一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的一体式实验装置的制作方法

本发明涉及一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的设备，具体涉及一种可实现从食品分选、镶样、环境调控下的摩擦磨损实验，到磨损表面实时检测的一体式实验装置。

背景技术：

随着人们对食品需求种类和要求的不断提升，食品加工成为不可避免的环节。在食品加工及运输过程中，食品总是与食品机械以及运输机械表面接触并产生不同程度的摩擦磨损。食品机械表面的磨损情况将显著影响机械部件的寿命，同时也会不同程度上影响食品安全。食品对机械表面的摩擦磨损会导致一系列问题，磨损导致的食品机械表面粗糙度可能会降低食品加工效率和加工质量，也易于引起食品残留并易于细菌粘附繁殖，从而发生变质隐患。因此有必要在食品加工过程中对摩擦磨损过程进行模拟和监控。

模拟食品和食品机械摩擦磨损需要解决以下几方面的主要问题。一是食品试样来源的可靠性；二是食品试样的可实验性；三是摩擦磨损实验过程的可控性；四是摩擦磨损过程的检测。食品试样来源的可靠性方面，在模拟食品加工过程中首先需要对食品原料进行筛选以保证实验的准确性及可重复性，人工筛选食品存在较大误差，会影响实验的准确性并且当所需实验食品较多时人工筛选工作量较大，可靠性问题亟待解决。食品试样的可实验性方面，筛选后的食品需要采用镶样的方法获得可用于摩擦磨损试验机夹持的试样，以便进行摩擦磨实验，采用牙托粉和牙托水进行冷镶很适合食品的镶样，但是由于镶样过程需要关注镶样液液面高度，还伴有刺鼻味道且易于粘结到手上，因此镶样过程很不方便，手工镶样比较复杂且劳动强度较大。摩擦磨损过程的可控性方面，由于不同种类食品加工过程的巨大差异，实验过程中的温度、湿度、转速等都需要进行调节和模拟，这对实验过程及结果有着非常重要的影响。摩擦磨损过程的检测方面，食品作为有机物，对摩擦磨损过程中的温度和氧化的敏感性，会导致其摩擦表面的磨损产物以及食品试样表面在不同条件下发生相应的变化，而及时检测这些变化非常的重要，否则在实验结束后再进行检测时，往往试样表面会因温度变化已经发生新的变化。然而，现有的模拟食品和食品机械之间摩擦磨损的设备还极少，并且在食品样品筛选、制样、环境调节和实时检测等方面考虑的较少，难以满足对食品和食品机械摩擦磨损的模拟。

因此，急需开发一种可以自动进行食品筛选、镶样、摩擦磨损实验，并可进行实验过程环境调控和磨损表面实时检测的一体式模拟食品和食品机械摩擦磨损的设备。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的一体实验装置。

本发明采用的技术方案是：一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的一体实验装置，包括食品分选器、镶样装置、升降装置、摩擦磨损实验装置、检测调节装置、辅助执行装置。

本发明提供的模拟食品和食品机械摩擦磨损全过程的实验装置还采用如下附属技术方案：

所述辅助执行装置包括第一机械手、第二机械手、第三机械手，所述升降装置位于所述镶样装置和所述摩擦磨损实验装置之间，所述第一机械手位于所述食品分选器与所述镶样装置之间，所述第二机械手位于所述镶样装置与所述升降装置之间，所述第三机械手位于所述升降装置与所述摩擦磨损实验装置之间。

所述食品分选器包括食品输送机构、食品分选机构、食品检测机构、食品收集机构，所述食品分选机构与所述食品输送机构一端相连，所述食品检测机构设在所述食品输送机构上方，所述食品收集机构设在所述食品分选机构下方，所述食品收集机构包括合格品料仓，不合格品料仓，所述食品检测机构包括激光扫描器、表面粗糙度测试仪，所述食品检测机构检测的合格品尺寸要求误差控制在规定范围以内。

所述食品分选机构包括落料斗、分选通道，所述落料斗位于所述输送机构一端，所述分选通道位于所述落料斗下方。

所述镶样装置包括箱体、孔板、液位传感器、搅拌器，所述箱体包括进液阀，所述搅拌器包括进粉口、进液口、出液口、叶轮，所述盖板包括位置传感器，所述出液口一端与所述搅拌器连接，另一端与所述箱体连接。

所述升降装置包括升降板、载物盘、旋转轴定轴，所述固定轴一端位于所述载物盘中间位置上，一端固定于所述升降板。

所述摩擦磨损实验装置包括机架、上实验台、下实验台、支撑装置、保护盖板，所述保护盖板包括侧边升降门，所述检测调节装置包括拉曼光谱仪、光学显微镜、实验环境调节装置、旋转轮、连杆。

所述上实验台与所述机架相连，所述下实验台固定在所述支撑装置上，所述实验环境调节装置固定在所述保护盖板上，所述旋转轮安装在所述支撑装置上，所述光学显微镜和所述拉曼光谱仪固定在所述支旋转轮上，所述支撑装置包括伸缩台，旋转盘，所述伸缩台包括旋转装置。

所述实验环节调节装置包括调温装置、调湿装置，所述实验环节调节装置固定在所述保护盖板右侧上下两端，所述调温装置包括出风管、排风控制阀、回流管，所述排风控制阀安装在所述出风管上端，所述回流管安装在所述保护盖板下部，所述出风管内部安装有温度控制器，所述保护盖板内部安装有风扇、加热器，所述调湿装置包括单片机、湿度传感器、继电器、加湿器。

所述摩擦磨损实验装置包括往复式摩擦磨损装置、旋转式摩擦磨损装置，通过控制所述旋转装置是否旋转可分别实现所述往复式摩擦磨损装置和所述旋转式摩擦磨损装置，当所述旋转装置旋转时，上试样台固定，下试样台旋转，可实现旋转式摩擦磨损装置，当所述旋转装置固定时，上试样台往复移动，下试样台固定，可实现往复式摩擦磨损装置。

按照本发明所提供的一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的一体式实验装置，与现有技术相比，本发明有如下优点：第一，本发明实现了从食品试样来源筛选到镶样到摩擦磨损再到磨损表面检测的全过程，这种一体式设计最大程度上避免了由于人为因素导致的实验误差，使得食品和食品机械摩擦磨损的模拟变得更为精确，也最大程度上解放了实验人员；第二，本发明引入食品分选器的设计，对食品进行自动筛选并镶样，减少了人为误差，节省了人力并且通过对食品的形状、直径和粗糙度进行同等标准的自动筛选，增强了实验结果的准确性和可重复性；第三，本发明可实现实验过程中的温度、湿度进行调节，可以使实验保持在规定温度下，也可以通过调节温度而改变实验条件，从而可以根据不同食品加工过程中的实际情况进行温度和湿度的模拟；第四，通过光学显微镜和拉曼光谱仪的转换可以对样品表面形貌和微观结构进行实时检测，对磨损表面的磨痕和磨损产物进行实时分析，获得更为准确的信息，避免了现有的实验由于分析过程中的时间间隔导致摩擦表面产物发生变化的问题；第五，通过控制旋转装置是否旋转可以分别实现往复式摩擦磨损和旋转式摩擦磨损，适合于不同的测试条件。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是食品分选器的结构示意图

图3是镶样装置的结构示意图

图4是孔板结构的结构示意图

图5是检测调节装置的结构示意图

图6是调温装置的结构示意图

图7是调湿装置的结构示意图

图8是载物盘的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，一种模拟食品和食品机械摩擦磨损的一体实验装置，包括食品分选器1、镶样装置2、摩擦磨损实验装置3、检测调节装置、辅助执行装置。

所述辅助执行装置包括第一机械手51、第二机械手52、第三机械手53、升降装置54，所述升降装置54位于所述镶样装置2和所述摩擦磨损实验装置3之间，所述第一机械51手位于所述食品分选器1与所述镶样装置2之间，所述第二机械手52位于所述镶样装置2与所述升降装置54之间，所述第三机械手53位于所述升降装置54与所述摩擦磨损实验装置3之间，所述第一机械手51将筛选好的食品放入镶样装置2中，所述第二机械手52将镶好的样品放入所述升降装置54中，所述第三机械手53将样品从所述升降装置54中取出放入所述摩擦摸实验装置3中，所述升降装置54可以实现一次运输多个样品。

参见图1和图2，所述食品分选器1包括食品输送机构11、食品分选机构12、食品检测机构13、食品收集机构14，所述食品分选机构12与所述食品输送机构11一端相连，所述食品检测机构13设在所述食品输送机构11上方，所述食品收集机构14设在所述食品分选机构12下方，所述食品收集机构14包括合格品料仓141，不合格品料仓142，所述食品检测机构13包括激光扫描器131、表面粗糙度测试仪132，所述食品检测机构13通过激光扫描器131对食品外形进行扫描并通过电脑软件计算食品直径，所述表面粗糙度测试仪132对食品表面光滑度进行检测，当食品的外形、直径、表面光滑度三者的误差均在3%以内（所述误差标准的控制可根据实际需要进行调整），进入合格品料仓141所连接的分选通道122，当食品的外形、直径、表面光滑度三者的误差只要有一个大于3%（所述误差标准的控制可根据实际需要进行调整）则进入不合格品料仓142所连接的分选通道122。

参见图2，所述食品分选机构12包括落料斗121、分选通道122，所述落料斗121位于所述输送机构一端11，所述分选通道122位于所述落料斗121下方。

参见图3和图4，所述镶样装置2包括箱体21、孔板22、液位传感器23、搅拌器24，所述箱体21包括进液阀211，所述搅拌器24包括进粉口241、进液口242、出液口243、叶轮244，所述出液口243一端与所述搅拌器24连接，另一端与所述箱体21连接，牙托粉从所述进粉口241进入所述搅拌器，所述牙托水从所述进液口242进入所述搅拌器，然后所述进粉口241、所述进液口242、所述进液阀211关闭，通过所述叶轮244旋转均匀搅拌镶样液，搅拌完成后打开所述进液阀211使镶样液流入所述箱体21，所述箱体21用来存储镶样液，所述液位控制器23用来控制镶样液的液位高度，所述液位传感器控制所述进液阀211的开合，当所述箱体21内的镶样液高度达到液位高度时，所述进液阀211关闭，当所述箱体内的镶样液高度未达到液位高度时，所述进液阀211打开使镶样液继续流入至箱体中，所述孔板22使食品混匀地分散并可一次进行多个样品镶样。

参见图1和图8，所述升降装置54包括升降板541、载物盘542、旋转轴543、固定轴544，所述固定轴544一端位于所述载物盘542中间位置上，一端固定于所述升降板541，所述固定轴544可以调节所述载物盘542与所述升降541板之间的距离以保证食品在运输过程中可以稳定且不破坏食品原有形状，所述载物盘542有多个孔可以放置多个试样并且孔的大小不一致适合于不同尺寸的镶样样品，当镶样样品的尺寸改变时无需更换载物盘，所述旋转轴544按照所述载物盘542的分格角度顺时针旋转一定角度，所述第二机械手52将多个样品分次放入适合的分格中，所述旋转轴544逆时针旋转相同角度可以使所述第三机械53手取出样品，所述固定轴544可以根据样品的高低提调整高度，保证所述升降装置54可以稳定的运送样品而不使样品产生损伤。

参见图1和图5，所述摩擦磨损实验装置3包括机架31、上实验台32、下实验台33、支撑装置34、保护盖板35，所述保护盖板35包括侧边升降门351，所述检测调节装置包括拉曼光谱仪41、光学显微镜42、实验环境调节装置43、旋转轮44、连杆45，所述拉曼光谱仪41对样品的成分进行分析，所述光学显微镜42时时检测样品的微观结构变化，所述保护盖板35有利于进行温度和湿度调节，通过所述侧边升降门351的开合以及所述第三机械手53的配合可以实现试样自动放入至所述下试样台33中，所述上试样台32用来安装上试样，所述下试验台33用来安装下试样。

所述上实验台32与所述机架31相连，所述下实验台33固定在所述支撑装置34上，所述实验环境调节装置43固定在所述保护盖板35上，所述旋转轮44安装在所述支撑装置34上，所述拉曼光谱仪41、所述光学显微镜42固定在所述支旋转轮44上，所述支撑装置34包括伸缩台341，旋转盘342，所述伸缩台341包括旋转装置3411，所述伸缩台可以调节下实验台33和上实验台32的距离，所述机架31支撑所述摩擦磨损装置3，所述旋转轮44可以实现所述拉曼光谱仪41和所述光学显微镜42的切换。

参见图5至图7，所述实验环节调节装置43包括调温装置431、调湿装置432，所述实验环节调节装置43固定在所述保护盖板35右侧上下两端，所述调温装置431包括出风管4311、排风控制阀4312，回流管4313，所述排风控制阀4312安装在所述出风管4311上端，所述出风管4311内部安装有温度控制器4314，所述回流管4313安装在保护盖板35下端，所述保护盖板35内部安装有风扇4315、加热器4316，所述调湿装置432包括单片机4321、湿度传感器4322、继电器4323、加湿器4324，当所述温度控制器4314感应到实验温度低于所要求温度时，所述调温装置431通过所述风扇4315和加热器4316的配合形成热风，利用热风进行温度调节，并通过出风管4311和回流管4313配合形成热风流的循环，实现热风的循环使用，合理利用热量，效率高，当所述温度控制器4315感应到实验温度低于所要求温度时，所述调温装置431只打开风扇4315，通过出风管4311和回流管4313的配合降低实验温度，所述调湿装置432以单片机4321为最小控制单元，采用湿度传感器4322采集温湿度模拟量信息，当湿度值低于所设阈值时，继电器4323响应，控制加湿器4324工作，当湿度达到阀值时，室内湿度达到舒适值，加湿器4324停止工作。

本发明的具体使用过程如下:将食品从食品分选机构12的落料斗121倒入，通过食品检测机构13的激光扫描器131和表面粗糙度测试仪132对食品的形状、直径、表面粗糙度进行检测。当食品的外形、直径、表面光滑度三者的误差均在3%以内，进入合格品料仓1141所连接的分选通道122，当食品的外形、直径、表面光滑度三者的误差只要有一个大于3%则进入不合格品料仓142所连接的分选通道122。通过所述食品输送机构11将食品输送至相应分选通道122，第一机械手51将筛选好的合格品从合格品料仓1141放入镶样装置2的孔板22中，进入镶样过程。牙托粉从进粉口241进入搅拌器24，牙托液从进液口242进入搅拌器24，进粉口241、进液口242、进液阀211均关闭，通过叶轮244旋转均匀搅拌镶样液，搅拌完成后打开进液阀211使镶样液流入箱体21，箱体21用来存储镶样液。液位控制器23控制镶样液的液位高度，当箱体21内的镶样液高度达到液位高度时，进液阀211关闭，当箱体21内的镶样液高度未达到液位高度，所述进液阀211打开使镶样液继续流入至箱体21中，直至达到液位高度，镶样液均匀进入至孔板22中。待镶样完成后由第二机械手52从镶样装置2中取出样品放入所述升降装置54的载物盘52中，通过改变固定轴544的高度来调节载物盘52与升降板541之间的距离。旋转轴543按照载物盘52的分格角度顺时针旋转一定角度，使第二机械手52将多个试样分次放入适合的分格中，由升降装置54运送至摩擦磨损实验装置3的相同高度处，旋转轴543逆时针旋转相同角度使第三机械手53取出样品放入下试样台33中并通过伸缩台341调节下实验台33和上实验台32距离并加载后，进入摩擦磨损实验过程。摩擦磨损实验可以分为两种情况，第一种情况，上试样台32固定，下试样台33由旋转装置3411带动旋转，为旋转式摩擦磨损装置，第二种情况，上试样台32往复移动，下试样台33固定，为往复式摩擦磨损装置。通过调温装置431和调湿装置432对温度，湿度进行调节，当实验温度低于所要求温度时，调温装置431通过风扇4315和加热器4316的配合形成热风，利用热风进行温度调节，并通过出风管4311和回流管4313配合形成热风流的循环；当实验温度高于所要求温度时，调温装置431只打开风扇4316，通过出风管4311和回流管4313的配合降低实验温度，当湿度值低于所设阈值时；继电器4323响应，控制加湿器4324工作，当湿度达到阀值时；室内湿度达到要求值，加湿器4324停止工作。光学显微镜42时时检测试样的微观形貌，通过电脑记录数据，当微观结构改变时，通过旋转轮44使拉曼光谱仪41检测样品表面及摩擦磨损表面的成分并记录。