李藝月，蔣偉，趙靜，陳敏

(重慶交通大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，重慶 400074)

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們對(duì)物質(zhì)的需求享受的要求越來(lái)越高；經(jīng)濟(jì)水平的提高也使人們對(duì)物質(zhì)的浪費(fèi)越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)歷行節(jié)約的呼聲漸高,而米飯是浪費(fèi)的物質(zhì)中較嚴(yán)重的。為了響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，針對(duì)食堂等米飯浪費(fèi)嚴(yán)重的場(chǎng)所，我們發(fā)明了自動(dòng)按需取飯機(jī)，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(guò)理論研究，本裝置能大大減少米飯浪費(fèi)，相比于傳統(tǒng)的打飯模式，具有高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)。

1 按需取飯機(jī)的外部構(gòu)造及工作原理

1.1 按需取飯機(jī)外部組成

按需取飯機(jī)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(jī)外部部分的工作原理

按需取飯機(jī)設(shè)計(jì)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(yán)實(shí)，真空絕熱層能使裝在內(nèi)部的物體散熱延緩，以達(dá)到保溫的目的。

1.2.1 內(nèi)膽鍍金屬時(shí)的具體工作原理

容器內(nèi)膽鍍玻璃銀，鋁，銅等金屬時(shí)，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(duì)流。在借用100℃的開(kāi)水消毒的物理過(guò)程中加熱容器，之后加入米飯，米飯散熱延緩，達(dá)到保溫的目的。

使用雙層不銹鋼的構(gòu)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(dá)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(shí)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(gòu)成時(shí)，借助由特殊材料制成的保溫層來(lái)達(dá)到保溫的效果。

1.3 按需取飯機(jī)外部構(gòu)造

1.3.1 內(nèi)膽鍍銀時(shí)的構(gòu)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(dá)到真空狀態(tài)。

1.3.2 內(nèi)膽為天然紫砂時(shí)的構(gòu)造

保溫層設(shè)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(shè)置在內(nèi)膽和外殼之間的上部。

1.4 按需取飯機(jī)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(zhì)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(shù)脂或通用樹(shù)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(dǎo)體，銀色的內(nèi)膽能反射熱水的輻射，同時(shí)在真空構(gòu)成，三層加保。同時(shí)，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(yīng)吹制和加工的性能的耐熱硼硅酸鹽玻璃。

1.5 內(nèi)膽技術(shù)要求

不銹鋼內(nèi)膽真空技術(shù)采用目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的工藝之一的“無(wú)尾真空”，即器皿在真空的環(huán)境條件下，由計(jì)算機(jī)控制完成抽氣、封焊、冷卻的工藝過(guò)程。采用“熔封技術(shù)”，保證長(zhǎng)期不放氣不漏氣。

2 按需取飯機(jī)的內(nèi)部振動(dòng)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(guò)渡，避免卡米飯，且提高強(qiáng)度。這樣的設(shè)計(jì)可以使篩網(wǎng)堅(jiān)固，更加平整。

2.2振動(dòng)過(guò)濾的振動(dòng)特征參數(shù)

2.2.1 拋擲指數(shù)

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

適當(dāng)選擇拋擲指數(shù)就能保證飯粒在篩面上作拋擲振動(dòng)而不至于粘作一團(tuán)。

2.2.2 篩面傾角

增大篩面傾角可以有效提高固體相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但會(huì)導(dǎo)致效率低下。

2.2.3 振幅和激振頻率

增加振動(dòng)篩激振頻率和振幅可使振動(dòng)篩振動(dòng)過(guò)濾處理量增加。而當(dāng)拋擲指數(shù)一定時(shí)，振幅只能取大值。一般來(lái)說(shuō)，振幅取2-5mm,激振頻率取1000-1500rpm即可滿足要求。

2.2.4 振動(dòng)方向角

振動(dòng)方向角是使飯粒在篩面上運(yùn)移的必要條件，振動(dòng)方向角決定飯粒在篩面上停留的時(shí)間。振動(dòng)方向角越大，拋擲運(yùn)動(dòng)的高度越大，飯粒在篩面上停留的時(shí)間越短，取飯的效率越高。

2.3 動(dòng)力學(xué)分析

動(dòng)力學(xué)主要研究物體運(yùn)動(dòng)與作用在物體上的力之間的關(guān)系，目前已經(jīng)有的建模方法有：

1.靜力學(xué)方法：對(duì)于運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生大的慣性力可以忽略低速機(jī)械，為求得平衡荷載必須施加在原構(gòu)建上的力矩，采用本方法。

2.動(dòng)態(tài)靜力學(xué)方法：可在研究許多速度較高的機(jī)械中用來(lái)代替靜力分析。

3.分析力學(xué)方法：拉格朗日方程式分析力學(xué)的重要組成部分，對(duì)于復(fù)雜的多自由度系統(tǒng)，采用拉朗貝爾原理或者牛頓定律來(lái)研究時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)取單個(gè)缸體進(jìn)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(lái)建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，可以用來(lái)建立不含約束力的方程，使求解大大簡(jiǎn)化。

4.多剛體動(dòng)力學(xué)：用方程化建立多個(gè)剛體關(guān)節(jié)，不計(jì)質(zhì)量的彈元件和阻尼原件等構(gòu)成的系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，并計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。

5.彈力學(xué)方法：采用以上幾種方法進(jìn)行分析時(shí)，研究對(duì)象均被假定為剛形體，在研究一些柔度比較大的對(duì)象時(shí)，上面的方法就不適用了。所以需要結(jié)合構(gòu)件彈性的彈性力學(xué)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(jī)引起的橫向振動(dòng)時(shí)，由于考慮成單質(zhì)體，采用動(dòng)態(tài)靜力學(xué)方法。分析由多邊形效應(yīng)引起的橫向振動(dòng)時(shí)，由于質(zhì)多。受力復(fù)雜，采用分析力學(xué)方法。

3 按需取飯機(jī)控制振動(dòng)篩按壓式彈簧開(kāi)關(guān)

3.1 按壓式彈簧開(kāi)關(guān)的大致結(jié)構(gòu)

按壓式彈簧開(kāi)關(guān)，按鈕一般由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式動(dòng)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(shí)觸頭的分合狀態(tài)，分為啟動(dòng)按鈕(即常開(kāi)按鈕)、停止按鈕(即常閉按鈕)和復(fù)合按鈕(即常開(kāi)、常閉觸頭組合為一體的按鈕)。對(duì)啟動(dòng)按鈕而言，按下按鈕帽時(shí)觸頭閉合，松開(kāi)后觸頭自動(dòng)斷開(kāi)復(fù)位;停止按鈕則相反，按下按扭帽時(shí)觸頭分開(kāi)，松開(kāi)后觸頭自動(dòng)閉合復(fù)位。復(fù)合按鈕是按下按鈕帽時(shí)，橋式動(dòng)觸頭向下運(yùn)動(dòng)，使常閉觸頭先斷開(kāi)后，常開(kāi)觸頭才閉合;當(dāng)松開(kāi)按鈕帽時(shí)，則常開(kāi)常開(kāi)觸頭先分?jǐn)鄰?fù)位后，常開(kāi)觸頭再閉合復(fù)位。

3.2 按壓式彈簧開(kāi)關(guān)工作原理

按鍵開(kāi)關(guān)的工作原理比較好理解，原理如下圖所示。直白的說(shuō)來(lái)就是這樣的：里面有一個(gè)電磁鐵的吸附裝置，當(dāng)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(guò)這個(gè)吸附裝置把電路接通或者斷開(kāi)。從而實(shí)現(xiàn)了線路的遠(yuǎn)程控制等功能。

按鍵不受外力作用(即靜態(tài))時(shí)觸頭的分合狀態(tài)，分為啟動(dòng)按鍵(即常開(kāi)按鍵)、停止按鍵(即常閉按鍵)和復(fù)合按鍵(即常開(kāi)、常閉觸頭組合為一體的按鍵)。對(duì)啟動(dòng)按鍵而言，按下按鍵帽時(shí)觸頭閉合，松開(kāi)后觸頭自動(dòng)斷開(kāi)復(fù)位;停止按鍵則相反，按下按鍵帽時(shí)觸頭分開(kāi)，松開(kāi)后觸頭自動(dòng)閉合復(fù)位。復(fù)合按鍵是按下按鍵帽時(shí)，橋式動(dòng)觸頭向下運(yùn)動(dòng)，使常閉觸頭先斷開(kāi)后，常開(kāi)觸頭才閉合;當(dāng)松開(kāi)按鍵帽時(shí)，則常開(kāi)觸頭先分?jǐn)鄰?fù)位后，常開(kāi)觸頭再閉合復(fù)位。根據(jù)此類開(kāi)關(guān)的工作原理，取飯時(shí)只需按壓開(kāi)關(guān)便可根據(jù)實(shí)際需要控制振動(dòng)篩取出自己認(rèn)為適量的米飯。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)裝置的外殼、振動(dòng)篩、開(kāi)關(guān)控制做了理論上的研究，將振動(dòng)篩和保溫外殼結(jié)合起來(lái)，對(duì)市場(chǎng)上的相關(guān)裝置的研究具有啟發(fā)作用，同時(shí)本裝置的振動(dòng)篩可根據(jù)需要卸載，實(shí)現(xiàn)其多功能化。市場(chǎng)上應(yīng)用到食堂的裝置少之又少，本裝置可推動(dòng)智能、綠色、節(jié)約的新型食堂的發(fā)展。

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