随着社会的发展, 人们生活水平不断提高, 在饮食上追求速度快, 效率高的饮食方式, 食品加工机械产品应用而生, 因此能高效的、卫生的加工各类食品成为食品加工机械发展的必然趋势[1]。市场上现有切菜机体积大、速度慢、效率较低, 不能满足实际需求, 所以一款体积小、速度快、效率高的自动化切菜机需求量很大[2]。

切菜是日常饮食做饭的一个必要环节, 当需求量小时, 切菜可以手工完成。而对于需求量较大, 要求高效率的情况下, 则需要机器来辅助人完成这项工作, 减少人的体力劳动[3]。通过对现有切菜机工作原理、体积重量、刀具运动方式、菜品收纳这四个方面的研究分析, 运用三维软件INVENTOR进行三维模型设计, 优化现有切菜机的不足之处。此外还借助运动仿真模块进行三维模型仿真分析, 完成了整机结构设计校核和运动分析[4]。

该切菜机为厨用电器, 主要用于切菜, 可切物料的种类有根、茎、叶类蔬菜、腌制食品、海带类、中草药等, 最终加工出来的菜品有条、块、段形状。该切菜机结构简单、体积小、速度快, 效率高、适用场所广, 因此它可以广泛地应用到蔬菜腌制厂、菜市场、团体食堂、学校食堂、工厂、酒店、大小餐饮商户等等。

图1 总体结构   下载原图

(1) 主副传送带:传送蔬菜, 同时模仿人的动作对蔬菜整理

(2) 等速齿轮组:传递动力 (3) 基本骨架:支撑、定位

(4) 箱体外壳:保护内部零件, 遮挡危险零件 (5) 收纳箱:收纳加工后的菜品

(6) 开关:控制切菜机的运行 (7) 变速杆:控制变速齿轮进行变速 (8) 刀具及轴:对蔬菜进行加工

(9) 变速齿轮组:改变传送带传送速度

该切菜机机架由型材焊接组成、电动机、箱体外壳、电动机飞轮、刀轴飞轮、刀轴轴承座、变速杆、变速齿轮组、等速齿轮组、主副传送带、刀具、开关、收纳箱等组成。总体结构图如图1所示。

市场上现有的切菜机种类繁多, 常见的切菜机多采用偏心轮、曲柄连杆滑块机构, 这种结构在工作运行时有冲击、振动大、传动元件易磨损等缺点[5]。该切菜机采用齿轮来传递动力, 其中多联齿轮实现变速, 齿轮组来传递动力, 这种传动方式平稳, 传动比精确, 工作可靠、效率高、寿命长, 使用的功率、速度和尺寸范围大。切菜机工作原理图如图2所示。

图2 工作原理图   下载原图

常用的进给方案是直线进给和离心进给。离心进给为市面上常见的切菜机所采用的进给方式。本设计采用的进给方案是, 通过上下两个传送带配合直线式传送蔬菜, 在控制上采用减速器原理, 通过大小齿轮的啮合来改变两个传送带的传送速度, 此方案可以较好的调整速度控制进给量, 从而改变切削尺寸。

目前, 现有切菜机的刀具运动形式主要有两种: (1) 刀具旋转和物料直线进给式。

(2) 刀具作直线往复运动和物料直线进给式。

表1 功能、运动机构、生产效率的比较     下载原表

由表1比较可以得出结论:刀具作旋转运动加工时, 切片质量好, 生产率高, 所以该切菜机采用刀具旋转的运动方式。

食品机械的特点之一就是工作的执行机构模拟人手的动作实现其功能, 以保证做出的食品具有良好的形状, 保持原料原有的味道和颜色及质量。所以经过原理分析, 采用旋转式刀具方案, 这种刀具由四片刀片组成, 固定在轴上, 跟轴同步高速转动, 这种刀具速度快、效率高, 旋转刀结构设计如图3所示。

图3 刀结构   下载原图

(1) 刀片:切割作用, 采用四片式双刃式, 可拆卸互换 (2) 轴筒:固定刀架

(3) 刀架:连接刀片跟轴筒, 支撑刀片 (4) 固定螺钉:固定刀片

市场上现有的切菜机大部分都是机身与菜品收集部分分离的, 在使用时需要比机身更大的空间, 为了解决这一弊端, 该切菜机设计了双斗式收纳箱, 结构设计如图4所示。

图4 收纳箱结构   下载原图

(1) 收纳斗移动轨道:支撑、引导收纳箱运动 (2) 收纳斗:收集菜品

(3) 箱体:保护内部零件

(4) 观察孔:观察内部菜品收集情况

该作品操作简单, 使用时只需打开电源, 把需要加工的蔬菜放在传送带上面, 便可快速切菜, 通过变换传送带的传送速度, 切菜机可以把各种蔬菜切成长短不一的菜品。运行与操作流程如图5所示。

图5 操作流程图   下载原图

切菜机是食品加工机械中很重要的一种, 该切菜机机形小、效率高, 适用于蔬菜腌制厂、菜市场、学校食堂、工厂、酒店、大小餐饮商户, 可切根、茎、叶类蔬菜、腌制食品、海带类、中草药等多种物料。在切菜机设计中, 首先分析了市场上现有切菜机的工作原理、尺寸大小、刀具的选用、菜品收集这四个方面, 比较了两种刀具运动方案, 最后确定采用刀具旋转和物料直线进给的双斗收纳箱式切菜机。在设计过程中改善现有切菜机的不足, 采用性能较为优良的传动方式。该切菜机体积小, 速度快, 效率高, 具有广阔的推广前景和市场价值。