繩以健， 劉玉德， 張有忱

(1.總后軍需裝備研究所， 北京 100010；2.北京工商大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 北京 100048；3.北京化工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 北京 100029)

在面包制作中，面粉和水在和面機(jī)中經(jīng)過(guò)揉和形成面團(tuán)后，需經(jīng)分割機(jī)分割，形成制作面包的小面團(tuán)，小面團(tuán)再經(jīng)過(guò)揉搓，獲得面包的外觀形狀，并使面團(tuán)內(nèi)部的氣孔在搓揉的作用下進(jìn)一步細(xì)化變小，氣體分布更加均勻，為下一步醒發(fā)做準(zhǔn)備. 因此，面團(tuán)醒發(fā)之前的搓揉或搓圓是一道關(guān)鍵的工序，面包成品的外觀質(zhì)量以及內(nèi)部致密度的均勻性都與搓圓的成形過(guò)程有關(guān). 現(xiàn)對(duì)一種新型柱狀面包成形機(jī)的結(jié)構(gòu)以及搓揉成形過(guò)程進(jìn)行研究與分析.

1 主要結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 現(xiàn)有機(jī)構(gòu)分析和工作原理

1.電機(jī) 2.皮帶輪 3.蝸輪 4.渦輪箱 5.主軸支撐架 6.軸承座 7.機(jī)架 8.支撐架 9.調(diào)節(jié)螺釘 10.固定螺釘 11.控制板 12.開(kāi)放式翼型螺栓 13.撒粉盒 14.軸 15.拉桿 16.頂蓋 17.轉(zhuǎn)桿 18.貯液桶 19.放液嘴 20.托盤 21.法蘭盤 22.軸承 23.主軸 24.連接板

現(xiàn)有面團(tuán)成形及搓揉由搓圓機(jī)完成，主要用于圓形面包制作. 搓圓機(jī)為傘形結(jié)構(gòu)，其功能為對(duì)分割好的面團(tuán)搓圓和搓揉，見(jiàn)圖1. 主要包括電機(jī)、轉(zhuǎn)體、螺旋導(dǎo)板、撒粉裝置及傳動(dòng)裝置等. 當(dāng)搓圓時(shí)，首先將分割機(jī)分割的面團(tuán)由轉(zhuǎn)體底部進(jìn)入螺旋形導(dǎo)槽,由于傘形轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)及固定導(dǎo)板為圓弧形狀,使導(dǎo)板與面團(tuán)、面團(tuán)與轉(zhuǎn)體傘形表面之間產(chǎn)生摩擦力,由于面團(tuán)在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)受離心力作用,使面團(tuán)沿螺旋型導(dǎo)槽由下向上運(yùn)動(dòng),在頂部離開(kāi)機(jī)體，進(jìn)入下一步操作. 此過(guò)程面團(tuán)既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn),既有滾動(dòng)又有微量滑動(dòng),通過(guò)這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成要求的圓球形[1-4].

1.2 新型柱狀面包坯成形機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

新型柱狀面包坯成形機(jī)將面團(tuán)揉搓、壓片合成一體，適合于制作卷式面包，可使面包一次成形，減少了后續(xù)工序. 為進(jìn)一步加大對(duì)面團(tuán)的揉搓力，在新型機(jī)構(gòu)中除了保留搓團(tuán)的運(yùn)動(dòng)外，還增加了立搓工序，提高了揉搓效果，使面團(tuán)內(nèi)氣孔更加致密和均勻，提高了面包的質(zhì)量. 新型機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括搓團(tuán)、立搓、擠壓成片、制卷4個(gè)階段，如圖2.

1.變半徑隧道式壓板 2，4，7.傳送帶 3.立搓壓板 5.引導(dǎo)輥 6.壓片輥 8.阻尼鏈

2 新型柱狀面包坯成形機(jī)工作過(guò)程分析

2.1 搓揉面團(tuán)的過(guò)程分析

搓揉面團(tuán)的過(guò)程如圖3，圖3a是面團(tuán)在板1和3之間的情況；圖3b是當(dāng)3板固定時(shí)，若2板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，則面團(tuán)受到擠壓而產(chǎn)生變形，這一過(guò)程看作“揉”的過(guò)程；圖3c為當(dāng)3板固定，2板作橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，被側(cè)向剪切和拉伸，產(chǎn)生剪切變形，這一過(guò)程可以看作“搓”的過(guò)程. “搓”的過(guò)程也可以是2板與3板都作運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向相反. “揉”的過(guò)程也可以是2板作向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，3板作向上的運(yùn)動(dòng).

圖3 揉面包胚示意Fig.3 Diagram of kneading paste of bread

1.面團(tuán) 2.動(dòng)板 3.固定板

(1)

式(1)中n為常數(shù)，對(duì)于牛頓流體n=1，當(dāng)n≠1時(shí)為非牛頓流體，φ為動(dòng)力粘度.

(2)

2.2 成形機(jī)工作過(guò)程分析

2.2.1搓團(tuán)階段

搓團(tuán)采用如圖5的變半徑隧道式壓板的結(jié)構(gòu)形式. 面包胚成團(tuán)過(guò)程如圖6. 在圖6中，當(dāng)面團(tuán)位于A時(shí)，面團(tuán)隨著傳送帶一起移動(dòng)，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng). 當(dāng)面團(tuán)到達(dá)B時(shí)，開(kāi)始與壓板側(cè)壁相接觸，側(cè)壁對(duì)面團(tuán)產(chǎn)生向右的作用力Fb，阻止面團(tuán)前進(jìn)，而傳送帶對(duì)面團(tuán)產(chǎn)生的牽引力FB，要帶動(dòng)面包繼續(xù)移動(dòng). 這兩個(gè)力對(duì)面團(tuán)產(chǎn)生了剪切作用. 同時(shí)，這兩個(gè)力形成的力偶，將使得面團(tuán)產(chǎn)生側(cè)向轉(zhuǎn)動(dòng). 當(dāng)面團(tuán)移動(dòng)到C時(shí)，面團(tuán)的兩側(cè)與上部均與壓板相接觸，對(duì)面團(tuán)施加了FC1、FC2、FC3的作用力，3個(gè)力的合力與傳送帶對(duì)面團(tuán)產(chǎn)生的牽引力FC形成一個(gè)力偶，使得面團(tuán)在前進(jìn)方向上翻滾轉(zhuǎn)動(dòng). 由于壓板為變半徑隧道，這組力對(duì)面團(tuán)既形成“搓”的作用又形成“揉”的作用.

圖5 隧道式壓板Fig.5 Tunnel-like pressing plate

圖6 面包胚成團(tuán)過(guò)程Fig.6 Shaping process of bread-paste

2.2.2立搓階段

立搓的工作原理與圖4基本相同，可以對(duì)面團(tuán)形成搓揉的作用. 采用立式搓揉主要是為了方便下一道擠壓成片工序. 立搓后的面團(tuán)成為一個(gè)直立的長(zhǎng)圓柱體，這樣，很容易進(jìn)入擠壓輥進(jìn)行壓片.

2.2.3擠壓成片階段

在制卷工序之前，須將面團(tuán)軋成片狀，面團(tuán)在兩個(gè)軋輥擠壓作用下成片. 此時(shí)兩輥的線速度相同，這一過(guò)程主要是“揉”，而沒(méi)有“搓”的作用. 由于此時(shí)的擠壓率非常大，故“揉”的效果非常明顯. 圖3中上面的輥?zhàn)?為導(dǎo)向輥，其作用是輔助長(zhǎng)圓柱形面團(tuán)順利進(jìn)入兩軋輥之間. 在擠壓成片的過(guò)程中，還可以將面團(tuán)中的空氣擠出，使面團(tuán)更加致密均勻.

2.2.4制卷階段

制卷是將面片卷成卷的過(guò)程. 成卷裝置如圖6，傳送過(guò)程如圖7. 首先，傳送帶將面片帶入成卷裝置(圖7a)，繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，面片前部接觸到阻尼鏈，阻尼鏈對(duì)面片的力將面片前部抬起(圖7b)，再往前移動(dòng)時(shí)，面片被卷起(圖7c)，最后成卷送出(圖7d). 整個(gè)制卷過(guò)程中阻尼鏈起到了非常重要的作用，它既可以讓面片成卷，又不會(huì)將面卷逐漸變大，較好地實(shí)現(xiàn)了卷式面包的搓揉以及成形效果.

圖7 制卷過(guò)程Fig.7 Process of rolling shaping

3 結(jié) 論

1)比較了傳統(tǒng)面包搓圓機(jī)與新型柱狀面包坯成形機(jī)的機(jī)理，結(jié)果表明，后者對(duì)面團(tuán)具有更強(qiáng)的揉搓作用，且作用時(shí)間更長(zhǎng)，擠壓力更大，效果更好.

2)新型機(jī)構(gòu)揉搓作用更強(qiáng)，使面團(tuán)的彈性模量增大, 變形量減小, 面筋力增加,內(nèi)部組織更加細(xì)密，氣體分散更加均勻,在醒發(fā)中更能有效保持氣孔中的氣體, 使面團(tuán)內(nèi)部氣孔均勻且致密.

3)對(duì)面團(tuán)的搓揉過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)變半徑隧道式壓板的工作原理及阻尼鏈成卷的過(guò)程進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)出一種新型柱狀面包坯成形機(jī).