一種智能化高效中藥熬藥機(jī)的設(shè)計(jì)

許艷亭，李 剛，許仕杰

（浙江省城市軌道交通智能運(yùn)維技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 金華321000；浙江師范大學(xué)工學(xué)院，浙江 金華321000）

中藥歷史悠久，相比于西藥，安全有效，副作用小，由此備受青睞。1978年改革開放，2001年加入世界貿(mào)易組織，2013年提出“一帶一路”倡議。但熬制中藥設(shè)備技術(shù)落后，嚴(yán)重影響了中醫(yī)藥的發(fā)展與推廣?，F(xiàn)有熬藥設(shè)備分為兩大類：大型醫(yī)院熬藥設(shè)備，一次可以熬制多副，但藥汁濃度低，不易儲(chǔ)存易變質(zhì)；小型家庭熬藥罐熬藥存在耗時(shí)費(fèi)力、不易掌握火候、易燒干糊鍋、容量小、不易清洗和過濾藥汁的嚴(yán)重缺陷。熬藥時(shí)間長、溫度不易控制、藥物的藥效無法充分發(fā)揮、藥渣不易清理等問題都給熬藥者造成巨大負(fù)擔(dān)和困擾[1]。

本文針對(duì)目前市場(chǎng)上不完善的熬藥裝置，設(shè)計(jì)了一種智能化高效中藥熬藥機(jī)，集成旋轉(zhuǎn)刀片組件、超聲波組件、加熱盤組件、智能控制模塊、雙層過濾網(wǎng)和殼體組件從而達(dá)到高效率析出藥物、智能控制溫度、及時(shí)過濾殘?jiān)?、自?dòng)清洗裝置的效果。

1 設(shè)計(jì)背景

1.1 藥材熬制原理的限制

中藥經(jīng)過浸泡，在高溫高壓環(huán)境下經(jīng)沸水熬制，藥材有效成分在水中緩慢溶出。藥材中藥物有效成分的析出原理使傳統(tǒng)熬藥方式不能充分且高效率析出藥物，特設(shè)計(jì)一種智能化高效中藥熬藥機(jī)，裝配旋轉(zhuǎn)刀片、超聲波將藥物打碎，使細(xì)胞破壁，胞內(nèi)有效成分暴露[2]，短時(shí)間內(nèi)充分提取藥物有效成分，明顯提高藥效和熬藥效率。

1.2 復(fù)雜的藥材熬制方式

中藥的熬制過程直接影響它的治療效果，而中藥種類與熬制方式復(fù)雜多變，不同的藥物種類有不同浸泡時(shí)間、熬制溫度與熬制方式[3]，一種裝配旋轉(zhuǎn)刀片和超聲波發(fā)生器的智能化中藥熬藥機(jī)智能控制模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)其特殊功能、藥材特性與熬制原理將中藥熬制分為三種：用于治療急性熱病、四季外感風(fēng)寒、風(fēng)熱類疾病的清熱發(fā)散性藥物；用于治療一般常見的慢性病，如脾胃病、臟腑功能失調(diào)、高血壓病、心血管類疾病的調(diào)理性藥物；用于治療虛損性疾病的補(bǔ)益藥，如氣虛、血虛、腎虛等各類虛損病癥的藥物。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有熬藥裝置的缺陷，設(shè)計(jì)了一種智能化的高效中藥熬藥機(jī)，主要包括智能控制模塊、旋轉(zhuǎn)刀片組件、加熱盤組件、超聲波組件、雙層過濾網(wǎng)和殼體組件，二維結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 熬藥機(jī)二維圖

2.1.1 智能控制模塊

針對(duì)如急性熱病、慢性病或虛損性等熬藥方式截然不同的疾病，采用基于單片機(jī)的智能控制模塊化設(shè)計(jì)，可選擇不同的熬藥方式，使熬藥過程更加智能化。

2.1.2 旋轉(zhuǎn)刀片組件

熬藥機(jī)內(nèi)部共設(shè)置上中下六把旋轉(zhuǎn)刀片，可將吸水膨脹后的藥材打碎，使藥材有效成分充分析出。通過旋轉(zhuǎn)刀片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可帶動(dòng)藥材在熬藥機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使其受熱均勻、避免糊藥。

2.1.3 超聲波組件

超聲波組件主要由超聲波發(fā)生器、超聲波換能器組成，超聲波發(fā)生器將50 Hz 的交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻電振蕩信號(hào)后，通過電纜輸送給超聲波換能器，將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成超聲波傳遞出去。超聲波組件的設(shè)計(jì)輔助熬藥機(jī)高效率熬藥與快速清洗裝置。

2.1.4 加熱盤組件

熬藥機(jī)底部設(shè)有加熱盤，從底部加熱藥汁，使湯劑受熱充分均勻，自動(dòng)控制加熱溫度與時(shí)間，保證湯劑中藥物成分平衡。

2.1.5 雙層過濾網(wǎng)

在旋轉(zhuǎn)刀片與機(jī)體壁之間設(shè)第一層過濾網(wǎng)，在緊貼機(jī)體內(nèi)部處設(shè)第二層過濾網(wǎng)，藥渣通過第一層過濾網(wǎng)后還需通過第二層過濾網(wǎng)，兩層過濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)有效降低了出水口堵塞的概率。

2.1.6 殼體組件

殼體主要由鍋蓋、手柄、排氣安全閥、出藥口組成。鍋蓋通過卡扣與鍋體相連；排氣安全閥用以控制熬藥機(jī)內(nèi)部氣壓，防止氣壓過大發(fā)生危險(xiǎn)；出藥口控制藥汁排出量。

2.2 工作原理

打開熬藥機(jī)的鍋蓋，放入需要熬制的藥材，倒入一定量的水，通過卡扣蓋上鍋蓋。打開總開關(guān)，通過藥材屬性選擇熬藥模式，通過智能模塊化控制旋轉(zhuǎn)刀片與超聲波動(dòng)作，經(jīng)過一定時(shí)間熬藥完成，熬藥機(jī)自動(dòng)對(duì)湯劑進(jìn)行保溫。打開排氣安全閥，打開熬藥機(jī)壁上的出水口，湯劑從出水口順利流出，最后，利用超聲波輔助清洗，將熬藥機(jī)內(nèi)的水倒掉，清洗完成。

3 設(shè)計(jì)原理

3.1 粉碎藥材熬藥原理

采用剪切破壞，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到藥材的剪切強(qiáng)度極限時(shí)，藥材就被層層削落而粉碎，這是一種能耗較低的粉碎方式，中藥成分含量的溶出度與藥材的粉碎度密切相關(guān)，粉碎可提高藥材有效成分的溶出、藥物生物利用度和分散度，加快藥物的溶解和吸收[4]。

3.2 超聲波輔助熬藥原理

超聲波在傳播過程中，輻射壓強(qiáng)能夠沿著聲波的方向進(jìn)行有效傳播，隨著超聲波頻率變大，熬藥機(jī)內(nèi)的水分振動(dòng)頻率變大，溶劑的質(zhì)點(diǎn)在壓縮過程中能夠交替伸張，以產(chǎn)生線性或者非線性的交變震動(dòng)，使藥物有效成分更容易析出。同時(shí)利用超聲波的空化作用可以加速浸出提取藥物的有效成分，此外，超聲波的機(jī)械振動(dòng)、乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等也能加速提取藥物成分[5]。

3.3 熬藥機(jī)自動(dòng)清洗原理

熬藥機(jī)裝配超聲波和旋轉(zhuǎn)刀片，超聲波具有波長短、能量集中、穿透力強(qiáng)等特性，利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲空化效應(yīng)，使物件表面及縫隙中的污垢迅速剝落[6]；用旋轉(zhuǎn)刀片進(jìn)一步打碎藥物，使藥物不宜黏著熬藥機(jī)，從而達(dá)到凈化熬藥機(jī)表面的目的。

4 有益效果

平衡湯汁濃度，提高熬藥效率。裝配旋轉(zhuǎn)刀片組件，將藥材打碎，使細(xì)胞破壁，胞內(nèi)有效成分暴露，短時(shí)間內(nèi)充分提取藥物有效成分，超聲波空化作用加速浸出藥物有效成分，旋轉(zhuǎn)刀片與超聲波輔助熬藥，明顯提高熬藥效率和藥效。

一鍵式熬藥，方便、輕松、快捷。智能控制模塊化設(shè)計(jì)針對(duì)不同類型藥劑，采用不同熬藥模式，一鍵式解決，滿足市場(chǎng)需求。

避免糊藥、自動(dòng)清洗。旋轉(zhuǎn)刀片組件的攪拌作用與超聲波的空化作用，避免傳統(tǒng)熬藥局部高溫發(fā)生糊藥現(xiàn)象，同時(shí)兩種裝置都有助于自動(dòng)清洗熬藥機(jī)，使清洗不再煩瑣。

5 結(jié)語

本文根據(jù)現(xiàn)市場(chǎng)不完善的熬藥裝置、中藥藥材特性與煎制原理，完成了一種裝配旋轉(zhuǎn)刀片組件、超聲波組件、加熱盤組件、智能控制模塊、殼體組件、雙層過濾網(wǎng)的高效中藥熬藥機(jī)。該中藥熬藥機(jī)的設(shè)計(jì)使高效熬制中藥、有效分離湯劑、自動(dòng)清洗裝置一氣呵成，大大減輕了熬藥者的顧慮與負(fù)擔(dān)。同時(shí)，該中藥熬藥機(jī)總體成本相對(duì)低、操作簡單、煎煮質(zhì)量高、容量大，使家庭、醫(yī)院熬藥都更加智能化、便捷與安全。