丁言星，李成理，李 迅，曹 冉，孫 釗

(巢湖學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000)

0 引 言

切菜臺(tái)是日常生活必不可少的廚房工具，目前市場(chǎng)上存在的切菜板有木切菜板，竹切菜板，塑料切菜板，而這些切菜板一般只作為切菜時(shí)的墊板，將其放在固定的切菜臺(tái)上使用[1]。實(shí)際生活中會(huì)產(chǎn)生由于人們的身高因素，在做飯的過程中常常會(huì)因?yàn)榍胁伺_(tái)的高度而不方便切菜，同時(shí)人們?cè)谇胁说倪^程中會(huì)產(chǎn)生大量的廚余垃圾而不能得到有效的處理，以及在淘洗菜品的過程中，會(huì)有大量的水漬殘留在切菜板上等問題，給人們的生活帶來不便。

筆者通過在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種多功能切菜臺(tái)，該切菜臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上結(jié)合了可升降功能，過濾功能，粉碎功能，達(dá)到多功能的目的，以此解決上述所遇到的問題。下面將圍繞多功能切菜臺(tái)的可升降裝置，過濾裝置，粉碎裝置，以及對(duì)粉碎裝置電機(jī)的選擇，詳細(xì)介紹切菜臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 一種多功能切菜臺(tái)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

一種多功能切菜臺(tái)，包括臺(tái)面、兩個(gè)活動(dòng)桿和兩個(gè)固定柱，固定柱設(shè)置在地面上，兩個(gè)固定柱之間設(shè)置齒輪，齒輪上設(shè)置第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸的兩端通過第一軸承分別設(shè)置在兩個(gè)固定柱預(yù)留的孔洞上，第一轉(zhuǎn)軸的其中一端設(shè)置第一電機(jī)，兩個(gè)活動(dòng)桿之間設(shè)置齒條，齒條的兩端分別通過連接桿固定連接到兩個(gè)活動(dòng)桿上，而齒輪和齒條嚙合連接；其中的活動(dòng)桿和固定柱之間滑動(dòng)連接。此多功能切菜臺(tái)通過設(shè)置活動(dòng)桿，活動(dòng)桿沿著固定柱上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切菜臺(tái)面高度的調(diào)節(jié)，以此來適應(yīng)不同身高的人對(duì)切菜臺(tái)的位置有不同需求的問題[2]。還包括設(shè)置在臺(tái)面下方的粉碎機(jī)構(gòu)與過濾機(jī)構(gòu)，粉碎機(jī)構(gòu)包括粉碎桶、螺旋粉碎刀、第二電機(jī)、第二轉(zhuǎn)軸，第二軸承。濾水機(jī)構(gòu)包括濾水桶和集水桶，濾水桶包括桶體、提手和設(shè)置在通體上端向外延伸的圍邊，圖1為切菜臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)。

圖1 多功能切菜臺(tái)整體結(jié)構(gòu)1.臺(tái)面 2.活動(dòng)桿 3.固定柱 8.齒輪 9.第一轉(zhuǎn)軸 10.第一軸承 11.第一電機(jī) 12.齒條 13.連接桿 14.伸縮桿 15.減速機(jī) 16.粉碎桶 22.集水桶

1.2 工作原理

多功能切菜臺(tái)工作時(shí)首先通過啟動(dòng)第一電機(jī)11，第一電機(jī)11帶動(dòng)齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪8帶動(dòng)齒條12上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)活動(dòng)桿2沿著固定柱3上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了，臺(tái)面1的高度調(diào)節(jié)。菜切好后，將切好的菜放入濾水機(jī)構(gòu)中，這樣將菜中的水分瀝干后，取出濾水桶21，將菜倒入鍋中；切菜時(shí)所留下廚余垃圾放入粉碎機(jī)構(gòu)粉碎后，加水從排污口16排出，有效處理切菜時(shí)所留下廚余垃圾。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 可升降裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2為活動(dòng)桿和固定桿連接的結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置活動(dòng)桿2，活動(dòng)桿2沿著固定柱3上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切菜臺(tái)面1高度的調(diào)節(jié)，以此來適應(yīng)不同身高的人對(duì)切菜臺(tái)的位置有不同需求的問題。同時(shí)選擇在固定柱3內(nèi)設(shè)置滑槽4，滑槽4內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向桿5，導(dǎo)向桿5的外側(cè)套設(shè)有滑塊6和彈簧7，滑塊6固定在活動(dòng)桿2上。通過設(shè)置滑槽4、導(dǎo)向桿5、滑塊6和彈簧7，實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)桿2沿著固定柱3穩(wěn)定的上下滑動(dòng)。

圖2 活動(dòng)桿和固定桿連 圖3 濾水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 接的結(jié)構(gòu)1.臺(tái)面 2.活砂桿 3.固定標(biāo) 4.滑 21.濾水桶 22.集水桶 槽 5.導(dǎo)向桿 6.滑頭 7.彈簧 22a.出水口

2.2 濾水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為濾水機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。濾水裝置包括濾水桶21和集水桶22，臺(tái)面1上設(shè)置第二入口，集水桶22固定在第二入口的下方，濾水桶21包括桶體、提手和設(shè)置在通體上端向外延伸的圍邊。濾水桶21的長度小于集水桶22的長度，集水桶22底部設(shè)置出水口22a。通過設(shè)置濾水機(jī)構(gòu)，將切好的菜進(jìn)行濾水，濾好水的菜可以直接倒入鍋中使用。

2.3 粉碎裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4為粉碎機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。一種多功能切菜臺(tái)還包括設(shè)置在臺(tái)面1下方的粉碎裝置，臺(tái)面1上設(shè)置第一入口，粉碎機(jī)構(gòu)包括粉碎桶16、螺旋粉碎刀17、第二電機(jī)18、第二轉(zhuǎn)軸19，第二軸承20，第二轉(zhuǎn)軸19通過第二軸承20設(shè)置在粉碎桶16預(yù)留的孔洞上，第二電機(jī)18的輸出軸與第二轉(zhuǎn)軸19固定連接，螺旋粉碎刀17設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸19上，粉碎桶16的底部的排污口16a；粉碎桶16固定在第一入口的下方。通過設(shè)置粉碎機(jī)構(gòu)，可以將切菜時(shí)所留下廚余垃圾放入粉碎機(jī)構(gòu)粉碎后，加水從排污口16a排出，有效處理切菜時(shí)所留下廚余垃圾。

圖4 粉碎機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

3 粉碎機(jī)電機(jī)的選擇

粉碎機(jī)電機(jī)的選擇也是決定其質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,首先電機(jī)容量要適當(dāng),選高了，工作效率低;選低了，容易過載，使電機(jī)報(bào)廢，在電機(jī)上有絕緣物質(zhì)，它可以用來降溫，因?yàn)闇囟纫坏┥仙姍C(jī)容易燒壞，在選擇電機(jī)時(shí)，一定要考慮其容量，還有其電流類別、最大轉(zhuǎn)速、重量等。主要有以下要求：①轉(zhuǎn)速:食物垃圾粉碎機(jī)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般在2 700左右，而交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速約為直流電機(jī)的一半；②壽命:基本上交流電機(jī)的使用時(shí)間要長于直流電機(jī)，但也有個(gè)別特殊的，比如無刷直流電機(jī)，其使用壽命就比交流電機(jī)長；③粉碎垃圾的效果:在廚余垃圾中，骨頭算是一類相對(duì)硬度較大的垃圾，相比之下直流電機(jī)要優(yōu)于交流電機(jī)；④重量:因?yàn)殡姍C(jī)是要安裝在食物垃圾粉碎機(jī)的下面，不易將電機(jī)的重量設(shè)計(jì)太重，現(xiàn)在市面上的交流電機(jī)都超過7 kg，直流電機(jī)相對(duì)輕點(diǎn)。

綜合考慮，直流電機(jī)的特點(diǎn)是可以快速而多次進(jìn)行啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)，其過載能力很高，調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大，可以平穩(wěn)、準(zhǔn)確的調(diào)整轉(zhuǎn)速，以上特點(diǎn)都符合食物垃圾粉碎機(jī)的工作特點(diǎn)，所以決定直流電機(jī)。而在直流電機(jī)中，永磁式直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的永磁材料作為磁極，提供電機(jī)勵(lì)磁源，而且永磁式電機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁線圈，其耗電小、散熱快、過載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，所以驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用永磁式直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

電機(jī)型號(hào)選擇主要通過以下計(jì)算分析確定。

(1) 由于要求食物垃圾粉碎機(jī)可把廚余垃圾粉碎為3.00～5.00 mm的細(xì)小顆粒，另外選定刀盤轉(zhuǎn)速n=2 700 r/min,由于刀片隨著刀盤做定軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可選定r刀=0.05 m。

V=wr=2 πnr/60

=2×3.14×2700×0.05/60

=14.13 (m/s)

式中：T為運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)定義(水溫10 ℃以下取1×103);μ為粘度系數(shù);ρ為密度；Γ為運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù):Γ=μ/ρ，查找資料可以得知[2]，當(dāng)轉(zhuǎn)盤半徑為r，軸向速度為v，其系數(shù)是1.935。

則轉(zhuǎn)矩：

M=1.935 r3×ρv(Γv/r)1/2

=1.935×0.053×1×103×14.13×(1X10-6×

14.13/0.05)1/2=0.05744 (N.m)

所以，流體旋轉(zhuǎn)的阻力矩M=0.05744 (N.m)

由公式M=F1×r可知:F=M/r=0. 05744/0.05=1.148 8 N

所以得出結(jié)論:F=1.5 N

(2) 廚余垃圾對(duì)轉(zhuǎn)盤造成的阻力

因?yàn)橐话慵依锏膹N余垃圾的種類一般是生菜剩飯， 果皮等軟性垃圾易粉碎，其形成的阻力相對(duì)很小，做粉碎實(shí)驗(yàn)后可得出結(jié)論，廚余垃圾對(duì)轉(zhuǎn)盤形成的阻F2。

旋轉(zhuǎn)到盤工作時(shí)克服的阻力:

F=F1+F2=1.5+11.8=13.3 (N)

刀盤線速度在上面以求得:

V=14.13 (m/s)

所需負(fù)載的功率:

Pv=FV=13.3×14.13=187.929(W)

電機(jī)的額定功率P取Pa=1.4Pv

Pa=1.4Pv=1.4×187.929=263.1 (W)

根據(jù)所得功率，選擇電機(jī)型號(hào): ZYT104/12 。

該型號(hào)的主要數(shù)據(jù)是:功率: 390 W;轉(zhuǎn)速: 2 800 r/min; 電壓: 220 V;重量:3 kg。該電動(dòng)機(jī)特點(diǎn):耗電小、散熱快、過載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，價(jià)格適中，而且可在國內(nèi)進(jìn)行維修。

4 設(shè)計(jì)效果

該多功能切菜臺(tái)主要采用了可升降的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以提高用戶在廚房做飯時(shí)的舒適度，可升降的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效的調(diào)節(jié)切菜臺(tái)的高度，并且由電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)操作方便。再切菜臺(tái)表面的左右兩端還設(shè)計(jì)有過濾裝置，粉碎裝置為用戶在清洗食物，處理廚余垃圾提供便捷，同時(shí)也體現(xiàn)出此切菜臺(tái)多功能的設(shè)計(jì)理念[4]。

5 結(jié) 語

設(shè)計(jì)一種多功能切菜臺(tái)主要包括可升降裝置部分，過濾裝置部分，粉碎裝置部分。整個(gè)裝置通過電機(jī)來帶控制，操作簡單，可在廚房領(lǐng)域?yàn)橛脩魩肀憬?，而附加功能使其更具多功能化，具有一定的市?chǎng)應(yīng)用和推廣價(jià)值，擁有個(gè)精心設(shè)計(jì)、裝修合理、風(fēng)格獨(dú)特的廚房會(huì)讓你的家居生活變得輕松愉快。