小型快速剁椒机的设计

王旖旎 黄通灵 李逢振

（湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421005）

0 引言

剁辣椒又名剁辣子、坛子辣椒，是将清洗晾干的鲜红辣椒剁碎加盐、酒腌制而成。其味辣而鲜咸，是湖南、四川等地一道具有地方特色的食品，既可直接食用，又可当作佐料做菜。为使剁辣椒有良好的口感，辣椒必须剁成粗细合适的碎片且剁碎后基本保持原有自然营养水分，通常采用人工方法获得。然而人工剁碎速度慢，效率不高，剁碎过程中释放的辣味又呛人，因此，一直以来无法实现批量生产。

目前，虽然有人使用类似于绞肉机的搅碎机构或用于中药材加工的切碎机构来加工剁辣椒，但是得出的结论如下：要么搅碎——辣椒成了糊状，大大降低了辣椒的口感，以致影响到剁辣椒出品率；要么切碎机构机型大、结构复杂，对那些剁辣椒量产并不需要很大的厂家来说，操作和维护比较麻烦，不经济。因此，最终均未被厂家所接受。

为此，笔者整合前述人工剁碎和机器加工的优缺点，从经济实用性、高效普适性兼顾卫生安全性、环境舒适性进行多维度考虑，加以创新，该文设计出一种既具有人工剁碎辣椒时良好口感，又能像大型设备那样能将辣椒快速地剁碎的装置。该装置机型较小，设计简单，剁碎效率高且完全避免了辣味呛人，维护也很方便，可谓集经济、高效、卫生、舒适于一体。

1 剁椒机总体结构设计

为了实现上述目的，该文设计的小型快速剁椒机外形结构如图1所示，主要由机架、托臂、圆筒、轨道、隔板、刀片、长轴、圆盘、振动筛、输送带等几部分组成。机架中部水平设置一个托臂，托臂上承载一个圆形筒体。圆筒上部外周面上设有一圈连续的高低起伏的波浪形轨道，轨道下方设有若干组用于托举筒体的轴承，轴承内圈固定安装在托臂上。圆筒下部外周面设有一圈环形的齿圈，同高度位置设有一个与该齿圈相啮合的齿轮，齿轮由电机（图1中虚线部分所示电机）驱动。

图1 剁椒机外形结构图

圆筒内部水平设有一层隔板，隔板下方设有若干组刃口向下的刀片。圆筒内从下至上穿过一根长轴，长轴的底部固定安装有一个外径与圆筒内径相同的圆盘，长轴上部可拆卸，并且安装在机架上。圆筒的下方设置一个振动筛，振动筛下方设有一条传送带，如图2 所示。

图2 圆筒内部结构图

2 机器各部分的设计

2.1 机架、长轴、圆盘和电机的设计

机架是该剁椒机的支撑部件，它将装置各组成部分连接成为一个整体，如图1所示。机架包括底座、托臂和吊臂。其中，底座位于装置的最下方，支撑着整个装置。中间的托臂托举中部圆筒。上部吊臂也起一定的承重作用，承担长轴、圆盘及筒内辣椒的质量。设计机架时需要保证整个装置结构稳定，也就是确保剁椒机在正常工作过程中不晃动或倒塌，顾及成本，该机架采用比重较大的铸铁材料制作比较合适。然而，铸铁耐腐蚀性不好，环境不利易生锈，因此，从安全卫生和美观角度考虑，机架采用适当规格的不锈钢板作外壳。

长轴、圆盘因与筒内辣椒直接接触，为了不使辣椒受到污染，选用食品级304不锈钢制作。食品级304不锈钢是比较常见的不锈钢材质，是国家认可的食品级材料，它具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。在大气中耐腐蚀，适合用于食品的加工、储存和运输。

吊臂位于机架最上部，其前端设有握持部，握持部上设有一个与长轴相互啮合的手轮。

长轴上部外表面设有螺纹，长轴穿过吊臂握持部，只要转动手轮就可以任意调节长轴的升降。

握持部上还设有一电机，电机轴前端设有一根与长轴相互啮合的螺杆，电机转动时带动螺杆转动从而使长轴上升或下降。

手轮和电机的设置，可以通过手动或自动的方式调节长轴的升降。

2.2 圆筒、轨道和轴承的设计

圆筒是该剁椒机的重要部件，辣椒剁碎就在其内完成，如图1所示。圆筒上部外周面上设有一圈连续的高低起伏的波浪形轨道，轨道下方设有若干组轴承，轴承内圈固定安装在托臂上，轴承的作用是既托举圆筒，又可降低圆筒旋转过程中的摩擦系数，保证其回转精度。这样剁椒机在剁椒时，一方面圆筒体沿着波浪形轨道作周期性升降，自然地完成刀刃对筒内辣椒的切断；另一方面圆筒在齿轮齿圈带动下不停水平转动，实现对辣椒切断位置的旋转调整。这两种运动的共同作用，使机器剁椒类似于人工剁椒。剁椒速度之快，辣椒失去水分少，较大程度地保留了辣椒原有自然营养水分，这是搅碎机构所无法比拟的。

要使剁辣椒具有良好的口感，除辣椒本身须保持足够自然营养水分外，最终剁成的辣椒碎片还要有合适的粗细[1]，于此，圆筒材料的选择也很重要。为了能够控制辣椒碎片的粗细，该文设计的圆筒采用高强度的透明有机玻璃制作，这样通过圆筒筒壁就可直接观察筒内辣椒剁碎的情况，从而随时调整加工时间，使剁辣椒达到预想的粗细效果。

2.3 隔板、调节螺杆和刀片的设计

如图2、图3所示，隔板位于圆筒体内，其底部间隔均匀地设有若干条梯形凹槽，凹槽内嵌装有若干组刀片，每个刀片中部都设有螺纹孔，螺纹孔内设有调节螺杆，调节螺杆的螺纹呈对称布置，转动调节螺杆时，刀片的间距相应发生变化。这种结构的设计，可以通过调整刀片间距来调整辣椒被剁碎的程度，同时使刀片易于拆卸、方便更换。

图3 隔板和刀片示意图

另外，隔板的设置还有阻隔辣椒与空气相接触、防止剁辣椒被氧化的作用。同时基本避免了剁椒时辣味呛人，一定程度上改善了操作者的工作环境。这也是该剁椒机优于人工剁椒的地方。

刀片是该剁椒机最重要的工作部件，在辣椒剁碎过程中起关键性作用，其性能的好坏直接影响着辣椒剁碎的速度和效果且最终反映在剁辣椒的口感上。刀片性能好，剁碎速度快，切碎时自然营养水分流失少[3]，剁辣椒口感好；反之，速度慢，自然营养水分流失多，剁辣椒口感差。而影响刀片性能的最直接因素是制作刀片所使用的材料。刀片是易损件[2]，其材料的好坏影响着刀片的使用寿命。综合这两方面考虑，对合理选择刀片材料显得至关重要。设计时应满足：刀刃材料硬度高，耐磨损，不易腐蚀，选用4Cr13不锈钢材料；刀头材料耐腐蚀，选用常用的食品级304不锈钢材料。

隔板、调节螺杆是辅助部件，对材料硬度、耐磨性的要求不高，但因与辣椒直接相接触，鲜红辣椒含有较多水分，需要考虑其制作材料的耐腐蚀性。材质选择不好，剁辣椒就会受到污染。该文选用食品级304不锈钢材料。

2.4 振动筛的设计

如图1、图4所示，振动筛位于圆筒正下方，包括筛盘、支撑滑轨和连杆。筛盘呈圆形，尺寸大于圆筒直径。其下方设有支撑滑轨，筛盘可在滑轨上左右移动。筛盘右侧设有一可拆卸的连杆，连杆一端可拆卸，并安装在筛盘上，另一端铰接在一曲柄上，曲柄由电机驱动。

图4 振动筛局部示意图

振动筛的作用是对剁碎的辣椒进行分离。接通电源时，曲柄随着电机启动进行运动，带动左侧连杆及圆盘左右往复高速运动，这时较为细碎的辣椒通过筛网掉落到传送带上，不够细碎的辣椒则保留在筛盘上，前者加盐、酒腌制成剁辣椒，后者放回圆筒进行二次加工。值得注意的是，振动筛筛网必须选择合适的尺寸，网孔太大或太小都会影响剁辣椒口感。

振动筛也采用食品级304不锈钢材质制作，以保障剁辣椒卫生安全。

2.5 传动装置的设计

该剁椒机传动装置主要包括皮带、皮带轮、齿轮、齿圈、轴承、曲柄、连杆等。接通电源，电机启动，皮带轮的主动轮在电机作用下通过皮带带动从动轮，从动轮通过轴带动其上的齿轮，齿轮再带动与之啮合的齿圈。齿圈固定套设在圆筒外周，齿圈一转动，圆筒跟着转动。轴承已在前述有介绍，这里不再重复。

皮带轮的主动轮与曲柄由同一电机驱动。电机工作时，曲柄带动连杆一起工作，同时左侧滑轨带动上面的筛盘左右往复高速运动。

皮带有减振的效果，因为皮带本身是一种挠性件，能吸收机器运转过程中产生的振动，一定程度上减少了对机器的损坏。

3 剁椒机工作过程及注意事项

使用该剁椒机剁辣椒时，操作者启动曲柄上的电机，电机驱动皮带轮的主动轮转动，从而使齿轮驱动整个圆筒转动。圆筒在转动过程中，由于波浪形轨道的原因会使圆筒出现周期性的升降，而升降的过程中就自然地切断了搁置在圆盘上的辣椒。由于整个圆筒的壁面是采用高强度的透明有机玻璃制作而成，因此操作者可以非常直观地看到辣椒被剁碎的情况。当剁碎的程度目测达到要求之后，通过驱动手轮或者握持部的电机使长轴下降并使圆盘从筒底出来，这时候，人为地将剁碎的辣椒扫落到振动筛的筛盘上。再次往圆筒内喂入辣椒，上升长轴和圆盘，继续剁碎；接下来的过程中振动筛会对辣椒进行分离，较为细碎的辣椒就通过振动筛掉落到传送带上，不够细碎的辣椒则保留在筛盘上，而同时新的辣椒也在被剁碎。不够细碎的辣椒可以放回圆筒进行二次剁碎，流程如图5所示。

图5 工作流程图

需要注意的是，开机前应检查剁椒机各部分的安全性，如紧固件、刀片是否松动。开机后空转2min左右，待机器运转正常后开始向筒内喂入辣椒，喂料速度要均匀。停机前2min停止喂料，避免辣椒碎片加工不完全。刀片磨损时须更换，更换时要注意隔板和刀片运转时的平衡性。

4 设计创新点

与现有辣椒剁碎技术相比，该剁椒机具有以下特色：1）通过改变驱动刀刃的方式，即波浪形轨道使圆筒发生周期性升降，以此来剁断放置于圆盘上的辣椒，实现了机器剁椒类似人工剁辣椒时的效果，剁断速度快，基本避免了辣椒自然营养水分的流失，因此获得的辣椒碎片能够媲美人工剁辣椒的口感。这是搅碎机构所无法比拟的。2）齿轮齿圈带动圆筒不停转动，通过旋转来调整辣椒剁断位置。同时，设计可拆卸的刀片，方便更换刀片的同时还能够调整刀片间的间距，从而调整辣椒被剁碎的程度。3）完全利用机械传动，在近乎封闭的筒内进行辣椒剁碎，降低了劳动强度，节省了时间，提高了效率，同时改善了操作者的工作环境。4）机型较小，结构简单，易于操作与维护。

5 结论

综上所述，该剁椒机集聚了人工剁椒和机器剁椒的优点，既能降低操作者的劳动强度，提高工作效率，又能改善操作者的工作环境，获得的剁辣椒口感又好，适用于工厂小规模生产。此外，对那些产品形状无须规定、硬度不大的果肉果丁、中草药材也都适用。经检索，目前尚无剁椒机的研究和生产。该文设计的这款产品具有广泛的实用意义，可以预测，一旦投入使用，其市场应用和推广前景广阔。