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(jī)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(huì)群眾對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。并且，社會(huì)群眾的生活節(jié)奏也在不斷加快，對(duì)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(jī)能夠滿足社會(huì)群眾的多元化需求，能夠簡(jiǎn)化傳統(tǒng)豆?jié){機(jī)的操作流程，能夠讓社會(huì)群眾用最少的時(shí)間獲得更加具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的豆?jié){。因此，破壁機(jī)在我國(guó)擁有廣闊的發(fā)展前景，本文主要對(duì)多功能一體式破壁機(jī)進(jìn)行研究。

1.多功能一體式破壁機(jī)的概述

多功能一體式破壁機(jī)結(jié)合了榨汁機(jī)、豆?jié){機(jī)、冰淇淋機(jī)等多功能于一體，能夠滿足社會(huì)群眾的多元化需求。在我國(guó)，破壁機(jī)具有較多的種類，不僅包括攪拌機(jī)，還包括加熱破壁機(jī)、料理機(jī)等?，F(xiàn)在市面上流行的產(chǎn)品，主要是將破壁機(jī)按照不同功能進(jìn)行分類，例如加熱功能、電機(jī)控制方式等。根據(jù)加熱功能可以將破壁機(jī)分為非加熱破壁機(jī)和加熱破壁機(jī)。非加熱破壁料理機(jī)只對(duì)食品進(jìn)行攪拌，用于制作果汁、奶昔等冷飲；加熱破壁料理機(jī)具備發(fā)熱功能，能將食材烹飪完成并對(duì)食材進(jìn)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(yīng)用價(jià)值。根據(jù)破壁機(jī)電機(jī)控制方式可分為非恒速破壁機(jī)、恒速破壁機(jī)以及變頻破壁機(jī)。非恒速破壁機(jī)主要采用雙向晶閘管控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠隨破壁機(jī)承載物質(zhì)的重量進(jìn)行變化。非恒速破壁機(jī)的操作方式較為簡(jiǎn)單，但無法輸出穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。恒速破壁機(jī)能有效克服傳統(tǒng)破壁機(jī)阻礙，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，反饋給破壁機(jī)的控制芯片，芯片在接收到反饋信號(hào)后，及時(shí)處理破壁機(jī)的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速能夠不隨著破壁機(jī)承載物重量的變化而變化，具有較高的實(shí)用價(jià)值。變頻破壁機(jī)主要采用變頻控制系統(tǒng)，可以對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無極控制。

1.1 破壁機(jī)結(jié)構(gòu)組成

多功能一體式破壁料理機(jī)的主機(jī)主要包括傳感器、安全開關(guān)、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(jī)根據(jù)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(hù)系統(tǒng)以及檢測(cè)系統(tǒng)等。加熱系統(tǒng)主要利用破壁機(jī)內(nèi)的發(fā)熱盤進(jìn)行發(fā)熱，對(duì)放入破壁機(jī)內(nèi)的食品進(jìn)行加熱和攪拌，而攪拌系統(tǒng)主要利用主機(jī)內(nèi)部的傳感器以及攪拌杯和電機(jī)轉(zhuǎn)刀組成，負(fù)責(zé)對(duì)破壁機(jī)內(nèi)的食物進(jìn)行高速攪拌，并將食材粉碎，從而滿足社會(huì)群眾對(duì)豆?jié){或五谷雜糧粥的需求。檢測(cè)系統(tǒng)主要利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，主要對(duì)破壁機(jī)的溫度、轉(zhuǎn)速以及電壓進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)破壁機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況發(fā)出應(yīng)急信號(hào)，防止出現(xiàn)安全問題。檢測(cè)系統(tǒng)是破壁機(jī)中的核心，能夠保障破壁機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，保護(hù)系統(tǒng)主要是多功能一體式破壁機(jī)的安全衛(wèi)士，如果傳感器檢測(cè)信號(hào)異常，就會(huì)自動(dòng)開啟保護(hù)系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，對(duì)破壁機(jī)進(jìn)行停機(jī)等保護(hù)，減少損傷，降低安全事故發(fā)生的概率[1]。

圖1 破壁機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 多功能一體式破壁機(jī)的具體設(shè)計(jì)思路

破壁機(jī)在我國(guó)發(fā)展前景廣闊，傳統(tǒng)制漿過程中，需將豆?jié){進(jìn)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(xiàn)溢出，整個(gè)過程操作繁瑣。因此，為了滿足社會(huì)群眾的多元化需求，我國(guó)研發(fā)了多功能一體式破壁機(jī)，并設(shè)置了破壁機(jī)自動(dòng)控制等相關(guān)電路裝置。

破壁機(jī)在使用過程中，主要通過單片機(jī)及相關(guān)程序控制來進(jìn)行破壁工作，在打漿的過程中，只需接通電源啟動(dòng)程序，就可控制破壁機(jī)進(jìn)行常規(guī)操作。首先，會(huì)啟動(dòng)破壁機(jī)的加熱系統(tǒng)，對(duì)容器內(nèi)的黃豆進(jìn)行加熱，并根據(jù)傳感器反饋的加熱溫度，進(jìn)行調(diào)整，如果溫度超過90°，加熱系統(tǒng)將會(huì)停止操作，并將信號(hào)傳輸給破壁機(jī)的電機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)磨漿，在運(yùn)轉(zhuǎn)20s左右后停下，并每間隔10s再次啟動(dòng)。通過循環(huán)運(yùn)行對(duì)容器中的黃豆進(jìn)行磨碎，磨漿完成后，加熱系統(tǒng)對(duì)磨碎完成的豆?jié){進(jìn)行再次加熱，在加熱過程中豆?jié){可能會(huì)溢出，如果溢出破壁機(jī)，破壁機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)防止豆?jié){溢出，并繼續(xù)后續(xù)的相關(guān)流程，直到整體豆?jié){操作完成后，提示主頁(yè)面，發(fā)出完成信號(hào)，人們就可以飲用豆?jié){。

多功能一體式破壁機(jī)的整體設(shè)計(jì)過程中會(huì)采用單片機(jī)和傳感器，同時(shí)還會(huì)使用破壁機(jī)內(nèi)部的加熱電路以及模擬電路，還包括報(bào)警電路和預(yù)警信號(hào)[2]。具體的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

制漿過程中如出現(xiàn)溢出，需及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢出情況。防溢信號(hào)早期主要通過硬件設(shè)備的物理導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在已逐步改為通過對(duì)溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件分析判斷溢出狀態(tài)，從而發(fā)出防溢信號(hào)。

2.多功能一體式破壁機(jī)的組成零件

通常情況下，多功能一體式破壁機(jī)的殼體內(nèi)設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)與第一輸出軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作，第一輸出軸將工作信號(hào)通過第一級(jí)或多級(jí)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及傳感器傳輸?shù)降诙敵鲚S后，與第二輸出軸開展聯(lián)動(dòng)工作。第一輸出軸上通常會(huì)設(shè)置固定的單向軸承，軸承開始工作后，會(huì)使第一輸出軸向順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并向第二輸出軸方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。單向輸出軸軸承外圈還會(huì)設(shè)置相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，與第二輸出軸共同轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝惠敵鲚S向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致破壁機(jī)內(nèi)部的單向軸承出現(xiàn)鎖死的狀態(tài)。而一體式結(jié)構(gòu)的特征就在于第二輸出軸套會(huì)設(shè)置在第一數(shù)軸上，并與第一輸出軸協(xié)同工作。多功能一體式破壁機(jī)的特征就在于第一輸出軸會(huì)通過一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與第二輸出軸聯(lián)動(dòng)工作，第一輸出軸的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括破壁機(jī)中的齒輪，還包括單向軸承外圈。與第一齒輪聯(lián)動(dòng)作用時(shí)，第一輸出軸會(huì)與第二輸出軸以及第二行星輪聯(lián)動(dòng)，會(huì)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(dòng)需求讓第一齒輪能夠及時(shí)工作，帶動(dòng)第一輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并將信號(hào)發(fā)送給加熱系統(tǒng)，以及保護(hù)系統(tǒng)，從而完成多功能破壁機(jī)的一體式工作[3]。

3.多功能一體式破壁機(jī)的散熱技術(shù)以及降噪技術(shù)

多功能一體式破壁機(jī)在使用過程中，會(huì)采用多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，會(huì)應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的破壁機(jī)在使用過程中會(huì)出現(xiàn)較大的噪音，不能夠?qū)崿F(xiàn)社會(huì)群眾多樣化的需求，不能夠采取一體式的活動(dòng)，為社會(huì)群眾帶來極大的便利，甚至部分破壁機(jī)散熱性能不好，在使用后會(huì)出現(xiàn)熱量過高的現(xiàn)象，影響社會(huì)群眾的生命安全。因此，多功能一體式破壁機(jī)要加強(qiáng)對(duì)散熱技術(shù)和降噪技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，要提高多功能一體式破壁機(jī)的性能，更好地滿足社會(huì)群眾多元化的需求。

3.1 多功能一體式破壁機(jī)的電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)

多功能一體式破壁機(jī)的電機(jī)置于破壁機(jī)主機(jī)內(nèi)。在電機(jī)周圍設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，在主機(jī)外殼周圍設(shè)置通風(fēng)口，并設(shè)置相應(yīng)的排風(fēng)通道，排風(fēng)通道主要由底板、圍板、進(jìn)風(fēng)口組成，圍板設(shè)置在底板的下方，并將底板設(shè)置為旋渦狀。圍板內(nèi)部要形成風(fēng)道，并將風(fēng)道的形狀設(shè)置成旋渦狀，利于散熱。在設(shè)置風(fēng)道時(shí)要將風(fēng)道敞開設(shè)計(jì)，并將風(fēng)道與散熱孔進(jìn)行配合，讓加熱系統(tǒng)散發(fā)的熱量能夠通過風(fēng)道向外疏散。在底板對(duì)應(yīng)的風(fēng)道部位也應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口要有效貫通底板的兩側(cè)，使電機(jī)及加熱系統(tǒng)能夠及時(shí)交換常溫空氣。在電機(jī)內(nèi)部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口，在進(jìn)風(fēng)口的上方設(shè)置風(fēng)輪，讓風(fēng)輪能夠與破壁機(jī)的電機(jī)相連接，一旦電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)風(fēng)流轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促進(jìn)破壁機(jī)與外界進(jìn)行氣體交換，實(shí)現(xiàn)破壁機(jī)的散熱功能。通過風(fēng)輪多功能一體式破壁機(jī)能夠利用風(fēng)輪與旋渦狀的風(fēng)道相結(jié)合，有效增加空氣的流動(dòng)，促進(jìn)破壁機(jī)內(nèi)部與外界的氣體交換，能夠有效改善和提高破壁機(jī)的散熱效果，充分實(shí)現(xiàn)破壁機(jī)的散熱。

3.2 多功能一體式破壁機(jī)的降噪技術(shù)

多功能一體式破壁機(jī)能夠滿足社會(huì)群眾對(duì)食物的多元化需求，能夠?qū)κ称愤M(jìn)行加工，采用超高速電機(jī)帶動(dòng)破壁機(jī)內(nèi)部的不銹鋼刀片，能對(duì)破壁機(jī)內(nèi)食材進(jìn)行超高速的處理，對(duì)食材進(jìn)行粉碎，破壞食物的細(xì)胞壁，提高食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被吸收能力。目前，我國(guó)市場(chǎng)上的多功能一體式破壁機(jī)都能夠滿足國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求，符合國(guó)家噪聲限制，但破壁機(jī)在使用過程中超高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，破壁機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，也會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)。震動(dòng)設(shè)計(jì)和噪聲控制設(shè)計(jì)也是評(píng)價(jià)多功能一體式破壁機(jī)是否合格的重要指標(biāo)，也是影響消費(fèi)者消費(fèi)和購(gòu)買破壁機(jī)的主要因素。因此，多功能一體式破壁機(jī)在研發(fā)過程中也應(yīng)用了先進(jìn)的降噪技術(shù)[4]。

多功能一體式破壁機(jī)在應(yīng)用過程中會(huì)在破壁機(jī)的內(nèi)部添加過多的食物材料，在按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后會(huì)啟動(dòng)破壁機(jī)的主機(jī)，主機(jī)就會(huì)通過聯(lián)動(dòng)裝置，對(duì)破壁機(jī)的食物進(jìn)行粉碎。在使用過程中，就會(huì)導(dǎo)致殼體出現(xiàn)震動(dòng)，造成殼體刀片轉(zhuǎn)速系統(tǒng)不平衡，而破壁機(jī)的殼體和支架是傳遞震動(dòng)的主要路徑。因此，在使用減震降噪技術(shù)時(shí)，可以從子系統(tǒng)的平衡特性以及震動(dòng)的傳遞路徑入手，多功能一體式破壁機(jī)在設(shè)計(jì)過程中，會(huì)采取先進(jìn)的校正技術(shù)，會(huì)提高破壁機(jī)殼體自身的固有頻率讓殼體自身的固有頻率低于振動(dòng)頻率，并降低殼體的震動(dòng)次數(shù)。多功能一體式破壁機(jī)會(huì)建立殼體模型，并通過仿真計(jì)算結(jié)果和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，確定科學(xué)合理的殼體模型。在仿真模型上，進(jìn)行殼體結(jié)構(gòu)的修改，從而優(yōu)化多功能一體式破壁機(jī)的殼體設(shè)計(jì)。并且，在研究過程中，相關(guān)工作人員可以通過有限元仿真和模態(tài)實(shí)驗(yàn)證明殼體結(jié)構(gòu)的使用性能，重點(diǎn)關(guān)注破壁機(jī)主機(jī)殼體底座的邊緣。因此，在研究和設(shè)計(jì)過程中，就可以修改模型的強(qiáng)度，可以增加結(jié)構(gòu)的剛度，減少殼體的固有頻率，讓殼體能夠達(dá)到減震降噪的效果[5]。

如表1所示，噪音測(cè)試為半消聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，采用最高檔位最高刻度線運(yùn)行；含渣率為制成豆?jié){通過0.2mm孔徑篩網(wǎng)所殘留顆粒物重量與黃豆重量的比值，數(shù)值越小所含殘?jiān)缴?，口感?huì)更好。從數(shù)據(jù)表中發(fā)現(xiàn)，在破壁機(jī)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，轉(zhuǎn)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(jī)的核心性能，通過平衡轉(zhuǎn)速與降噪技術(shù)實(shí)現(xiàn)粉碎效果與噪聲的最優(yōu)方案，所以提高粉碎效率和強(qiáng)化降噪效果成為技術(shù)發(fā)展的核心方向。

表1 破壁機(jī)性能

此外，通風(fēng)降噪技術(shù)也是多功能一體式破壁機(jī)常用的技術(shù)之一。多功能一體式破壁機(jī)在使用過程中，電機(jī)會(huì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量，需要通過風(fēng)扇和風(fēng)輪裝置進(jìn)行通風(fēng)散熱，將系統(tǒng)中過多的熱量進(jìn)行排除。同時(shí)，電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的噪音。噪音主要是由風(fēng)扇和風(fēng)輪所引起的，屬于空氣動(dòng)力噪聲。在設(shè)計(jì)多功能一體式破壁機(jī)時(shí)，根據(jù)破壁機(jī)工況確定噪聲的主要來源，采用通風(fēng)降噪技術(shù)。抑制聲源的工作原理采用減少風(fēng)速，降低風(fēng)阻，提高破壁機(jī)的減震性能；此外根據(jù)消聲的原理，按照空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)路徑，提高破壁機(jī)的減震降噪效果。從而達(dá)到降噪效果，滿足社會(huì)群眾的多元化需求。具體如圖2所示。

圖2 噪聲降低頻譜對(duì)比

4.結(jié)語(yǔ)

在新形勢(shì)下，多功能一體式破壁機(jī)在我國(guó)具有較大的發(fā)展前景，能夠滿足我國(guó)社會(huì)群眾多元化的需求。因此，基于多功能一體式破壁機(jī)的結(jié)構(gòu)變化，研究破壁機(jī)的粉碎性能，采取降噪技術(shù)和通風(fēng)技術(shù)充分發(fā)揮多功能一體式破壁機(jī)的優(yōu)勢(shì)和作用，為社會(huì)群眾的生活帶來更多的便利，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足我國(guó)社會(huì)群眾的實(shí)際需求。