实验用细颈瓶清洗机的方案设计毕业论文

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1、东北大学继续教育学院（自考）毕业设计论文目录中文摘要1英文摘要2前言31实验用细颈瓶清洗机发展状况以及研究意义41.1国内外发展现状41.2发展趋势与研究意义52实验用细颈瓶清洗机的方案设计62.1设计要求62.2方案选择62.2.1洗涤方法的选择62.2.2喷头的选择72.2.3洗涤工艺的选择82.3总体设计92.3.1结构布局设计92.3.2工作原理102.3.3夹具的设计102.3.3.1夹具结构102.3.3.2夹具的特点及工作过程113.实验用细颈瓶清洗机的参数设计计算123.1压力损失计算123.1.1管路材料选择123.1.2泵到分支处的压力损失143.1.3分支处的压力损失15

2、3.1.4分支后的管路压力损失153.1.5喷头下部连接管的压力损失163.1.6喷头压力损失163.2喷头内部压力计算173.3喷头参数计算173.4泵的参数确定183.5喷箱参数确定193.6洗涤液箱体参数确定194机器特点和注意事项205结论20参考文献21致谢2224 摘要实验用细颈瓶是指那些在实验中使用的、瓶口相对较小的玻璃瓶，如在化学实验中经常用到的容量瓶、锥形瓶等。这类瓶很不容易清洗，不但增加了实验者的工作强度，而且降低了工作效率。因此，研制一种清洗这类瓶的清洗机具有十分重要的意义。本实验用细颈瓶清洗机的设计在考虑到方便、实用的基础之上，对该类瓶的清洗方法以及清洗流程等各个方面进

3、行了分析、总结，完成了对该机的清洗方法的选择、清洗流程的确定、总体布局的设计:本设计运用SolidWork软件完成了对本机的总体设计;通过分析现有喷头的优缺点，设计了锥形螺旋缝隙式喷头,并用Excel分析设计了喷头的螺旋倾角;通过计算总体压力损失完成了对泵体的选择；根据瓶体的大小和数量确定了喷箱和洗涤液箱的尺寸参数。该机冲洗效果好，使用方便，节省了冲洗时间，降低了劳动强度，并且将洗涤液回收循环利用，节约了洗涤液资源，做到了环保。不但可以在各个高校化学实验室和生物实验室广泛应用，还可以应用到医学实验以及其他化工厂的实验中。关键词：实验；细颈瓶；清洗机AbstractThe experimenta

4、l narrow mouth flasks refers to the glass bottles used in chemistry experiment that have relatively smaller mouth, such as volumetric flask and taper flask, etc. This kind of bottle is difficult to clean. The cleaning of the bottle is not only increasing the working strength, but also reducing the w

5、orking efficiency. Therefore, developing a cleaning machine for the bottles is extremely significant.This experimental flask cleaners design has been carried out on the analysis and summary to this kind of bottles cleaning method as well as the cleaning procedure. The design plan, the cleaning metho

6、d, the cleaning procedure, and the overall layout has been determined considering not only convenient, but also practical .The overall design has completed with SolidWork software. By analyzing the existing spaying nozzle, a helix slot cone spraying nozzle was designed, the spiral inclination angle

7、of the nozzle was analyzed with Excel; based on computation on pressure loss, the pump was selected; the cleaning box and detergent box were designed according to the size and number of bottles.The machines washing effect is good, and it is easy to operate, meantime, it reduces the labor intensity.

8、It can recycle the washing solution, save the detergent resources, protect the environmental. It can be used not only in each university chemical laboratory and the biological laboratory, but also in the medicine experiment, as well as in other chemical plant experiment. Key words: Experiment; narro

9、w mouth flask; Cleaner前言 能够快速的把实验瓶刷洗干净一直是实验工作者的追求，化学老师做实验或者其他专业老师做科研时需要用到很多像容量瓶这类细颈瓶，由于结构特殊，虽然可以人工刷洗干净，却需要很长时间，而且在大量清洗时，还增加了劳动强度。此外，大量洗涤液的排放造成了资源的浪费和对环境的污染。 通过查找相关资料，我们发现目前还没有适用于清洗细颈瓶的机器。基于此况，为了在短时间内将实验用细颈瓶冲洗干净且使洗涤液循环利用，我设计了该实验用细颈瓶清洗机。 1实验用细颈瓶清洗机发展状况以及研究意义1.1国内外发展现状目前，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

10、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YP-WT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：2001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

11、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

12、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2003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

13、: 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 1.2发展趋势与研究意义 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

14、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2.1设计要求（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。2.2实验用细颈瓶清洗机的方案选择2.2.1洗涤方法的选择目前，洗瓶的

15、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（0.20.5MPa）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

16、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，对于十分难洗的瓶，可以先浸泡一会，再进行喷射。2.2.2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

17、，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

18、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

19、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

20、效果很好。图4 喷头形状示意图 图5 喷射效果图2.2.3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：图6 清洗系统流程示意图2.3总体设计2.3.1工作原理如图7所示：

21、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的设定时间时，

22、系统断电，冲洗完毕。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12.3.2结构布局设计洗涤液箱喷箱该机采用如图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2.3.3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。在化学实验室我们经常会看到一些夹具，通过那些手动的小

23、夹具，我设计出了如下的夹具：2.3.3.1夹具结构该夹持机构采用箱盖和弹簧组合作用的方式夹紧待洗瓶。弹簧受预压力作用，给瓶向上的支撑力；箱盖下压，给瓶向下的力，从而达到了夹紧的目的。对于不同大小的瓶，无须人工调节夹具，支撑弹簧自动缩短不同的长度来适应瓶的变化。图9 待洗瓶夹具示意图2.3.3.2夹具的特点及工作过程该夹具结构简单，操作方便，只需要将待洗瓶放到上面，盖上盖子后便实现自动夹紧。过程如下：图10 待洗瓶夹持过程图3实验用细颈瓶清洗机的参数设计计算3.1压力损失计算根据实验测量以及实践经验，为了保证喷入瓶内的水及时的流出，可以取：单个喷头的流量q0=7.510-6m3/s,喷头的出口压

24、力为P0=0.25MPa。且假设该机可以洗涤Z=16个瓶。3.1.1管路材料选择考虑到使用铜管成本太高，塑料软管容易损坏等问题，并且开钛管具有抗腐蚀，耐高压等特性，选择使用开泰管。国内市场上现有的管道材料有7：金属与非金属，二者有很多的不同点。金属管道：其主要特点有：耐高温，高压，质量大，但不防腐蚀。非金属管道：其主要特点有：质量轻，防腐蚀，但不耐高压高温。基于以上两种材料的优点我们选择了开泰管，其特点如下8：1开泰管是一种金属与塑胶粘合而成的五层管子，开泰管的构造为内外各一层聚乙烯（PE），中间层为特殊铝合金。Pe是一种清洁、无毒、无臭的塑料，它耐撞击，抗天候，抗化学物质，耐腐蚀，重量轻（仅

25、PVC的3/4重）；铝合金拥有金属管一般的耐压强度，而其高延展性及高抗拉强度使开泰管容易弯曲有塑性不反弹，外层PE可以保护管子不受腐蚀，内层PE可以使水质更洁净，使体内不与铝合金接触，增长管子的寿命。 因此拥有金属管坚固耐高压及塑料管抗酸碱耐腐蚀的双重特性，又增加两者所没有，可弯曲有塑性的特点。2开泰管之内外各一层PE，并非如一般被覆铜管以PVC“被覆”与铜管外层，而是在制造过程添加胶合剂与PE与铝合金之间，使两者在生产过程胶合于一体，如果管子加热时可保持这两种材质不会剥离，在弯管时也不会在内处剥离，而使开泰管能完全发挥应有的功能。3开泰管的优点如下：可弯曲又坚硬：开泰管不易受挤压而变形,即使

26、变形也不裂破,可以弯曲不反弹,可减少接头使用量,以避免流速受阻及渗漏；管子长、经济性高：能卷成长度为50,100公尺(须提前订制)之卷状,由于长度长,可减少不必要之裁切浪费；明管不需再漆色：开泰管以颜色区分其用途和材质并根据CNS-9329的规定,以颜色识别管中流体性质；防蚀、保温：抗酸硷,不氧化,在水泥及泥土下不需另行保护,保温性高,可节省保温费用；可输送化学物质：不受酸硷腐蚀为一工业用高性能管；抗静电可运送油料；内部平滑流量大：不会积水垢而堵塞,比金属管流量多30%；不渗透安全卫生：管中铝片完全隔绝氧气,消除渗透性；重量轻：相同用途的管重量铜管是开泰管的3-4倍,镀锌铁管为15-17倍,故

27、可轻便搬及减低建筑物之载重；无噪音：吸收管系中的压力冲击(水锤)不产生噪音；施工简便、快速：仅需简单接头即可安装,不须太多技巧,利用管剪即可轻易剪断,接头数目减少外又可以绕梁安装及隔间安装；清洁无毒：内、外层聚乙烯不会引起化学反应,符合有关生饮水、食品品质规定,并在制造过程封闭管之两端,确保仓储及运送不受污染,施工简单乾净,无油污、残馀物；耐高温、耐高压：交连聚乙烯为耐高温之优良材质,耐温可达95,经实验证明开泰管可耐23BAR以上压力，冷热水循环作加速老化试验，均无漏水现象。1物理大气压（atm）=101.325千帕（kPa)=1.0333巴（bar）以上；寿命长：全系统耐用50年以上；价格

28、便宜,施工费低：工料合计至少节省60%费用；可用简单金属探测器测出管子位置。(1)高密度聚乙烯（HDPE）管，冷水管：适用于常温时，最高温度60，适用压力10kg/cm2以上。(2)交连高密度聚乙烯（XLPE）管，热水管：适用于高温或低温时，-100-+95.95可长期使用，适用于压力10kg/cm2以上。另外，利用开泰管在安装方面也非常简单，它有专门的接头，如图9所示：它的特点如下：1 施工简便：不需特殊技术人员，般工具施工即可。2 安全性高：施工时不需用电或加热。3 耐温、耐压：23 BAR以上壓力，冷热水循环作加速老化试验，均无漏水现象。4 抗拉力强：C型铜环內緣和接头本体外緣有凹槽，上

29、紧螺帽后可卡紧管壁，所以接头不易与管 图11 开泰管接头 子松脱。5 经济性高：所有接头均可重复使用。 6 通用性高：所有接头均可与SP螺纹相接，并可与其他材质管接头相接。分析足以说明，iTEC管及接头之各种配合，皆能保持其管路系统永久之寿命，故世界各工业发达的国家均纷纷引进和采用。根据以上性能参数可知，所选择的开泰管完全满足各种要求，在耐压方面也满足要求。3.1.2泵到分支处的压力损失图12 喷头分布示意图已知接头数Z1=1，管路长l1=1m,管路直径d1=0.026m,弯曲数Z2=1，则水的运动粘度为9：=0.01775/(1+0.0337t+0.000221t2） （3-1） 取工作温度

30、为t=20 则 =1.00710-6m3/s管路面积：F1=d12/4 （3-2） =3.14（0.026）2/4=0.5310-3速度：v1=16q0/ F1 （3-3） =167.510-6/0.5310-3=0.2m/s 雷诺数10Re1 =v1 d1/ （3-4） =0.20.026/1.00710-6=5164 因Re2320，所以属于紊流流动。可以取管路粗糙度11=0.2又因Re22(d1/)8/7=22(0.026/0.2) 8/7=5732所以1=0.3164/Re0.25 （3-5） =0.3164/51640.25=0.037直管路压力损失为12：P1=1 l1v12/2

31、d1 （3-6） =0.037110000.22/(20.026) =29.2Pa取接头处损失系数为1=0.14,拐弯处损失系数2=1.12，则总损失系数为：0= Z11+ Z22=2.26，局部压力损失为：P2=0v12/2 （3-7）=2.2610000.22/2=25.2 Pa3.1.3分支处的压力损失损失系数3=1.5 局部压力损失为P3=3v12/2=1.510000.22/2=30 Pa3.1.4分支后的管路压力损失管路直径d2=0.04m 喷头间距l0=0.12m 两侧初始管路长l2=0.135m 管路面积：F2=d22/4=3.14(0.04) 2/4=1.25610-3 水流

32、速度：v2=5q0/ F2=57.510-6/1.25610-3=0.03m/s v3=4q0/ F2=47.510-6/1.25610-3=0.024 m/s v4=3q0/ F2=37.510-6/1.25610-3=0.018 m/s v5=2q0/ F2=27.510-6/1.25610-3=0.012 m/s v6= q0/ F2=7.510-6/1.25610-3=0.006 m/s 雷诺数：Re2=v2d2/=0.031.25610-3/1.00710-6=1192 Re3=v3 d2/=0.0241.25610-3/1.00710-6=954 Re4=v4 d2/=0.0181

33、.25610-3/1.00710-6=715 Re5=v5 d2/=0.0121.25610-3/1.00710-6=477 Re6=v6 d2/=0.0061.25610-3/1.00710-6=239 因为Re262200，所以是层流。故：2=64/ Re2=64/1192=0.05 3=64/ Re3=64/954=0.07 4=64/ Re4=64/715=0.09 5=64/ Re5=64/477=0.13 6=64/ Re6=64/239=0.27 压力损失分别为：侧管为P4-2=2 l2v22/2 d2=0.050.13510000.032/20.04=0.08 Pa其他直管P4

34、-2=2 l0v22/2 d2=0.050.1210000.032/20.04=0.07 PaP4-3=3 l0v22/2 d2=0.070.1210000.032/20.04=0.06 PaP4-4=4 l0v22/2 d2=0.090.1210000.032/20.04=0.04 PaP4-5=5 l0v22/2 d2=0.130.1210000.032/20.04=0.03 PaP4-6=6 l0v22/2 d2=0.270.1210000.032/20.04=0.01 Pa 总压力损失：P4=2P4-2+P4-2+3(P4-3+P4-4+P4-5+P4-6) =20.08+0.07+3

35、(0.06+0.04+0.03+0.01) =0.23 Pa3.1.5喷头下部连接管的压力损失 取压力损失系数为134=1.12 接头直径d3=0.015m 截面积F3=d32/4=3.14(0.015) 2/4=0.1810-3 速度v7= q0/ F3=7.510-6/0.1810-3=0.04m/s 压力损失P5=164v72/2=161.121000(0.04) 2/2=14.4Pa 连接管直径d4=0.003m 长度l3=0.205m 取铜管的粗糙度为=0.005 截面积F4=d42/4=3.14(0.003) 2/4=7.0610-6 速度v8= q0/ F4=7.510-6/7.

36、0610-6=1.06 m/s 雷诺数Re7=v8 d4/=1.060.003/1.00710-6=3158 因为Re72320，且Re7597（d4/） 所以7=0.11(/d4）= 0.12 总压力损失P6=167l3v82/2 d4=160.120.20510001.062/(20.003) =0.07MPa3.1.6喷头压力损失由于喷头直接接触洗涤液，并且有和反应过的化学物质接触的机会，所以其应该耐腐蚀，不易发生化学反应。可选择厚度为0.5mm的铜材料。采用螺旋缝隙锥形喷头，螺旋圈数n=11,锥角小于4，喷头总长度 l4=0.05m,缝隙宽为0.2mm,假设波纹外径足够大，其可以按照波

37、纹管路压力损失进行设计计算14。内径取D1 = 0.003m,波纹节距取S=0.005m，v9= v8=1.06m/s则单个喷头压力损失为： P7 = n1-( D1/ D1+0.438S)2 2v92/2 =111-(0.003/0.003+0.4380.005) 2 21000(1.06）2/2 =2740.07Pa 16个喷头总压力损失为P8 =16P7=162740.07=0.04MPa3.2喷头内部压力计算 根据经验，喷头的出口压力为0.20.5 MPa时，才能将瓶冲洗干净。所以应该保证16个喷头中压力最大值和最小值在这个范围内。由于喷头壁厚为0.5mm,而缝隙宽为0.2mm,其比值

38、在0.5到4之间，所以喷头流量可以近似的按照厚壁小孔进行计算15。 缝隙长为a=0.135m,宽度b=0.0002m,流量系数Cq=0.82. 截面积A=ab=0.1350.0002=2710-6 重度=g 流量16q0 =Cq A(2gP /)1/2 （3-8） =7.510-6m3/s 压力差P=(7.510-6 / Cq A )2 /2 = 7.510-6 / (0.822710-6 )2 1000/2 =57.38 Pa 喷头内部压力最小值应为P=500+0.06=500.06KPa3.3喷头参数计算喷头形状如图7所示：根据实验，设定喷头的缝隙共11圈，假设喷头的各个缝隙压力差均相同，

39、都为57.4Pa.并且设定喷头各圈缝隙的螺旋倾角相等。运用Excel单变量求解17 18的方法分析喷头的缝隙倾角大小： 表1 喷头螺旋倾角计算表圈数参数 123456螺旋倾角()48.548.548.548.548.548.5周长（m）0.014210.014210.014210.014210.014210.01421面积(m2)2.8E-062.8E-062.8E-062.8E-062.8E-062.8E-06流量(m3/s)7.9E-077.9E-077.9E-077.9E-077.9E-077.9E-07圈数参数 7891011总螺旋倾角()48.548.548.548.548.5周长（

40、m）0.014210.014210.010660.00710.003550.13499面积(m2)2.8E-062.8E-062.1E-061.4E-067.1E-072.7E-05流量(m3/s)7.9E-077.9E-075.9E-073.9E-072E-077.5E-06其中：（1）螺旋倾角为待求值 （2）周长l1=l2=l3=l4=l5=l6=l7=l8=r2=3.14(0.003)2m 而l9=3 l1/4 l10=2 l1/4 l11= l1/4 （3）面积为A=0.0002l111 （4）流量为Q=CqA(2P/)1/2=0.82 A(2P/)1/2具体求解：目标单元格为流量Q，

41、目标值为7.510-6 m3/s，可变单元格为螺旋倾角。3.4泵的参数确定根据以上计算，泵体出口压力P0max为： P0max=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P8+P =0.029+0.025+0.03+0.00023+0.144+70+40+16500.06 =8111.19KPa=8.1MPa 流量Q=167.510-6 m3/s=0.1210-3m3/s 由于泄露等问题泵的压力和流量应该为 P泵=k1 P0max=1.38.1=10.53 MPa Q泵=k2Q=1.20.1210-3=0.1410-3 m3/s 几种泵的应用比较如表2所示：表2 泵体比较表 齿轮泵叶片泵柱塞泵主要应

42、用于压力小于0.25KPa的机床液压系统以及低压大流量系统中16主要适用于中，低压的机床液压等系统之中主要应用于各类高压系统之中，且轴向柱塞泵比径向柱塞泵体积小，转动惯量小，应用非常广泛可以看出，该系统应该选择柱塞泵。经过查询资料，可以采用3D1-SZ系列的高压柱塞泵。其主要性能参数如表3所示：通过查表，可以选择25L/min流量的柱塞泵，其压力22MPa也符合要求。根据管路直径，可以选择管道泵1为40SG5-8型号18，管道泵2为15SG1.8-10型号。3.5喷箱参数确定为了使冲洗后的水及时的流出喷箱，保证其内部不存水，喷箱的下部设计很多孔，并且在喷箱的下面设有一个楔形的缓冲装置，这样，冲

43、洗后的水就可以从喷箱的孔流至缓冲装置，并且沿着斜面由上而下流至回水管，进而实现排水19。如图13所示：该清洗机一次可以洗16个细颈瓶。考虑到瓶子的规格不同，所以喷头的间距应该大于最大容积瓶的最大直径。可以取间距为120mm.则喷箱的长度为1205+100=700mm，宽度为 400mm，高度为 400mm 。 图13 喷箱实体图3.6洗涤液箱体参数确定 假设喷箱中冲洗后的洗涤液需要8s才能回收到洗涤液箱内，由于喷头的总流量为0.1410-3 m3/s，所以洗涤液箱的容积至少应该为V=0.1410-38=1.1210-3 m3其实际容积应该大于理论值20。为了美观，这里长度与喷箱长度相同，取70

44、0mm，宽度取200mm，高度取300mm . 4机器特点和注意事项本机最大的创新点是采用了螺旋缝隙式锥形喷头，这样的设计会使水沿着螺旋纹缝隙喷出，形成圆球面的形状，更大的增加了喷射水与瓶壁的接触面积，非常有利于洗涤。其不但体积小，成本低，而且喷洗效果非常好。使用时应注意以下事项：（1）由于瓶要依靠箱盖和箱体的共同作用来夹持，所以在冲洗过程中，不宜打开箱盖。（2）要确保在洗涤液箱内装有洗涤液之后进行加热。（3）不要将及其放置于过于潮湿的环境中，以免电路部分老化加快。（4）经常清洗水箱中的过滤网，必要时可以更换，以免杂物堵塞喷头。（5）洗涤液在使用一段时间后要及时更换，以免影响洗涤效果，在长时间

45、不使用的情况下要把洗涤液箱里面的水放干净，保持水箱的清洁，以便下次使用方便。5结论通过对实验用细颈瓶清洗机第一代样机的研究，针对其存在的优缺点，作进一步的理论分析，并且将其改进设计，以提高其工作性能。以下是对本设计的总结：（1）通过调查研究，分析了实验用细颈瓶清洗机的国内外发展现状；（2）通过分析细颈瓶的形状特点，确定了本实验用细颈瓶清洗机的工作原理和流程；（3）通过分析喷头类型和特点，设计了本机的锥形螺旋缝隙式喷头，并且运用Excel确定了喷头的螺旋缝隙倾角；（4）运用Solidwork软件完成了对本机的总体布局设计；（5） 通过计算液体压力损失,完成了对本机所应用到的高压泵和管道泵的选择设

46、计；（6）根据细颈瓶的大小和数量,完成了对喷箱和洗涤液箱的设计.该机采用了锥形螺旋缝隙式喷头，冲洗效果好，使用方便，节省了冲洗时间，降低了劳动强度，并且将洗涤液回收循环利用，节约了洗涤液资源，做到了环保。不但可以在各个高校化学实验室和生物实验室广泛应用，还可以应用到医学实验，以及其他化工厂的实验中。参考文献1肖旭霖.食品加工机械与设备.第一版.北京：中国轻工业出版社，20002龚文抗. 西方国家的食品技术北京：中国国际贸易促进委员会，19963汪小兰.基础化学.高等教育出版社.19954国家机械工业委员会. 化学基础知识. 北京：机械工业出版社，19885建设部标准定额研究所. 喷泉喷头. 北

47、京：中国标准出版社，19966水利电力部水利调度研究所. 喷灌技术. 水利电力出版社，1977.27柳金海. 管材管件应用技术手册. 北京：机械工业出版社，20048丁志华, 邱惠清. 新型管材与管件应用指南. 上海：同济大学出版社，20029曹升明. 液压技术基础知识. 北京：人民铁道出版社，197910王春行. 液压伺服控制系统. 北京：机械工业出版社，198911上海市业余工业大学.液压传动与控制.上海：上海科技出版社，198112胡家琛. 泵. 台北：徐氏基金会，198113重庆大学流体力学教研室. 泵与风机. 北京：电力工业出版社，198014郭立君. 泵与风机. 北京：水利电力出版

48、社，198615吴达人. 泵与风机. 西安：西安交通大学出版社，1989.16周谟仁. 流体力学泵与风机. 北京：中国建筑工业出版社，1979.17齐渊著.Excel 97中文版快速入门.武汉：华中理工大学出版社，199718李智敏.Excel 2000即学即用.北京：科学出版社，199919袁伟萍，何忠祥.基于SolidWorks的工程制图三维模型库的应用.机械管理开发，2006.1 （10-11） 20徐锦康，机械设计.北京：机械工业出版社，200021成大先，机械设计手册.化学工业出版社，1993.1222马香峰，徐凤禄.机械设计制图.北京：高等教育出版社，1988致谢本论文的选题、研究

49、内容、研究方法及论文的形成是在导师辛明金老师的支持、鼓励和悉心指导下完成的。在我论文完成过程中，辛老师在百忙之中抽出时间给予了我很多指导和帮助，教会了我许多专业知识。论文的选题、试验以及论文的写作自始至终都是在导师的认真、细致的指导和精心的安排下完成的。导师渊博的知识、严谨的治学态度及其先进的思维方式使我终生受益。从导师那里我不仅学到了知识，也学到了做人的哲理、生活的态度和为人处事的乐观豁达精神。在此论文完成之际，特向恩师辛明金老师致以最衷心的谢意! 在我的求学过程中，得到沈阳农业大学许多老师的热心指导和无私的帮助，并对论文的写作提出了许多宝贵意见，在此特向他们表示衷心的感谢! 此外，我要特别感谢的是我的父母对我的抚育，是他们给了我感受生活的生命，对我学业的大力支持，帮助、关心，借此论文向亲人表示作者对他们的深情和回报!最后，衷心地感谢所有关心、给予我热情、无私帮助的老师和朋友们!周立瑶22006年6月