董慶運/1.天津科技大學(xué) 2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

壓餅機(jī)生產(chǎn)線關(guān)鍵部件設(shè)計

董慶運1.2/1.天津科技大學(xué) 2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

壓餅機(jī)是一種用于生產(chǎn)薄面餅的自動化生產(chǎn)設(shè)備。本文針對現(xiàn)有壓餅機(jī)存在的功能缺陷和結(jié)構(gòu)不足，結(jié)合壓餅功能和制餅過程所需動作，采用“功能元”分解法以及“黑箱”理論設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠的多功能自動化制餅設(shè)備，制餅效率和質(zhì)量得到了顯著提高和改善。

壓餅機(jī)；黑箱法；功能元；自動化

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，目前餐飲行業(yè)食品生產(chǎn)自動化還未見普及[1-4]，而現(xiàn)如今市場中使用較多的烤鴨卷餅、春餅壓餅機(jī)更存在不能實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)的問題。薄餅是我國北方普遍食用的一種食物，具有價廉物美，容易儲存、口感好的特點。但傳統(tǒng)手工薄餅的創(chuàng)造成本高、耗時高，難以滿足人們快節(jié)奏的要求；并且隨著人們對薄餅需求量較多，急需開發(fā)一種自動化程度高、滿足速食要求的新型全自動壓餅機(jī)。針對這一現(xiàn)象和需求，本課題組開發(fā)設(shè)計了體積小、造價低，適合中小批量自動化生產(chǎn)的氣壓壓餅機(jī)。

1.制餅機(jī)功能原理設(shè)計

本設(shè)計所研究的為全自動壓餅機(jī)，主要結(jié)構(gòu)有機(jī)架、動力部分、傳動部分、切面部分、氣動壓面部分、電控加熱部分組成。電機(jī)部分選用了兩個電動機(jī)。根據(jù)圖1全自動壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)運動簡圖，對全自動壓餅機(jī)進(jìn)行整體分析，其工作原理：將和好的面放入料筒，開動機(jī)器，啟動電源開關(guān)加熱壓面板和熱床，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的工作溫度時即可進(jìn)行工作。面從料筒里通過氣壓壓出再通過擠面的螺桿傳輸將定量的面坯通過切刀切割后落在輸送帶上，這時氣動控制油液噴灑在面團(tuán)上，當(dāng)面團(tuán)輸送到壓面模具下，壓餅?zāi)＞邌娱_關(guān)，上模具即自動壓下，薄餅加熱時間完成時，上模具自動升起復(fù)位，電機(jī)帶動輸送帶將制作好的薄餅輸送到容器內(nèi)，然后機(jī)器進(jìn)行循環(huán)工作。

圖1 全自動壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)運動簡圖

2.制餅機(jī)成型功能分析

為使制餅機(jī)的成型加熱更加穩(wěn)定可靠，且實現(xiàn)成型加熱的連續(xù)不間斷功能，引入系統(tǒng)工程學(xué)常用的“黑箱法[5]”來研究分析制餅機(jī)連續(xù)成型功能及加熱功能的有效實現(xiàn)方法。由于制餅機(jī)需要實現(xiàn)面漿壓制成型，加熱，鞏固成型，二次加熱，且上述成型加熱過程需要連續(xù)進(jìn)行，因此建立圖2為制餅機(jī)黑箱子模型圖，通過圖2可以看出制餅機(jī)的連續(xù)制餅成型加熱功能為總共能。

圖2 金屬切屑分離器的黑箱子模型

2.1 功能分解與功能元求解

首先進(jìn)行制餅機(jī)各個分功能的設(shè)計，進(jìn)行功能元分解，建立制餅機(jī)的功能樹，如圖3所示。

圖3 制餅機(jī)壓制成型功能樹模型

在功能分解的基礎(chǔ)上對功能元進(jìn)行求解，對面餅連續(xù)移動不間斷加熱及面餅壓制成型功能進(jìn)行功能求解，關(guān)于面餅連續(xù)移動不間斷加熱及面餅壓制成型各功能元的功能原理形態(tài)學(xué)矩陣可列出，如下表1至表3所示。

表1 面餅連續(xù)移動功能各功能元的功能原理形態(tài)學(xué)矩陣

由表1可知過濾功能共有N=2×2×4=16個原理解。

表2 面餅不間斷加熱功能元的功能原理形態(tài)學(xué)矩陣

由表2可知過濾功能共有N=4×3×2=24個原理解。

表3 面餅壓制成型功能元的功能原理形態(tài)學(xué)矩陣

由表3可知過濾功能共有N=4×4×3=48個原理解。

2.2 系統(tǒng)原理解與最佳功能原理解

2.2.1 系統(tǒng)原理解。

根據(jù)功能元所求得的解進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)組合，進(jìn)行粗篩選后得到如下系統(tǒng)原理解：

a：面餅連續(xù)移動功能系統(tǒng)原理解

圓周連續(xù)移動式（A1）—步進(jìn)電機(jī)（B2）—齒輪傳動（C3）

水平連續(xù)移動式（A2）—步進(jìn)電機(jī)（B2）—帶傳動（C1）

b：面餅不間斷加熱功能系統(tǒng)原理解

恒溫雙面供熱（A2）—復(fù)合加熱片（B3）—方形結(jié)構(gòu)（C1）

恒溫單面供熱（A1）—復(fù)合加熱片（B3）—方形結(jié)構(gòu)（C1）

c：面餅壓制成型功能系統(tǒng)原理解

氣缸（A2）—氣壓源（B1）—圓形模盤（C1）

液壓缸（A1）—油壓源（B2）—特形模盤（C3）

2.2.2 最佳功能原理解。

經(jīng)過反復(fù)分析比較并聯(lián)系實際情況，最后確定出如下所示的最佳原理解：

a：面餅連續(xù)移動功能系統(tǒng)原理解

水平連續(xù)移動式（A2）—步進(jìn)電機(jī)（B2）—帶傳動（C1）

b：面餅不間斷加熱功能系統(tǒng)原理解

恒溫雙面供熱（A2）—復(fù)合加熱片（B3）—方形結(jié)構(gòu)（C1）

c：面餅壓制成型功能系統(tǒng)原理解

氣缸（A2）—氣壓源（B1）—圓形模盤（C1）

至此，制餅機(jī)功能原理設(shè)計已經(jīng)完成。

3.制餅機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)

全自動壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)上并不是太復(fù)雜。主要結(jié)構(gòu)是由兩個三相異步電動機(jī)、機(jī)架、同步帶傳動部分、擠面?zhèn)魉筒糠?、輸送部分、切刀、氣動壓面板和電控加熱部分以及一些常用的?biāo)準(zhǔn)件。整個傳動部分的設(shè)計主要采用同步帶和帶輪以及傳動軸來傳遞動力，使全自動壓餅機(jī)動作更加順暢以及穩(wěn)定，本課題中進(jìn)行了電機(jī)、帶輪、同步帶以及軸承等零部件的選用。

為實現(xiàn)面餅的連續(xù)移動、連續(xù)壓制成型以及不間斷加熱烘烤，分別從三個部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別為制餅機(jī)連續(xù)制餅運動機(jī)構(gòu)設(shè)計、制餅機(jī)連續(xù)加熱方式實現(xiàn)和制餅機(jī)壓制成型機(jī)構(gòu)設(shè)計，首先制餅機(jī)的連續(xù)制餅功能，需要餅按需求移動到等距的壓制位置，因此選擇步進(jìn)電機(jī)配合同步不銹鋼帶的方式實現(xiàn)該功能，采用不銹鋼同步帶作為傳送介質(zhì)的原因在于，鋼帶能夠?qū)?，將加熱片至于同步鋼帶?nèi)側(cè)時，加熱片90%以上的熱量全部傳遞給同步鋼帶，而鋼帶將熱量傳遞給薄面餅，且鋼帶在整個移動過程中處于全程加熱的狀態(tài)，因此此結(jié)構(gòu)能夠有效實現(xiàn)面餅不間斷加熱烘烤的功能需求。

第三部分制餅的壓制成型機(jī)構(gòu)，采用氣缸帶動壓制模盤完成壓制，實驗證明，同步鋼帶在帶動面餅移動過程中面餅接觸同步鋼帶單側(cè)受熱，另外一次不加熱源，使得面餅加熱不充分，因此將圓形加熱盤作為氣缸工作段的壓制模盤，在壓制過程中實現(xiàn)面餅另外一側(cè)受到壓制模盤的烘烤和加熱，有效解決了面餅的壓制和兩面加熱功能要求。全自動壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的裝配圖如圖4所示：

圖4 整體結(jié)構(gòu)的模型裝配圖

4.結(jié)論

本文針對現(xiàn)有壓餅機(jī)存在的功能缺陷和結(jié)構(gòu)不足，結(jié)合壓餅功能和制餅過程所需動作，采用“功能元”分解法以及“黑箱”理論設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單的制餅自動生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備的面餅壓制成型機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件是壓餅機(jī)自動生產(chǎn)線的重要部分，該裝置工作原理簡單，操作簡單，工藝安排合理，所以在設(shè)計機(jī)器各部分機(jī)構(gòu)的布局時，充分考慮其面餅工藝安排，做到結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)效率高。

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