一种多功能切菜台结构设计

丁言星，李成理，李 迅，曹 冉，孙 钊

(巢湖学院 机械工程学院，安徽 巢湖 238000)

0 引 言

切菜台是日常生活必不可少的厨房工具，目前市场上存在的切菜板有木切菜板，竹切菜板，塑料切菜板，而这些切菜板一般只作为切菜时的垫板，将其放在固定的切菜台上使用[1]。实际生活中会产生由于人们的身高因素，在做饭的过程中常常会因为切菜台的高度而不方便切菜，同时人们在切菜的过程中会产生大量的厨余垃圾而不能得到有效的处理，以及在淘洗菜品的过程中，会有大量的水渍残留在切菜板上等问题，给人们的生活带来不便。

笔者通过在前人研究的基础上设计出一种多功能切菜台，该切菜台在结构设计上结合了可升降功能，过滤功能，粉碎功能，达到多功能的目的，以此解决上述所遇到的问题。下面将围绕多功能切菜台的可升降装置，过滤装置，粉碎装置，以及对粉碎装置电机的选择，详细介绍切菜台的结构设计。

1 一种多功能切菜台的结构组成及工作原理

1.1 结构组成

一种多功能切菜台，包括台面、两个活动杆和两个固定柱，固定柱设置在地面上，两个固定柱之间设置齿轮，齿轮上设置第一转轴，第一转轴的两端通过第一轴承分别设置在两个固定柱预留的孔洞上，第一转轴的其中一端设置第一电机，两个活动杆之间设置齿条，齿条的两端分别通过连接杆固定连接到两个活动杆上，而齿轮和齿条啮合连接；其中的活动杆和固定柱之间滑动连接。此多功能切菜台通过设置活动杆，活动杆沿着固定柱上下移动，从而实现切菜台面高度的调节，以此来适应不同身高的人对切菜台的位置有不同需求的问题[2]。还包括设置在台面下方的粉碎机构与过滤机构，粉碎机构包括粉碎桶、螺旋粉碎刀、第二电机、第二转轴，第二轴承。滤水机构包括滤水桶和集水桶，滤水桶包括桶体、提手和设置在通体上端向外延伸的围边，图1为切菜台的整体结构。

图1 多功能切菜台整体结构1.台面 2.活动杆 3.固定柱 8.齿轮 9.第一转轴 10.第一轴承 11.第一电机 12.齿条 13.连接杆 14.伸缩杆 15.减速机 16.粉碎桶 22.集水桶

1.2 工作原理

多功能切菜台工作时首先通过启动第一电机11，第一电机11带动齿轮8转动，齿轮8带动齿条12上下移动，从而实现活动杆2沿着固定柱3上下移动，实现了，台面1的高度调节。菜切好后，将切好的菜放入滤水机构中，这样将菜中的水分沥干后，取出滤水桶21，将菜倒入锅中；切菜时所留下厨余垃圾放入粉碎机构粉碎后，加水从排污口16排出，有效处理切菜时所留下厨余垃圾。

2 结构设计

2.1 可升降装置结构设计

图2为活动杆和固定杆连接的结构。通过设置活动杆2，活动杆2沿着固定柱3上下移动，从而实现切菜台面1高度的调节，以此来适应不同身高的人对切菜台的位置有不同需求的问题。同时选择在固定柱3内设置滑槽4，滑槽4内设置导向杆5，导向杆5的外侧套设有滑块6和弹簧7，滑块6固定在活动杆2上。通过设置滑槽4、导向杆5、滑块6和弹簧7，实现了活动杆2沿着固定柱3稳定的上下滑动。

图2 活动杆和固定杆连 图3 滤水机构的结构 接的结构1.台面 2.活砂杆 3.固定标 4.滑 21.滤水桶 22.集水桶 槽 5.导向杆 6.滑头 7.弹簧 22a.出水口

2.2 滤水装置结构设计

图3为滤水机构的结构。滤水装置包括滤水桶21和集水桶22，台面1上设置第二入口，集水桶22固定在第二入口的下方，滤水桶21包括桶体、提手和设置在通体上端向外延伸的围边。滤水桶21的长度小于集水桶22的长度，集水桶22底部设置出水口22a。通过设置滤水机构，将切好的菜进行滤水，滤好水的菜可以直接倒入锅中使用。

2.3 粉碎装置结构设计

图4为粉碎机构的结构。一种多功能切菜台还包括设置在台面1下方的粉碎装置，台面1上设置第一入口，粉碎机构包括粉碎桶16、螺旋粉碎刀17、第二电机18、第二转轴19，第二轴承20，第二转轴19通过第二轴承20设置在粉碎桶16预留的孔洞上，第二电机18的输出轴与第二转轴19固定连接，螺旋粉碎刀17设置在第二转轴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。通过设置粉碎机构，可以将切菜时所留下厨余垃圾放入粉碎机构粉碎后，加水从排污口16a排出，有效处理切菜时所留下厨余垃圾。

图4 粉碎机构的结构

3 粉碎机电机的选择

粉碎机电机的选择也是决定其质量的关键因素之一,首先电机容量要适当,选高了，工作效率低;选低了，容易过载，使电机报废，在电机上有绝缘物质，它可以用来降温，因为温度一旦上升，电机容易烧坏，在选择电机时，一定要考虑其容量，还有其电流类别、最大转速、重量等。主要有以下要求：①转速:食物垃圾粉碎机直流电机的转速一般在2 700左右，而交流电机的转速约为直流电机的一半；②寿命:基本上交流电机的使用时间要长于直流电机，但也有个别特殊的，比如无刷直流电机，其使用寿命就比交流电机长；③粉碎垃圾的效果:在厨余垃圾中，骨头算是一类相对硬度较大的垃圾，相比之下直流电机要优于交流电机；④重量:因为电机是要安装在食物垃圾粉碎机的下面，不易将电机的重量设计太重，现在市面上的交流电机都超过7 kg，直流电机相对轻点。

综合考虑，直流电机的特点是可以快速而多次进行启动、反转、制动，其过载能力很高，调速性能好，调速范围大，可以平稳、准确的调整转速，以上特点都符合食物垃圾粉碎机的工作特点，所以决定直流电机。而在直流电机中，永磁式直流驱动电机用的永磁材料作为磁极，提供电机励磁源，而且永磁式电机不需要励磁线圈，其耗电小、散热快、过载能力强、转速平稳，所以驱动电机选用永磁式直流驱动电动机。

电机型号选择主要通过以下计算分析确定。

(1) 由于要求食物垃圾粉碎机可把厨余垃圾粉碎为3.00～5.00 mm的细小颗粒，另外选定刀盘转速n=2 700 r/min,由于刀片随着刀盘做定轴旋转运动，可选定r刀=0.05 m。

V=wr=2 πnr/60

=2×3.14×2700×0.05/60

=14.13 (m/s)

式中：T为运动粘度系数定义(水温10 ℃以下取1×103);μ为粘度系数;ρ为密度；Γ为运动粘度系数:Γ=μ/ρ，查找资料可以得知[2]，当转盘半径为r，轴向速度为v，其系数是1.935。

则转矩：

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，流体旋转的阻力矩M=0.05744 (N.m)

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

所以得出结论:F=1.5 N

(2) 厨余垃圾对转盘造成的阻力

因为一般家里的厨余垃圾的种类一般是生菜剩饭， 果皮等软性垃圾易粉碎，其形成的阻力相对很小，做粉碎实验后可得出结论，厨余垃圾对转盘形成的阻F2。

旋转到盘工作时克服的阻力:

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

刀盘线速度在上面以求得:

V=14.13 (m/s)

所需负载的功率:

Pv=FV=13.3×14.13=187.929(W)

电机的额定功率P取Pa=1.4Pv

Pa=1.4Pv=1.4×187.929=263.1 (W)

根据所得功率，选择电机型号: ZYT104/12 。

该型号的主要数据是:功率: 390 W;转速: 2 800 r/min; 电压: 220 V;重量:3 kg。该电动机特点:耗电小、散热快、过载能力强、转速平稳，价格适中，而且可在国内进行维修。

4 设计效果

该多功能切菜台主要采用了可升降的结构设计，可以提高用户在厨房做饭时的舒适度，可升降的结构设计可以有效的调节切菜台的高度，并且由电机控制运动操作方便。再切菜台表面的左右两端还设计有过滤装置，粉碎装置为用户在清洗食物，处理厨余垃圾提供便捷，同时也体现出此切菜台多功能的设计理念[4]。

5 结 语

设计一种多功能切菜台主要包括可升降装置部分，过滤装置部分，粉碎装置部分。整个装置通过电机来带控制，操作简单，可在厨房领域为用户带来便捷，而附加功能使其更具多功能化，具有一定的市场应用和推广价值，拥有个精心设计、装修合理、风格独特的厨房会让你的家居生活变得轻松愉快。