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

近年來全球經濟的不斷發展與融合，燒烤作為一種新的烹飪模式，燒烤行業發展，健康、環保、高效、創新將取代傳統炭燒模式，各種面火爐孕育而生。面火爐以使用方便、適用人數多、節能環保以及食品健康無隱患等優點，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側的上方對下面進行加熱，通過燃氣使加熱管產生足夠的熱量，對食物進行燒烤。

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

1 現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容易失效。升降機構能適應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，設計一個可靠性高的升降機構尤為重要。同時市面上的烤網烤架功能單一，無法適應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 新型面火爐的結構特點

本次設計的多功能升降面火爐在結構上主要分為：爐體組件、升降機構、燃氣組件、烤架烤網（如圖1）。

圖1 整體結構

爐體組件主要由：左側板、右側板、左內側版、右內側版、隔熱板、后罩、爐體后側板、前后上側板、前夾層板、前下側板、燃燒器安裝板、上蓋板、右側加強板、左側加強板組成。

升降機構主要：導柱、掛齒、小齒、掛齒壓板、烤架連接板、左側固定板、右側固定板、小運動板、右滑板、左滑板、力臂、橫軸組成。

燃氣組件：氣閥旋鈕、氣閥、點火針、熱電偶、高壓模塊、燃氣管、燃燒器組成。

烤架烤網：烤架左邊條、烤架右邊條、烤架支撐板、烤網組成。

升降機構其結構如圖2所示。

圖2 升降機構

其主要通過右邊力臂旋轉帶動主動平面四桿機構進行上下搖擺運動，從而帶動烤網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計一個聯動桿，帶動聯動平面四桿機構進行運動。

平面四桿機構一般分為：1曲柄搖桿機構、2雙曲柄機構、3雙搖桿機構。我們這里選用雙搖桿機構，設計其結構原理圖如圖3所示。

圖3 升降機構

我們這里設計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。

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。

當機構進行升降時，其運動后如圖4所示。

圖4 升降機構運動簡圖

通過市場研究發現升降機構的鎖止機構往往在使用過程中磨損嚴重，同時鎖止的接觸面太小。所以本次設計的小齒與掛齒采用圓弧面結構，提高其接觸面，其結構如圖5所示。

圖5 小齒掛齒機構

根據其運動規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點為圓心進行轉動，其軌跡為弧形，我們為了保證小齒與掛機間的配合接觸面最大，同時保證無縫配合，所以采用圓弧面結構。考慮小齒和掛齒是易磨損件，我們采用45#鋼，進行滲碳處理。

本次設計的烤架烤網，配置了網格烤網及片狀烤網兩種形式，以適應不同用戶的需求。網格烤網用于把食材放置烤網上進行燒烤，烤網一般不拿下，只更換食材，往往用于燒烤時間較長，體積較大的食材。片狀烤網用于批量化操作，一般配置多片烤網，事先把食材放置于烤網上，烤網食材一起放入面火爐烤制，等結束取出烤網及食材，直接放入另一個放置食材的片狀烤網，往往用于燒烤時間短，體積較小，需求量較大的食材。網格烤網結構如圖6所示。

圖6 網格烤網烤架結構

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

片狀烤網結構下圖7所示。當食物烤熟后，可以直接將烤網取出，更換另一個烤網進行烤制。

圖7 片狀烤網烤架結構

熄火保護它的作用是當面火爐意外熄火的時候，起到自動斷氣的作用，防止出現燃氣泄露引發重大事故，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針型，相較而言，熱電偶型性能更穩定，壽命更長，所以本次采用熱電偶型。其結構示意圖如圖8所示。當火焰燒著熱電偶頂端時，熱電偶的溫度慢慢升高，產生的電壓就越來越大，當升高到一定溫度，產生的電能能使處于閉合的電磁閥繼續吸合；當熱電偶沒有被火焰燒著后，溫度慢慢降低，當溫度下降到一定程度時，熱電偶產生的電能不能維持電磁閥的繼續吸合，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GB 16410-2007《家用燃氣灶具》要求，對氣密性、火焰穩定性、火焰傳遞、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。火焰穩定性、火焰傳遞、火焰狀況采用肉眼觀察進行判斷。溫度采用：優利德數顯溫度計，其型號為：UT322。我們對其進行測試，其結果如表1所示。

表1 測試結果

經過測試，可見本次設計的面火爐，在性能上明顯優于國家標準。

5 結論

本次主要對多功能升降式面火爐的爐體組件、升降機構、燃氣組件、烤架烤網幾部分進行設計。具有升降機構可靠性高、適應不同食材的燒烤、操作更加方便、燒烤效率更高等特點。同時根據GB16410-2007《家用燃氣灶具》標準進行性能測試，其結果符合標準要求。本次設計的面火爐外形美觀大方、結構更加優越、操作簡便、性能卓越，具有廣闊的市場前景。