一种龙胆草清洗机的原理

摘要： 龙胆草在采收后，根系间夹杂有泥土等需要去除的污物，在储藏、二次加工或有效成分提取之前都要经过清洗，传统清洗方法不仅耗时费工，而且消耗大量的淡水，更有甚者使用化学洗涤剂，造成龙胆草的二次污染；超声波清洗技术因其不受清洗件表面复杂形状的限制，清洗时间快、效果好和无污染等特点，而被广泛应用于各个领域。将微幅振动及超声波清洗技术引入龙胆草的清洗过程，在不增加任何其他洗涤剂的情况下，将龙胆草根茎清洗干净。

Abstract： After harvest， there are many mixed dirt in root of gentian need to remove， so in the storage， secondary processing or extracting effective components process， it must be cleaned. The traditional cleaning method not only takes a lot of time， but also uses a lot of fresh water， and even uses chemical detergents， causing secondary pollution； ultrasonic cleaning technology is widely used in various fields because of no restrictions on the complex cleaning surface， short cleaning time， good effect and no pollution. If introducing the slight vibration and ultrasonic cleaning technology in gentian cleaning process， in the case of not adding any other detergent， the gentian rhizomes can be cleaned.

关键词： 龙胆草；超声波；微幅振动

Key words： gentian；ultrasonic；slight vibration

中图分类号：S22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）34-0042-02

0 引言

龙胆草是世界上非常重要的中药材之一。随着人们对龙胆草药理知识的深入了解和对龙胆草药理作用的认识，国际上对龙胆草的需求量不断攀升。我国近年对龙胆草的种植面积不断增加，但是龙胆草的采收与清洗技术没有明显提高，大大限制了龙胆草的生产。

龙胆草目前的清洗方法主要是用水冲洗，再辅助一些人工的抖动。主要缺点是，效率不高，浪费水资源，而且对龙胆草根系的破坏率很高，生产率也满足不了市场的需求。在市场的推动下，本文作者提出了振动水浴超声波清洗机，将振动水浴引入龙胆草的清洗过程。

1 超声波清洗作用机理与优势

1.1 超声波清洗作用机理 超声波是一种频率超出人类听觉范围20kHz以上的声波。超声波很像电磁波，能折射、聚焦和反射，然而和电磁波又不同，电磁波可以在真空中自由传播，而超声波的传播要依靠弹性介质。其传播时，使弹性介质中的粒子振荡，并通过介质按超声波的传播方向传递能量，这种波可分为纵向波和横向波。在固体内， 两者都可以传送，而在气体和液体内，只有纵向波可以传送。超声波能够引起质点振动，质点振动的加速度与超声频率的平方成正比。因此，几十千赫兹的超声会产生极大的作用力，强超声波在液体中传播时，由于非线性作用， 会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力，对污层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能钻入裂缝中做振动，使污物脱落。对于有油脂性污物，由于超声空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流，即所谓声流。他可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力，促使清洗件表面污物的破坏和脱落，超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层，腐蚀固体表面，增加搅拌作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。此外，超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度，亦使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击[3]。由上述超声清洗原理可知，凡是液体浸到空化产生的地方都有清洗作用，不受清洗件表面复杂形状的限制，如部件表面的空穴、凹槽、狭缝和深孔、微孔都能得到清洗，而这些部件用一般刷洗方法是不能清洗干净的。

1.2 超声波清洗的优势

1.2.1 清洗效果好 目前在工业项目中，清洗方式主要有以下几种：人工清洗、有机溶剂清洗、蒸汽气相清洗、高压水射流清洗和超声波清洗。其中超声波清洗是目前清洗效率最高的一种清洗方式，这种清洗方式的清洗效率能够达到98%以上，其清洗的洁净程度同样是最好的。传统的清洗方式是人工清洗和有机溶剂清洗，这两种的清洗效率比较低，往往只有60%到70%，即便是气相清洗和高压水射清洗的清洗效率也远远不如超声波清洗，这两种的清洗效率通常在90%以下。超声波清洗对于无论多么复杂的工件都可以进行，将需要清洗的工件放入清洗液内，只要能够接触到清洗液的地方，都会得到超声波清洗。超声波清洗对于结构和形状复杂的的工件，这些工件往往用其他的清洗方式难以彻底的清洗，超声波清洗却能够很彻底的进行。超声波清洗的时候，清洗液内的气泡出现的很均匀，能够达到理想的清洗效果。为了达到不同的效果，超声波清洗的时候可以选择不同的溶剂进行，无论是除油，除锈还是磷化，超声波清洗都能够做到。在清洗的时候，配合清洗剂，这样可以有效的加速污染物的分离和溶解，减弱清洗液对工件的腐蚀作用。

1.2.2 清洗成本低 清洗成本主要由两部分组成：设备成本和消耗成本。超声波清洗需要的设备购置的成本比人工清洗以及有机溶剂清洗的成本要高，设备使用年限一般为十年，不过低于气相清洗和高压水射清洗。消耗成本比其他的清洗方式要低，以有效尺寸为600X400X350 mm3，功率为1kW，价格约为1万元的超声波清洗机为例，耗电1Kw·h约为0.5元；碱性金属清洗剂1kg，价格约为20元，可反复使用20～50h（根据污染程度而定），相当于0.4～1元/h，而一般工件清洗时间仅为3～15min即可，且一次清洗可对一定数量及体积的工件同时清洗，因此对于消耗成本而言，采用超声波清洗，不仅清洗效果最好，而且清洗成本相当于不到0.04元/件，还不算节省的劳动力成本，远远低于其他各类清洗方法。

1.2.3 避免劳动损伤 人工清洗需要再恶劣的环境下进行繁重的体力劳动，而且清洗的时间也比较长，对人的劳动消耗非常大，而且清洗的效果也不好，而超声波清洗机的应用能够直接改善清洗环境，不但减少了对人体的劳动消耗，还减少了因手工清洗对工件的损坏，在清洗时间上超声波清洗也比手工清洗要快的多，最主要的是超声波清洗的工件更加彻底。

2 龙胆草清洗机的结构与原理

2.1 龙胆草清洗机结构（图1） 主要由偏心振动装置、龙胆草浸泡清洗装置和超声波振荡器组成；偏心振动装置由电机（5）和偏心轮（3）组成，位于龙胆草浸泡清洗装置的上部外侧；龙胆草浸泡装置包括不锈钢清洗箱（9）、盛物篮（7）和传振叉（1），不锈钢清洗箱（9）与偏心振动装置隔离，盛物篮（7）和传振叉（1）与偏心振动装置有硬性接触；超声波振荡器（6）位于不锈钢清洗箱（9）的两侧下部；本文提出的清洗机更加有效地提高龙胆草清洗效率与质量、降低龙胆草清洗过程根系破损率问题。

2.2 龙胆草清洗机的技术方案 在本龙胆草清洗机中，偏心振动装置位于龙胆草浸泡清洗装置的上部外侧，偏心振动装置由电机（5）偏心轮（3）组成，清洗时，电机带动盛物篮极盛物篮内部的龙胆草微幅振动，加速龙胆草根系附着的土壤颗粒等杂物脱离。

在本龙胆草清洗机中，超声波振荡器（6）位于不锈钢清洗箱（9）的两侧侧，清洗时盛物篮（7）在电机（5）及偏心轮（3）的驱动下微幅振动，有利于超声波均匀作用到龙胆草根系及根系附着土壤颗粒的不同表面。

2.3 龙胆草清洗机工作过程 清洗机的工作过程是：首先将清水注入不锈钢清洗箱（7）中，放入适量需要清洗的龙胆草，然后放上传振叉（1），最后关闭上盖（2），开启超声波振荡器（6）浸泡10分钟。10分钟后启动偏心振动装置，龙胆草在微幅高频振动下促进其根系附着的土壤快速脱离，达到清洗的目的。当清洗工作完成后，自动将脏水排出。

3 效果

以自来水为清洗介质，以超声波为动力源，辅助以偏心振动装置来清洗龙胆草。将微振技术与超声波技术组合使用在一台清洗机上，具有集成创新性。结构合理，操作方便，不添加其他清洗剂即可去污，清洗效果高质高效，龙胆草根系破损率大大降低，能源消耗低，环保无污染。由于超声波清洗技术的应用可省去传统清洗机上的部分机械部件，而且具有洗涤效果好、耗能低、速度快、操作简单的优点。在偏心振动装置的作用下，龙胆草根系以2mm左右的振幅做高速抖动，加速根系内部土壤的脱落，加以超声波对附着根系土壤的冲击，使得根系土壤很容易脱落，并且对龙胆草根系的损伤降到最低。

参考文献：

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[3]刘淑梅，陈军.根类中草药净洗引进超声波清洗技术的探讨[J].甘肃科技纵横，2012，（03）.