一種用于食用調料的計量裝置設計研究

李乾　周曉輝

摘? 要：中餐在不少國家與地區廣受歡迎，食用調料用量是中餐美味程度的重要保障條件之一。文章對食材調料裝置進行研究，利用SolidWorks軟件設計了一種食用調料計量裝置，通過理論計算與結構設計相結合，對顆粒、粉末調料采用螺旋桿和稱重雙重計量方式，提高了調料計量的精度與效率。對儲料的密封性進行了研究，有效防止了調料受潮結塊。外形的美觀性符合人機工程學。研究結果為食用調料計量裝置的設計提供了參考依據。

關鍵詞：中餐;食用調料;計量;人機工程學

中圖分類號：TH71? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0093-02

Abstract： Chinese food is very popular in many countries and regions， and the amount of edible seasoning is one of the important guarantee conditions for the delicious degree of Chinese food. In this paper， the food seasoning device is studied， and a kind of edible seasoning metering device is designed by using SolidWorks software. Through the combination of theoretical calculation and structure design， the double metering methods of spiral rod and weighing are adopted for particle and powder seasoning， which improves the accuracy and efficiency of seasoning measurement. The tightness of the storage material was studied， and the moisture caking of the seasoning was effectively prevented. The aesthetic appearance accords with ergonomics. The research results provide a reference basis for the design of food seasoning metering device.

Keywords： Chinese food; edible seasoning; metrology; ergonomics

中餐，以色、香、味、意、形俱全聞名世界，在不少國家和地區都倍受青睞，中國菜系講究選料、切配和烹飪等技藝，其制作工藝較為復雜，特別是做一道菜時，調料放多少，全憑廚師把握，沒有統一的標準，導致推廣困難[1]。中餐制作的最大特點體現在烹飪方式和調料的用量上[2]，要想對中餐在全世界范圍內推廣普及必須解決調料控制問題。

目前，一些學者對計量裝置進行了相關研究。馬蕾等[3]對顆粒不均勻、流動性差的物料進行小包定量包裝的進行了研究，設計了一種稱重與容積一體化的分裝計量裝置，對各個結構模塊中的稱重式計量模塊進行了詳細的計算與SolidWorks整體裝配建模，達到了設計與優化的目的;安世齊[5]設計了面粉自動控制裝置，對計量精度、可靠性問題采取了相關措施，結果表明：該裝置能夠良好滿足面粉定量包裝的出廠標準;王書鶴[6]提出了一種新型螺旋加料動態定量稱重控制方法，該方法采用“先快后慢、最后點動”的動態控制方式，有效的解決了稱量精度與速度的矛盾，并進行了實驗驗證。

上述研究多為工業包裝計量行業，主要涉及容積計量、稱重計量以及動態計量等等結構，但是對廚房調料的計量研究相對較少。

本文對廚房顆粒調料、粉末調料為對象，研究設計了一種用于食用調料的計量裝置，綜合考慮食用調料的計量精度、儲料部分的密封性、使用方便性和外觀設計的美觀性等四個方面，該計量裝置可以適用于家庭廚房以及餐館等場合。

1 模裝置整體設計

裝置設計技術路線圖如圖1所示，裝置整體結構示意圖如圖2所示，該設計采用理論研究與三維建模驗證相結合的方法。以模塊化的設計思路，通過SolidWorks進行三維建模驗證，分析部件之間干涉情況對模型進行結構優化。裝置整體外觀呈C字型，計量單元1.1前側壁可以貼標簽等等，調料收集盒1.4上設置吸鐵塊，方便吸附在C形結構的上側壁上，取放方便，整體外形簡潔美觀，符合人機工程學。串連桿1.3可以將多個計量單元1.1進行串接，實現多種調料的分別計量。

2 計量單元內部結構

1.2-密封蓋、2.11-豎直板、2.12-驅動電機、2.13-第一同步帶、2.21-螺旋計量筒體、2.22-料倉、2.23-倉蓋、2.24-攪拌電機、2.31-Y型板、2.32-稱重傳感器、2.33-稱料盤、2.34-刮料電機、2.35-齒條、2.36-第一滑動桿、2.41-前置板、2.42-密封電機、2.43-主動帶輪、2.44-從動帶輪、2.45-第二同步帶、2.46-第二滑動桿、2.47-密封塊

1.2-密封蓋、2.11-豎直板、2.12-驅動電機、2.13-第一同步帶、2.14-第一角接觸軸承、2.15-第二角接觸軸承、2.21-螺旋計量筒體、2.22-料倉、2.23-倉蓋、2.24-攪拌電機、2.25-攪拌桿、2.26-螺旋計量桿、2.31-Y型板、2.32-稱重傳感器、2.33-稱料盤、2.34-刮料電機、2.35-齒條、2.36-第一滑動桿、2.37-驅動齒輪、2.41-前置板、2.42-密封電機、2.43-主動帶輪、2.44-從動帶輪、2.45-第二同步帶、2.46-第二滑動桿、2.47-密封塊、2.48-密封螺桿

計量單元內部結構圖如圖3所示，計量單元剖面圖如圖4所示，用戶打開倉蓋2.23將調料倒入料倉2.22內，為了保證料倉2.22底部調料的密實性，通過倉蓋2.23上的攪拌電機2.24不斷轉動，攪拌桿2.25不斷對調料攪拌保證調料均能較好的填充到料倉2.22底部。豎直板2.11上的驅動電機2.12帶動第一同步帶2.13轉動，使得螺旋計量筒體2.21內部的螺旋計量桿2.26轉動，使得調料可以在計量筒體2.21內向前運動，此處的螺旋計量桿2.26為懸臂設置，為了較好的保證其工作，螺旋計量桿2.26一端穿設在第一角接觸軸承2.14和第二角接觸軸承2.15上，第一角接觸軸承2.14和第二角接觸軸承2.15相對設置，保證螺旋計量桿2.26可靠的支撐效果。調料通過螺旋計量筒體2.21一端最終落入稱料盤2.33上，稱重傳感器2.32對調料進行實時稱重，當達到需要的計量時，控制驅動電機2.12停止轉動，此處螺旋計量桿2.26的轉速和螺距等均恒定，固本裝置是通過螺旋計量桿2.26轉動的圈數和稱重傳感器2.32稱量進行調料計量，大大保證了調料的準確性。最后刮料電機2.34帶動驅動齒輪2.37轉動，驅動齒輪2.37與齒條2.35相互嚙合，齒條2.35向右移動帶著齒條2.35一端的毛刷將稱料盤2.33的調料掃入到調料收集盒1.4內。為了避免調料受潮，裝置在使用完后，密封電機2.42帶動主動帶輪2.43轉動，第二同步帶2.45帶動從動帶輪2.44轉動，密封螺桿2.48帶動密封塊2.47向左運動堵住計量筒體2.21從而實現調料的密封，另外密封蓋1.2也為食品級橡膠可以很好密封料倉2.22。

3 螺旋計量桿參數設計

為了保證良好的精度，需要對螺旋計桿的參數進行確定[7-8]：

式中：G-進料螺桿每次的計量量值，g;V-每轉一周的螺桿計量容積，cm3;？籽-計量物料的散度密度，g/cm3;F-螺旋空間截面積，cm2;S-螺距，cm;D-螺桿外徑，cm;d-螺根直徑，cm;n0-計量一次螺桿的轉數。

以鹽為例，設定進料螺桿2.26每次計量的G為2g，鹽的散度密度為？籽=1.4g/cm3，d=0.3D，n0為2r/s，S設定為0.5cm，由此可以計算出D為20mm，d為6mm，依此進行模型繪制。

4 結論

本文針對中餐烹飪時調料用量難以控制問題，設計了一種計量裝置，具有計量精度高，速度快，外形美觀的特點。其設計的主要特點為：（1）針對現有技術存在一定的計量誤差的情況，提出了一種螺旋計量與稱重計量相結合的計量模式，提高了計量精度;（2）針對食用調料容易受潮結塊情況，提出了一種全新的自動密封方式，與固體密封蓋配合作用保證良好的密封性;（3）本裝置外觀美觀，擴展模塊方便，滿足不同顧客的需求。本文為后續廚房計量裝置的設計提供了參考作用。

參考文獻：

[1]鐘樹.海外中餐發展很快[J].決策與信息，2007（11）：69-70.

[2]Chen Jenhao，Chi Peiyu，Chu Haohua，A smart kitchenfornutrition-awarecooking[J].PervasiveComputing，2010，10（10）：58-65.

[3]馬蕾，田懷文.一種自動計量裝置設計研究[J].機械設計與制造，2013（6）：21-23.

[4]安世齊.面粉自動稱量控制[J].控制工程，2007，14（4）：350-352.

[5]王書鶴.螺旋加料動態定量稱重控制方法的研究[J].山東大學學報（理學版），2003，38（1）：83-85.

[6]趙建平，汪永超，張瑩，等.智能調料機設計與研究[J].食品與機械，2014，30（5）：154-157.

[7]黃穎為.包裝機械結構與設計[M].北京：化學工業出版社，2007：50-51.