微型电动阿胶胶块粉碎机研制

摘 要：本文研制一种可以对固体阿胶胶块粉碎和计量的、电动的、便携的粉碎设备。根据阿胶一般服用要求，本文研究设计了一种铣削方式阿胶粉碎机。首先分析铣削机理并计算铣削力并阐述了粉碎机的结构设计特点和方案；对其各零部件进行了三维建模，完成了整机装配图；设计了电子秤系统，完成功能要求，加工了样机，模拟真实服用情况进行了实验，得到的阿胶粉末细小均匀，效率较高。

关键词：阿胶 粉碎机 铣削方式 微型电动

中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0035-01

阿胶是一种具有易粘结、名贵、硬度很大等特殊性质的传统名贵中药，因此为具有这些特殊性质，消费者感到难以服用，因而粉碎成为阿胶消费链条最后必须面对的问题。而现在市场上成品化的中药粉碎机主要有手提式高速中药粉碎机、摇摆式高速中药粉碎机、台式连续投料粉碎机等[1]。该类型粉碎机都是利用粉碎刀片高速旋转撞击来实现干性物料的一般性粉碎。它由粉碎室、粉碎刀片、高速电机等组成[2]。物料直接放入粉碎室中，旋紧粉碎室盖，开机1～3min便可完成粉碎。整体来看，这些中药粉碎机粉碎细度高，速度快，适用范围较广，但是结构仍不够紧凑，难以做到即服即打，定量粉碎，且高速刀片撞击药品噪音比较大。因此，本文针对这种情况，进行了一系列设计工作，开发一种能做到即服即打，小巧轻便，且粉碎效果好于以上粉碎机的小型粉碎设备。

1 结构设计

一台完整的机器按功能划分由三部分组成：原动部分、执行部分、传动部分。原动部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。原动部分功能是把其他形式的能量转换为可以利用的机械能[3]。本设计需制作出样机，同时考虑获取电源方便、体积小的特点，选择直流电机。

执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。一台机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解为多个执行部分。本设计的执行部分设计重点就是刀具（铣刀）设计。通过铣刀切削阿胶胶块，使胶块粉碎，完成机器的预定功能。

机械传动装置是绝大部分机器不可缺少的重要组成部分，因该粉碎机安装空间的限制，要使电动机伸出轴与粉碎机主轴呈空间交错90°角布置，考虑加工方便、效率尽量高，采用锥齿轮传动。

简单机器只由上述三个基本部分组成。随着机器的功能越来越复杂，对机器的精确度要求也就越来越高，除了以上三个部分外，还会不同程度的增加其他部分，本设计采用单片机作为控制核心，控制电动机的起动与停止；通过电子秤测量胶块粉末的质量；LCD作为人机界面。辅助部分是为了提高和完善机器的功能所设置的系统，如设计中进料斗上部安装盖子，防止机器在不使用时灰尘等杂物落入，起到保洁作用。信息测量与处理系统是采集、处理、传输信息的装置，本设计采用单片机完成，使机器达到机电一体化水平。根据上述分析，确定本机器的整体设计方案分为（1）原动部分（2）执行部分（3）传动部分（4）控制部分（5）测量与显示部分。

绘制出粉碎机内部主要结构三维模型。胶块由进料口进入，电动机带动刀具转动，铣削胶块。胶块铣削后粉末经出料口落入称量杯中。为了防止粉碎的胶块粉末随刀具高速旋转飞出泄露，设计了出料口封板将刀具罩住，形成一个腔体。

本设计刀具材料选用420J2（13Cr-0.3C）的“刃具级”马氏体钢，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，电机限于尺寸和转速，选用SG-545直流减速电机，空载转速1200r/min，负载转速960r/min，输出功率30W。

2 电子秤系统设计

电子秤主要由以下三部分组成：

（1）承重、传力复位系统。它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等[4]。

（2）称重传感器。即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

（3）测量显示和数据输出的载荷测量装置。即处理称重传感器信号的电子线路和指示部件，其工作原理为：通过称重传感器采集到胶块粉末的重量并将其转换成微弱的电压信号，而后经过放大电路处理后，送入单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，控制器经过运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，将其送到LCD显示屏中显示。

2.1　称重传感器设计

本设计采用电阻应变式称重传感器。其主要由弹性体、电阻应变片、电缆线等组成。当传感器不受载荷时，弹性体不产生应变，粘贴在其上的应变片将不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性体受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。电桥的输出电压和4个桥臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比，由此测得测量信号[4，5]。

2.2 滤波放大电路设计

称重传感器输出电压振幅范围0～20mV。而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的（70～150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，差动放大器可满足此放大要求[5]。

采用本方案粉碎后的粉末粒度细，易服用，黑褐色的胶块粉碎后形成蓬松的浅黄色碎屑，入水即溶，真正实现了即打即冲即服，能大大改善人们的服用便捷性。

3　结语

名贵中药东阿阿胶由于成药形状为固体，给消费者的服用带来了很大的不便。本文就是针对这一实际需要而设计研制了一种微型电动、可以精确计量的粉碎设备。取得以结论：

（1）综合分析铣削方式和阿胶胶块的特点，研究设计了一种以铣削方式加工阿胶胶块的粉碎机械，确定阿胶粉碎机的整体方案，并对所设计的粉碎机进行了三维建模和装配。这为制作物理样机提供了加工数据。

（2）完成了电子秤系统的设计，为粉碎机提供实时计量功能，是本款粉碎机实现了即打即服这一服用新理念，并通过物理样机测试实验，获得粉碎效果很好，方便服用的阿胶粉末，证实了铣削这一加工方式在阿胶胶块粉碎应用中的可行性。

参考文献

[1]　唐硕.移动式枝娅粉碎机的设计及研究[D].哈尔滨：北方工业大学机械设计及理论学科硕士学位论文，2011：7-8.

[2]　张娜.一种多用途粉碎机的设计与研制[D].北京：北方工业大学机械设计及制造硕士学位论文，2010.

[3]　施桂德.国外磨机的种类及磨矿流程[J].化工矿山技术，1983，6：43-46.

[4]　郑文虎.机械加工常用计算[M].北京：机械工业出版社，2009：106-110.

[5]　黄金榕.基于单片机的电子秤设计[D].成都：电子科技大学自动化学科学士学位论文，2010.

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