李藝月，蔣偉，趙靜，陳敏

(重慶交通大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院，重慶 400074)

引言

隨著時代的發(fā)展，科技的進步，人們對物質的需求享受的要求越來越高；經(jīng)濟水平的提高也使人們對物質的浪費越來越嚴重，國家對歷行節(jié)約的呼聲漸高,而米飯是浪費的物質中較嚴重的。為了響應國家的號召，針對食堂等米飯浪費嚴重的場所，我們發(fā)明了自動按需取飯機，既能根據(jù)需要控制取飯量，又能保證米飯的口感和適合的溫度。經(jīng)過理論研究，本裝置能大大減少米飯浪費，相比于傳統(tǒng)的打飯模式，具有高效、經(jīng)濟、節(jié)約的優(yōu)點。

1 按需取飯機的外部構造及工作原理

1.1 按需取飯機外部組成

按需取飯機外部大致包含容器外殼、容器蓋、內(nèi)膽、底墊和密封膠圈等部分組成。

1.2 按需取飯機外部部分的工作原理

按需取飯機設計為由陶瓷或不銹鋼加上真空層做成的容器，頂部有蓋，密封嚴實，真空絕熱層能使裝在內(nèi)部的物體散熱延緩，以達到保溫的目的。

1.2.1 內(nèi)膽鍍金屬時的具體工作原理

容器內(nèi)膽鍍玻璃銀，鋁，銅等金屬時，容器內(nèi)的銀色容膽能反射熱水的輻射，容膽和容身的真空能阻斷熱力的傳遞，而不易傳遞熱量的容器本身能阻止熱對流。在借用100℃的開水消毒的物理過程中加熱容器，之后加入米飯，米飯散熱延緩，達到保溫的目的。

使用雙層不銹鋼的構造，容器內(nèi)的鏡面功能，并將內(nèi)層與外層不銹鋼可以將熱量反射到容間的空氣抽離，達到真器內(nèi)，從而保持容器空的狀態(tài)。

1.2.2 內(nèi)膽為天然紫砂時的具體工作原理

容器內(nèi)膽由富含多種人體所需元素的天然紫砂構成時，借助由特殊材料制成的保溫層來達到保溫的效果。

1.3 按需取飯機外部構造

1.3.1 內(nèi)膽鍍銀時的構造

外殼為雙層不銹鋼的，并將內(nèi)層與外層不銹鋼間的空氣抽離，達到真空狀態(tài)。

1.3.2 內(nèi)膽為天然紫砂時的構造

保溫層設置在內(nèi)膽與外殼之間的下部，將具有良好的密封性能的水擋圈設置在內(nèi)膽和外殼之間的上部。

1.4 按需取飯機外部材料的選擇

1.4.1 外殼及容器蓋材料的選擇

采用優(yōu)質的不銹鋼材料。

1.4.2 底墊材料的選擇

其作用是防滑，可選用異戊橡膠。

1.4.3 密封膠圈材料的選擇

材料為硅氧樹脂或通用樹脂。

1.4.4 內(nèi)膽材料的選擇

內(nèi)膽多采用玻璃鍍鋁(銀，銅)。其中玻璃為熱的不良導體，銀色的內(nèi)膽能反射熱水的輻射，同時在真空構成，三層加保。同時，真空內(nèi)膽的兩層玻璃間夾層需為氣壓低于10-1Pa的真空。

玻璃需選擇具有耐熱急變、耐水、耐壓、適應吹制和加工的性能的耐熱硼硅酸鹽玻璃。

1.5 內(nèi)膽技術要求

不銹鋼內(nèi)膽真空技術采用目前國內(nèi)最先進的工藝之一的“無尾真空”，即器皿在真空的環(huán)境條件下，由計算機控制完成抽氣、封焊、冷卻的工藝過程。采用“熔封技術”，保證長期不放氣不漏氣。

2 按需取飯機的內(nèi)部振動篩

2.1 篩網(wǎng)的選擇

篩網(wǎng)選擇耐磨丁腈橡膠，采用40x5扁鋼做成兩口型固定架澆鑄在主體材料中，網(wǎng)孔做成上口、下口大的梯形，四周圓角過渡，避免卡米飯，且提高強度。這樣的設計可以使篩網(wǎng)堅固，更加平整。

2.2振動過濾的振動特征參數(shù)

2.2.1 拋擲指數(shù)

ω—激振頻率；A—篩面在振動方向上的單振幅；?—振動方向角；?0—篩面的傾角

適當選擇拋擲指數(shù)就能保證飯粒在篩面上作拋擲振動而不至于粘作一團。

2.2.2 篩面傾角

增大篩面傾角可以有效提高固體相對運動，但會導致效率低下。

2.2.3 振幅和激振頻率

增加振動篩激振頻率和振幅可使振動篩振動過濾處理量增加。而當拋擲指數(shù)一定時，振幅只能取大值。一般來說，振幅取2-5mm,激振頻率取1000-1500rpm即可滿足要求。

2.2.4 振動方向角

振動方向角是使飯粒在篩面上運移的必要條件，振動方向角決定飯粒在篩面上停留的時間。振動方向角越大，拋擲運動的高度越大，飯粒在篩面上停留的時間越短，取飯的效率越高。

2.3 動力學分析

動力學主要研究物體運動與作用在物體上的力之間的關系，目前已經(jīng)有的建模方法有：

1.靜力學方法：對于運動中所產(chǎn)生大的慣性力可以忽略低速機械，為求得平衡荷載必須施加在原構建上的力矩，采用本方法。

2.動態(tài)靜力學方法：可在研究許多速度較高的機械中用來代替靜力分析。

3.分析力學方法：拉格朗日方程式分析力學的重要組成部分，對于復雜的多自由度系統(tǒng)，采用拉朗貝爾原理或者牛頓定律來研究時，需要對系統(tǒng)取單個缸體進行受力分析，需要考慮未知約束反力，而采用拉格朗日方程式基于能量的角度來建立系統(tǒng)的運動微分方程，可以用來建立不含約束力的方程，使求解大大簡化。

4.多剛體動力學：用方程化建立多個剛體關節(jié)，不計質量的彈元件和阻尼原件等構成的系統(tǒng)的動力學方程，并計算系統(tǒng)的運動。

5.彈力學方法：采用以上幾種方法進行分析時，研究對象均被假定為剛形體，在研究一些柔度比較大的對象時，上面的方法就不適用了。所以需要結合構件彈性的彈性力學方法更為合理。此方法適用于研究體為柔度比較大的物體。

分析其由激振電機引起的橫向振動時，由于考慮成單質體，采用動態(tài)靜力學方法。分析由多邊形效應引起的橫向振動時，由于質多。受力復雜，采用分析力學方法。

3 按需取飯機控制振動篩按壓式彈簧開關

3.1 按壓式彈簧開關的大致結構

按壓式彈簧開關，按鈕一般由按鈕帽、復位彈簧、橋式動觸頭、靜觸頭、支柱連桿及外殼等部分組成。

按鈕不受外力作用(即靜態(tài))時觸頭的分合狀態(tài)，分為啟動按鈕(即常開按鈕)、停止按鈕(即常閉按鈕)和復合按鈕(即常開、常閉觸頭組合為一體的按鈕)。對啟動按鈕而言，按下按鈕帽時觸頭閉合，松開后觸頭自動斷開復位;停止按鈕則相反，按下按扭帽時觸頭分開，松開后觸頭自動閉合復位。復合按鈕是按下按鈕帽時，橋式動觸頭向下運動，使常閉觸頭先斷開后，常開觸頭才閉合;當松開按鈕帽時，則常開常開觸頭先分斷復位后，常開觸頭再閉合復位。

3.2 按壓式彈簧開關工作原理

按鍵開關的工作原理比較好理解，原理如下圖所示。直白的說來就是這樣的：里面有一個電磁鐵的吸附裝置，當你把按鍵按下去之后，里邊的電磁鐵就代電產(chǎn)生磁性，然后通過這個吸附裝置把電路接通或者斷開。從而實現(xiàn)了線路的遠程控制等功能。

按鍵不受外力作用(即靜態(tài))時觸頭的分合狀態(tài)，分為啟動按鍵(即常開按鍵)、停止按鍵(即常閉按鍵)和復合按鍵(即常開、常閉觸頭組合為一體的按鍵)。對啟動按鍵而言，按下按鍵帽時觸頭閉合，松開后觸頭自動斷開復位;停止按鍵則相反，按下按鍵帽時觸頭分開，松開后觸頭自動閉合復位。復合按鍵是按下按鍵帽時，橋式動觸頭向下運動，使常閉觸頭先斷開后，常開觸頭才閉合;當松開按鍵帽時，則常開觸頭先分斷復位后，常開觸頭再閉合復位。根據(jù)此類開關的工作原理，取飯時只需按壓開關便可根據(jù)實際需要控制振動篩取出自己認為適量的米飯。

4 結束語

本文對裝置的外殼、振動篩、開關控制做了理論上的研究，將振動篩和保溫外殼結合起來，對市場上的相關裝置的研究具有啟發(fā)作用，同時本裝置的振動篩可根據(jù)需要卸載，實現(xiàn)其多功能化。市場上應用到食堂的裝置少之又少，本裝置可推動智能、綠色、節(jié)約的新型食堂的發(fā)展。

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