一种用于食用调料的计量装置设计研究

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　　摘  要：中餐在不少国家与地区广受欢迎，食用调料用量是中餐美味程度的重要保障条件之一。文章对食材调料装置进行研究，利用SolidWorks软件设计了一种食用调料计量装置，通过理论计算与结构设计相结合，对颗粒、粉末调料采用螺旋杆和称重双重计量方式，提高了调料计量的精度与效率。对储料的密封性进行了研究，有效防止了调料受潮结块。外形的美观性符合人机工程学。研究结果为食用调料计量装置的设计提供了参考依据。
　　关键词：中餐;食用调料;计量;人机工程学
　　中图分类号：TH71         文献标志码：A         文章编号：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、形俱全闻名世界，在不少国家和地区都倍受青睐，中国菜系讲究选料、切配和烹饪等技艺，其制作工艺较为复杂，特别是做一道菜时，调料放多少，全凭厨师把握，没有统一的标准，导致推广困难[1]。中餐制作的最大特点体现在烹饪方式和调料的用量上[2]，要想对中餐在全世界范围内推广普及必须解决调料控制问题。
　　目前，一些学者对计量装置进行了相关研究。马蕾等[3]对颗粒不均匀、流动性差的物料进行小包定量包装的进行了研究，设计了一种称重与容积一体化的分装计量装置，对各个结构模块中的称重式计量模块进行了详细的计算与SolidWorks整体装配建模，达到了设计与优化的目的;安世齐[5]设计了面粉自动控制装置，对计量精度、可靠性问题采取了相关措施，结果表明：该装置能够良好满足面粉定量包装的出厂标准;王书鹤[6]提出了一种新型螺旋加料动态定量称重控制方法，该方法采用“先快后慢、最后点动”的动态控制方式，有效的解决了称量精度与速度的矛盾，并进行了实验验证。
　　上述研究多为工业包装计量行业，主要涉及容积计量、称重计量以及动态计量等等结构，但是对厨房调料的计量研究相对较少。
　　 本文对厨房颗粒调料、粉末调料为对象，研究设计了一种用于食用调料的计量装置，综合考虑食用调料的计量精度、储料部分的密封性、使用方便性和外观设计的美观性等四个方面，该计量装置可以适用于家庭厨房以及餐馆等场合。
　　1 模装置整体设计
　　装置设计技术路线图如图1所示，装置整体结构示意图如图2所示，该设计采用理论研究与三维建模验证相结合的方法。以模块化的设计思路，通过SolidWorks进行三维建模验证，分析部件之间干涉情况对模型进行结构优化。装置整体外观呈C字型，计量单元1.1前侧壁可以贴标签等等，调料收集盒1.4上设置吸铁块，方便吸附在C形结构的上侧壁上，取放方便，整体外形简洁美观，符合人机工程学。串连杆1.3可以将多个计量单元1.1进行串接，实现多种调料的分别计量。
　　2 计量单元内部结构
　　 1.2-密封盖、2.11-竖直板、2.12-驱动电机、2.13-第一同步带、2.21-螺旋计量筒体、2.22-料仓、2.23-仓盖、2.24-搅拌电机、2.31-Y型板、2.32-称重传感器、2.33-称料盘、2.34-刮料电机、2.35-齿条、2.36-第一滑动杆、2.41-前置板、2.42-密封電机、2.43-主动带轮、2.44-从动带轮、2.45-第二同步带、2.46-第二滑动杆、2.47-密封块
　　 1.2-密封盖、2.11-竖直板、2.12-驱动电机、2.13-第一同步带、2.14-第一角接触轴承、2.15-第二角接触轴承、2.21-螺旋计量筒体、2.22-料仓、2.23-仓盖、2.24-搅拌电机、2.25-搅拌杆、2.26-螺旋计量杆、2.31-Y型板、2.32-称重传感器、2.33-称料盘、2.34-刮料电机、2.35-齿条、2.36-第一滑动杆、2.37-驱动齿轮、2.41-前置板、2.42-密封电机、2.43-主动带轮、2.44-从动带轮、2.45-第二同步带、2.46-第二滑动杆、2.47-密封块、2.48-密封螺杆 　　 计量单元内部结构图如图3所示，计量单元剖面图如图4所示，用户打开仓盖2.23将调料倒入料仓2.22内，为了保证料仓2.22底部调料的密实性，通过仓盖2.23上的搅拌电机2.24不断转动，搅拌杆2.25不断对调料搅拌保证调料均能较好的填充到料仓2.22底部。竖直板2.11上的驱动电机2.12带动第一同步带2.13转动，使得螺旋计量筒体2.21内部的螺旋计量杆2.26转动，使得调料可以在计量筒体2.21内向前运动，此处的螺旋计量杆2.26为悬臂设置，为了较好的保证其工作，螺旋计量杆2.26一端穿设在第一角接触轴承2.14和第二角接触轴承2.15上，第一角接触轴承2.14和第二角接触轴承2.15相对设置，保证螺旋计量杆2.26可靠的支撑效果。调料通过螺旋计量筒体2.21一端最终落入称料盘2.33上，称重传感器2.32对调料进行实时称重，当达到需要的计量时，控制驱动电机2.12停止转动，此处螺旋计量杆2.26的转速和螺距等均恒定，固本装置是通过螺旋计量杆2.26转动的圈数和称重传感器2.32称量进行调料计量，大大保证了调料的准确性。最后刮料电机2.34带动驱动齿轮2.37转动，驱动齿轮2.37与齿条2.35相互啮合，齿条2.35向右移动带着齿条2.35一端的毛刷将称料盘2.33的调料扫入到调料收集盒1.4内。为了避免调料受潮，装置在使用完后，密封电机2.42带动主动带轮2.43转动，第二同步带2.45带动从动带轮2.44转动，密封螺杆2.48带动密封块2.47向左运动堵住计量筒体2.21从而实现调料的密封，另外密封盖1.2也为食品级橡胶可以很好密封料仓2.22。
　　3 螺旋计量杆参数设计
　　 为了保证良好的精度，需要对螺旋计杆的参数进行确定[7-8]：
　　 式中：G-进料螺杆每次的计量量值，g;V-每转一周的螺杆计量容积，cm3;？籽-计量物料的散度密度，g/cm3;F-螺旋空间截面积，cm2;S-螺距，cm;D-螺杆外径，cm;d-螺根直径，cm;n0-计量一次螺杆的转数。
　　以盐为例，设定进料螺杆2.26每次计量的G为2g，盐的散度密度为？籽=1.4g/cm3，d=0.3D，n0为2r/s，S设定为0.5cm，由此可以计算出D为20mm，d为6mm，依此进行模型绘制。
　　4 结论
　　本文针对中餐烹饪时调料用量难以控制问题，设计了一种计量装置，具有计量精度高，速度快，外形美观的特点。其设计的主要特点为：（1）针对现有技术存在一定的计量误差的情况，提出了一种螺旋计量与称重计量相结合的计量模式，提高了计量精度;（2）针对食用调料容易受潮结块情况，提出了一种全新的自动密封方式，与固体密封盖配合作用保证良好的密封性;（3）本装置外观美观，扩展模块方便，满足不同顾客的需求。本文为后续厨房计量装置的设计提供了参考作用。
　　参考文献：
　　[1]钟树.海外中餐发展很快[J].决策与信息，2007（11）：69-70.
　　[2]Chen Jenhao，Chi Peiyu，Chu Haohua，A smart kitchenfornutrition-awarecooking[J].PervasiveComputing，2010，10（10）：58-65.
　　[3]马蕾，田怀文.一种自动计量装置设计研究[J].机械设计与制造，2013（6）：21-23.
　　[4]安世齐.面粉自动稱量控制[J].控制工程，2007，14（4）：350-352.
　　[5]王书鹤.螺旋加料动态定量称重控制方法的研究[J].山东大学学报（理学版），2003，38（1）：83-85.
　　[6]赵建平，汪永超，张莹，等.智能调料机设计与研究[J].食品与机械，2014，30（5）：154-157.
　　[7]黄颖为.包装机械结构与设计[M].北京：化学工业出版社，2007：50-51.
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