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程有關(guān). 現(xiàn)對一種新型柱狀面包成形機(jī)的結(jié)構(gòu)以及搓揉成形過程進(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)，其功能為對分割好的面團(tuán)搓圓和搓揉，見圖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),在頂部離開機(jī)體，進(jìn)入下一步操作. 此過程面團(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)工作過程分析

2.1 搓揉面團(tuán)的過程分析

搓揉面團(tuán)的過程如圖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，這一過程看作“揉”的過程；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，這一過程可以看作“搓”的過程. “搓”的過程也可以是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)，沒有轉(zhuǎn)動(dòng). 當(dāng)面團(tuán)到達(dá)B時(shí)，開始與壓板側(cè)壁相接觸，側(cè)壁對面團(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，這一過程主要是“揉”，而沒有“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，其作用是輔助長圓柱形面團(tuán)順利進(jìn)入兩軋輥之間. 在擠壓成片的過程中，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程. 成卷裝置如圖6，傳送過程如圖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，后者對面團(tuán)具有更強(qiáng)的揉搓作用，且作用時(shí)間更長，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)對面團(tuán)的搓揉過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對變半徑隧道式壓板的工作原理及阻尼鏈成卷的過程進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)出一種新型柱狀面包坯成形機(jī).