贾梁智,刘 旭,陈孝国,梁宝坚,张胜军

(黑龙江省八一农垦大学工程学院,黑龙江 大庆 1633319)

大蒜自古就被当作天然杀菌剂，有天然抗生素之称。数千年来，中国、埃及、印度等国将大蒜既作为食物也作为传统药物应用[1]。有研究显示大蒜的营养价值甚至超过了人参。其中含有200多种有益于身体健康的物质，除蛋白质、维生素E、C及钙、铁、硒等微量元素外，最受人们关注的是具有增强人体免疫力的S一烯丙基半胱氨酸(SAC)，以及极具杀菌力的大蒜素[2]。大蒜含有蒜氨酸和蒜酶等有效物质，碾碎后它们会互相接触，从而形成具有保健作用的大蒜素。因此，大蒜最好捣碎成泥吃，并且要先放10～15分钟后再吃，这样有利于大蒜素的生成[3]。

因为捣成蒜泥这种食用方式，人们最初发明了蒜臼子，捣蒜缸，近现代又发明了一些电动捣蒜机构，针对目前市场上的捣蒜机，主要分为传统捣蒜机构（俗称蒜臼子）和电动铰刀式捣蒜机，前者虽能保证大蒜优质的味道，但使用过程过于繁琐，大蒜的捣碎仍需手工来完成，若使用力量不当，易给手指，桌子，地板造成一定损伤，而后者虽然已经实现自动化处理，但铰刀高速运转，严重破坏大蒜组织结构，影响大蒜的原质味道，研究新的捣蒜方式使捣蒜过程简便，速度提高，保证蒜泥的味道质量，所以将传统锤式和电动铰刀式捣蒜机的优点相结合，提出一种新型捣蒜机构—电动锤式捣蒜机，将此想法，在UG软件平台进行开展，对捣蒜机进行设计—建模—装配—模拟—分析。如果以上各项数据均达到要求，则此捣蒜机可以用于实际生产加工。

1 锤式捣蒜机结构的总体设计

锤式捣蒜机械的基本结构简图见图1：整个机构捣蒜过程：动力由主动轴2输入，通过轴上的太阳轮与行星齿轮3，使3、4间的短轴带动旋转架5进行转动；同时，动力由锥齿轮4传递至曲轴6，使其转动；曲轴6、连杆11、捣蒜锤10以及旋转架5底部的滑道构成曲柄滑块机构，是捣蒜锤10进行简谐式捶打；为保证捣蒜锤10具有一定动能，使内缸提升至捣蒜锤行程之内，并用弹簧9连接内缸8和外缸7；最终达到旋转——捶打的目的，使机器可以均匀地捣匀蒜泥。

图1 锤式捣蒜机构简图

2 捣蒜机中重要机构的设计与选择

2.1 齿轮机构的设计及工作过程

齿轮机构是整个机械中最关键的传动机构，为达到均匀捣蒜的目的，使蒜锤能够实现绕轴旋转和上下运动的捶打工作，我们通过行星齿轮机构和锥齿轮机构[4]（如图2）来实现此种运动，动力由主动轴输入，经过行星齿轮机构将运动转化成为行星齿轮的自转运动和公转运动，分别带动曲轴和旋转架做旋转运动。

图2

2.2 蒜锤与蒜缸的设计

蒜锤的锤头底面设计为凸面型（如图3），这样设计，捣蒜过程中，减小锤头与蒜瓣的接触面积，增大了压强，使蒜瓣更易于被捣碎，设计成凸面型，也能有效防止蒜末飞溅，蒜缸设计时，使蒜缸底部位于蒜锤工作行程之内，为使蒜锤达到完整行程，选用弹性系数K=2000的刚性弹簧连接内缸与外缸，使蒜锤压缩弹簧并达到完整工作行程，实现捣蒜的目的（如图4）。

图3

图4

2.3 电机的选择

该锤式捣蒜机采用DD电机作为动力提供装置，该种电机借助正弦调制和空间矢量调制技术，给电动机提供脉宽可调制的交流驱动电压，电动机运行时，三相电枢绕组同时接通，在电枢绕组内流过接近于正弦波的交流电流，在工作气隙内产生“连续式”旋转磁场，带动永磁转子转动，转子通过花键连接于轴套，进而带动内筒转动[5]。运转过程中，该电机具备的空间矢量变频技术实现无极调速，无电刷结构避免了电刷与换向器之间接触形成的摩擦，防止了电磁干扰和摩擦噪音[6]。用此种电机有效减小了捣蒜机的体积，通过其无级变速的功能，省去了对减速器的设计。

3 锤式捣蒜机工作过程的仿真模拟

利用UG三维绘图软件对捣蒜机捣蒜过程进行仿真模拟，运动过程（如图5）.曲柄带动蒜锤做360°旋转，并上下做往复式运动，实现全方位捣蒜。

图5

利用UG仿真模块[7]运行后，可得出蒜锤沿竖直方向v-t曲线，蒜锤的运动为简谐运动，将数据导出得到图6曲线。由图6可知曲柄带动蒜锤做往复式运动，蒜锤所具有的最大速度为631mm/s,频率较高，1s可完成约3次完整锤击运动，蒜锤到达底部与蒜瓣接触时，导出f-t曲线，（如图6），可知蒜锤对蒜瓣的冲击力达到400N以上，使蒜瓣被压溃，能保证捣蒜要求。

图6

4 结论

本实验设计了一种新型捣蒜机器，并对整个捣蒜工作过程进行了分析，较之前传统手工捣蒜方式和铰刀式捣蒜方式有了更进一步的整合和提升，既提高了捣蒜的速度，同时也保证了蒜泥的口感，也为今后捣蒜机械的设计提供了研究方法，通过对捣蒜机进行仿真模拟试验，得出了蒜锤运动速度与时间，蒜锤锤击力与时间关系曲线，对今后捣蒜机的设计优化有了一定的指导，本实验不足之处，为捣蒜机成本过高，捣蒜机拆卸清洗时不够方便，望今后研究者可以研究出更为经济简便的捣蒜机械。

[1]陈雄，乔昕，马丽.大蒜油提取的比较研究[J].食品工业科技，1999(05)：16-18.

[2]凤凰网健康综合，大蒜十二种不可不知的健康功效，[EB/OL]http://health.ifeng.com/diet/food/detail7571055_4.shtml,2011-07-08/2014-07-10.

[3]何洪巨.营养与保健[J].生命时报，2013(12).

[4]黄开旺.G产品造型实例教程[M].化学工业出版社，2010.

[5]王忠卿，石新国.滚筒洗衣机环保节能洗涤技术的应用[J].家电科技杂志，2013(01)：25-28.

[6]龚熙战.新型直驱变频洗衣机的设计要点[J].现代家电.2010.(08)：48-50.

[7]许传俊，田新诚.工业机器人三维仿真系统的设计与实现[M].高等教育出版社，2002.