摘 要

干冰清洗作为一种新的清洗技术，具有效率高、无污染。在电子、印刷、汽车与模具上应用广泛。因为这项技术国内研究起步较晚，所以相关方面还与国外有一定的差距。虽然能制造出满足工业清洗要求的干冰清洗机时但是清洗机器却有着重量大，不易搬运的缺陷。同时这样的设备不仅功耗大而且干冰用料很多。由于这两方面的问题极大的限制了干冰清洗的应用。

针对干冰用料量大的问题，设计了干冰进料切割装置，将干冰制成长度为0.3毫米至10毫米，直径为2毫米的干冰颗粒。以便后面与高压气体混合对特殊模具清洗。由此来提高干冰的利用率，减少干冰的浪费，降低成本。同时设计的单喷嘴式的干冰喷射装置，大大提高了干冰清洗机的效率。

选取小型三相异步电动机，并且利用链轮传动组成的减速机构。不仅达到理想的切割干冰块的转速而且占用空间小，并且放料箱的外表面采用铝材质延展性高、质量轻，内表面采用LDPE隔热性好、具有良好的化学稳定性，是放置干冰的理想材料。这样大大减小了设备整体的体积，提升了设备的便携性。

 针对干冰的进给，为提升干冰的利用率，降低成本。采用气缸带动进料板实现干冰的进给，对于清洗机整体机身跨距大的问题，选用了无杆气缸实现进给运动。利用气缸来实现进给运动提高了干冰的进给量的精度，同时也提升了干冰颗粒的质量，保证了干冰颗粒与高压气体的充分混合。

干冰清洗适用于清洗模具上的油污和PCB板上的覆盖性污垢，并且对工件表面的损伤较小，可以达到较高的清洗要求。

关键词：干冰清洗机；气缸进给装置；直筒型单喷嘴

Abstract

Dry ice cleaning as a new cleaning technology, with high efficiency, no pollution and widely used in electronics, printing, automotive and mold. However, at present, due to the late start of domestic research on this technology, there is still a certain gap with foreign technology. In the manufacture of dry ice cleaning machine has enough efficiency but also brought heavy equipment, not easy to carry and mobile problems. At the same time such equipment not only power consumption and dry ice material a lot. Because of these two problems, the application of dry ice cleaning is greatly limited.

Aiming at the problem of large amount of dry ice material, a dry ice feed cutting device is designed to make dry ice particles from 0.3 mm to 10 mm in length and 2 mm in diameter. To clean the special mould after mixing with high pressure gas. Therefore, the utilization rate of dry ice can be improved, the waste of dry ice can be reduced, and the cost can be reduced. At the same time, the design of single nozzle dry ice injection device greatly improves the efficiency of dry ice cleaning machine.

By selecting a small three-phase asynchronous motor, and the use of sprocket transmission composed of deceleration mechanism. In addition, the outer surface of the feeding box is made of aluminum with high ductility and light weight, and the inner surface is made of ultra-fine fiberglass cotton with good thermal insulation and chemical stability, making it an ideal material for the placement of dry ice. This greatly reduces the overall size of the device and improves the portability of the device.

For dry ice feed, to improve the utilization of dry ice, reduce costs. Adopt the cylinder to drive the feed plate to realize the dry ice feed. Using cylinder to realize feed movement improves the precision of dry ice feed and the quality of dry ice particles to ensure the full mixing of dry ice particles and high-pressure gas. Dry ice cleaning is suitable for cleaning oil on the mold and PCB board covering dirt, and the damage to the workpiece surface is small, can achieve higher cleaning requirements. cleaning requirements.

Keywords：Dry ice cleaning machine; Cylinder feeding device; Straight barrel single nozzle

目 录

摘 要 2

Abstract 3

1 绪论 - 1 -

1.1 选题的目的及意义 - 1 -

1.2 国内外研究现状 - 2 -

2 干冰清洗机总体方案设计 - 4 -

3 干冰清洗机的重要零部件设计 - 8 -

3.1 进料机构 - 8 -

3.2 切割机构 - 11 -

3.3 干冰喷射机构 - 15 -

3.4 干冰料斗结构设计 - 16 -

4 干冰清洗机控制系统 - 17 -

4.1 PLC控制系统 - 17 -

5 总结与展望 - 20 -

5.1 总结 - 20 -

5.2 展望 - 21 -

致谢 - 22 -

参考文献 - 23 -

绪论

目前，清洗技术在工业和日常生活中起着至关重要的作用。清洗技术影响着生产力，而干冰清洗又从传统的清洗方式中脱颖而出。干冰清洗机主要是用来清洗PCB板、铸造模具和轮毂。此外，它还能用来去除工件表面的毛刺。如今，产品的清洁程度影响着它的质量。现在国内市面上的干冰清洗机大多结构简单、体积庞大、清洗效率不高。本章会介绍论文的选题的目的及意义、分析国内外研究现状，从而明确论文的研究内容。

• 1. 选题的目的及意义

随着科技的发展和工业自动化的进步，工业清洗要求也越来越高。而许多的清洗方法例如：蒸汽、化学试剂、机械摩擦、高压冲击的方式不仅效率低下而且会达不到清洗要求，甚至会对工件造成二次损伤。而干冰清洗是通过空气压缩机将干冰颗粒输送到喷嘴处，再由喷嘴喷射到目标工件或设备表面。干冰清洗机由于是干冰清洗，对电器元件不会造成损伤而且原料是二氧化碳，成本低廉。与水洗相比，大大降低了细菌滋生的可能性，满足食品行业的要求。干冰清洗机还能进行在线清洗，弥补了传统清洗方法所要的拆卸、冷却等处理的工作。缩短了设备停车的时间以此提高了生产的效率。以此设计一个便携性干冰清洗机。干冰清洗机之所以能够如此效率之高，是因为当干冰被切割成颗粒与高压空气充分混合经喷嘴喷射到工件表面时，干冰发生汽化随之体积膨胀会产生强大的剥离力，将工件表面的杂质污垢吸附脱落。干冰清洗机具有高效、迅速、节能的效果。干冰清洗能够取代化学清洗，减少浪费，避免损伤。干冰清洗甚至可以清除模具上的碳化膜剂、失效脱膜层，尤其对模具表面有聚乙烯之类的粘性残留杂质有明显的效果。干冰清洗的意义有以下几个方面^[1]：首先，有利于工件和设备的维护，通过定期的清洗，可以去除设备表面的污垢，以免设备的磨损，保证说设备的良好运行。其次，可以提高金属表面的加工性能，在加工前，通过清洗消除污垢杂质，再来进行喷漆、电镀，可以增强加工后的效果。同时，干冰清洗还能提高工件的质量和性能。特别是对精密的工业零部件，经过干冰清洗后，其性能会更好。例如精密的机械轴承。

• 1. 国内外研究现状

干冰清洗的技术起源于美国，起初应用在空军飞机的清洗。二氧化碳在正常压力下是无色无味的气体存在于空气之中，但在零下七十八摄氏度时将成为固态，也就是俗称的干冰。正是因为在常压下为气体，所以在干冰清洗的过程只会留下工件表面的污垢^[2]。美国coldjet品牌的干冰清洗机是通过“文丘里”原理在喷嘴的前段部分装上一个“文丘里”管，当高速气流将干冰输送到该管时借助管内特殊的截面设计给予干冰颗粒辅助加速，以此来提高喷射的速度。解决了干冰颗粒发散，动力不强的问题。借鉴Cold Jet 的设计将分段放到喷嘴尾段，可以避免堵塞。目前，市面上大多数的干冰清洗机由于其喷嘴问题常常导致清洗效果不佳。在喷射过程中，干冰与高速气流在混合腔内混合就是为了在到达喷嘴时能够获得最大的速度，所以在干冰颗粒的大小、压力、温度、湿度等相同的条件下，单喉管相比于双喉管的输送方式动力更加强劲，能量耗费也小。之所以能量损耗大，这与双喉管的结构特点有很大关联。在大多数的干冰清洗机中双喉管输送方式中管道里的高速气流不光光要用来加速干冰颗粒而且还要制造一定的真空区以便从另一跟管中吸出干冰颗粒，因此，喷射出来的干冰颗粒的力量就小了很多。这是因为在混合腔内由空气压缩机制造的高速气流与经料斗滑落下来的干冰颗粒混合的过程中浪费了一些能量^[3]。在国内，哈尔滨工业大学的史金海研究了干冰清洗对工件表面温度不同的变化情况，并利用了干冰清洗技术分别对橡胶和金属模具表面进行了试验^[4]。陆晓宝在节流膨胀技术的基础上设计出来干冰的喷射和分离装置，通过这个装置提高了50%的干冰生产率^[5]。

德国的G.Spur研究了干冰清洗对树脂的清洗效果，并由此对干冰清洗机的工艺尺寸进行了优化^[6]。E.Uhlmann则利用干冰清洗来对对工件表面进行去毛刺处理，并得出一定范围内应力越大，干冰清洗到达一定的限度后，处理工件表面的能力有所下降^[7]。