基于移动式烤肉机的改进设计

摘 要：烤肉装置是一种烧烤食品的机械化设备，其主要功能是制作各种烧烤制品。现有市场的烤肉机大多数是手动操作的，在如今提倡节能环保的时代，弊端逐渐显现出来。如烤肉过程中，烤肉油滴遇火化为油烟产生有害物质，受热不均，能量耗费大、污染重、不安全等问题。基于以上问题，我们根据文献资料整理与分析及烤肉物料特性，设计出了一款移动式烤肉机，包括五大结构，分别为输送机构、刷料机构、插针机构、固定机构、加热器、防卡死机构，能够自动烤肉与刷料。并对关键部件进行设计校核及设计主要传动参数。本发明可以自动控制烤肉时间与刷料，既可防止热量大量散失，又可自动控制烤肉时间，同时实现自动刷料，并采用适当的建模仿真方法，结合热传递及热量消耗，合理控制系统参数和设计变量，使系统温度分布均匀，提高烤肉的味道与效率，从而弥补以上不足之处。具有节能环保、操作简单、效率高等优点。

关键词：烤肉；烤肉装置；建模仿真；温度控制

前言

烤肉机是一种烧烤食品机械设备，其主要功能是做各种烧烤制品。主要用于烧烤店铺、流动烧烤。烤肉现已成为一种遍布街头的休闲快餐主流食品之一。烤肉，作为人类最古老的肉制品加工方法，是将肉料直接在高温条件下干烤，使肉料表面产生一种焦化物，使制品外焦里嫩，风味独特[1]。烤肉具有烹调便捷、鲜嫩程度高等优点，并且调味方便，因此烤肉制品越来越受到消费者欢迎，尤其是受到青年消费者的青睐[2]。随着我国居民生活水平的不断提高，烤肉在我国的消费已出现快速增长的势头，在餐饮界烧烤肉制品产量不断增大的同时，它已稳步进入家庭消费[3]。

目前，电烧烤炉广泛在市场上使用，是一种热源直接作用于食物的直烧式电烧烤炉，其开放式的烧烤，会导致热量大量散失，且由于手工控制烧烤时间与刷料，会使受热不均，涂料不均，同时耗时耗力效率低。而碳烧烤炉还存在着污染环境和烤制时将肉制品滴下的油点燃使之分解并产生有害物质渗入烤肉中对人体产生一定的危害等缺点[4]。尽管食品专家指出烧烤食品是有害食品，但是没有给出解决问题的办法。所以研究各种新型的无污染的烧烤装置，不仅有着重要的环境意义和经济意义，而且还能满足人们对饮食的更高层次的需求，对国内的民生建设和经济建设具有极大的促进作用[5-8]。

1 系统结构

本项目是设计一种实现全自动烤肉的机械装置。为保证烤肉的全程自动化，本项目由机械部分和电路部分构成，机械部分主要由输送机构、刷料机构、插针机构、固定机构、加热器等部分组成。其工作过程为：打开相关电源，加热器开始产热，从入口处放置肉串，肉串经插针机构单个依次顺序到达输送机构，在到达插针机构之前有一个防卡死机构，该防卡死机构可防止肉串在下移过程中堆积过多以至于卡死，在到达输送机构后，输送机构开始运输肉串，至某一位置时，有固定机构阻止肉串继续前进，且肉串在原地转动，同时，刷料机构开始刷料，待刷料完毕之后，肉串继续移动，待一定时间后，肉串再次被阻止前进，再次被刷料，如此反复，直至由出口处输出。其内部整体结构图如图1所示。

如图1所示，该装置内部结构主要包括：电机，机架同步带，钢带，导杆，链条，加热器，横梁，从动轮等。

2 输送机构设计

输送机构主要是负责将已到达输送带的肉串运输至出口处，整个过程需经历前进、旋转停留、涂料、继续前进步骤，保证肉串在加热过程中有序进行。输送机构图如图2所示。

如图2所示，输送机构包括链条、从动轮、齿轮、轴、主动轮、电机，其中，链条与齿轮啮合，齿轮与轴通过键连接固定，轴通过键与带轮机构的从动轮固定，带轮机构的主动轮通过轴连接带动其转动的电机，该输送机构可实现肉串由入口处向出口处移动。

3 刷料机构设计

如图3所示，刷料机构包括4直板、12横梁、13导杆、14钢带、15横梁轴、16曲柄摇杆机构、17电机3、18同步带、19电机2，其中，12横梁的下部分穿过15横梁轴，15横梁轴的两端分别与4直板连接，33轴2的两端与4直板固定，33轴2通过16曲柄摇杆机构与使其竖直运动的19电机2连接，12横梁的上部分与14钢带固定，14钢带左右两侧的外部装有3带挡板，14钢带的下部分通过衔接块与18步带连接，18同步带连接使其转动的17电机3，12横梁的上部分有两根13导杆贯穿，13导杆的两端分别与1机架固定。

具体工作原理为：当直板4下降时，12横梁下降蘸料，随后4直板上升，12横梁抬起，此刻，动力机构通电旋转，并将动力输出给18同步带，18同步带通过衔接块带动14钢带移动，14钢带的移动带动与其固定的12横梁的水平移动，从而实现对肉串的刷料，该机构可实现12横梁的水平与竖直移动，进而实现刷料。

4 插针机构设计

如图4所示，插针机构包括22水平控制杆、23钢带、25滑块、29插针、34光杆，其中，22水平控制杆的两端上部连有25滑块，下部连有29插针与23钢带，23钢带2与4直板固定，25滑块与34光杆连接，34光杆的两端连有与机架固定的35光轴座。

具体工作原理为：电机2通电旋转，其动力通过涡轮蜗杆传输给16曲柄摇杆机构，16曲柄摇杆机构的运动带动9轴的竖直移动，9轴的两端固定有4直板，进而4直板不断的竖直移动，4直板的竖直移动可控制肉串的前进与停止。该机构可实现肉串的从入口处单个顺序进入输送机构。

5 电路部分设计

电路控制部分器件包括：键盘输入端，单片机控制端，电机驱动模块，温度测量及PID控制，液晶显示模块。其主要功能为：（1）实时显现温度便于控制；（2）可键盘输入；（3）电表显示功耗；（4）可定时开关机电路实物如图5所示。

6 结束语

随着我国居民生活水平的不断提高，烤肉在我国的消费已出现快速增长的势头，在餐饮界烧烤肉制品产量不断增大的同时，它已稳步进入家庭消费。该种烤肉机能够适用于家庭烤肉，具有造价低、应用场合广、造型小巧、功能齐全、安全卫生、烧烤封闭受热、用于自助式、大众化、节约能源等优点，能为人们民居家旅行提供便利。

参考文献

[1]张振，肉孜·阿木提.家用烤肉炉的设计与试验[J].粮油加工（电子版），2014，10：77-80.

[2]李少林.中华民俗文化[M].呼和浩特：内蒙古人民出版社，2016：1-2.

[3]王霞.烧烤条件对烤肉使用品质的影响[J].肉类工业，2004，9：6-9.

[4]碳烤对人体的3大危害[EB/OL].美辣酷，http：//www.meilaku.com.（2012-11-28）.

[5]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2000：148-150.

[6]常海军，徐幸莲，周光宏.肌内结蹄组织与肉嫩度关系研究[J].肉类研究，2009（7）：9-14.

[7]新疆烤羊肉串制作配方[EB/OL].http：//www.lovemshi.net/html/mspfl/21660.html.

[8]和轩.基于事理学的都市休闲烧烤产品设计研究[D].长沙：中南大学，2011.

作者简介：韩雪超（1992-），男，本科，主要研究方向：软件控制。

田金林（1993-），男，本科，主要研究方向：热学与传热学。

吴侠儒（1993-），男，本科，主要研究方向：机械设计。

李建（1992-），男，本科，主要研究方向：机械设计。