一種多功能升降面火爐

陳海根 鄭盛忠 張 凱

（1.浙江閃龍信息技術(shù)有限公司 嘉興 314000；2.浙江清華長三角研究院 嘉興 314000）

背景

近年來全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展與融合，燒烤作為一種新的烹飪模式，燒烤行業(yè)發(fā)展，健康、環(huán)保、高效、創(chuàng)新將取代傳統(tǒng)炭燒模式，各種面火爐孕育而生。面火爐以使用方便、適用人數(shù)多、節(jié)能環(huán)保以及食品健康無隱患等優(yōu)點，漸漸被燒烤店和消費者喜愛。面火爐，是熱源對食物表面進行加熱，在面火爐來說主要是從爐體內(nèi)側(cè)的上方對下面進行加熱，通過燃?xì)馐辜訜峁墚a(chǎn)生足夠的熱量，對食物進行燒烤。

雖然現(xiàn)在市面上的面火爐多種多樣，但是還是存在許多問題，所以我們需要設(shè)計一款全新的多功能升降面火爐，以滿足用戶的需求。

1 現(xiàn)有面火爐存在的不足

市面上常見的面火爐，一般無升降功能，有升降的也往往使用一段時間后機構(gòu)容易失效。升降機構(gòu)能適應(yīng)不同食物不同燒烤溫度的需要，同一食材不同燒烤階段不同燒烤溫度的需求，設(shè)計一個可靠性高的升降機構(gòu)尤為重要。同時市面上的烤網(wǎng)烤架功能單一，無法適應(yīng)客戶對不同食材烤制的需要。另外國家越來越重視消防安全，所以在面火爐的設(shè)計上必須具有熄火保護功能，而市面上很多面火爐沒有這些功能。

2 新型面火爐的結(jié)構(gòu)特點

本次設(shè)計的多功能升降面火爐在結(jié)構(gòu)上主要分為：爐體組件、升降機構(gòu)、燃?xì)饨M件、烤架烤網(wǎng)（如圖1）。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

爐體組件主要由：左側(cè)板、右側(cè)板、左內(nèi)側(cè)版、右內(nèi)側(cè)版、隔熱板、后罩、爐體后側(cè)板、前后上側(cè)板、前夾層板、前下側(cè)板、燃燒器安裝板、上蓋板、右側(cè)加強板、左側(cè)加強板組成。

升降機構(gòu)主要：導(dǎo)柱、掛齒、小齒、掛齒壓板、烤架連接板、左側(cè)固定板、右側(cè)固定板、小運動板、右滑板、左滑板、力臂、橫軸組成。

燃?xì)饨M件：氣閥旋鈕、氣閥、點火針、熱電偶、高壓模塊、燃?xì)夤堋⑷紵鹘M成。

烤架烤網(wǎng)：烤架左邊條、烤架右邊條、烤架支撐板、烤網(wǎng)組成。

升降機構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 升降機構(gòu)

其主要通過右邊力臂旋轉(zhuǎn)帶動主動平面四桿機構(gòu)進行上下?lián)u擺運動，從而帶動烤網(wǎng)烤架沿著光軸進行上下運動。為了保證其左右的一致性在其中間設(shè)計一個聯(lián)動桿，帶動聯(lián)動平面四桿機構(gòu)進行運動。

平面四桿機構(gòu)一般分為：1曲柄搖桿機構(gòu)、2雙曲柄機構(gòu)、3雙搖桿機構(gòu)。我們這里選用雙搖桿機構(gòu)，設(shè)計其結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。

圖3 升降機構(gòu)

我們這里設(shè)計AB段長度l1=91 mm，BC段長度 l2=224 mm，CD段 長 度 l3=57 mm，DA段 長度l4=204 mm，DE段長度l5=140 mm，EF段長度l6=45 mm。

一般雙搖桿機構(gòu)的存在形式為:第一種為：最長桿長度+最短桿長度≤其他兩桿長度之和，連桿（機架的對桿）為最短桿時。第二種為：如果最長桿長度+最短桿長度＞其他兩桿長度之和，此時不論以何桿為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。

l2+ l3=224+57=281

l1+ l4=91+204=295

可以得到 l2+ l3≤l1+ l4，所以符合第一種形式。

所以AB為機架、BC為搖桿、CD為連桿、DA為搖桿。

當(dāng)機構(gòu)進行升降時，其運動后如圖4所示。

圖4 升降機構(gòu)運動簡圖

通過市場研究發(fā)現(xiàn)升降機構(gòu)的鎖止機構(gòu)往往在使用過程中磨損嚴(yán)重，同時鎖止的接觸面太小。所以本次設(shè)計的小齒與掛齒采用圓弧面結(jié)構(gòu)，提高其接觸面，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 小齒掛齒機構(gòu)

根據(jù)其運動規(guī)律我們知道小齒在彈簧的回彈力的作用下其齒尖進入掛齒的的兩齒間，小齒是以O(shè)點為圓心進行轉(zhuǎn)動，其軌跡為弧形，我們?yōu)榱吮ＷC小齒與掛機間的配合接觸面最大，同時保證無縫配合，所以采用圓弧面結(jié)構(gòu)?？紤]小齒和掛齒是易磨損件，我們采用45#鋼，進行滲碳處理。

本次設(shè)計的烤架烤網(wǎng)，配置了網(wǎng)格烤網(wǎng)及片狀烤網(wǎng)兩種形式，以適應(yīng)不同用戶的需求。網(wǎng)格烤網(wǎng)用于把食材放置烤網(wǎng)上進行燒烤，烤網(wǎng)一般不拿下，只更換食材，往往用于燒烤時間較長，體積較大的食材。片狀烤網(wǎng)用于批量化操作，一般配置多片烤網(wǎng)，事先把食材放置于烤網(wǎng)上，烤網(wǎng)食材一起放入面火爐烤制，等結(jié)束取出烤網(wǎng)及食材，直接放入另一個放置食材的片狀烤網(wǎng)，往往用于燒烤時間短，體積較小，需求量較大的食材。網(wǎng)格烤網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 網(wǎng)格烤網(wǎng)烤架結(jié)構(gòu)

我們設(shè)計的烤網(wǎng)在其最里面左右兩邊各焊接一根阻擋條，在烤網(wǎng)進行往外移動時進行限位，防止其掉落，此烤網(wǎng)用于食物在烤網(wǎng)上進行烤制，烤制完畢把食物取出。

片狀烤網(wǎng)結(jié)構(gòu)下圖7所示。當(dāng)食物烤熟后，可以直接將烤網(wǎng)取出，更換另一個烤網(wǎng)進行烤制。

圖7 片狀烤網(wǎng)烤架結(jié)構(gòu)

熄火保護它的作用是當(dāng)面火爐意外熄火的時候，起到自動斷氣的作用，防止出現(xiàn)燃?xì)庑孤兑l(fā)重大事故，保護人身安全的作用。市面上常見的熄火保護有熱電偶型和離子感應(yīng)針型，相較而言，熱電偶型性能更穩(wěn)定，壽命更長，所以本次采用熱電偶型。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。當(dāng)火焰燒著熱電偶頂端時，熱電偶的溫度慢慢升高，產(chǎn)生的電壓就越來越大，當(dāng)升高到一定溫度，產(chǎn)生的電能能使處于閉合的電磁閥繼續(xù)吸合；當(dāng)熱電偶沒有被火焰燒著后，溫度慢慢降低，當(dāng)溫度下降到一定程度時，熱電偶產(chǎn)生的電能不能維持電磁閥的繼續(xù)吸合，這時，電磁閥就打開，切斷氣路，面火爐熄火。

圖8 熱電偶熄火保護示意圖

3 性能測試

本次測試根據(jù)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺芬?，對氣密性、火焰穩(wěn)定性、火焰?zhèn)鬟f、火焰狀況、溫升、表面溫升項目進行測試。

其中氣密性采用河南保時安電子科技有限公司的BH-90(EX)型便攜式氣體測漏儀進行測試?；鹧娣€(wěn)定性、火焰?zhèn)鬟f、火焰狀況采用肉眼觀察進行判斷。溫度采用：優(yōu)利德數(shù)顯溫度計，其型號為：UT322。我們對其進行測試，其結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

經(jīng)過測試，可見本次設(shè)計的面火爐，在性能上明顯優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

本次主要對多功能升降式面火爐的爐體組件、升降機構(gòu)、燃?xì)饨M件、烤架烤網(wǎng)幾部分進行設(shè)計。具有升降機構(gòu)可靠性高、適應(yīng)不同食材的燒烤、操作更加方便、燒烤效率更高等特點。同時根據(jù)GB16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺窐?biāo)準(zhǔn)進行性能測試，其結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。本次設(shè)計的面火爐外形美觀大方、結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越、操作簡便、性能卓越，具有廣闊的市場前景。