一些地区的啤酒瓶源较差，很多的瓶子带霉斑、标纸已风化，传统的洗瓶机浸泡、冲洗不能完全清洗干净。除霉剂、洗瓶添加剂的使用，增加了成本，污染环境。把超声波装置设在洗瓶机碱槽合理区域，配合合适的温度、碱浓，可大幅提高效率、降低能耗，提高瓶子表面和内部的洁净度，减少投诉，对环境没有影响，对人体没有伤害，操作方便快捷。
一、概述
超声波清洗技术始于20世纪50年代，目前以空化和直进流为主。利用超声波在清洗液中的空化作用，加速度作用及直进流作用，产生的冲击，将浸没在清洗液中的玻璃瓶内外表面的污物震落剥离下来，现已广泛地用于多种行业，在机械行业中广泛用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴铸件、燃油过滤器、阀门及其他机械零件。
超声波洗瓶机主要利用超声发生器产生超声波信号并传入超声波换能器，换能器将超声波电能转换为高频机械振动并传入清洗液中，在清洗液中产生空化作用，从而达到超声波清洗的目的。超声波洗瓶机的关键是频率跟踪，也就是使超声波电源输出频率和换能器频率一致，这样才能形成共振，使换能器处于最佳工作状态，清洗效果最好。
此次设计的超声波洗瓶机主要应用于难于清洗、带有霉斑的啤酒玻璃瓶，配合使用适当温度和碱浓的碱液，清洗效果更好。该产品是一种机电产品，通过压电陶瓷材料做成的超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波振动。超声波可以穿透固体物质而使整个清洗介质振动并产生空化气泡，能彻底清洗瓶子，清洁率非常高。运行可靠、实用性强、减少添加剂的使用，具有一定的使用价值和意义。
二、原理和特点
换能器将超声频电能转换成机械振动并通过碱槽辐射超声波，如图1所示。微气泡在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合。在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周围产生很大的压力及局部高温，这种现象称为超声空化现象，空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。蒸汽型空化对玻璃瓶上的污物及霉斑的直接反复冲击，一方面破坏污物及霉斑的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入”裂缝作振动，使污物脱落。由于空化作用，两种液体在界面会迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击玻璃瓶，同时由于非线性效应会产生声波和微电波，空化在固体和液体界面上产生高速的微电流，这些作用能够破坏玻璃瓶上的污物，除去或削弱边界污层。除标泵的搅拌和扩散作用，会加速可溶性污物的溶解，强化助洗剂的清洗效果。可见，凡是能浸到声场存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、质量高。
瓶子送入载瓶盒后，经过预喷淋2区，附着脏物被冲洗落入脏物输送链网15集中排出。然后经过碱水浸泡和喷冲，标纸和碎玻璃经过除标装置带出箱体。在碱槽四、碱槽五中的瓶子相对比较干净，顽固的霉斑通过碱水浸泡和冲洗，附着力大大下降。再经过超声波发生器一、超声波发生器二的360°无死角清洗、杀菌，霉斑、风化标基本可除去，通过除标装置四、五带出箱体外。再依次经过热水、温水、冷水、常温喷淋。
超声波发生器沉浸于碱处理机构中的碱液中，处于传送链的上方，发射面朝向传送链。此位置脏物不易沉积在超声波振板表面，要清洗的瓶子也将处在超声波的辐射范围（约400mm）之内。
三、超声波发生器的选择
超声波发生器也称作超声电源，是一种用以产生超声频电能并向超声换能器提供的装置。按照工作原理可以分为模拟电路和数字电路两大类。模拟电路发生器又分为振荡放大型和逆变形两种。本设计采用振荡一放大型，它是一个带有振荡电路的发生器，其框架图如图4所示，由振荡、放大、匹配电路和电源组成。振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定的功率输出，达到最佳负载值，通过输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。
超声波放大器的作用是将振荡信号放大至所需电平。放大部分可以是单级的，也可以是多级的，主要根据输出功率需要。早期的超声波发生器使用电子管做放大器件，现在普遍使用晶体管。近年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波放大器的放大器件。目前工业上广泛使用的超声波发生器基本上被晶体管电路垄断。与电子管相比，晶体发生器体积小、重量轻、效率高。但从另一方面讲由于受到方向击穿电压、最大集电集电流、最大集电极耗散功率参数的限制，通常一堆晶体管的最大输出功率只能达到百瓦级。要提高晶体管发生器的输出能力，除了有赖于高性能器件外，还必须采用高效率的电路。传统的甲类、乙类、丙类放大器都是把有源器件作为电流源工作。在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区，集电极电流受基极激励信号控制作相应变化。
超声波的驱动电路采用高压小电流功放电路，由两只三极管和耦合变压器构成。为了避免两只功放同时导通，导致内部功耗增加，两管的导通时间必须错开，使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此，三极管P1和P2对振荡器的输出作反向处理。三极管选用PNP型的8550。低压驱动电路所采用的电源是电流12V,在三极管后加入一个耦合变压器、完成高低隔离的任务。
超声波匹配电路是将发生器输出的电能送往换能器的通道。匹配电路结构简单，通常只有一个匹配电感，却具有重要的作用，匹配得越好，清洗效果越好。如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器更换，都需要重新调整匹配。与一般电子设备的匹配不同，超声波洗瓶机的匹配除了要解决编阻、即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗、使换能器呈纯阻性。技术人员通常是根据各自的经验进行匹配。如果碱槽内液位变化，电流的变化处于一定范围、同时电子管不发热，空化声强，便可以认为匹配较好。
换能器是用来进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种能量的装置，在声学研究领域中，换能器主要指电声换能器，它能实现电能和声能之间的相互转换。有磁致伸缩和压电两种换能器。磁致伸缩换能器的电声效率比较低，金属镍材料价格高，制造工艺复杂，目前很少采用。还有一种用铁氧体材料做成的磁敛伸缩换能器，虽然其电声效率比较高，但机械效率比较低，所能承受的电功率小。目前我国主要采用压电换能器，因为电声转换效率高，原材料价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不同的清洗要求，有圆柱形、喇叭形等多种形状，经过对比最后确定选用喇叭形夹心压电换能器。
四、使用案例
某啤酒工厂实际洗瓶添加剂单耗为0.025kg/hl，去霉斑剂为0.008kg/hl
洗瓶剂：800000×0.025×0.1×13.3=26600（元）
去霉斑剂：800000×0.008×0.1×18.84=12057.6 （元）
碱耗减少，某啤酒厂使用超声波前后碱耗对比如下：
九月份 | 十月份 | |
液碱（ton） | 92 | 69 |
产量（hl） | 86443 | 73220 |
碱耗（kg/hl） | 1.06 | 0.942 |
本实用新型清洗效果好，清洗速度快，清洁度高且全部瓶子清洁度一致。
对瓶子隐蔽处亦可清洗干净，对瓶子表面无损伤。还具有杀死虫卵和杀菌的作用。
靳云玲
南京乐惠芬纳赫包装机械有限公司洗瓶机所
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参考文献
[1] 曹风国， 超声加工技术 [M] 化学工业出版社，2005（1）
[2] 曹风国，超声清洗技术 [J] 近代物理知识，2002（6））
[3] 艾小洋， 中国工业清洗领域的现状与发展趋势[M] 现代制造，2004（2）
[4] 栾桂冬 张金铎，王仁乾，压电换能器和换能器阵[M] 修订版，北京大学出版社，2005（9）
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