或输送水、气所需动力)最低。4、最小的体积下有最大的生产能力。是一个慢速循环系统。
解决办法是，将水循环主回路的过滤、臭氧与水的混合功能分离出去，再增加一套小循环系统，完成过滤、紫外线杀菌、臭氧与水的混合功能。对这套小系统的要求是：功率小于0.3千瓦；流量大于20升/分钟、造价小于600元。
如果能实现这一目标，主循环水泵可以减小一档，成本下降400到500元。臭氧发生器由3个减少到1个，成本下降约600元。这样，既解决了问题，又能使系统总造价会降低400到500元。
五、洗菜机的发展趋势
通用洗菜机是一个新兴的产业，在完善洗菜机的基本功能后，发展方向主要在：
1）控制功能向更加智能化发展。就是设计更加合理清洗程序；增加监测项目；提高洗菜机对清洗对象的自动调整和适应能力及洗菜机的自我保护功能。例如，增加对水浑浊度的监测，控制过滤器的工作方式和给出提示警告等。
2）在清洗方式上，就目前的技术，我们洗菜机的清洗方式是最优方式，发展主要是在水流的控制上，继续寻找更为优化水流还有很大的空间。还需继续做研究和试验。
3）在洗菜机的消毒杀菌技术上，臭氧与紫外线消毒无疑是最优的选择。发展主要在提高臭氧与水的混合效率，目前各种混合方式最高效率是70%，我们还远没达到这个标准。从理论上推导，如果组合用一种以上方式，混合效率可以超过70%。
以上是我对洗菜机的一些粗浅看法，欢迎大家提出疑问、或新的观点，并在一起讨论。大家共同努力，把我们的洗菜机打造成精品。

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