基于定量配置的智能打饭机基础结构理论的研究

2018-02-14李艺月蒋伟赵静陈敏

西部皮革 2018年8期

李艺月，蒋伟，赵静，陈敏

(重庆交通大学数学与统计学院，重庆 400074)

引言

随着时代的发展，科技的进步，人们对物质的需求享受的要求越来越高；经济水平的提高也使人们对物质的浪费越来越严重，国家对历行节约的呼声渐高,而米饭是浪费的物质中较严重的。为了响应国家的号召，针对食堂等米饭浪费严重的场所，我们发明了自动按需取饭机，既能根据需要控制取饭量，又能保证米饭的口感和适合的温度。经过理论研究，本装置能大大减少米饭浪费，相比于传统的打饭模式，具有高效、经济、节约的优点。

1 按需取饭机的外部构造及工作原理

1.1 按需取饭机外部组成

按需取饭机外部大致包含容器外壳、容器盖、内胆、底垫和密封胶圈等部分组成。

1.2 按需取饭机外部部分的工作原理

按需取饭机设计为由陶瓷或不锈钢加上真空层做成的容器，顶部有盖，密封严实，真空绝热层能使装在内部的物体散热延缓，以达到保温的目的。

1.2.1 内胆镀金属时的具体工作原理

容器内胆镀玻璃银，铝，铜等金属时，容器内的银色容胆能反射热水的辐射，容胆和容身的真空能阻断热力的传递，而不易传递热量的容器本身能阻止热对流。在借用100℃的开水消毒的物理过程中加热容器，之后加入米饭，米饭散热延缓，达到保温的目的。

使用双层不锈钢的构造，容器内的镜面功能，并将内层与外层不锈钢可以将热量反射到容间的空气抽离，达到真器内，从而保持容器空的状态。

1.2.2 内胆为天然紫砂时的具体工作原理

容器内胆由富含多种人体所需元素的天然紫砂构成时，借助由特殊材料制成的保温层来达到保温的效果。

1.3 按需取饭机外部构造

1.3.1 内胆镀银时的构造

外壳为双层不锈钢的，并将内层与外层不锈钢间的空气抽离，达到真空状态。

1.3.2 内胆为天然紫砂时的构造

保温层设置在内胆与外壳之间的下部，将具有良好的密封性能的水挡圈设置在内胆和外壳之间的上部。

1.4 按需取饭机外部材料的选择

1.4.1 外壳及容器盖材料的选择

采用优质的不锈钢材料。

1.4.2 底垫材料的选择

其作用是防滑，可选用异戊橡胶。

1.4.3 密封胶圈材料的选择

材料为硅氧树脂或通用树脂。

1.4.4 内胆材料的选择

内胆多采用玻璃镀铝(银，铜)。其中玻璃为热的不良导体，银色的内胆能反射热水的辐射，同时在真空构成，三层加保。同时，真空内胆的两层玻璃间夹层需为气压低于10-1Pa的真空。

玻璃需选择具有耐热急变、耐水、耐压、适应吹制和加工的性能的耐热硼硅酸盐玻璃。

1.5 内胆技术要求

不锈钢内胆真空技术采用目前国内最先进的工艺之一的“无尾真空”，即器皿在真空的环境条件下，由计算机控制完成抽气、封焊、冷却的工艺过程。采用“熔封技术”，保证长期不放气不漏气。

2 按需取饭机的内部振动筛

2.1 筛网的选择

筛网选择耐磨丁腈橡胶，采用40x5扁钢做成两口型固定架浇铸在主体材料中，网孔做成上口、下口大的梯形，四周圆角过渡，避免卡米饭，且提高强度。这样的设计可以使筛网坚固，更加平整。

2.2振动过滤的振动特征参数

2.2.1 抛掷指数

ω—激振频率；A—筛面在振动方向上的单振幅；∂—振动方向角；∂0—筛面的倾角

适当选择抛掷指数就能保证饭粒在筛面上作抛掷振动而不至于粘作一团。

2.2.2 筛面倾角

增大筛面倾角可以有效提高固体相对运动，但会导致效率低下。

2.2.3 振幅和激振频率

增加振动筛激振频率和振幅可使振动筛振动过滤处理量增加。而当抛掷指数一定时，振幅只能取大值。一般来说，振幅取2-5mm,激振频率取1000-1500rpm即可满足要求。

2.2.4 振动方向角

振动方向角是使饭粒在筛面上运移的必要条件，振动方向角决定饭粒在筛面上停留的时间。振动方向角越大，抛掷运动的高度越大，饭粒在筛面上停留的时间越短，取饭的效率越高。

2.3 动力学分析

动力学主要研究物体运动与作用在物体上的力之间的关系，目前已经有的建模方法有：

1.静力学方法：对于运动中所产生大的惯性力可以忽略低速机械，为求得平衡荷载必须施加在原构建上的力矩，采用本方法。

2.动态静力学方法：可在研究许多速度较高的机械中用来代替静力分析。

3.分析力学方法：拉格朗日方程式分析力学的重要组成部分，对于复杂的多自由度系统，采用拉朗贝尔原理或者牛顿定律来研究时，需要对系统取单个缸体进行受力分析，需要考虑未知约束反力，而采用拉格朗日方程式基于能量的角度来建立系统的运动微分方程，可以用来建立不含约束力的方程，使求解大大简化。

4.多刚体动力学：用方程化建立多个刚体关节，不计质量的弹元件和阻尼原件等构成的系统的动力学方程，并计算系统的运动。

5.弹力学方法：采用以上几种方法进行分析时，研究对象均被假定为刚形体，在研究一些柔度比较大的对象时，上面的方法就不适用了。所以需要结合构件弹性的弹性力学方法更为合理。此方法适用于研究体为柔度比较大的物体。

分析其由激振电机引起的横向振动时，由于考虑成单质体，采用动态静力学方法。分析由多边形效应引起的横向振动时，由于质多。受力复杂，采用分析力学方法。

3 按需取饭机控制振动筛按压式弹簧开关

3.1 按压式弹簧开关的大致结构

按压式弹簧开关，按钮一般由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、静触头、支柱连杆及外壳等部分组成。

按钮不受外力作用(即静态)时触头的分合状态，分为启动按钮(即常开按钮)、停止按钮(即常闭按钮)和复合按钮(即常开、常闭触头组合为一体的按钮)。对启动按钮而言，按下按钮帽时触头闭合，松开后触头自动断开复位;停止按钮则相反，按下按扭帽时触头分开，松开后触头自动闭合复位。复合按钮是按下按钮帽时，桥式动触头向下运动，使常闭触头先断开后，常开触头才闭合;当松开按钮帽时，则常开常开触头先分断复位后，常开触头再闭合复位。

3.2 按压式弹簧开关工作原理

按键开关的工作原理比较好理解，原理如下图所示。直白的说来就是这样的：里面有一个电磁铁的吸附装置，当你把按键按下去之后，里边的电磁铁就代电产生磁性，然后通过这个吸附装置把电路接通或者断开。从而实现了线路的远程控制等功能。

按键不受外力作用(即静态)时触头的分合状态，分为启动按键(即常开按键)、停止按键(即常闭按键)和复合按键(即常开、常闭触头组合为一体的按键)。对启动按键而言，按下按键帽时触头闭合，松开后触头自动断开复位;停止按键则相反，按下按键帽时触头分开，松开后触头自动闭合复位。复合按键是按下按键帽时，桥式动触头向下运动，使常闭触头先断开后，常开触头才闭合;当松开按键帽时，则常开触头先分断复位后，常开触头再闭合复位。根据此类开关的工作原理，取饭时只需按压开关便可根据实际需要控制振动筛取出自己认为适量的米饭。