宋永忠

包頭市稀寶博為醫(yī)療系統(tǒng)有限公司 內(nèi)蒙古包頭 014030

食品加工設備的機械設計初探

宋永忠

包頭市稀寶博為醫(yī)療系統(tǒng)有限公司 內(nèi)蒙古包頭 014030

食品機械設計在機械設計中是一項比較特殊的工作，既要考慮機械設計的一般特點；又要考慮食品在加工過程中的食品安全問題，防止食品被污染；同時被加工食品種類繁多，食品加工機械的種類繁多，所以設計人員在設計時應根據(jù)被加工食品的特點綜合考慮。

機械設計，食品設備，結(jié)構要求，選材要求

縱觀國內(nèi)外食品機械行業(yè)，當前我國的食品機械發(fā)展水平與國外存在著一定的差距，尤其是與發(fā)達國家比，普遍存在技術含量低、產(chǎn)品質(zhì)量差、成套性不強等問題，先進大型的食品設備的進口量遠遠高于國產(chǎn)量，這種狀況在乳品機械和包裝機械方面表現(xiàn)尤為突出。

我國的食品機械工業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了幾十年的歷程，一個從無到有，從弱到強，逐步發(fā)展壯大、完善起來的過程，特別是近些年來，隨著我國科技水平及人民生活水平的不斷提高，人們對食品種類的需求以及對食品質(zhì)量的要求也逐漸提高，由于需求的增加促進了食品機械行業(yè)的快速發(fā)展。食品機械工業(yè)逐步形成了一個相對獨立的機械工業(yè)。

基于我國食品安全日趨嚴峻，國家對食品機械的研究與使用非常重視，2009年1月發(fā)布了《GB16798-食品機械安全衛(wèi)生》標準。此標準明確了設計人員在從事食品機械設備的設計時要遵循的一些基本原則；材料選用方面注意事項；在制造、加工方面的一些安全衛(wèi)生標準。此標準不僅適用于食品加工機械，同樣也適用于食品包裝機械。此標準為廣大工程技術人員在設計食品機械的過程中指明了方向。食品設備的機械設計要符合一般機械設計規(guī)律及原則，同時食品設備的機械設計也有其特殊性。

1 食品機械設備結(jié)構要求

1.1 設計人員在設計時應考慮設備結(jié)構特點、用于產(chǎn)品輸送管道布局和連接部分應過渡光滑，不應有凹陷及死角。

1.2 食品機械與食品接觸的零部件盡量不采用焊接結(jié)構，以免焊接時破壞不銹鋼的成分以降低產(chǎn)品耐腐蝕能力。

1.3 轉(zhuǎn)動的機械部件與被加工產(chǎn)品接觸并需要加裝軸承時，應選用非潤滑型的。如確需選用潤滑型的軸承，應該在加工產(chǎn)品與軸承之間設計密封裝置，以防軸承上的潤滑脂污染加工產(chǎn)品。

1.4 食品機械的加工區(qū)域應該與外部環(huán)境隔離，在特殊情況下，如果無法與外部環(huán)境完全隔離至少應加保護罩來進行防護。

1.5 在與產(chǎn)品設備接觸表面上的塑料件、橡膠件等應連續(xù)黏結(jié)牢固，保證在正常工作狀態(tài)下不脫落。

1.6 有些食品加工設備的工作壓力或工作溫度較高，設計之初要考慮必要措施以免密封損壞時傷及操作者。

1.7 食品設備中需要拆洗的部件，應設計成很容易拆卸的結(jié)構，在拆裝過程中最好不用特殊工具就能完成操作。例如，物料管道連接處采用快拆結(jié)構；夾緊機構盡量采用蝶形螺母等。

1.8 食品加工設備中不可拆卸零部件需要清洗時，其設計結(jié)構應有利于清洗及清洗后的檢查。

1.9 設備排料口部位應設計成向排口方向傾斜一定的角度，以利于物料的排出。

2 選材要求：

在食品機械設備的設計中涉及的材料非常廣泛，除了應用各種金屬材料、各種合金材料外，還有一些非金屬材料被用到食品設備的設計當中。由于食品生產(chǎn)的影響因素較多、工藝條件復雜，對材料及其性能有著不同的要求，所以要求設計人員必需熟練掌握各種材料性能，才能在設計時運用自如，做出正確的選擇。

2.1 碳鋼材料：

普通碳鋼的含碳量一般小于2.11%，除了鐵、碳基本元素和一些少量雜質(zhì)（硅、錳、磷、硫等含量限定）外，不含其他合金元素。工業(yè)用碳鋼的含碳量一般控制在0.05%～1.35%以內(nèi)。碳鋼的機械性能主要取決于含碳量的多少。隨著碳鋼中含碳量的增加，碳鋼的機械強度、硬度隨之升高，塑性、韌性和焊接性能則變差。與其他鋼類相比，因其成本低，加工制造工藝簡單，韌性和塑性很好，焊接性能優(yōu)良，沒有回火脆性，綜合性能較好，在一般機械設計中應用非常廣泛。由于本身材料成分的原因，容易生銹，耐腐蝕性能較差，不應該被用在有直接接觸的食品介質(zhì)中。主要用在食品機械的機座、箱體、機架等結(jié)構部件上。

碳鋼材料在耐磨損、耐疲勞、沖擊韌性等方面的性能非常優(yōu)越，因此也可用在食品機械的傳動、動力部件上。

2.2 不銹鋼材料：

不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱，是指在空氣、化學腐蝕或蒸汽等弱腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種合金鋼；它的耐腐蝕能力取決于它的材料組成、表面機械加工狀態(tài)、使用環(huán)境和所接觸介質(zhì)的類型。

食品中的腐蝕性物質(zhì)包括醋酸、蘋果酸、乳酸、酪酸等；食鹽、無機鹽類；部分食品添加劑；在食品加工過程中，機械零部件與腐蝕性物質(zhì)之間會通過相互摩擦、碰撞，化學反應等形式造成零部件材料的腐蝕。這些被腐蝕掉的金屬離子可能會溶入食品中，會破壞食品的風味或?qū)θ梭w健康造成傷害。不銹鋼能夠有效抵制這些物質(zhì)的腐蝕，從而被普遍應用于食品機械行業(yè)中。

在食品機械中不銹鋼廣泛應用于設備的泵體、閥類、熱交換器、真空容器等部件中，材料的耐腐蝕性對結(jié)構材料的選擇常起著至關重要的作用，設計食品機械設備時應符合標準《 GB 12075 -食品工業(yè)用不銹鋼管與配件》有關規(guī)定。例如：設備上和產(chǎn)品直接接觸的進出料管道、輸送管道及管件閥門應采用符合標準要求的不銹鋼材料，一般采用316型或316L型不銹鋼；設備的泵體、閥類一般采用1Cr17Ni2類不銹鋼；罩殼類涉及外觀的部件可采用304類不銹鋼板。

2.3 非金屬材料：

非金屬材料用在食品機械設備上的種類主要有塑料和橡膠。常用的塑料有聚甲醛、ABS樹脂、氟四、聚酯、聚酰胺以及苯醛塑料、環(huán)氧樹脂、各種泡沫塑料、聚碳酸酯塑料、有機玻璃等。

在食品機械上選用塑料和橡膠材料，應符合《GB16798-食品機械安全衛(wèi)生》標準的有關規(guī)定。標準中規(guī)定只有對人體無毒無害的非金屬材料才能與被加工食品接觸，并且此材料不能在食品中溶解或發(fā)生化學反應，不能影響食品的味感。零部件在清洗或工作狀態(tài)下應不變形、保持其基本特性，并能滿足《GB9687-食品包裝用聚乙烯成型品衛(wèi)生標準》、《GB9692-食品包裝用聚苯乙烯樹脂衛(wèi)生標準》的有關要求。低分子聚合物的塑料產(chǎn)品一般都有毒性。某些塑料或橡膠材料在高溫環(huán)境下，易分解并擴散到產(chǎn)品中，使產(chǎn)品變質(zhì)，在食品機械中不宜使用塑料及橡膠材料在食品機械上使用非常廣泛。例如：各種密封圈、輸送機械上提刮板式斜槽、螺旋式斜槽、風機護罩、料斗等；

3 制造成本及工藝性要求

材料加工成本和加工工藝也是設計人員在設計時考慮的另外一個重量因素。在設計時應從加工物料的選擇、零件的制作工藝、零件的熱處理方式等多方面進行綜合考慮。有時為了降低制造成本，可以改變加工工藝，例如為了使零件既要耐腐，成本又不會太高，可以將零件進行耐腐蝕表面處理來提高其耐腐蝕能力；如果想提高零部件的機械性能可以對產(chǎn)品進行噴涂、電鍍和刷鍍等表面處理。

4 食品機械設計的發(fā)展趨勢

面對國內(nèi)食品機械行業(yè)整體水平遠落后于世界發(fā)達國家的現(xiàn)狀及種種不足，我們應該認真分析原因、找出差距。在當今科技高速發(fā)展的時代，我們要抓住機遇、面對挑戰(zhàn)，利用各種的技術創(chuàng)新手段提升產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構、全方位提升產(chǎn)品技術水平和檔次。行業(yè)內(nèi)專家認為，我們的食品機械應該向大型化、集成化、智能化發(fā)展并做大做強，否則我們在國際市場競爭中將處于劣勢地位，可能會進一步擴大我們與發(fā)達國家之間的差距。為此，我們要從下面兩個方面著手考慮。

4.1 加強基礎理論研究：

我國食品機械設計起步較晚，一些食品加工機理和基礎技術研究不夠深入。例如在乳制品技術領域，我們要加強加工機理的研究，深入研究乳品加工過程中物料受到摩擦、擠壓、剪切、爆炸等作用力對物料品質(zhì)的影響。制造企業(yè)要多與大中專院校、科研單位合作，使他們所研究出來的新理論、新結(jié)構、新工藝最新成果能被快速應用到企業(yè)當中去。另外，還要引進國外先進技術，先進設備，，去其糟粕，取其精華。在消化吸收的基礎上，充分調(diào)動我們自主研發(fā)的積極性，研究出帶有自主知識產(chǎn)權的關鍵技術和核心技術。掌握行業(yè)和市場的主動權。

4.2 現(xiàn)代設計技術

現(xiàn)代設計技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在產(chǎn)品自動化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保。當今時代計算機技術、自動化技術及人工智能技術等各種現(xiàn)代技術日新月異，我們要充分利用計算機強大的計算功能，運用機械設計的新理論和新方法，將各種新技術有機融合，使我們的食品機械不論是在質(zhì)量上還是在規(guī)模上都有一個質(zhì)的飛躍?？梢灶A見未來的食品機械是集光、電聲、磁、化、生等于一體的高技術、高智能產(chǎn)品。

5 結(jié)論

食品機械的設計工作要考慮的因素很多，設計人員不僅要考慮機器的結(jié)構特點，材料的選用及材料表面處理工藝，同時還要考慮食品本身的加工特點、工藝條件，因此必須全面、準確了解材料的各種特性，才能做出精確的判斷、選擇，使機械設計達到最理想的效果。在當今智能工業(yè)時代，利用現(xiàn)代設計技術加上傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)長期孕育的工匠精神一定能夠制造出更好的產(chǎn)品。

[1] 《GB16798-食品機械安全衛(wèi)生》. 中國標準出版社. 2009

[2] 《QB/T 2467-食品工業(yè)用不銹鋼管》. 中國輕工業(yè)出版社. 2017

[3] 戴啟勛. 《金屬材料學》第二版 . 化學工業(yè)出版社. 2011

Talking about the mechanical design in food equipment

Food machinery design in mechanical design is a relatively special work, should not only consider the general characteristics of mechanical design;Also want to consider food food safety problems in the process, to prevent food contamination;Processed food variety at the same time, there are many types of food processing machinery, so the designers at design time should be according to the characteristics of the processed food comprehensive consideration.

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