多功能一體式破壁機研究

孫毅

（廣東美的生活電器制造有限公司，廣東佛山 528311）

0.引言

目前，破壁機成為每家每戶不可缺少的家用電器，將黃豆加工成豆?jié){，滿足社會群眾對營養(yǎng)物質的需求。并且，社會群眾的生活節(jié)奏也在不斷加快，對事物的追求也向多元化和便捷化方向發(fā)展。因此，家用破壁機能夠滿足社會群眾的多元化需求，能夠簡化傳統(tǒng)豆?jié){機的操作流程，能夠讓社會群眾用最少的時間獲得更加具有營養(yǎng)價值的豆?jié){。因此，破壁機在我國擁有廣闊的發(fā)展前景，本文主要對多功能一體式破壁機進行研究。

1.多功能一體式破壁機的概述

多功能一體式破壁機結合了榨汁機、豆?jié){機、冰淇淋機等多功能于一體，能夠滿足社會群眾的多元化需求。在我國，破壁機具有較多的種類，不僅包括攪拌機，還包括加熱破壁機、料理機等?，F在市面上流行的產品，主要是將破壁機按照不同功能進行分類，例如加熱功能、電機控制方式等。根據加熱功能可以將破壁機分為非加熱破壁機和加熱破壁機。非加熱破壁料理機只對食品進行攪拌，用于制作果汁、奶昔等冷飲；加熱破壁料理機具備發(fā)熱功能，能將食材烹飪完成并對食材進行粉碎，除制作豆?jié){，還可制作五谷雜糧糊、湯類、果汁、冰沙、南瓜泥等，具有較大的應用價值。根據破壁機電機控制方式可分為非恒速破壁機、恒速破壁機以及變頻破壁機。非恒速破壁機主要采用雙向晶閘管控制電機的轉速，能夠隨破壁機承載物質的重量進行變化。非恒速破壁機的操作方式較為簡單，但無法輸出穩(wěn)定轉速。恒速破壁機能有效克服傳統(tǒng)破壁機阻礙，在電機轉動的過程中根據傳感器實時檢測電機轉速，反饋給破壁機的控制芯片，芯片在接收到反饋信號后，及時處理破壁機的轉速，使轉速能夠不隨著破壁機承載物重量的變化而變化，具有較高的實用價值。變頻破壁機主要采用變頻控制系統(tǒng)，可以對電機轉速進行無極控制。

1.1 破壁機結構組成

多功能一體式破壁料理機的主機主要包括傳感器、安全開關、外觀外殼、加熱系統(tǒng)等組成。杯體主要包括杯蓋、刀片、杯殼等零部件組成，具體如圖1所示。多功能一體式破壁機根據不同的使用功能，可以劃分為不同的功能系統(tǒng)，主要包括加熱系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、保護系統(tǒng)以及檢測系統(tǒng)等。加熱系統(tǒng)主要利用破壁機內的發(fā)熱盤進行發(fā)熱，對放入破壁機內的食品進行加熱和攪拌，而攪拌系統(tǒng)主要利用主機內部的傳感器以及攪拌杯和電機轉刀組成，負責對破壁機內的食物進行高速攪拌，并將食材粉碎，從而滿足社會群眾對豆?jié){或五谷雜糧粥的需求。檢測系統(tǒng)主要利用先進的科學技術，主要對破壁機的溫度、轉速以及電壓進行檢測，并根據破壁機的實際運轉狀況發(fā)出應急信號，防止出現安全問題。檢測系統(tǒng)是破壁機中的核心，能夠保障破壁機安全穩(wěn)定運行。此外，保護系統(tǒng)主要是多功能一體式破壁機的安全衛(wèi)士，如果傳感器檢測信號異常，就會自動開啟保護系統(tǒng)，執(zhí)行相應保護動作，對破壁機進行停機等保護，減少損傷，降低安全事故發(fā)生的概率[1]。

圖1 破壁機結構圖

1.2 多功能一體式破壁機的具體設計思路

破壁機在我國發(fā)展前景廣闊，傳統(tǒng)制漿過程中，需將豆?jié){進行過濾處理，在豆?jié){熬制的過程中，也需人工參與操作，觀察工作狀態(tài)，防止豆?jié){在攪拌過程中出現溢出，整個過程操作繁瑣。因此，為了滿足社會群眾的多元化需求，我國研發(fā)了多功能一體式破壁機，并設置了破壁機自動控制等相關電路裝置。

破壁機在使用過程中，主要通過單片機及相關程序控制來進行破壁工作，在打漿的過程中，只需接通電源啟動程序，就可控制破壁機進行常規(guī)操作。首先，會啟動破壁機的加熱系統(tǒng)，對容器內的黃豆進行加熱，并根據傳感器反饋的加熱溫度，進行調整，如果溫度超過90°，加熱系統(tǒng)將會停止操作，并將信號傳輸給破壁機的電機。電機啟動磨漿，在運轉20s左右后停下，并每間隔10s再次啟動。通過循環(huán)運行對容器中的黃豆進行磨碎，磨漿完成后，加熱系統(tǒng)對磨碎完成的豆?jié){進行再次加熱，在加熱過程中豆?jié){可能會溢出，如果溢出破壁機，破壁機的保護系統(tǒng)將會自動啟動，自動防止豆?jié){溢出，并繼續(xù)后續(xù)的相關流程，直到整體豆?jié){操作完成后，提示主頁面，發(fā)出完成信號，人們就可以飲用豆?jié){。

多功能一體式破壁機的整體設計過程中會采用單片機和傳感器，同時還會使用破壁機內部的加熱電路以及模擬電路，還包括報警電路和預警信號[2]。具體的設計框圖如圖1所示。

制漿過程中如出現溢出，需及時發(fā)現溢出情況。防溢信號早期主要通過硬件設備的物理導通實現，現在已逐步改為通過對溫度、電機轉速信號等數據進行軟件分析判斷溢出狀態(tài)，從而發(fā)出防溢信號。

2.多功能一體式破壁機的組成零件

通常情況下，多功能一體式破壁機的殼體內設置驅動電機，驅動電機會與第一輸出軸進行聯(lián)動工作，第一輸出軸將工作信號通過第一級或多級的傳動機構以及傳感器傳輸到第二輸出軸后，與第二輸出軸開展聯(lián)動工作。第一輸出軸上通常會設置固定的單向軸承，軸承開始工作后，會使第一輸出軸向順時針方向或逆時針方向旋轉，并向第二輸出軸方向進行轉動。單向輸出軸軸承外圈還會設置相應的聯(lián)動機制，與第二輸出軸共同轉動，當第一輸出軸向另一個方向轉動時，會導致破壁機內部的單向軸承出現鎖死的狀態(tài)。而一體式結構的特征就在于第二輸出軸套會設置在第一數軸上，并與第一輸出軸協(xié)同工作。多功能一體式破壁機的特征就在于第一輸出軸會通過一級傳動機構與第二輸出軸聯(lián)動工作，第一輸出軸的聯(lián)動機構主要包括破壁機中的齒輪，還包括單向軸承外圈。與第一齒輪聯(lián)動作用時，第一輸出軸會與第二輸出軸以及第二行星輪聯(lián)動，會通過第二輪軸與第二行星架固定，并通過固定裝置傳輸變動需求讓第一齒輪能夠及時工作，帶動第一輸出軸轉動，并將信號發(fā)送給加熱系統(tǒng)，以及保護系統(tǒng)，從而完成多功能破壁機的一體式工作[3]。

3.多功能一體式破壁機的散熱技術以及降噪技術

多功能一體式破壁機在使用過程中，會采用多種先進的科學技術，會應用先進的現代化技術結構。傳統(tǒng)的破壁機在使用過程中會出現較大的噪音，不能夠實現社會群眾多樣化的需求，不能夠采取一體式的活動，為社會群眾帶來極大的便利，甚至部分破壁機散熱性能不好，在使用后會出現熱量過高的現象，影響社會群眾的生命安全。因此，多功能一體式破壁機要加強對散熱技術和降噪技術的研發(fā)和應用，要提高多功能一體式破壁機的性能，更好地滿足社會群眾多元化的需求。

3.1 多功能一體式破壁機的電機散熱結構

多功能一體式破壁機的電機置于破壁機主機內。在電機周圍設置進風口，在主機外殼周圍設置通風口，并設置相應的排風通道，排風通道主要由底板、圍板、進風口組成，圍板設置在底板的下方，并將底板設置為旋渦狀。圍板內部要形成風道，并將風道的形狀設置成旋渦狀，利于散熱。在設置風道時要將風道敞開設計，并將風道與散熱孔進行配合，讓加熱系統(tǒng)散發(fā)的熱量能夠通過風道向外疏散。在底板對應的風道部位也應該設置相應的進風口和出風口，進風口要有效貫通底板的兩側，使電機及加熱系統(tǒng)能夠及時交換常溫空氣。在電機內部設置進風口，在進風口的上方設置風輪，讓風輪能夠與破壁機的電機相連接，一旦電機轉動，就帶動風流轉動，從而促進破壁機與外界進行氣體交換，實現破壁機的散熱功能。通過風輪多功能一體式破壁機能夠利用風輪與旋渦狀的風道相結合，有效增加空氣的流動，促進破壁機內部與外界的氣體交換，能夠有效改善和提高破壁機的散熱效果，充分實現破壁機的散熱。

3.2 多功能一體式破壁機的降噪技術

多功能一體式破壁機能夠滿足社會群眾對食物的多元化需求，能夠對食品進行加工，采用超高速電機帶動破壁機內部的不銹鋼刀片，能對破壁機內食材進行超高速的處理，對食材進行粉碎，破壞食物的細胞壁，提高食物中的營養(yǎng)物質被吸收能力。目前，我國市場上的多功能一體式破壁機都能夠滿足國家規(guī)定的標準和要求，符合國家噪聲限制，但破壁機在使用過程中超高速的轉動，破壁機會產生較大的噪音，也會產生較大的震動。震動設計和噪聲控制設計也是評價多功能一體式破壁機是否合格的重要指標，也是影響消費者消費和購買破壁機的主要因素。因此，多功能一體式破壁機在研發(fā)過程中也應用了先進的降噪技術[4]。

多功能一體式破壁機在應用過程中會在破壁機的內部添加過多的食物材料，在按動啟動按鈕后會啟動破壁機的主機，主機就會通過聯(lián)動裝置，對破壁機的食物進行粉碎。在使用過程中，就會導致殼體出現震動，造成殼體刀片轉速系統(tǒng)不平衡，而破壁機的殼體和支架是傳遞震動的主要路徑。因此，在使用減震降噪技術時，可以從子系統(tǒng)的平衡特性以及震動的傳遞路徑入手，多功能一體式破壁機在設計過程中，會采取先進的校正技術，會提高破壁機殼體自身的固有頻率讓殼體自身的固有頻率低于振動頻率，并降低殼體的震動次數。多功能一體式破壁機會建立殼體模型，并通過仿真計算結果和相關實驗數據的對比，確定科學合理的殼體模型。在仿真模型上，進行殼體結構的修改，從而優(yōu)化多功能一體式破壁機的殼體設計。并且，在研究過程中，相關工作人員可以通過有限元仿真和模態(tài)實驗證明殼體結構的使用性能，重點關注破壁機主機殼體底座的邊緣。因此，在研究和設計過程中，就可以修改模型的強度，可以增加結構的剛度，減少殼體的固有頻率，讓殼體能夠達到減震降噪的效果[5]。

如表1所示，噪音測試為半消聲實驗室測定，采用最高檔位最高刻度線運行；含渣率為制成豆?jié){通過0.2mm孔徑篩網所殘留顆粒物重量與黃豆重量的比值，數值越小所含殘渣越少，口感會更好。從數據表中發(fā)現，在破壁機運行區(qū)間內，轉速提升，含渣率逐步降低，噪聲值逐步升高。噪聲與粉碎效果是破壁機的核心性能，通過平衡轉速與降噪技術實現粉碎效果與噪聲的最優(yōu)方案，所以提高粉碎效率和強化降噪效果成為技術發(fā)展的核心方向。

表1 破壁機性能

此外，通風降噪技術也是多功能一體式破壁機常用的技術之一。多功能一體式破壁機在使用過程中，電機會高速運轉產生熱量，需要通過風扇和風輪裝置進行通風散熱，將系統(tǒng)中過多的熱量進行排除。同時，電機在高速運轉產生較大的噪音。噪音主要是由風扇和風輪所引起的，屬于空氣動力噪聲。在設計多功能一體式破壁機時，根據破壁機工況確定噪聲的主要來源，采用通風降噪技術。抑制聲源的工作原理采用減少風速，降低風阻，提高破壁機的減震性能；此外根據消聲的原理，按照空氣動力學的設計路徑，提高破壁機的減震降噪效果。從而達到降噪效果，滿足社會群眾的多元化需求。具體如圖2所示。

圖2 噪聲降低頻譜對比

4.結語

在新形勢下，多功能一體式破壁機在我國具有較大的發(fā)展前景，能夠滿足我國社會群眾多元化的需求。因此，基于多功能一體式破壁機的結構變化，研究破壁機的粉碎性能，采取降噪技術和通風技術充分發(fā)揮多功能一體式破壁機的優(yōu)勢和作用，為社會群眾的生活帶來更多的便利，促進我國經濟的發(fā)展，滿足我國社會群眾的實際需求。