一種簡易多功能切菜機的設(shè)計和實現(xiàn)

林新英，江小輝

（1.閩南理工學(xué)院，工業(yè)機器人測控與模具快速制造福建省高校重點實驗室，福建 石獅362700；2.福建南方路面機械有限公司，福建 泉州 362000）

市場上現(xiàn)有的切菜機多為蔬菜加工行業(yè)和食品行業(yè)專用，此類切菜機工作原理一般采用臥式送菜（傳送帶或送料槽的方式），在刀口處回轉(zhuǎn)式或往復(fù)式切菜。通常以三相電動機做動力源，傳動系統(tǒng)較復(fù)雜，功率大。雖功能較多，一般能實現(xiàn)切片、切段、切絲等，但操作復(fù)雜。此類切菜機功率大，體積大，重量也大，而且價格昂貴，不適合中小餐館、家庭的使用[1]。各大中小餐館、學(xué)校餐廳等需要有高效率，易于操作，安全可靠的切菜機來解放廚房切菜工人雙手，故設(shè)計了一款切菜效率高，易于操作，安全可靠，體積小，價格便宜的切菜機。

1 切菜機的方案設(shè)計

本切菜機的主要組成部分是底座、主軸、刀盤、送菜機構(gòu)以及電控制部分，總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

1.1 底座

底座由不銹鋼框架、電動機、帶輪、帶和主軸組成。不銹鋼框架，用截面為25 mm×25 mm的方鋼焊接成365 mm×365 mm×365 mm不銹鋼框架。距底面175 mm處焊一個平面用于安裝主軸。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 不銹鋼架

選用的電動機型號:XD-180額定功率/電壓為180 W/220 V，額定電流為16 A，額定轉(zhuǎn)速為1 370 r/min.

主軸部分的主要零件有主軸、方銷、止推軸承、支承座、密封圈和螺母。支承座上加工有螺紋，與螺母配合將支承座緊骨在機架上，支承座墊有密封圈，可防止清洗機器時水滲透到底下的電動機部分。支承座的內(nèi)孔打進一個銅套，與主軸相配合形成滑動軸承。主軸上方的方銷用于定位刀盤并傳遞動力，螺紋孔旋入螺釘鎖緊刀盤。結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 主軸剖面圖

圖4 主軸PR O E圖

1.2 刀盤

切菜機的切菜原理是運用旋轉(zhuǎn)刀片切割蔬菜、水果等，故刀盤形狀為圓盤狀，其上面固定有適用于切出各式形狀的刀片。圖5是三把刀盤的實物圖，分別用于切片、切絲和切條。

圖5 刀盤

1.3 送菜機構(gòu)

送菜機構(gòu)由菜桶和壓菜機構(gòu)組成。菜桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要有兩片擋菜板，用于切菜時對菜起限位作用，相當于“砧板”，一個直線線軸承，可以沿著固定導(dǎo)桿上下移動以及繞著導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動以便于換刀，運用直線軸承可以避免因傾覆力矩而引起的卡死現(xiàn)象，在菜桶的側(cè)壁開有一道槽，用于對壓菜機構(gòu)進行限位防止壓菜機構(gòu)下壓時發(fā)生打刀現(xiàn)象，菜桶底部有一小圓柱銷（此圓柱銷用于電控部分，功能在電控部分闡明），菜桶底部側(cè)面焊接一圓環(huán)形不銹鋼，通過壓緊圓環(huán)可以將菜桶固定在機架上，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 菜桶

整個壓菜機構(gòu)采用搖桿——滑塊機構(gòu)[2]。其由固定導(dǎo)桿、連桿、搖桿、直線軸承、把手、小圓筒及壓菜板組成，如圖7所示。直線軸承的作用與菜桶中的直線軸承的作用一樣，小圓筒作為長圓形蔬果的進料口，壓菜板的作用是使菜與刀盤保持接觸從而順利完成切削。菜桶和壓菜機構(gòu)由固定導(dǎo)桿連成一體并將其固定在底座上。

圖7 壓菜機構(gòu)

1.4 電控部分

為了加大整個操作過程的安全性，本切菜機的電控部分在正常的開關(guān)控制的基礎(chǔ)上又增加了一個安全裝置。安全裝置包括一個行程開關(guān)和菜桶上的小圓柱銷。只有在行程開關(guān)接通的情況下按下開關(guān)切菜機才能正常工作，而電路的接通需要小圓柱銷在整個工作過程中不能離開行程開關(guān)，這樣在換刀或菜桶沒有被固定的情況下保證電動機斷電，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 電控部分

2 理論設(shè)計計算

2.1 電動機的選型

（1）根據(jù)家庭電器的供電模式，切菜機采用額定電壓220 V，單相交流電動機。參考刀片切削力范圍，經(jīng)了解調(diào)研，初定刀片切削力F=（10～30）N，電機輸出轉(zhuǎn)速n0=1 450 r/min.

經(jīng)帶輪一級降速，軸的轉(zhuǎn)速[3]為：

由刀片等效回轉(zhuǎn)切削半徑r刀=50 mm

對于切絲刀盤安裝雙刀片，其扭矩T＝2T0

由于主軸上安裝有帶輪，推力軸承，滑動軸承，

唐朝有十二位曾被冊立為太子而沒能繼承皇位者，有八人死后獲得了太子謚號，其中有兩人被追謚為皇帝，五人為太子謚號，一人被追謚為王，所使用的謚號各有深意。八個謚號中，有三個單字謚，分別是“隱”“讓”和“愍”；復(fù)字謚有五個，分別是“孝敬”“章懷”“節(jié)愍”“惠昭”“莊恪”。復(fù)字謚是由單字謚“孝”“敬”“章”“懷”“節(jié)”“愍”“惠”“莊”“昭”“恪”這十個字組合而成。無論單字謚還是復(fù)字謚，表達的多是褒揚或是哀思之意，沒有惡謚的情況。每個謚號的釋義有著不同的文化內(nèi)涵，大致與受謚者的生平事跡相一致或略有溢美，這也是太子地位至高無上在古代國家政治活動中的一種體現(xiàn)。

機理論額定功率Pn=（0.083～0.249）kW

參照電機實際參數(shù)，選PN=0.18 kW，額定轉(zhuǎn)速n=1 370 r/min，額定電壓UN=200 V的單相交流電動機。

（2）根據(jù)已選電機型號，設(shè)計分析主軸參數(shù)

代入公式可得主軸轉(zhuǎn)矩

2.2 電動機功率的實際實驗數(shù)據(jù)

由于電動機的參數(shù)設(shè)計為估計值，通過實際實驗得出切各種菜時的電動機功率。采用的實驗設(shè)備主要如下：可調(diào)電阻、180 W單相電動機、刀盤、轉(zhuǎn)速測速儀、電壓表、電流表[5]。其電路如圖9所示。

圖9 電路圖

實驗方法步驟：

1）講刀盤放入先前做好的角鋼架，安裝好主軸。主軸與單相可調(diào)電動機相連（電動機末端與轉(zhuǎn)速測速儀相連）。

3）處理數(shù)據(jù)。處理后的實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實驗數(shù)據(jù)

3 樣機的作原理及性能分析

3.1 切菜機工作原理

電動機通過帶傳動帶動主軸轉(zhuǎn)動，主軸上安裝附有刀刃的刀盤。轉(zhuǎn)動的刀刃與豎直往下送的菜做相對運動而完成切菜，切后的菜從刀盤開口下落至接菜盒。通過轉(zhuǎn)換刀盤切菜機可以實現(xiàn)切片、切絲、切條等多種功能，操作簡便。最終完成的實物樣機圖如圖10所示。

圖10 實物樣機圖

3.2 操作過程

（1）升起并轉(zhuǎn)動裝菜圓筒，更換刀盤并旋緊壓緊螺釘。轉(zhuǎn)動裝菜圓筒，根據(jù)下端小突起定位后下壓加緊（通過小突起使行程開關(guān)閉合）。

（2）裝菜，放好接菜盒，接通電源，按下啟動按鈕開始切菜。

（3）壓菜機構(gòu)下壓使菜與刀盤保持接觸并完成切菜動作。

（4）停機，取菜，并擦洗機器。

3.3 性能分析

（1）壓菜機構(gòu)整體運動靈活，主要完成轉(zhuǎn)動和豎直方向的運動，轉(zhuǎn)動依靠裝在桿上的軸承來完成，壓菜板的運動包括轉(zhuǎn)動和豎直運動（利用直線軸承來完成）。

（2）功率適中，能完成絕大部分蔬菜的切削，實際切菜過程中驗證主軸的強度足夠。

（3）巧妙利用壓菜機構(gòu)的突起來控制行程開關(guān)，起到保護作用。

（4）刀盤通過鍵槽與主軸連接，相對于壓菜機構(gòu)和底座獨立，方便更換。

（5）壓菜過程中菜的重力和施加壓菜的力均不大，故刀盤的安全可靠。

（6）底座機構(gòu)合理，重心低整體穩(wěn)定性好。

4 創(chuàng)新點及應(yīng)用前景

（1）本結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，利用了搖桿滑塊機構(gòu)，將以往用輸送帶式的臥式切菜機改為立式。利用菜的自重或加壓就可完成送料。切好的菜通過刀片下方的通口落入封閉式集菜箱。

（2）功能齊全，通過快捷的換刀機構(gòu)，就可以更換刀盤，完成多種菜種多樣式的切削。

（3）操作簡便，操作設(shè)計符合人類行為習(xí)慣，易學(xué)易用。

（4）安全可靠，增加了保護裝置，只有菜筒轉(zhuǎn)到位且鎖緊后電機才會啟動。

（5）外觀宜人，整潔大方的外觀設(shè)計，增加了產(chǎn)品藝術(shù)感。

（6）便于清洗，壓菜機構(gòu)和入菜筒可轉(zhuǎn)開用水沖洗，刀盤和集菜箱等可拆卸清洗。

本切菜機具備廣闊的市場，目前市場上切菜機多用于工廠，且結(jié)構(gòu)較大，功能單一。經(jīng)過調(diào)研各大、中、小型飯店餐廳及家庭急需本類型切菜機，以提高切菜效率和切菜效果。同時切菜機功能齊全、安全可靠、外觀宜人、成本低廉，具有廣泛的適用性、廣闊的市場和良好的社會效益。