一種多功能切菜臺結構設計

丁言星，李成理，李 迅，曹 冉，孫 釗

(巢湖學院 機械工程學院，安徽 巢湖 238000)

0 引 言

切菜臺是日常生活必不可少的廚房工具，目前市場上存在的切菜板有木切菜板，竹切菜板，塑料切菜板，而這些切菜板一般只作為切菜時的墊板，將其放在固定的切菜臺上使用[1]。實際生活中會產生由于人們的身高因素，在做飯的過程中常常會因為切菜臺的高度而不方便切菜，同時人們在切菜的過程中會產生大量的廚余垃圾而不能得到有效的處理，以及在淘洗菜品的過程中，會有大量的水漬殘留在切菜板上等問題，給人們的生活帶來不便。

筆者通過在前人研究的基礎上設計出一種多功能切菜臺，該切菜臺在結構設計上結合了可升降功能，過濾功能，粉碎功能，達到多功能的目的，以此解決上述所遇到的問題。下面將圍繞多功能切菜臺的可升降裝置，過濾裝置，粉碎裝置，以及對粉碎裝置電機的選擇，詳細介紹切菜臺的結構設計。

1 一種多功能切菜臺的結構組成及工作原理

1.1 結構組成

一種多功能切菜臺，包括臺面、兩個活動桿和兩個固定柱，固定柱設置在地面上，兩個固定柱之間設置齒輪，齒輪上設置第一轉軸，第一轉軸的兩端通過第一軸承分別設置在兩個固定柱預留的孔洞上，第一轉軸的其中一端設置第一電機，兩個活動桿之間設置齒條，齒條的兩端分別通過連接桿固定連接到兩個活動桿上，而齒輪和齒條嚙合連接；其中的活動桿和固定柱之間滑動連接。此多功能切菜臺通過設置活動桿，活動桿沿著固定柱上下移動，從而實現切菜臺面高度的調節，以此來適應不同身高的人對切菜臺的位置有不同需求的問題[2]。還包括設置在臺面下方的粉碎機構與過濾機構，粉碎機構包括粉碎桶、螺旋粉碎刀、第二電機、第二轉軸，第二軸承。濾水機構包括濾水桶和集水桶，濾水桶包括桶體、提手和設置在通體上端向外延伸的圍邊，圖1為切菜臺的整體結構。

圖1 多功能切菜臺整體結構1.臺面 2.活動桿 3.固定柱 8.齒輪 9.第一轉軸 10.第一軸承 11.第一電機 12.齒條 13.連接桿 14.伸縮桿 15.減速機 16.粉碎桶 22.集水桶

1.2 工作原理

多功能切菜臺工作時首先通過啟動第一電機11，第一電機11帶動齒輪8轉動，齒輪8帶動齒條12上下移動，從而實現活動桿2沿著固定柱3上下移動，實現了，臺面1的高度調節。菜切好后，將切好的菜放入濾水機構中，這樣將菜中的水分瀝干后，取出濾水桶21，將菜倒入鍋中；切菜時所留下廚余垃圾放入粉碎機構粉碎后，加水從排污口16排出，有效處理切菜時所留下廚余垃圾。

2 結構設計

2.1 可升降裝置結構設計

圖2為活動桿和固定桿連接的結構。通過設置活動桿2，活動桿2沿著固定柱3上下移動，從而實現切菜臺面1高度的調節，以此來適應不同身高的人對切菜臺的位置有不同需求的問題。同時選擇在固定柱3內設置滑槽4，滑槽4內設置導向桿5，導向桿5的外側套設有滑塊6和彈簧7，滑塊6固定在活動桿2上。通過設置滑槽4、導向桿5、滑塊6和彈簧7，實現了活動桿2沿著固定柱3穩定的上下滑動。

圖2 活動桿和固定桿連 圖3 濾水機構的結構 接的結構1.臺面 2.活砂桿 3.固定標 4.滑 21.濾水桶 22.集水桶 槽 5.導向桿 6.滑頭 7.彈簧 22a.出水口

2.2 濾水裝置結構設計

圖3為濾水機構的結構。濾水裝置包括濾水桶21和集水桶22，臺面1上設置第二入口，集水桶22固定在第二入口的下方，濾水桶21包括桶體、提手和設置在通體上端向外延伸的圍邊。濾水桶21的長度小于集水桶22的長度，集水桶22底部設置出水口22a。通過設置濾水機構，將切好的菜進行濾水，濾好水的菜可以直接倒入鍋中使用。

2.3 粉碎裝置結構設計

圖4為粉碎機構的結構。一種多功能切菜臺還包括設置在臺面1下方的粉碎裝置，臺面1上設置第一入口，粉碎機構包括粉碎桶16、螺旋粉碎刀17、第二電機18、第二轉軸19，第二軸承20，第二轉軸19通過第二軸承20設置在粉碎桶16預留的孔洞上，第二電機18的輸出軸與第二轉軸19固定連接，螺旋粉碎刀17設置在第二轉軸19上，粉碎桶16的底部的排污口16a；粉碎桶16固定在第一入口的下方。通過設置粉碎機構，可以將切菜時所留下廚余垃圾放入粉碎機構粉碎后，加水從排污口16a排出，有效處理切菜時所留下廚余垃圾。

圖4 粉碎機構的結構

3 粉碎機電機的選擇

粉碎機電機的選擇也是決定其質量的關鍵因素之一,首先電機容量要適當,選高了，工作效率低;選低了，容易過載，使電機報廢，在電機上有絕緣物質，它可以用來降溫，因為溫度一旦上升，電機容易燒壞，在選擇電機時，一定要考慮其容量，還有其電流類別、最大轉速、重量等。主要有以下要求：①轉速:食物垃圾粉碎機直流電機的轉速一般在2 700左右，而交流電機的轉速約為直流電機的一半；②壽命:基本上交流電機的使用時間要長于直流電機，但也有個別特殊的，比如無刷直流電機，其使用壽命就比交流電機長；③粉碎垃圾的效果:在廚余垃圾中，骨頭算是一類相對硬度較大的垃圾，相比之下直流電機要優于交流電機；④重量:因為電機是要安裝在食物垃圾粉碎機的下面，不易將電機的重量設計太重，現在市面上的交流電機都超過7 kg，直流電機相對輕點。

綜合考慮，直流電機的特點是可以快速而多次進行啟動、反轉、制動，其過載能力很高，調速性能好，調速范圍大，可以平穩、準確的調整轉速，以上特點都符合食物垃圾粉碎機的工作特點，所以決定直流電機。而在直流電機中，永磁式直流驅動電機用的永磁材料作為磁極，提供電機勵磁源，而且永磁式電機不需要勵磁線圈，其耗電小、散熱快、過載能力強、轉速平穩，所以驅動電機選用永磁式直流驅動電動機。

電機型號選擇主要通過以下計算分析確定。

(1) 由于要求食物垃圾粉碎機可把廚余垃圾粉碎為3.00～5.00 mm的細小顆粒，另外選定刀盤轉速n=2 700 r/min,由于刀片隨著刀盤做定軸旋轉運動，可選定r刀=0.05 m。

V=wr=2 πnr/60

=2×3.14×2700×0.05/60

=14.13 (m/s)

式中：T為運動粘度系數定義(水溫10 ℃以下取1×103);μ為粘度系數;ρ為密度；Γ為運動粘度系數:Γ=μ/ρ，查找資料可以得知[2]，當轉盤半徑為r，軸向速度為v，其系數是1.935。

則轉矩：

M=1.935 r3×ρv(Γv/r)1/2

=1.935×0.053×1×103×14.13×(1X10-6×

14.13/0.05)1/2=0.05744 (N.m)

所以，流體旋轉的阻力矩M=0.05744 (N.m)

由公式M=F1×r可知:F=M/r=0. 05744/0.05=1.148 8 N

所以得出結論:F=1.5 N

(2) 廚余垃圾對轉盤造成的阻力

因為一般家里的廚余垃圾的種類一般是生菜剩飯， 果皮等軟性垃圾易粉碎，其形成的阻力相對很小，做粉碎實驗后可得出結論，廚余垃圾對轉盤形成的阻F2。

旋轉到盤工作時克服的阻力:

F=F1+F2=1.5+11.8=13.3 (N)

刀盤線速度在上面以求得:

V=14.13 (m/s)

所需負載的功率:

Pv=FV=13.3×14.13=187.929(W)

電機的額定功率P取Pa=1.4Pv

Pa=1.4Pv=1.4×187.929=263.1 (W)

根據所得功率，選擇電機型號: ZYT104/12 。

該型號的主要數據是:功率: 390 W;轉速: 2 800 r/min; 電壓: 220 V;重量:3 kg。該電動機特點:耗電小、散熱快、過載能力強、轉速平穩，價格適中，而且可在國內進行維修。

4 設計效果

該多功能切菜臺主要采用了可升降的結構設計，可以提高用戶在廚房做飯時的舒適度，可升降的結構設計可以有效的調節切菜臺的高度，并且由電機控制運動操作方便。再切菜臺表面的左右兩端還設計有過濾裝置，粉碎裝置為用戶在清洗食物，處理廚余垃圾提供便捷，同時也體現出此切菜臺多功能的設計理念[4]。

5 結 語

設計一種多功能切菜臺主要包括可升降裝置部分，過濾裝置部分，粉碎裝置部分。整個裝置通過電機來帶控制，操作簡單，可在廚房領域為用戶帶來便捷，而附加功能使其更具多功能化，具有一定的市場應用和推廣價值，擁有個精心設計、裝修合理、風格獨特的廚房會讓你的家居生活變得輕松愉快。