李衛(wèi)民，周 彬

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

食品加工機械在經(jīng)歷了高速的數(shù)量型增長后，其市場競爭力卻依然脆弱，市場活力不夠，主要表現(xiàn)在質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)單一、技術(shù)含量低等。國內(nèi)先進食品機械的發(fā)展提高仍然難以實現(xiàn)，相當(dāng)多的關(guān)鍵零部件主要依賴進口，所以現(xiàn)今對于高技術(shù)含量的產(chǎn)品的開發(fā)就成為重中之重。

本次設(shè)計的絞肉機為多功能式絞肉機，主體結(jié)構(gòu)包括絞肉機、切肉機、制丸機三個部分。目前市面上的絞肉機可以實現(xiàn)這三種對肉的加工方式，不過基本都是一臺機器實現(xiàn)一個功能，本次設(shè)計將這些功能統(tǒng)一在一個機器上面，另外，分析市場上的絞肉機可以發(fā)現(xiàn)，例如絞肉，需要越碎的肉，就需要進行多次重復(fù)加工，無法實現(xiàn)一次到位，并且無法調(diào)節(jié)使其達到自己需要的加工效果，通過絞肉機加工出來的，尺寸、形狀基本一樣，無法人工控制。此設(shè)計的另外一個優(yōu)點就是可以直接控制加工出的肉的尺寸，根據(jù)不同的需要進行調(diào)節(jié)，這是目前市面上絞肉機所不具備的功能。傳統(tǒng)的攪拌機均是采用單螺旋擠壓，此次設(shè)計為了使其達到更好的功能，采用雙螺旋擠壓的方式[1]。

1 多功能絞肉機總體設(shè)計

將物料放入切割機箱內(nèi)，切割機將物料切成片或者切碎。此時可將切好的物料從漏斗漏下裝好，又或通過漏斗處的擋片切換漏方向，使物料落入絞肉部分的漏斗內(nèi)，從而使物料進入絞筒內(nèi)進行絞肉的工作。這兩個功能可以同時進行或者分開進行，所以在減速器內(nèi)需要滑移齒輪兩組。此外的制丸功能單獨分開連接到主動帶輪上，將物料倒入料筒內(nèi)時物料下落被擠壓制成丸。所以總的機器只有一個電機、一個直齒雙輸出減速器、錐齒輪減速器等[2]。

本多功能絞肉機可看做左右兩部分，兩個部分分別為切絞一體機部分和制丸機部分，能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多功能絞肉機

2 絞切部分的結(jié)構(gòu)與設(shè)計

2.1 絞切部分的結(jié)構(gòu)

切絞一體機部分可分為切肉部分和絞肉部分，切肉部分主要由兩種等間距排列的圓刀片組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對肉塊的兩種厚度切片和切肉條。而絞肉部分有送料機構(gòu)、切割機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)速度減小，肉料擠壓、絞碎，灌腸等功能，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 切絞機部分結(jié)構(gòu)

由圖2中可以看出切絞部分的送料機構(gòu)主要包括絞筒、絞籠和進料斗。其作用是物料進入料斗向下進入絞筒，其中的絞籠將物料向前輸送到鉸刀處，并在出料口對物料進行擠壓。切絞部分的切割機構(gòu)主要包括擠絞刀、肉樣板和旋蓋。其作用是將進人絞筒中的物料加以切割，并通過擠肉樣板擠出，擠肉樣板可通過旋下旋蓋進行更換，或換上灌腸用長管。切絞部分的驅(qū)動機構(gòu)包括電機、皮帶輪、減速器、機架等，能夠?qū)崿F(xiàn)減速，工作機轉(zhuǎn)換等功能[3,4]。

2.2 絞籠的設(shè)計

絞籠是鑄件通過表面處理而成，其葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同而采用不同的形式。為了保證運行的可靠性，必須為絞籠機構(gòu)設(shè)置一個固定裝置，保證螺旋主軸在運轉(zhuǎn)時，不進行串動，這里可以采用止推軸承或者使用定位銷來實現(xiàn)這一目的。絞籠的材料選為1Cr18Ni9，通過生產(chǎn)需求和實際要求取D＝100 mm，由原始數(shù)據(jù)得絞籠轉(zhuǎn)速n＝320 r/min，實體面型螺旋的節(jié)距t＝D。絞籠最終設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 絞籠

2.3 絞筒的設(shè)計

因為物料在絞筒內(nèi)受到絞籠的攪動并且受到擠壓，從而會產(chǎn)生反作用力使物料有向后的倒流趨勢，因此在設(shè)計絞筒時需要在其內(nèi)壁上設(shè)計止推槽，防止物料倒流。在絞筒內(nèi)壁設(shè)計了八個止推槽，沿圓周均勻分布。絞籠與絞筒內(nèi)壁要有適當(dāng)?shù)拈g隙，一般可取為3～5mm。間隙過小絞籠與絞筒內(nèi)壁易發(fā)生碰撞，間隙過大將使物料產(chǎn)生倒流。絞筒的材料選用1Cr18Ni9，最終設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示[4,5]。

圖4 絞筒截面

2.4 刀具的設(shè)計

攪拌機的刀具就是絞刀部分，刀的作用就是將物體進行切割，本文設(shè)計的絞肉機，其絞刀是固定裝置在絞肉機絞籠前端的半方形軸上，用螺母固定防止其軸向移動，隨絞籠一起旋轉(zhuǎn)。需要注意的是，鉸刀刀刃必須要與絞籠保持一致的轉(zhuǎn)向，否則起不到切割肉的作用，還可以根據(jù)具體的使用要求，選擇安裝鉸刀的刃口數(shù)量。

圓刀片用3Cr13材料制造，并均進行淬火使硬度達到HRC55～60，刃口要鋒利、光滑，不至于產(chǎn)生太大的摩擦阻力阻礙切割。由此設(shè)計圓刀片結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 圓刀片

3 制丸部分的結(jié)構(gòu)與設(shè)計

制丸機部分主要由傳動機構(gòu)、裝料機構(gòu)和制丸機構(gòu)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)向的改變，對物料的攪拌和擠壓等功能，其具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 制丸部分結(jié)構(gòu)

制丸部分的傳動機構(gòu)主要包括鏈輪2、4、皮帶輪3和錐齒輪傳動減速器5。其作用是減小轉(zhuǎn)動速度，改變傳動方向，同時通過鏈傳動帶動制丸對輥轉(zhuǎn)動制丸。制丸部分的裝料機構(gòu)主要有料筒6以及其中的絞籠。其作用是裝載物料，同時攪拌物料并向下擠壓，給以足夠的壓力使丸子完整。制丸機制丸機構(gòu)主要有制丸箱7，其中有制丸對輥。當(dāng)物料進入箱體時一對嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動使對輥向心旋轉(zhuǎn)，這樣能夠?qū)⑽锪蠑D壓入對輥的半球形凹槽中，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將制成的丸子甩出[6]。

3.1 錐齒輪傳動設(shè)計

錐齒輪傳動結(jié)構(gòu)如圖7所示。選擇標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動，參考文獻[2]表7.5齒輪常用材料及力學(xué)性能兩錐齒輪的材料均選擇45鋼，并都經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，大錐齒輪齒面硬度達到250HBW，小錐齒輪齒面硬度達到220HBW。

圖7 錐齒輪傳動結(jié)構(gòu)

3.2 制丸機對輥的設(shè)計

制丸機是由一對向心異向旋轉(zhuǎn)的圓筒軋輥組成，圓筒軋輥的表面鑄造有一定數(shù)目的半球形凹槽，當(dāng)物料進入料斗時，隨著旋轉(zhuǎn)絞籠的不斷旋轉(zhuǎn)將物料向下擠壓到對輥表面，從而使物料進入對輥表面的半球形凹槽內(nèi)。兩對輥的半球形凹槽相對，物料逐漸被壓縮，當(dāng)凹槽的幾何中心線重合時，球形凹槽內(nèi)的物料受到最大壓力，這樣就將物料擠壓成顆粒。此時對輥繼續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，通過中心線后，壓力逐漸變小，制成的顆粒會有微小的彈性形變，這樣顆粒體積有所增大。當(dāng)顆粒下半部分的壓力消除時，其上半部分的壓力仍然存在，顆粒與模型凹槽之間產(chǎn)生滑動，同時在重力和離心力的作用下，制成的顆粒將脫離凹槽。這個擠壓過程完全是體積壓縮作用，而擠壓作用力的大小主要來源于輥輪半徑、半球凹槽大小以及物料填充速率。而對同一型機械來說對輥的半徑和凹槽大小是一定的，因此物料填充速率決定了擠壓作用力的大小。軋輥設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖8所示[7]。

圖8 軋輥

4 結(jié)論

設(shè)計的多功能絞肉機，包括制丸結(jié)構(gòu)和絞切結(jié)構(gòu)。物料從進料斗進入絞筒中，絞籠將物料傳送到絞刀處進行絞肉，加工好的肉從擠肉樣板內(nèi)被擠出，完成絞肉工作，物料從切肉箱體上端放入，切肉箱體內(nèi)的刀片軸轉(zhuǎn)動，圓刀片對物料進行切割，切割好的物料從出料漏斗排出，完成切肉工作，在第二絞筒上設(shè)置有進料漏斗，物料從進料漏斗進入第二絞筒內(nèi)，第二絞籠帶動物料進入對輥箱體內(nèi)，對輥箱體內(nèi)的對輥通過鏈條帶動進行轉(zhuǎn)動制丸，物料擠壓進入對輥的半球形凹槽中，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將制成的丸子甩出，完成制丸工作。