小型快速剁椒機(jī)的設(shè)計(jì)

王旖旎 黃通靈 李逢振

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421005）

0 引言

剁辣椒又名剁辣子、壇子辣椒，是將清洗晾干的鮮紅辣椒剁碎加鹽、酒腌制而成。其味辣而鮮咸，是湖南、四川等地一道具有地方特色的食品，既可直接食用，又可當(dāng)作佐料做菜。為使剁辣椒有良好的口感，辣椒必須剁成粗細(xì)合適的碎片且剁碎后基本保持原有自然營養(yǎng)水分，通常采用人工方法獲得。然而人工剁碎速度慢，效率不高，剁碎過程中釋放的辣味又嗆人，因此，一直以來無法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

目前，雖然有人使用類似于絞肉機(jī)的攪碎機(jī)構(gòu)或用于中藥材加工的切碎機(jī)構(gòu)來加工剁辣椒，但是得出的結(jié)論如下：要么攪碎——辣椒成了糊狀，大大降低了辣椒的口感，以致影響到剁辣椒出品率；要么切碎機(jī)構(gòu)機(jī)型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)那些剁辣椒量產(chǎn)并不需要很大的廠家來說，操作和維護(hù)比較麻煩，不經(jīng)濟(jì)。因此，最終均未被廠家所接受。

為此，筆者整合前述人工剁碎和機(jī)器加工的優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、高效普適性兼顧衛(wèi)生安全性、環(huán)境舒適性進(jìn)行多維度考慮，加以創(chuàng)新，該文設(shè)計(jì)出一種既具有人工剁碎辣椒時(shí)良好口感，又能像大型設(shè)備那樣能將辣椒快速地剁碎的裝置。該裝置機(jī)型較小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，剁碎效率高且完全避免了辣味嗆人，維護(hù)也很方便，可謂集經(jīng)濟(jì)、高效、衛(wèi)生、舒適于一體。

1 剁椒機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，該文設(shè)計(jì)的小型快速剁椒機(jī)外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機(jī)架、托臂、圓筒、軌道、隔板、刀片、長軸、圓盤、振動(dòng)篩、輸送帶等幾部分組成。機(jī)架中部水平設(shè)置一個(gè)托臂，托臂上承載一個(gè)圓形筒體。圓筒上部外周面上設(shè)有一圈連續(xù)的高低起伏的波浪形軌道，軌道下方設(shè)有若干組用于托舉筒體的軸承，軸承內(nèi)圈固定安裝在托臂上。圓筒下部外周面設(shè)有一圈環(huán)形的齒圈，同高度位置設(shè)有一個(gè)與該齒圈相嚙合的齒輪，齒輪由電機(jī)（圖1中虛線部分所示電機(jī)）驅(qū)動(dòng)。

圖1 剁椒機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖

圓筒內(nèi)部水平設(shè)有一層隔板，隔板下方設(shè)有若干組刃口向下的刀片。圓筒內(nèi)從下至上穿過一根長軸，長軸的底部固定安裝有一個(gè)外徑與圓筒內(nèi)徑相同的圓盤，長軸上部可拆卸，并且安裝在機(jī)架上。圓筒的下方設(shè)置一個(gè)振動(dòng)篩，振動(dòng)篩下方設(shè)有一條傳送帶，如圖2 所示。

圖2 圓筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 機(jī)器各部分的設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架、長軸、圓盤和電機(jī)的設(shè)計(jì)

機(jī)架是該剁椒機(jī)的支撐部件，它將裝置各組成部分連接成為一個(gè)整體，如圖1所示。機(jī)架包括底座、托臂和吊臂。其中，底座位于裝置的最下方，支撐著整個(gè)裝置。中間的托臂托舉中部圓筒。上部吊臂也起一定的承重作用，承擔(dān)長軸、圓盤及筒內(nèi)辣椒的質(zhì)量。設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)需要保證整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，也就是確保剁椒機(jī)在正常工作過程中不晃動(dòng)或倒塌，顧及成本，該機(jī)架采用比重較大的鑄鐵材料制作比較合適。然而，鑄鐵耐腐蝕性不好，環(huán)境不利易生銹，因此，從安全衛(wèi)生和美觀角度考慮，機(jī)架采用適當(dāng)規(guī)格的不銹鋼板作外殼。

長軸、圓盤因與筒內(nèi)辣椒直接接觸，為了不使辣椒受到污染，選用食品級(jí)304不銹鋼制作。食品級(jí)304不銹鋼是比較常見的不銹鋼材質(zhì)，是國家認(rèn)可的食品級(jí)材料，它具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性。在大氣中耐腐蝕，適合用于食品的加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

吊臂位于機(jī)架最上部，其前端設(shè)有握持部，握持部上設(shè)有一個(gè)與長軸相互嚙合的手輪。

長軸上部外表面設(shè)有螺紋，長軸穿過吊臂握持部，只要轉(zhuǎn)動(dòng)手輪就可以任意調(diào)節(jié)長軸的升降。

握持部上還設(shè)有一電機(jī)，電機(jī)軸前端設(shè)有一根與長軸相互嚙合的螺桿，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)從而使長軸上升或下降。

手輪和電機(jī)的設(shè)置，可以通過手動(dòng)或自動(dòng)的方式調(diào)節(jié)長軸的升降。

2.2 圓筒、軌道和軸承的設(shè)計(jì)

圓筒是該剁椒機(jī)的重要部件，辣椒剁碎就在其內(nèi)完成，如圖1所示。圓筒上部外周面上設(shè)有一圈連續(xù)的高低起伏的波浪形軌道，軌道下方設(shè)有若干組軸承，軸承內(nèi)圈固定安裝在托臂上，軸承的作用是既托舉圓筒，又可降低圓筒旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦系數(shù)，保證其回轉(zhuǎn)精度。這樣剁椒機(jī)在剁椒時(shí)，一方面圓筒體沿著波浪形軌道作周期性升降，自然地完成刀刃對(duì)筒內(nèi)辣椒的切斷；另一方面圓筒在齒輪齒圈帶動(dòng)下不停水平轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)辣椒切斷位置的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。這兩種運(yùn)動(dòng)的共同作用，使機(jī)器剁椒類似于人工剁椒。剁椒速度之快，辣椒失去水分少，較大程度地保留了辣椒原有自然營養(yǎng)水分，這是攪碎機(jī)構(gòu)所無法比擬的。

要使剁辣椒具有良好的口感，除辣椒本身須保持足夠自然營養(yǎng)水分外，最終剁成的辣椒碎片還要有合適的粗細(xì)[1]，于此，圓筒材料的選擇也很重要。為了能夠控制辣椒碎片的粗細(xì)，該文設(shè)計(jì)的圓筒采用高強(qiáng)度的透明有機(jī)玻璃制作，這樣通過圓筒筒壁就可直接觀察筒內(nèi)辣椒剁碎的情況，從而隨時(shí)調(diào)整加工時(shí)間，使剁辣椒達(dá)到預(yù)想的粗細(xì)效果。

2.3 隔板、調(diào)節(jié)螺桿和刀片的設(shè)計(jì)

如圖2、圖3所示，隔板位于圓筒體內(nèi)，其底部間隔均勻地設(shè)有若干條梯形凹槽，凹槽內(nèi)嵌裝有若干組刀片，每個(gè)刀片中部都設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿的螺紋呈對(duì)稱布置，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，刀片的間距相應(yīng)發(fā)生變化。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以通過調(diào)整刀片間距來調(diào)整辣椒被剁碎的程度，同時(shí)使刀片易于拆卸、方便更換。

圖3 隔板和刀片示意圖

另外，隔板的設(shè)置還有阻隔辣椒與空氣相接觸、防止剁辣椒被氧化的作用。同時(shí)基本避免了剁椒時(shí)辣味嗆人，一定程度上改善了操作者的工作環(huán)境。這也是該剁椒機(jī)優(yōu)于人工剁椒的地方。

刀片是該剁椒機(jī)最重要的工作部件，在辣椒剁碎過程中起關(guān)鍵性作用，其性能的好壞直接影響著辣椒剁碎的速度和效果且最終反映在剁辣椒的口感上。刀片性能好，剁碎速度快，切碎時(shí)自然營養(yǎng)水分流失少[3]，剁辣椒口感好；反之，速度慢，自然營養(yǎng)水分流失多，剁辣椒口感差。而影響刀片性能的最直接因素是制作刀片所使用的材料。刀片是易損件[2]，其材料的好壞影響著刀片的使用壽命。綜合這兩方面考慮，對(duì)合理選擇刀片材料顯得至關(guān)重要。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足：刀刃材料硬度高，耐磨損，不易腐蝕，選用4Cr13不銹鋼材料；刀頭材料耐腐蝕，選用常用的食品級(jí)304不銹鋼材料。

隔板、調(diào)節(jié)螺桿是輔助部件，對(duì)材料硬度、耐磨性的要求不高，但因與辣椒直接相接觸，鮮紅辣椒含有較多水分，需要考慮其制作材料的耐腐蝕性。材質(zhì)選擇不好，剁辣椒就會(huì)受到污染。該文選用食品級(jí)304不銹鋼材料。

2.4 振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)

如圖1、圖4所示，振動(dòng)篩位于圓筒正下方，包括篩盤、支撐滑軌和連桿。篩盤呈圓形，尺寸大于圓筒直徑。其下方設(shè)有支撐滑軌，篩盤可在滑軌上左右移動(dòng)。篩盤右側(cè)設(shè)有一可拆卸的連桿，連桿一端可拆卸，并安裝在篩盤上，另一端鉸接在一曲柄上，曲柄由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖4 振動(dòng)篩局部示意圖

振動(dòng)篩的作用是對(duì)剁碎的辣椒進(jìn)行分離。接通電源時(shí)，曲柄隨著電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)左側(cè)連桿及圓盤左右往復(fù)高速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)較為細(xì)碎的辣椒通過篩網(wǎng)掉落到傳送帶上，不夠細(xì)碎的辣椒則保留在篩盤上，前者加鹽、酒腌制成剁辣椒，后者放回圓筒進(jìn)行二次加工。值得注意的是，振動(dòng)篩篩網(wǎng)必須選擇合適的尺寸，網(wǎng)孔太大或太小都會(huì)影響剁辣椒口感。

振動(dòng)篩也采用食品級(jí)304不銹鋼材質(zhì)制作，以保障剁辣椒衛(wèi)生安全。

2.5 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

該剁椒機(jī)傳動(dòng)裝置主要包括皮帶、皮帶輪、齒輪、齒圈、軸承、曲柄、連桿等。接通電源，電機(jī)啟動(dòng)，皮帶輪的主動(dòng)輪在電機(jī)作用下通過皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪，從動(dòng)輪通過軸帶動(dòng)其上的齒輪，齒輪再帶動(dòng)與之嚙合的齒圈。齒圈固定套設(shè)在圓筒外周，齒圈一轉(zhuǎn)動(dòng)，圓筒跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承已在前述有介紹，這里不再重復(fù)。

皮帶輪的主動(dòng)輪與曲柄由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)工作時(shí)，曲柄帶動(dòng)連桿一起工作，同時(shí)左側(cè)滑軌帶動(dòng)上面的篩盤左右往復(fù)高速運(yùn)動(dòng)。

皮帶有減振的效果，因?yàn)槠П旧硎且环N撓性件，能吸收機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)，一定程度上減少了對(duì)機(jī)器的損壞。

3 剁椒機(jī)工作過程及注意事項(xiàng)

使用該剁椒機(jī)剁辣椒時(shí)，操作者啟動(dòng)曲柄上的電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使齒輪驅(qū)動(dòng)整個(gè)圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)。圓筒在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于波浪形軌道的原因會(huì)使圓筒出現(xiàn)周期性的升降，而升降的過程中就自然地切斷了擱置在圓盤上的辣椒。由于整個(gè)圓筒的壁面是采用高強(qiáng)度的透明有機(jī)玻璃制作而成，因此操作者可以非常直觀地看到辣椒被剁碎的情況。當(dāng)剁碎的程度目測(cè)達(dá)到要求之后，通過驅(qū)動(dòng)手輪或者握持部的電機(jī)使長軸下降并使圓盤從筒底出來，這時(shí)候，人為地將剁碎的辣椒掃落到振動(dòng)篩的篩盤上。再次往圓筒內(nèi)喂入辣椒，上升長軸和圓盤，繼續(xù)剁碎；接下來的過程中振動(dòng)篩會(huì)對(duì)辣椒進(jìn)行分離，較為細(xì)碎的辣椒就通過振動(dòng)篩掉落到傳送帶上，不夠細(xì)碎的辣椒則保留在篩盤上，而同時(shí)新的辣椒也在被剁碎。不夠細(xì)碎的辣椒可以放回圓筒進(jìn)行二次剁碎，流程如圖5所示。

圖5 工作流程圖

需要注意的是，開機(jī)前應(yīng)檢查剁椒機(jī)各部分的安全性，如緊固件、刀片是否松動(dòng)。開機(jī)后空轉(zhuǎn)2min左右，待機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后開始向筒內(nèi)喂入辣椒，喂料速度要均勻。停機(jī)前2min停止喂料，避免辣椒碎片加工不完全。刀片磨損時(shí)須更換，更換時(shí)要注意隔板和刀片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的平衡性。

4 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

與現(xiàn)有辣椒剁碎技術(shù)相比，該剁椒機(jī)具有以下特色：1）通過改變驅(qū)動(dòng)刀刃的方式，即波浪形軌道使圓筒發(fā)生周期性升降，以此來剁斷放置于圓盤上的辣椒，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器剁椒類似人工剁辣椒時(shí)的效果，剁斷速度快，基本避免了辣椒自然營養(yǎng)水分的流失，因此獲得的辣椒碎片能夠媲美人工剁辣椒的口感。這是攪碎機(jī)構(gòu)所無法比擬的。2）齒輪齒圈帶動(dòng)圓筒不停轉(zhuǎn)動(dòng)，通過旋轉(zhuǎn)來調(diào)整辣椒剁斷位置。同時(shí)，設(shè)計(jì)可拆卸的刀片，方便更換刀片的同時(shí)還能夠調(diào)整刀片間的間距，從而調(diào)整辣椒被剁碎的程度。3）完全利用機(jī)械傳動(dòng)，在近乎封閉的筒內(nèi)進(jìn)行辣椒剁碎，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，同時(shí)改善了操作者的工作環(huán)境。4）機(jī)型較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作與維護(hù)。

5 結(jié)論

綜上所述，該剁椒機(jī)集聚了人工剁椒和機(jī)器剁椒的優(yōu)點(diǎn)，既能降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，又能改善操作者的工作環(huán)境，獲得的剁辣椒口感又好，適用于工廠小規(guī)模生產(chǎn)。此外，對(duì)那些產(chǎn)品形狀無須規(guī)定、硬度不大的果肉果丁、中草藥材也都適用。經(jīng)檢索，目前尚無剁椒機(jī)的研究和生產(chǎn)。該文設(shè)計(jì)的這款產(chǎn)品具有廣泛的實(shí)用意義，可以預(yù)測(cè)，一旦投入使用，其市場(chǎng)應(yīng)用和推廣前景廣闊。