王秋珍

（湖北第二師范學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，武漢 430205）

魔芋又稱蒟蒻（jǔruò），是一種天南星科草本植物。2020年中國(guó)魔芋產(chǎn)量占全球的63%，魔芋種植面積約為232萬(wàn)畝，整體市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)突破了400億元，并且發(fā)展迅猛，2010-2020年復(fù)合增長(zhǎng)率約為26%。[1]魔芋含有大量甘露糖酐、維生素、植物纖維及一定量的黏液蛋白。葡甘聚糖具有水溶、持水增稠、穩(wěn)定、懸浮、膠凝、粘接、成膜等多種獨(dú)特的理化性質(zhì)，具有奇特的保健作用和醫(yī)療效果。魔芋精粉加水加熱，可產(chǎn)生魔芋凝膠，形成半透明膜衣，具有成膜性好、膜韌性強(qiáng)、吸附水能力高、膨脹率大、粘附性優(yōu)良等特點(diǎn)，與皮膚結(jié)合密切，無(wú)副作用，能有效地滋養(yǎng)和清潔皮膚，剝離容易，純天然無(wú)污染，是得天獨(dú)厚的面膜材料。魔芋在我國(guó)資源廣闊，提高魔芋深加工水平，對(duì)山區(qū)和丘陵地區(qū)的農(nóng)村建設(shè)和發(fā)展具有重大意義。

1 魔芋面膜生產(chǎn)的工藝過(guò)程及敷料的均勻攤布的作用

1.1 魔芋面膜的生產(chǎn)工藝過(guò)程

魔芋面膜的制作工藝過(guò)程，是將魔芋精粉通過(guò)配料、溶解、倒模、預(yù)凍（或蒸養(yǎng)）固型、脫水、修整、滅菌、包裝等工序制成。[2]倒模是這些工序中極為重要的一環(huán)，倒模的關(guān)鍵在于魔芋面膜敷料的均衡攤布。

1.2 魔芋面膜敷料的均勻攤布的作用

在魔芋面膜的制作工藝過(guò)程中，將食用膠（如海藻膠、黃原膠、果膠、刺槐豆膠等）加入蒸餾水中攪拌至完全溶解后，再加入天然活性物質(zhì)和魔芋葡甘露聚糖，高速攪拌混合制得粘稠料液。[3]因魔芋面膜制作工藝需要，其配方中也含有一定量的甲基纖維素MC（食品增稠劑，有分散、乳化、穩(wěn)定和增稠作用）。甲基纖維素MC在80～90℃的熱水中迅速分散、溶脹，降溫后迅速溶解，水溶液在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，高溫時(shí)能凝膠，具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，以及對(duì)油脂的不透性。所成膜具有優(yōu)良的韌性、柔曲性和透明度。在（2%水溶液）溫度50～55℃時(shí)凝膠形成。[4]魔芋面膜敷料在高速混料發(fā)泡后，每單桶30公斤發(fā)泡料必須在30分鐘內(nèi)按50g一個(gè)完成膜盤注料，也就是每3秒完成一個(gè)膜盤的快速搖動(dòng)平覆，隨后靜置蒸壓（或冷凍）成型，才能保持面膜的平整和高含水高含氣泡高韌性。否則，混合原料會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)氣泡消失并凝固，無(wú)法成型，并堵塞料桶下料器。

2 魔芋面膜敷料均衡攤布振平裝置的設(shè)計(jì)

2.1 魔芋面膜敷料均衡攤布振平裝置的整體布局

魔芋面膜敷料均衡攤布振平裝置的整體布局，包括支架平臺(tái)、盤堆放臺(tái)（1）、抓取膜盤的機(jī)械手（2）、推進(jìn)膜盤的凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）、吸盤（4）、膜盤（5）、下料口（6）、裝有含甲基纖維素MC的魔芋面膜料桶（7）、鏈板激振托盤（8）、控制臺(tái)（11）、鏈板輸送裝置（12）、平整度掃描儀（13）等組成。[5]如圖1所示：機(jī)械手（2）通過(guò)螺栓固定在支架平臺(tái)上，模盤堆放臺(tái)（1）安裝在機(jī)械手的（2）的一側(cè)，與支架平臺(tái)齊平；凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）通過(guò)螺栓安裝在支架平臺(tái)上，位于機(jī)械手（2）的下方；料桶（7）通過(guò)一固定架安裝在支架平臺(tái)上，位于凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）上方，其內(nèi)設(shè)有電動(dòng)擠壓裝置，用于快速擠壓面膜料，料桶（7）底端設(shè)有下料口，下料口與往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）的推進(jìn)端面位置對(duì)應(yīng)；鏈板激振輸送裝置（12）與往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）對(duì)接，位于一條直線上；機(jī)械手以每3秒一個(gè)的速度，將模盤（5）從模盤堆放臺(tái)（1）遞送到料桶（7）的下方，料桶（7）將含甲基纖維素MC的魔芋面膜料通過(guò)下料口（6）快速注入模盤（5），凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）按每3秒一個(gè)的速度，同步將已注料的模盤（5）推進(jìn)到鏈板激振輸送裝置（12）上的激振托盤（8），經(jīng)高速激振使魔芋面膜料快速均勻平鋪在面膜模盤（5）內(nèi)?？刂婆_(tái)（11）是整體裝置的控制中心，平整度掃描儀（13）是檢測(cè)產(chǎn)品是否合格的檢測(cè)儀器，合格產(chǎn)品送入下道工序，不合格產(chǎn)品予以剔除。

圖1 魔芋面膜敷料均衡攤布振平裝置示意圖

2.2 膜盤分發(fā)機(jī)械手與膜盤的分發(fā)機(jī)構(gòu)

膜盤的分發(fā)機(jī)構(gòu)由機(jī)械手、凸輪機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)吸盤組成。機(jī)械手如圖2所示：機(jī)械手包括支座（203）、直線電機(jī)（201）、帶有滑槽的運(yùn)動(dòng)桿（202）、運(yùn)動(dòng)電機(jī)（204）、電動(dòng)升降桿（206）、搬運(yùn)吸盤（4），支座（203）通過(guò)螺釘固定在支架平臺(tái)上，直線電機(jī)（201）安裝在支座上，運(yùn)動(dòng)桿（202）與直線電機(jī)（201）的運(yùn)動(dòng)端連接，所述運(yùn)動(dòng)電機(jī)（204）配合在運(yùn)動(dòng)桿（202）的滑槽內(nèi)，電動(dòng)升降桿（206）與運(yùn)動(dòng)電機(jī)（204）連接，搬運(yùn)吸盤（4）豎直連接在電動(dòng)升降桿上。

圖2 膜盤分發(fā)機(jī)械手示意圖

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)（301）、凸輪（302）、從動(dòng)輪（303）、滑竿（306）、滑竿固定座（305）和膜盤滑動(dòng)的滑道（308）共同構(gòu)成，如圖3所示：電機(jī)（301）帶動(dòng)凸輪（302）做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，凸輪（302）推動(dòng)從動(dòng)輪（303）（是一滾動(dòng)軸承）做直線往復(fù)移動(dòng)。從動(dòng)輪（303）（滾動(dòng)軸承）連接滑竿，滑竿前面套接有一向后擠壓的彈簧（304），滑竿（306）的自由端穿過(guò)固定座（305）連接固定一推板（307），推板（307）置于滑道（308）上。凸輪（302）的頂尖對(duì)準(zhǔn)從動(dòng)輪（303）（滾動(dòng)軸承）時(shí)，滑竿（306）被推向最前方，把膜盤推向鏈板激振輸送裝置，由于彈簧（304）的向后壓力，滑竿（306）和從動(dòng)輪（303）一起隨凸輪（302）的轉(zhuǎn)動(dòng)，在凸輪（302）運(yùn)轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)，滑竿（306）被壓向直線的最后方。隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑竿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

圖3 凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)示意圖

搬運(yùn)吸盤為直流電磁吸盤，其至少設(shè)有一個(gè)，兩個(gè)為宜，包括桿（401）、通氣孔（402）、直流電磁塊（403）、撐開(kāi)橡膠圈（404）。搬運(yùn)吸盤如圖4所示：桿（401）與運(yùn)動(dòng)電機(jī)（204）連接，通氣孔（402）設(shè)在其上，直流電磁塊（403）連接在桿（401）的自由端，撐開(kāi)橡膠圈（404）連接在直流電磁塊（403）下端。通電時(shí)直流電磁吸盤（205）與其下方的膜盤底部的磁鐵片吸引，吸取膜盤。到達(dá)目標(biāo)位置后，電源斷開(kāi)，撐開(kāi)橡膠圈（404）因中心有通氣孔（402）沒(méi)有負(fù)壓而撐開(kāi)膜盤，吸盤隨機(jī)械手上升離開(kāi)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

圖4 搬運(yùn)吸盤示意圖

2.3 鏈板式膜盤輸送機(jī)

鏈板激振輸送裝置包括傳動(dòng)鏈板和對(duì)稱的設(shè)在傳動(dòng)鏈板兩側(cè)的激振輸電裝置，含有絕緣夾塊（14）、開(kāi)口滑竿（15）、導(dǎo)電桿（16）、電磁振動(dòng)器（17）、激振電機(jī)（18）、導(dǎo)電支座（19）等。[6]如圖5所示：絕緣夾塊（14）固定在一支桿上，所述開(kāi)口滑竿（15）水平的卡合固定在絕緣夾塊（14）上，導(dǎo)電支座（19）的兩電極分別通過(guò)導(dǎo)線與兩根開(kāi)口滑竿（15）連接。電磁振動(dòng)器（17）按照鏈板速度與膜盤推送的時(shí)間關(guān)系，間隔一定距離固定在傳動(dòng)鏈板上，電磁振動(dòng)器（17）的下端固定著激振電機(jī)（18）。導(dǎo)電桿（16）的兩端水平對(duì)稱地固定在激振電機(jī)（18）上，與激振電機(jī)（18）的正負(fù)極接線連接；傳動(dòng)鏈板帶動(dòng)激振電機(jī)（18）運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述導(dǎo)電桿（16）的自由端穿過(guò)開(kāi)口滑竿（15）滑槽。

圖5 鏈板激振輸送裝置示意圖

工作時(shí)，膜盤（5）因凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）的推進(jìn)作用，進(jìn)入鏈板激振輸送機(jī)（12）的電磁振動(dòng)器（17）上方，在鏈板激振輸送機(jī)（12）的電機(jī)作用下，向前移動(dòng)，導(dǎo)電桿（16）進(jìn)入開(kāi)口滑竿（15）的滑槽內(nèi)，兩根開(kāi)口滑竿（15）通過(guò)導(dǎo)電支座（19）分別接入低壓直流電源的正負(fù)極，電磁振動(dòng)器（17）通電后，與膜盤（5）鑲嵌于底面的磁鐵片（21）牢牢貼緊，激振電機(jī)（18）通電后開(kāi)始振動(dòng)，導(dǎo)電桿（16）隨鏈板向前滑出開(kāi)口滑竿（15）后，電源被切斷，激振電機(jī)（18）停止振動(dòng)，電磁振動(dòng)器（17）松開(kāi)膜盤（5），膜盤（5）進(jìn)入下一工序的輸送帶。

2.4 膜盤激振托盤

膜盤激振托盤由電磁振動(dòng)器（17）與激振電機(jī)（18）以及導(dǎo)電桿（16）、振動(dòng)座支撐簧片（10）組成，在導(dǎo)電桿的兩端，是防止滑脫的限位球（9）。如圖6所示，工作時(shí)，被凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）推進(jìn)的裝有魔芋面膜敷料的膜盤（5）因盤底的磁鐵作用，吸附在電磁振動(dòng)器（17）上，導(dǎo)電桿（16）在開(kāi)口滑竿（15）上獲得電能后供激振電機(jī)（18）振動(dòng)，將膜盤內(nèi)的魔芋面膜敷料在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)予以激振攤平。振動(dòng)座支撐簧片（10）的作用是增強(qiáng)振動(dòng)幅度和振動(dòng)效果。

圖6 膜盤激振托盤示意圖

2.5 激振托盤的攤布振平質(zhì)量控制

激振托盤的攤布振平質(zhì)量控制包括控制臺(tái)（11），同與之相應(yīng)電子元件連接，用于控制設(shè)備開(kāi)啟關(guān)閉及各個(gè)參數(shù)設(shè)置。還包括電動(dòng)傳動(dòng)帶（12）和用于掃描膜盤內(nèi)面膜料平整度的平度掃描儀（13），傳動(dòng)帶（12）與鏈板激振輸送裝置末端水平對(duì)接，平度掃描儀（13）通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)帶（12）末端邊緣上；因凸輪往復(fù)推進(jìn)機(jī)構(gòu)（3）的同步作用，敷料振平后的膜盤（5）被推入輸送帶（12），經(jīng)平面度檢測(cè)儀（13）掃描檢測(cè)后，送入下道靜置蒸養(yǎng)（或冷凍靜置）工序。

3 結(jié)語(yǔ)

魔芋面膜敷料均衡攤布振平裝置，雖然只是魔芋面膜生產(chǎn)中的一個(gè)工序，卻涉及到機(jī)械、電子、光學(xué)、化工等多個(gè)領(lǐng)域，是傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)的交融結(jié)合。對(duì)魔芋面膜的生產(chǎn)可以起到降低成本、提高面膜平覆度、提高生產(chǎn)效率的作用。

我國(guó)是魔芋生產(chǎn)大國(guó)，魔芋又主要生長(zhǎng)在海拔偏高的高山丘陵地區(qū)，所以大力發(fā)展魔芋生產(chǎn)，深度開(kāi)發(fā)魔芋的利用范圍，是一項(xiàng)富農(nóng)穩(wěn)農(nóng)、利國(guó)利民的工作。