毕业设计(论文)开题报告

题目

家用果蔬清洗机设计

1 课题研究目的及意义 1.1 国内外研究现状 1.1.1 国外研究现状 国外的果蔬清洗机发展得益于他们生活和饮食习惯以及工业进展较早的原因，蔬菜清洗机发展历   史较长，技术成熟，从事蔬菜加工技术和设备研究单位较多，且设备分布均匀，形成了完整的加工体   系。无论是食品加工厂所用的大型清洗机，或家用的小型果蔬清洗机都有及深的研究。在家用清洗机   上，清洗方式也由传统的软毛刷和水流物理式清洗，进化成了臭氧电解水和超声波清洗。 现如今已有德国冰尊（BENSHION），美国惠而浦（Whirlpool），日本松下（Panasonic）等知名品牌研发并大量投入市场。这些品牌的清洗机器运用了新型的清洗技术：超声波清洁与臭氧相结合，   利用超声波空化作用以及臭氧气泡清洗杂质，降低农药残留。清洗速度快，清洗干净程度高。 图 1.1 国外大型清洗线与小型家用清洗机例图 1.1.2 国内研究现状 我国的蔬菜清洗技术到 20 世纪 90 年代才开始研究，清洗机更是近几年才出现在人们的视线里， 可即便如此，在线下门店中也很难找到在售的果蔬清洗机，研究起步晚，群众接受度低，是我国果蔬清洗机面对的两大难题。现阶段我国蔬菜清洗机技术基础比较薄弱，设备多在仿制国外大品牌，尤其是在超声波清洗及其辅助技术上，各品牌产品质量参差不齐，民众对于其清洗能力也存在质疑，且使用者多处于大城市中，导致发展速度较缓。 现如今有海尔，摩飞，苏泊尔等国内大品牌的研究，已取得了较好的效果，但清洗能耗及自动化   程度比之国外仍较之不上，有较大的提升空间。 图 1.2 国内小型家用清洗机例图

1.2 研究目的及意义

本次的研究目的是为了设计出一款适合家庭清洗少量蔬菜水果的实用型生活类机器，尽量使其能同时清洗块茎类，叶类等多种蔬菜水果的混合清洗。满足消费者需求，节约做饭时间，提升生活体验，   解决民众受农药残留、寄生虫卵等因蔬菜水果没洗净导致的健康问题。

设计成功并完成生产能够促进食品安全，减少果蔬表面的农药残留和细菌数量，降低食品中毒和食源性疾病的风险，对保障公众健康有重要意义。还可以推动相关产业发展，果蔬清洗剂的研发和生产涉及化学、食品科学等多个领域，其发展和推广可以带动相关产业的发展和升级，促进经济增长。   进一步提升消费者生活质量，提升了消费者的生活质量。引导形成健康，卫生的生活方式，提高公众的健康意识和自我保护能力。

2 基本内容与总体设计方案

2.1 设计基本内容

设计一款实用性的家用果蔬清洗机，机器需要满足体积小巧；清洗泥土，虫卵等有害物的功能强   大；清洗速度快；不能破坏蔬菜水果的表层组织，不能在清洗过程中产生对人体有害的物质，使用需   方便，且电功率需满足日常家庭电器规范。在此基础上提升其外观，控制制造成本。

本次设计的清洗机容积设定在 8L 到 12L 之间，产品的长宽高在 350mm×350mm×400mm 左右，使用额定电压在家用 220V，功率约为 90w。在功能上需满足：

需要有一键快速自动清洗功能。

提供多种不同的清洗档位以供选择，能自由设定清洗时间，以便清洗数量不同的蔬果。  外接供水设备，能一进行一键换水。

清洗速度快，一键自动功能下清洗完一筐蔬果的时间约在五分钟左右，设定的时间除外。

2.2 总体设计方案

2.2.1 清洗方式的选择

现如今市面上的清洗机分为传统清洗机和新型清洗机，他们因为结构和功能上的差异，以至于清   洗的标准和效果各不相同，大致分为三类：

①使用软毛刷之类利用摩擦力为主水流辅助清洗果树上的泥土清洗机构：主要清洗外表带有较多   泥土的块茎类植物等，有较强的清洗效果。但由于清洗仅局限于果蔬外表面，对于多叶型植物，清洗   效果则大幅下降且可能损伤蔬菜水果的原本生物结构，故不选择，如图 2.1。

图 2.1 毛刷清洗机简图

②涡轮式清洗机：利用强劲的水流冲洗果蔬表面，辅以的机器旋转内部结构，改变果蔬的实时位   置，达到无死角清理的方式，对于多叶型水果蔬菜，可以进行更深层次的清理，强劲的水流能带出泥   土虫卵，再顺着机器排出，达到清洗目的，成本略低，清洗效果好，适合清洗常用的蔬菜水果，但对   于携带泥土量较大的我洗效果略差，如图 2.2。

图 2.2 涡轮清洗机简图

③超声波清洗机：使用超声波进行清理的机器，内部结构简单，清洗物料槽轻松，其原理是当超声波作用于液休时，液休中某些点会经历周期性的压缩、膨胀，溶解于液体中的空气会在薄弱区域形成气泡，气泡快速闭合至崩溃产生冲击波，向果蔬表面产生冲击，能对果蔬表面产生强劲的清理效果且对果蔬基本没损伤，清洗效果全面，同时还可否以臭氧或电解水净化技术，降解表面的残留农药，   但成本略高，如图 2.3。

图 2.3 超声波清洗机简图

结合设计需求条件，本次设计的家用果蔬清洗机，将采用涡轮式清洗原理，涡轮式清洗机不仅结   构简单，而且其清洗过程中果蔬均浸泡或半浸泡在水里进行清理，能有效避免在清洗过程中造成的碰   撞伤害，水流的冲洗使果蔬上的污渍松动，涡轮的旋转产生离心力将污渍带走，达到清洗的效果。还   可以根据清洗的物料不同改变清洗液的化学性质达到去除农药残留等，全机械的设计结构导致他制作   成本低较低，技术较为成熟，可更好的控制价格，更易被广大人民接受。

2.2.2 机械系统的设计

本次设计的果蔬清洗机是以涡轮式为清洗方式的机器。使用时，需外接 220V 家用电源，设有进水口和排水口，可以接入水龙头或净水器等设备，由机器控制内仓中的水量，也可人为倒入清洗液浸   泡消毒后再进行清洗，电机在内仓左侧，清洗时，电机启动带动内仓旋转，同时上方的喷射口开始向   下喷射强劲水流，液面检测机构保证整个清洗过程中水的循环，避免内仓的水量过多溢出机器或者水

量太少让果蔬发生碰撞造成损伤。仓盖采用翻盖式设计，中部设有窗口，便于随时观察清洗情况。根据设计需求，本次设计的主要动力元件为电机，为了使内仓达到所需的稳定转速，在电机与内

仓之间需设置传动机构。常用的传动机构有两种，分别是带传动与齿轮传动，将两种设计方案进行对   比：

（1）电机+带传动：传动带带本身能够吸收电机运转时产生的部分冲击和振动，可以有效减少震   动和噪音；结构简单，传动构件只有皮带与电机上的主动轮和物料筒的从动轮，维护和更换成本也较   低；但传动效率较低，承载能力较小；寿命短，传动带容易受到磨损和老化影响，需要定期更换。传   动带与主动轮和从动轮之间要在同一水平面上，需要为其安排充足的空间。

（2）电机+齿轮传动：齿轮传动的传动效率较高，有更高的效率，能够更有效的利用电机的功率。   机械结构更紧密，摩擦小，能够更好地实现动力的传递。稳定性好传动比准确能够使物料桶的转动均匀，减少在洗涤过程中对蔬菜的损伤。还能够承受较大的轴向和径向载荷，适用于负荷相对高，有正反转设计的传动系统。且齿轮多用金属材料制作，使用寿命较长，耐磨损程度较高。齿轮的放置可以采用堆叠错位，等方式安装，且不影响传动效率，对空间的利用率较高。

因为所设计的机器为家用，体积较小，内部的空间利用率要较高；电机的功率因使用家用电流电   压的原因有较大的限制，选择的传动方案要能大限度的保留电机的功，减少对电机功率要求。经过优   化设计，齿轮传动的噪音也能较小。设计的机构还要在清洗过程中尽量保证果蔬的完整性，避免对其   造成损伤。结合设计要求，经过对比，最终选择电机+齿轮的传动方案，传动简图如图 2.4 所示。

图 2.4 涡轮式清洗机传动简图

2.2.3 外观设计

本次设计的家用果蔬清洗机作为一个具有实用性的家用小型电器，在外观上需要符合大众的审美。且在注重其外观的同时，还要保证所选材料的实用性与功能性，具体设计要点与方案如下：

①所选的材质需满足国家食品级标准对健康无害，且合理的利用材质的特性，使其发挥最大的功   效，本次设计的家用果蔬清洗机外壳采用 ABS 塑料材质，成型后外表光滑且耐磨损，具有高强度的支撑性,最高可耐 110 度高温。果蔬篮采用 PP 塑料材质，密度小重量轻，具有较好的柔韧性，有良好的耐冲击性和耐化性。

②整体结构需紧凑，外观需简洁，本次设计的主要零件分为仓盖、主体和底座三部分，主体和底

座采用注塑成型方法制造，预留螺丝孔隐藏在底部，以嵌套式方式安装，螺丝固定，保证具有一定的   防水性的同时还兼顾了牢固程度与一体性。仓盖中镶嵌一块透明 ABS 板，以便在清洗机工作时观察清洗状况时，机器整体呈方形便于贴合角落位置，以白色色调为主，颜色百搭能贴合各种风格的餐厅和   厨房。

③操作与交互界面需简洁易懂，且在机器表面处于醒目位置。本次给果蔬清洗机设计的交互界面为薄膜按钮与液晶屏幕，在舱盖前端与主体交界处设有倾斜的平面，颜色为黑色与白色主体以示区分，   薄膜按键附在该平面上，液晶显示屏安装在薄膜下方，兼具了防水性的同时，使交互更加简单。

2.2.4 控制系统的设计

由于本次设计是适合家用，占地体积小，且要控制成本，所以将采用单片机控制。其清洗流程为：

①放入果蔬合上仓盖后，点击开始按键；

②机器开始自动清洗，上方喷射口开始喷射水流冲刷蔬菜表面；

③等待内仓里的水量达到合适的值后，电机启动带动蔬果篮开始旋转；

④清洗快结束时，缓慢排水电机低速旋转甩干水分。

如果水量达到最小值及其以上后设定清洗时间开始清洗还可以提前注入清洗液，设置延时启动，   选择浸泡时间，当果蔬浸泡消毒完后开始清洗，如果水量达到最小值及其以上后直接开始清洗，若无则继续注水直到达到最低水位。

为了达到以上流程需有模式选择键，水位传感器检测模块，液晶显示参数，通过单片机在控制电   机的启动，注水的模块启动，清洗结束完后，设有提醒音乐或语音提醒清洗结束。控制原理框图如图

2.6 所示。

图 2.5 控制原理框图