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摘要：优化设计是以最优化理论为基础，计算机为工具，根据追求的性能目标建立目标函数，并且在满足给定的各种约束条件下，从多种设计方案中寻求最优的设计方案的设计方法。通过对国内某洗碗机喷淋结构流场的残差曲线图、压力分布、速度云图等的分析，得出该洗碗机喷淋结构的设计缺陷，针对结构缺陷提出了优化的方案，对改进后的结构进行了验证，保证了优化的效果，最后得出了结构优化的结论。
关键词：洗碗机；喷淋结构；优化设计
1、前言
洗碗机的实现能有效降低工作人员的劳作强度，提高工作效率，具有较高的应用价值。但在洗碗机喷淋结构设计方面还存在很多缺陷，包括喷淋压力、水流速度等难以满足实际需求。对此，本文对洗碗机喷淋结构的优化措施进行了分析，并提出了有效的建议，能保障优化效果，发挥其综合效益价值。
2、浅析结构优化设计内容及要素
当对洗碗机喷淋结构进行优化设计时，通常可将设计内容转换成模型的方式，便于设计师分析各项变量因素，并确定各个因素的影响情况，从而根据目标函数来进行计算，以实现设计目标。因此，需要重点考虑以下几个要素。
第一，变量要素。对于洗碗机喷淋结构来说，在设计阶段需
要设置相应的独立参数，确保机器结构正常运行。由于该结构变量要素的数量比较多，拥有更多的选择空间，需要设计多种方案，从中选择最优方案。但这种设计方式的工作量大、设计难度高。很多变量要素具有连续性特点，当某一离散变量发生变化时，对其他变量会产生影响，如轴承直径、齿轮参数、倾斜角度等。因此，在对洗碗机喷淋结构进行优化设计时，首先应考虑这些离散变量，采取针对性优化措施，并与目标值进行比对，不断进行调整。
第二，函数确定。通常情况下，在进行洗碗机喷淋结构进行优化设计时，需要确定目标函数，有利于明确各项优化指标，以采取正确的处理措施。因此，这些指标都是喷淋结构比较重要的内容，如体积、功耗、刚度、强度等。但在实际应用时，一般分为多目标函数或单目标函数两种，相比较来说，单目标函数只能针对单项指标进行计算与优化，而喷淋结构指标内容比较多，难以满足实际需求。对此，本次优化设计采用多目标函数的方式，可同步对多项指标进行优化，有利于提高优化效率，保障优化效果。
第三，条件限定。目标函数值取决于设计变量的变化，但这种变化并不是任意的自由变化，绝大部分实际问题的设计或多或少总要满足一定的条件，而这些条件构成了对设计变量取值的限制，称为约束条件或约束函数。根据对设计变量取值的限制形式，约束条件可分为直接限制的显约束和间接限制的隐约束。结构优化提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。拓扑、形貌和自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计参数还可以反馈给设计人员并作出适当的修改和调整，经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化，从而得到更好的方案。
3、实例分析
为了保障优化设计效果，本文以某型号洗碗机喷淋结构设计为例，对其存在的缺陷问题进行分析，并提出了针对性优化思路，从而提高喷淋结构的功能和性能，保障清洗效率。
3.1设计缺陷
本次优化设计工作采用了Fluent软件，对现有的洗碗机喷淋结构进行数据收集、整合，并制成仿真模型，有利于对喷淋结构的实际情况进行分析，如出口角度、水流方向等，为后续的优化设计工作提供了数据支撑。利用Fluent软件可生成水流速度矢量图，直观展现各项数据信息。通过分析矢量图可知，当增加单管出口数量后，各个出口管道都充满了水，且出口处水流速度最大。但发现水流方向发生了改变，大多从右侧出口流出来，主要是因为水流方向偏于左边。
因此，导致左侧出口水量较少，难以将碗碟清洗干净，对洗碗机的工作效率造成了严重的影响。
3.2优化方案
3.2.1优化思路
现阶段，我国现有的洗碗机喷淋结构设计，主要应用了驱动水泵技术，在电能的作用下，能为驱动水泵提供动力支撑，从而对洗涤水进行加压，使其从旋臂中喷射出来。当喷射出来的水流与碗碟相接触时，会产生机械能，将碗碟表面的污渍冲洗干净。但由于部分油渍难以清除，还需要将洗涤水中加入热水，有利于起到杀菌、软化等作用，确保清洗效率。因此，在进行优化时，需要合理调整水流出口角度，以产生充足的机械能。还要对水量、清洗时间等进行设定，避免对清洗质量造成影响。另外，在新时期下，我国提出了建设节约型社会的目标，实现国民经济的可持续发展。对此，在喷淋结构的优化设计方面上，还要加大节能、节水、安全等方面的设计，发挥其综合效益价值。
3.2.2设计过程
在进行优化设计时，应对上述问题进行分析，明确优化过程，以解决实际问题。例如，一是，喷淋结构上共有5个出水口，为了解决水流偏移、机械能不足等问题，需要合理设计出水口的角度。对此，可按照从左至右的方式，第一个出水口倾斜角度为0°，并逐个增加5°，再利用Fluent软件进行检测，能发现出水口集中偏移的问题基本解决。但还存在其他问题，由于出水口倾斜角度较大，存在水流向右偏移的问题。因此，要继续对出水口倾斜角度进行调整，保持第一个出水口为0°不变，第二个出水口倾斜角度为10°，且依次增加2.5°。利用Fluent软件检测可知，可实现垂直喷射清洗，能有效提高清洗效率，节约水资源。通过对比前后方案可知，原有的喷淋结构存在明显的水流集中偏移的问题，导致碗碟无法及时清洗干净，需要进行重复清洗。而在进行第一次优化时，出水口倾斜角度过大，导致水流出现向右偏移的问题，也无法清洗干净。因此，在此基础上调整倾斜角度，此时的清洗效果最佳。
4、结语
对于洗碗机而言，由于结构优化设计所涉及的参数太多，比如角度，开口大小，喷口数量，上下喷淋管之间的距离等，我们所做的实验仅仅是通过改变出口角度这一参数获取的优化结果，而没有考虑其它的因素，在这个过程中得到如下结论：
（1）优化设计是在仿真分析的基础上进行的，仿真的结果为结构优化提供依据遥。优化的效果可以通过仿真来验证。
（2）结构优化设计所涉及的参数比较多，有时不能仅仅通过优化某一个参数来进行，而是需要全面考量之后，优化设计才能达到预期的目标。
（3）运用仿真软件来仿真和分析结构优化的效果，可以高效地完成优化设计。
运用优化设计的理论，对于洗碗机的清洗管道进行了结构的优化设计，通过优化实现了水流的垂直喷淋，对于该洗碗机清漂洗系统的结构优化设计提出了初步的方案。目前完全利用计算机仿真分析就可以得出洗碗机设计上存在的缺陷并通过结构优化的方法进行了优化设计和仿真验证，这对洗碗机的完善具有十分重要的意义。
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