超聲波清洗始于20 世紀50 年代初，隨著技術的進步應用日益擴大，已廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)。鋼絲、鋼絲繩生產(chǎn)過程中，常會有灰塵、油脂、鐵銹等黏附其表面，這些雜物對鋼絲、鋼絲繩的后道加工不利。對于鋼絲繩，普通清洗很難處理干凈，但超聲波清洗可以便捷地解決這問題。普通超聲波清洗設備在清洗鋼絲、鋼絲繩時，隨著超聲波換能器工作溫度升高和使用時間延長，超聲波換能器的各方面參數(shù)會發(fā)生漂移，造成超聲波發(fā)生器和換能器參數(shù)不匹配(輸出的電壓、電流信號不同相)，使超聲波輸出功率衰減，清洗效果受到影響。為此江蘇法爾勝泓昇集團有限公司工程裝備中心設計并制造了種可以自動跟蹤超聲波換能器參數(shù)，自動調(diào)整超聲波諧振頻率，重新達到輸出功率的自適應超聲波清洗機。1 超聲波清洗機原理及優(yōu)點    超聲波頻率是高于20 kHz，般人耳聽不到的聲波，主要有橫向振蕩和縱向振蕩2 種形式。橫向振蕩只能在固體中形成，縱向振蕩在固體、液體、氣體中均可產(chǎn)生。1． 1 超聲波清洗的主要作用原理(1)空化作用�？栈�作用就是超聲波以每��2萬次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進行透射。在減壓力作用時，液體中產(chǎn)生真空核群泡現(xiàn)象;在壓縮力作用時，真空核群泡受壓力壓碎時產(chǎn)生強大的沖擊力，由此剝離被清洗物表面的污垢，從而達到洗凈目的。(2)直進流作用。    超聲波在液體中沿聲的傳播方向產(chǎn)生流動的現(xiàn)象稱為直進流。聲波強度在0． 5W/cm2 時，肉眼能看到直進流垂直于振動面產(chǎn)生流動，流速約為10 cm/s，此直進流促使被清洗物表面的油污被攪拌，污垢表面的清洗液也產(chǎn)生對流，溶解污物的溶解液與新液混合，使溶解速度加快。(3)加速度。    由液體粒子推動而產(chǎn)生加速度。對于頻率較高的超聲波清洗機，其空化作用很不顯著，這時的清洗主要靠液體粒子在超聲作用下加速撞擊粒子從而對污物進行清洗。這種加速度在28kHz 時是重力加速度的103 倍，在950 kHz 時是重力加速度的105 倍，但950 kHz 的超聲波不產(chǎn)生空化作用，不適合鋼絲、鋼絲繩的超聲波清洗。1． 2 超聲波清洗優(yōu)點    超聲波清洗效果好，清潔度高，清洗速度快，不需人手接觸清洗劑，安全可靠，對縫隙、凹凸面、深孔處亦可清洗干凈，對工件表面無損傷，節(jié)省熱能、清洗劑、場地和人工等。特別對工件表面比較復雜的、凹凸不平的、有盲孔的機械零部件、鋼絲繩、異型鋼絲等，使用超聲波清洗都能達到較理想的效果。超聲波清洗已顯示出巨大的優(yōu)越性，將逐步取代傳統(tǒng)的清洗方法。2 自適應超聲波清洗機的原理與構(gòu)成2． 1 自適應超聲波清洗機原理    普通的超聲波清洗機由超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、超聲清洗槽構(gòu)成。超聲波發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻(20 ～25 kHz)交流電，并通過阻抗匹配電感傳輸給超聲波換能器;超聲波換能器將超聲波電能轉(zhuǎn)換為高頻機械振動并傳入清洗液中，在清洗液中產(chǎn)生空化作用，從而達到超聲波清洗的目的。自適應超聲波清洗機的關鍵是對超聲波換能器進行參數(shù)跟蹤，超聲波換能器參數(shù)的變化體現(xiàn)在超聲波換能器動態(tài)容抗的變化，使阻抗匹配電感和超聲波換能器動態(tài)容抗發(fā)生不完全諧振，在電性能上體現(xiàn)為電壓與電流發(fā)生相位偏移。只要能實時捕獲該電壓與電流信號的相位關系就可以做到超聲波清洗機的自適應跟蹤。2． 2 超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)    超聲波發(fā)生器也稱為超聲波電源，是種產(chǎn)生并向換能器提供超聲波電能的裝置。在鋼絲、鋼絲繩清洗中，要求超聲波發(fā)生器的功率較大，般需要大于1． 5 kW，故采用半橋逆變型電源超聲波發(fā)生器(1) 智能控制中心采用德克薩斯儀器公司的TMS320LF2407A 處理器。該處理器是專門為工業(yè)控制提供的個功能增強型低功耗和高性能芯片，由數(shù)字馬達提供的個單芯片DSP 控制。該芯片具有較高的數(shù)據(jù)運算能力和強力的PWM 控制性能，完全勝任智能控制。(2) 電壓采樣可直接采集數(shù)字PWM 電路的PWM 信號作為電壓相位;電流采樣用Allegro Microsystems公司的ACS712ELCTＲ － 30A － T 的集成線性霍爾電路傳感器，該傳感器響應快，線性度好，穩(wěn)定性高，可以認為該電流傳感器的輸出電壓信號相位就是實際電流相位。(3)智能控制中心采集電壓和電流相位進行運算處理后，得到合適頻率的PWM 信號給數(shù)字PWM電路，進行處理后提供給半橋逆變電路中IGBT 的驅(qū)動電路來驅(qū)動IGBT 工作。IGBT 和逆變電路中的隔離變壓器把整流得到的直流電轉(zhuǎn)換成20 ～ 25kHz 交流電頻率，使諧振電感和超聲波換能器諧振，從而產(chǎn)生超聲波電能。(4)用于超聲清洗的換能器有2 種類型。是磁致伸縮換能器，另種是壓電陶瓷換能器。磁致伸縮換能器因價格昂貴，制造工藝復雜而很少被采用。還有種用鐵氧體材料做成的磁致伸縮換能器，其機械強度低，所能承受的電功率容量小，因而內(nèi)也很少應用。我主要采用壓電陶瓷換能器，電聲轉(zhuǎn)換效率高，原材料價格便宜，而且便于制造不同的結(jié)構(gòu)來適應不同的清洗要求。壓電陶瓷換能器有很多種，如圓柱形、喇叭形等。經(jīng)過對比，后確定選用喇叭形夾心壓電陶瓷換能器作為自適應超聲波清洗機換能器。(5)粘有換能器的輻射板所承受的電功率強度般低于1 ～ 2 W/cm2，對于壓電陶瓷換能器般取0． 5 ～ 1 W/cm2。過高的強度會加速輻射板表面的空化腐蝕，損壞輻射板。為提高換能器使用年限，輻射板采用316L 不銹鋼，表面鍍鉻處理。4 結(jié)語    江蘇法爾勝泓昇集團有限公司工程裝備中心設計并制造的自適應超聲波清洗機，已成功應用于法爾勝集團生產(chǎn)懸索橋主纜用S 型鋼絲超聲波清洗生產(chǎn)線上。該清洗機和普通超聲波清洗機分別使用2 年半后進行比較，普通超聲波清洗機輸出功率僅為額定功率的70% 左右［7］，而自適應超聲波清洗機輸出功率是額定功率的96． 8%左右，清洗效果更好。