曾毅翀，張含葉，鄭厚斌，盧 宏，劉 對

（九江學(xué)院機械與材料工程學(xué)院，九江332005）

0 引言

當(dāng)今社會，國家經(jīng)濟日益發(fā)達(dá)，老百姓的生活水平也日益得到改善，人們對食物的要求也由填飽肚子趨于健康飲食。在眾多的美食中，油炸食品因其香氣誘人、口感爽脆而備受人們的喜愛，但是油炸食品存在安全隱患[1]。食品在高溫炸油環(huán)境中會生成油脂聚合物，這種物質(zhì)會影響人體健康，此外油炸過程中脫落下來的食物殘渣在高溫油的反復(fù)作用下會生成大量的有害物質(zhì)，危害人體健康。

油炸機是食品油炸的關(guān)鍵加工設(shè)備，食品油炸機有傳統(tǒng)連續(xù)油炸機、水濾式油炸機和淋油式油炸機[2]。目前市場上常用的油炸機是水濾式油炸機，水濾式油炸機是利用油水不相溶、油水密度差的原理，使用時將油和水混合倒入油炸鍋中。因為油的密度比水的密度小，所以油浮在水面上[3-5]。水濾式油炸機的主要問題是被反復(fù)煎炸所造成的油渣沉淀在油炸鍋底部，不能方便地排出來，容易出現(xiàn)油質(zhì)變壞，從而危害人體健康[6]。

基于上述原因，本文設(shè)計一種水油混合式油炸機，主要目的在于解決水濾式油炸機的排油渣問題，其次是改善炸油的加熱方式。采用電熱管對油層上部進行加熱。油層下部和水的接觸過渡區(qū)設(shè)置了空冷管，其作用是給下層炸油和水散熱，保證電加熱管上部的油層處于160℃～220℃之間，油水分界面溫度保持在60℃以下。

1 油炸機的工作原理

油炸機的工作原理：在油炸的過程中，油炸機的截止閥9保持常開狀態(tài)，截止閥13和15保持常閉狀態(tài)，食物產(chǎn)生的殘渣全部自動沉入油渣分離器10中。每炸制3～4 h清除一次油渣，在排渣過程中，首先需要關(guān)閉截止閥9，隔離油炸鍋和油渣分離器，不影響油炸過程的進行。然后打開截止閥13和15，排空油渣分離器中的油渣。排完油渣后關(guān)閉截止閥13，干靜的水重新充滿油渣分離器，使炸油達(dá)到生態(tài)清潔效果。

分離沉降結(jié)構(gòu)中的濾網(wǎng)5采用凹面圓孔結(jié)構(gòu)，有利于油渣的沉降。油炸箱的底部采用面夾角為18°～25°的漏斗形結(jié)構(gòu)，有利于油渣沉淀時的滑落，油炸鍋底部與油渣分離器10相連，如圖1所示。

圖1 油炸機機械結(jié)構(gòu)

2 油炸機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

油炸機的機械結(jié)構(gòu)主要由外部框架3、油炸鍋2、油渣分離器10和水箱16等組成。

2.1 外部框架

外部框架的主要作用是承載油鍋、水箱和油渣分離器的重量。根據(jù)人們的身高條件和使用習(xí)慣，確定油炸機外部框架的尺寸為：長 ×寬 ×高=660 mm×760 mm×860 mm在滿足使用要求的情況下，與槽鋼和角鋼相比，方管可以大大減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。綜合考慮幾種材料的性能后，最終決定使用截面為30mm×30 mm的方管。

2.2 油炸鍋

油炸鍋的尺寸由外部框架的結(jié)構(gòu)尺寸確定。如圖2所示，油炸鍋由上下兩部分組成，其中上部分為長方體，下部分為圓錐。長方體部分尺寸為：長×寬×高=500 mm×500 mm×220 mm，下部圓錐部分高100mm.

圖2 油炸鍋的三維模型

油炸鍋材料選用食品級304不銹鋼，采用3 mm鈑金。

2.3 油渣分離器

油炸分離器結(jié)構(gòu)是油炸機的核心部件，主要功能是及時排出油渣，保持炸油的清潔。

油渣分離器結(jié)構(gòu)包括油渣分離器和與之相連的三根管，這三根管分別為落渣管、進水管和排渣管，如圖3所示。其中，落渣管的上端與油炸鍋相連，在油炸過程中食物的殘渣會沉淀到油炸鍋的漏斗形底部，經(jīng)過落渣管，落到油渣分離器中。進水管的左端與水箱相連，在油渣分離器排渣過程中向油渣分離器內(nèi)補充水源，沖洗油渣分離器底部的油渣，使之進入到排渣管中。排渣管安裝在油渣分離器的底部，使油渣順著排渣管排到外部。

圖3 油渣分離器示意圖

油渣分離器的材料采用食品級304不銹鋼，采用2mm鈑金。如圖2所示，油渣分離器由上下兩部分組成，其中上部分為長方體，下部分為圓錐。長方體部分尺寸為：長×寬×高=200 mm×200 mm×120 mm，下部圓錐部分高80mm.

2.4 水箱

水箱下方有兩根方管支撐著水箱，水箱及水的重量由兩根方管承受。水箱尺寸為：長×寬×高=600 mm×150mm×300mm，水箱材料選用304不銹鋼，采用2mm鈑金。

3 主要零件校核

外部框架的主要作用是承載油鍋、水箱、和油渣分離器的重量，其中油炸鍋與方管直接接觸的地方方管承載力最大。因此在材料選擇之后，還需要對外部框架進行強度校核。

下面以承載油炸鍋的方管為例，對其承載能力進行校核。

油炸鍋中水的體積：

油炸鍋中油的體積：

則油炸鍋中油和水的總質(zhì)量為：

利用三維軟件Solidworks建立油炸鍋的模型（如圖2所示），由于其材料為304不銹鋼，在軟件內(nèi)根據(jù)模型先自動測量油炸鍋的體積，然后設(shè)置其密度，最后獲得油炸鍋的質(zhì)量m2=3.8 kg，因此油炸鍋和油水的總質(zhì)量為：

油炸鍋和方管是面接觸，油炸鍋由四根方管支撐。

為了計算方便，假設(shè)集中力P作用在每根方管的中心。

P=m·g/4=54.89×9.8/4=134.48 N，跨度 L=500mm=0.5m，集中力到一側(cè)支座的距離a=L/2=0.25 m，集中力到另一側(cè)支座的距離a=L/2=0.25 m，則方管承載的彎矩為：

查手冊知，常溫下304不銹鋼方管的許用應(yīng)力為137 MPa，因此外部框架采用3 mm的方管滿足要求。

最后加工出來的油炸機如圖4所示。

圖4 油炸機實物圖

4 結(jié)論

本文首先介紹了油炸機的工作原理，接著對油炸機的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其機械結(jié)構(gòu)主要由外部框架、油炸鍋、油渣分離器和水箱組成，然后對其主要零部件進行校核，結(jié)果表明滿足要求。最后，根據(jù)設(shè)計的理論加工出油炸機實物，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該裝置可以把油炸過程中的殘渣沉淀到水中，并及時排出油炸機，使油始終保持清新，延長了油的使用壽命，降低了使用成本。