一種用于食用調(diào)料的計量裝置設(shè)計研究

李乾　周曉輝

摘? 要：中餐在不少國家與地區(qū)廣受歡迎，食用調(diào)料用量是中餐美味程度的重要保障條件之一。文章對食材調(diào)料裝置進(jìn)行研究，利用SolidWorks軟件設(shè)計了一種食用調(diào)料計量裝置，通過理論計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，對顆粒、粉末調(diào)料采用螺旋桿和稱重雙重計量方式，提高了調(diào)料計量的精度與效率。對儲料的密封性進(jìn)行了研究，有效防止了調(diào)料受潮結(jié)塊。外形的美觀性符合人機(jī)工程學(xué)。研究結(jié)果為食用調(diào)料計量裝置的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：中餐;食用調(diào)料;計量;人機(jī)工程學(xué)

中圖分類號：TH71? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0093-02

Abstract： Chinese food is very popular in many countries and regions， and the amount of edible seasoning is one of the important guarantee conditions for the delicious degree of Chinese food. In this paper， the food seasoning device is studied， and a kind of edible seasoning metering device is designed by using SolidWorks software. Through the combination of theoretical calculation and structure design， the double metering methods of spiral rod and weighing are adopted for particle and powder seasoning， which improves the accuracy and efficiency of seasoning measurement. The tightness of the storage material was studied， and the moisture caking of the seasoning was effectively prevented. The aesthetic appearance accords with ergonomics. The research results provide a reference basis for the design of food seasoning metering device.

Keywords： Chinese food; edible seasoning; metrology; ergonomics

中餐，以色、香、味、意、形俱全聞名世界，在不少國家和地區(qū)都倍受青睞，中國菜系講究選料、切配和烹飪等技藝，其制作工藝較為復(fù)雜，特別是做一道菜時，調(diào)料放多少，全憑廚師把握，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致推廣困難[1]。中餐制作的最大特點體現(xiàn)在烹飪方式和調(diào)料的用量上[2]，要想對中餐在全世界范圍內(nèi)推廣普及必須解決調(diào)料控制問題。

目前，一些學(xué)者對計量裝置進(jìn)行了相關(guān)研究。馬蕾等[3]對顆粒不均勻、流動性差的物料進(jìn)行小包定量包裝的進(jìn)行了研究，設(shè)計了一種稱重與容積一體化的分裝計量裝置，對各個結(jié)構(gòu)模塊中的稱重式計量模塊進(jìn)行了詳細(xì)的計算與SolidWorks整體裝配建模，達(dá)到了設(shè)計與優(yōu)化的目的;安世齊[5]設(shè)計了面粉自動控制裝置，對計量精度、可靠性問題采取了相關(guān)措施，結(jié)果表明：該裝置能夠良好滿足面粉定量包裝的出廠標(biāo)準(zhǔn);王書鶴[6]提出了一種新型螺旋加料動態(tài)定量稱重控制方法，該方法采用“先快后慢、最后點動”的動態(tài)控制方式，有效的解決了稱量精度與速度的矛盾，并進(jìn)行了實驗驗證。

上述研究多為工業(yè)包裝計量行業(yè)，主要涉及容積計量、稱重計量以及動態(tài)計量等等結(jié)構(gòu)，但是對廚房調(diào)料的計量研究相對較少。

本文對廚房顆粒調(diào)料、粉末調(diào)料為對象，研究設(shè)計了一種用于食用調(diào)料的計量裝置，綜合考慮食用調(diào)料的計量精度、儲料部分的密封性、使用方便性和外觀設(shè)計的美觀性等四個方面，該計量裝置可以適用于家庭廚房以及餐館等場合。

1 模裝置整體設(shè)計

裝置設(shè)計技術(shù)路線圖如圖1所示，裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，該設(shè)計采用理論研究與三維建模驗證相結(jié)合的方法。以模塊化的設(shè)計思路，通過SolidWorks進(jìn)行三維建模驗證，分析部件之間干涉情況對模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。裝置整體外觀呈C字型，計量單元1.1前側(cè)壁可以貼標(biāo)簽等等，調(diào)料收集盒1.4上設(shè)置吸鐵塊，方便吸附在C形結(jié)構(gòu)的上側(cè)壁上，取放方便，整體外形簡潔美觀，符合人機(jī)工程學(xué)。串連桿1.3可以將多個計量單元1.1進(jìn)行串接，實現(xiàn)多種調(diào)料的分別計量。

2 計量單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2-密封蓋、2.11-豎直板、2.12-驅(qū)動電機(jī)、2.13-第一同步帶、2.21-螺旋計量筒體、2.22-料倉、2.23-倉蓋、2.24-攪拌電機(jī)、2.31-Y型板、2.32-稱重傳感器、2.33-稱料盤、2.34-刮料電機(jī)、2.35-齒條、2.36-第一滑動桿、2.41-前置板、2.42-密封電機(jī)、2.43-主動帶輪、2.44-從動帶輪、2.45-第二同步帶、2.46-第二滑動桿、2.47-密封塊

1.2-密封蓋、2.11-豎直板、2.12-驅(qū)動電機(jī)、2.13-第一同步帶、2.14-第一角接觸軸承、2.15-第二角接觸軸承、2.21-螺旋計量筒體、2.22-料倉、2.23-倉蓋、2.24-攪拌電機(jī)、2.25-攪拌桿、2.26-螺旋計量桿、2.31-Y型板、2.32-稱重傳感器、2.33-稱料盤、2.34-刮料電機(jī)、2.35-齒條、2.36-第一滑動桿、2.37-驅(qū)動齒輪、2.41-前置板、2.42-密封電機(jī)、2.43-主動帶輪、2.44-從動帶輪、2.45-第二同步帶、2.46-第二滑動桿、2.47-密封塊、2.48-密封螺桿

計量單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，計量單元剖面圖如圖4所示，用戶打開倉蓋2.23將調(diào)料倒入料倉2.22內(nèi)，為了保證料倉2.22底部調(diào)料的密實性，通過倉蓋2.23上的攪拌電機(jī)2.24不斷轉(zhuǎn)動，攪拌桿2.25不斷對調(diào)料攪拌保證調(diào)料均能較好的填充到料倉2.22底部。豎直板2.11上的驅(qū)動電機(jī)2.12帶動第一同步帶2.13轉(zhuǎn)動，使得螺旋計量筒體2.21內(nèi)部的螺旋計量桿2.26轉(zhuǎn)動，使得調(diào)料可以在計量筒體2.21內(nèi)向前運動，此處的螺旋計量桿2.26為懸臂設(shè)置，為了較好的保證其工作，螺旋計量桿2.26一端穿設(shè)在第一角接觸軸承2.14和第二角接觸軸承2.15上，第一角接觸軸承2.14和第二角接觸軸承2.15相對設(shè)置，保證螺旋計量桿2.26可靠的支撐效果。調(diào)料通過螺旋計量筒體2.21一端最終落入稱料盤2.33上，稱重傳感器2.32對調(diào)料進(jìn)行實時稱重，當(dāng)達(dá)到需要的計量時，控制驅(qū)動電機(jī)2.12停止轉(zhuǎn)動，此處螺旋計量桿2.26的轉(zhuǎn)速和螺距等均恒定，固本裝置是通過螺旋計量桿2.26轉(zhuǎn)動的圈數(shù)和稱重傳感器2.32稱量進(jìn)行調(diào)料計量，大大保證了調(diào)料的準(zhǔn)確性。最后刮料電機(jī)2.34帶動驅(qū)動齒輪2.37轉(zhuǎn)動，驅(qū)動齒輪2.37與齒條2.35相互嚙合，齒條2.35向右移動帶著齒條2.35一端的毛刷將稱料盤2.33的調(diào)料掃入到調(diào)料收集盒1.4內(nèi)。為了避免調(diào)料受潮，裝置在使用完后，密封電機(jī)2.42帶動主動帶輪2.43轉(zhuǎn)動，第二同步帶2.45帶動從動帶輪2.44轉(zhuǎn)動，密封螺桿2.48帶動密封塊2.47向左運動堵住計量筒體2.21從而實現(xiàn)調(diào)料的密封，另外密封蓋1.2也為食品級橡膠可以很好密封料倉2.22。

3 螺旋計量桿參數(shù)設(shè)計

為了保證良好的精度，需要對螺旋計桿的參數(shù)進(jìn)行確定[7-8]：

式中：G-進(jìn)料螺桿每次的計量量值，g;V-每轉(zhuǎn)一周的螺桿計量容積，cm3;？籽-計量物料的散度密度，g/cm3;F-螺旋空間截面積，cm2;S-螺距，cm;D-螺桿外徑，cm;d-螺根直徑，cm;n0-計量一次螺桿的轉(zhuǎn)數(shù)。

以鹽為例，設(shè)定進(jìn)料螺桿2.26每次計量的G為2g，鹽的散度密度為？籽=1.4g/cm3，d=0.3D，n0為2r/s，S設(shè)定為0.5cm，由此可以計算出D為20mm，d為6mm，依此進(jìn)行模型繪制。

4 結(jié)論

本文針對中餐烹飪時調(diào)料用量難以控制問題，設(shè)計了一種計量裝置，具有計量精度高，速度快，外形美觀的特點。其設(shè)計的主要特點為：（1）針對現(xiàn)有技術(shù)存在一定的計量誤差的情況，提出了一種螺旋計量與稱重計量相結(jié)合的計量模式，提高了計量精度;（2）針對食用調(diào)料容易受潮結(jié)塊情況，提出了一種全新的自動密封方式，與固體密封蓋配合作用保證良好的密封性;（3）本裝置外觀美觀，擴(kuò)展模塊方便，滿足不同顧客的需求。本文為后續(xù)廚房計量裝置的設(shè)計提供了參考作用。

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