微型電動阿膠膠塊粉碎機研制

溫代新

摘?要：本文研制一種可以對固體阿膠膠塊粉碎和計量的、電動的、便攜的粉碎設備。根據阿膠一般服用要求，本文研究設計了一種銑削方式阿膠粉碎機。首先分析銑削機理并計算銑削力并闡述了粉碎機的結構設計特點和方案；對其各零部件進行了三維建模，完成了整機裝配圖；設計了電子秤系統，完成功能要求，加工了樣機，模擬真實服用情況進行了實驗，得到的阿膠粉末細小均勻，效率較高。

關鍵詞：阿膠?粉碎機?銑削方式?微型電動

中圖分類號：TH6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）10（a）-0035-01

阿膠是一種具有易粘結、名貴、硬度很大等特殊性質的傳統名貴中藥，因此為具有這些特殊性質，消費者感到難以服用，因而粉碎成為阿膠消費鏈條最后必須面對的問題。而現在市場上成品化的中藥粉碎機主要有手提式高速中藥粉碎機、搖擺式高速中藥粉碎機、臺式連續投料粉碎機等[1]。該類型粉碎機都是利用粉碎刀片高速旋轉撞擊來實現干性物料的一般性粉碎。它由粉碎室、粉碎刀片、高速電機等組成[2]。物料直接放入粉碎室中，旋緊粉碎室蓋，開機1～3min便可完成粉碎。整體來看，這些中藥粉碎機粉碎細度高，速度快，適用范圍較廣，但是結構仍不夠緊湊，難以做到即服即打，定量粉碎，且高速刀片撞擊藥品噪音比較大。因此，本文針對這種情況，進行了一系列設計工作，開發一種能做到即服即打，小巧輕便，且粉碎效果好于以上粉碎機的小型粉碎設備。

1 結構設計

一臺完整的機器按功能劃分由三部分組成：原動部分、執行部分、傳動部分。原動部分是驅動整部機器完成預定功能的動力源。原動部分功能是把其他形式的能量轉換為可以利用的機械能[3]。本設計需制作出樣機，同時考慮獲取電源方便、體積小的特點，選擇直流電機。

執行部分是用來完成機器預定功能的組成部分。一臺機器可以只有一個執行部分，也可以把機器的功能分解為多個執行部分。本設計的執行部分設計重點就是刀具（銑刀）設計。通過銑刀切削阿膠膠塊，使膠塊粉碎，完成機器的預定功能。

機械傳動裝置是絕大部分機器不可缺少的重要組成部分，因該粉碎機安裝空間的限制，要使電動機伸出軸與粉碎機主軸呈空間交錯90°角布置，考慮加工方便、效率盡量高，采用錐齒輪傳動。

簡單機器只由上述三個基本部分組成。隨著機器的功能越來越復雜，對機器的精確度要求也就越來越高，除了以上三個部分外，還會不同程度的增加其他部分，本設計采用單片機作為控制核心，控制電動機的起動與停止；通過電子秤測量膠塊粉末的質量；LCD作為人機界面。輔助部分是為了提高和完善機器的功能所設置的系統，如設計中進料斗上部安裝蓋子，防止機器在不使用時灰塵等雜物落入，起到保潔作用。信息測量與處理系統是采集、處理、傳輸信息的裝置，本設計采用單片機完成，使機器達到機電一體化水平。根據上述分析，確定本機器的整體設計方案分為（1）原動部分（2）執行部分（3）傳動部分（4）控制部分（5）測量與顯示部分。

繪制出粉碎機內部主要結構三維模型。膠塊由進料口進入，電動機帶動刀具轉動，銑削膠塊。膠塊銑削后粉末經出料口落入稱量杯中。為了防止粉碎的膠塊粉末隨刀具高速旋轉飛出泄露，設計了出料口封板將刀具罩住，形成一個腔體。

本設計刀具材料選用420J2（13Cr-0.3C）的“刃具級”馬氏體鋼，因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，電機限于尺寸和轉速，選用SG-545直流減速電機，空載轉速1200r/min，負載轉速960r/min，輸出功率30W。

2 電子秤系統設計

電子秤主要由以下三部分組成：

（1）承重、傳力復位系統。它是被稱物體與轉換元件之間的機械、傳力復位系統，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等[4]。

（2）稱重傳感器。即由非電量（質量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。

（3）測量顯示和數據輸出的載荷測量裝置。即處理稱重傳感器信號的電子線路和指示部件，其工作原理為：通過稱重傳感器采集到膠塊粉末的重量并將其轉換成微弱的電壓信號，而后經過放大電路處理后，送入單片機中的A/D轉換器，將模擬量轉化為數字量輸出，控制器經過運算，將數字信號轉換為物體的實際重量信號，將其送到LCD顯示屏中顯示。

2.1稱重傳感器設計

本設計采用電阻應變式稱重傳感器。其主要由彈性體、電阻應變片、電纜線等組成。當傳感器不受載荷時，彈性體不產生應變，粘貼在其上的應變片將不發生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當傳感器受力時，即彈性體受載荷P時，應變片就會發生變形，阻值發生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。電橋的輸出電壓和4個橋臂的應變片所感受的應變量的代數和成正比，由此測得測量信號[4，5]。

2.2 濾波放大電路設計

稱重傳感器輸出電壓振幅范圍0～20mV。而A/D轉換的輸入電壓要求為0～2V，因此放大環節要有100倍左右的增益。對放大環節的要求是增益可調的（70～150倍），根據本設計的實際情況增益設為100倍即可，差動放大器可滿足此放大要求[5]。

采用本方案粉碎后的粉末粒度細，易服用，黑褐色的膠塊粉碎后形成蓬松的淺黃色碎屑，入水即溶，真正實現了即打即沖即服，能大大改善人們的服用便捷性。

3結語

名貴中藥東阿阿膠由于成藥形狀為固體，給消費者的服用帶來了很大的不便。本文就是針對這一實際需要而設計研制了一種微型電動、可以精確計量的粉碎設備。取得以結論：

（1）綜合分析銑削方式和阿膠膠塊的特點，研究設計了一種以銑削方式加工阿膠膠塊的粉碎機械，確定阿膠粉碎機的整體方案，并對所設計的粉碎機進行了三維建模和裝配。這為制作物理樣機提供了加工數據。

（2）完成了電子秤系統的設計，為粉碎機提供實時計量功能，是本款粉碎機實現了即打即服這一服用新理念，并通過物理樣機測試實驗，獲得粉碎效果很好，方便服用的阿膠粉末，證實了銑削這一加工方式在阿膠膠塊粉碎應用中的可行性。

參考文獻

[1]唐碩.移動式枝婭粉碎機的設計及研究[D].哈爾濱：北方工業大學機械設計及理論學科碩士學位論文，2011：7-8.

[2]張娜.一種多用途粉碎機的設計與研制[D].北京：北方工業大學機械設計及制造碩士學位論文，2010.

[3]施桂德.國外磨機的種類及磨礦流程[J].化工礦山技術，1983，6：43-46.

[4]鄭文虎.機械加工常用計算[M].北京：機械工業出版社，2009：106-110.

[5]黃金榕.基于單片機的電子秤設計[D].成都：電子科技大學自動化學科學士學位論文，2010.