壓餅機(jī)生產(chǎn)線關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

董慶運(yùn)

【摘 要】壓餅機(jī)是一種用于生產(chǎn)薄面餅的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。本文針對(duì)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(guò)程所需動(dòng)作，采用“功能元”分解法以及“黑箱”理論設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠的多功能自動(dòng)化制餅設(shè)備，制餅效率和質(zhì)量得到了顯著提高和改善。

【關(guān)鍵詞】壓餅機(jī)；黑箱法；功能元；自動(dòng)化

引言

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

1.制餅機(jī)功能原理設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所研究的為全自動(dòng)壓餅機(jī)，主要結(jié)構(gòu)有機(jī)架、動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、切面部分、氣動(dòng)壓面部分、電控加熱部分組成。電機(jī)部分選用了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)圖1全自動(dòng)壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，對(duì)全自動(dòng)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(dòng)機(jī)器，啟動(dòng)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(shí)即可進(jìn)行工作。面從料筒里通過(guò)氣壓壓出再通過(guò)擠面的螺桿傳輸將定量的面坯通過(guò)切刀切割后落在輸送帶上，這時(shí)氣動(dòng)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?dòng)開關(guān)，上模具即自動(dòng)壓下，薄餅加熱時(shí)間完成時(shí)，上模具自動(dòng)升起復(fù)位，電機(jī)帶動(dòng)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。

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(shí)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(lái)研究分析制餅機(jī)連續(xù)成型功能及加熱功能的有效實(shí)現(xiàn)方法。由于制餅機(jī)需要實(shí)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(guò)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(guò)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。

2.1功能分解與功能元求解

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

在功能分解的基礎(chǔ)上對(duì)功能元進(jìn)行求解，對(duì)面餅連續(xù)移動(dòng)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(dòng)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。

由表1可知過(guò)濾功能共有N=2×2×4=16個(gè)原理解。

由表2可知過(guò)濾功能共有N=4×3×2=24個(gè)原理解。

由表3可知過(guò)濾功能共有N=4×4×3=48個(gè)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(dòng)功能系統(tǒng)原理解

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

水平連續(xù)移動(dòng)式（A2）—步進(jìn)電機(jī)（B2）—帶傳動(dòng)（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）—?dú)鈮涸矗˙1）—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(guò)反復(fù)分析比較并聯(lián)系實(shí)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(dòng)功能系統(tǒng)原理解

水平連續(xù)移動(dòng)式（A2）—步進(jìn)電機(jī)（B2）—帶傳動(dòng)（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）—?dú)鈮涸矗˙1）—圓形模盤（C1）

至此，制餅機(jī)功能原理設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。

3.制餅機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

全自動(dòng)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(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、同步帶傳動(dòng)部分、擠面?zhèn)魉筒糠?、輸送部分、切刀、氣?dòng)壓面板和電控加熱部分以及一些常用的標(biāo)準(zhǔn)件。整個(gè)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要采用同步帶和帶輪以及傳動(dòng)軸來(lái)傳遞動(dòng)力，使全自動(dòng)壓餅機(jī)動(dòng)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(shí)現(xiàn)面餅的連續(xù)移動(dòng)、連續(xù)壓制成型以及不間斷加熱烘烤，分別從三個(gè)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別為制餅機(jī)連續(xù)制餅運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制餅機(jī)連續(xù)加熱方式實(shí)現(xiàn)和制餅機(jī)壓制成型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先制餅機(jī)的連續(xù)制餅功能，需要餅按需求移動(dòng)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(shí)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(shí)，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(gè)移動(dòng)過(guò)程中處于全程加熱的狀態(tài)，因此此結(jié)構(gòu)能夠有效實(shí)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(dòng)壓制模盤完成壓制，實(shí)驗(yàn)證明，同步鋼帶在帶動(dòng)面餅移動(dòng)過(guò)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(guò)程中實(shí)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(dòng)壓餅機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的裝配圖如圖4所示：

4.結(jié)論

本文針對(duì)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(guò)程所需動(dòng)作，采用“功能元”分解法以及“黑箱”理論設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的制餅自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)線的重要部分，該裝置工作原理簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，工藝安排合理，所以在設(shè)計(jì)機(jī)器各部分機(jī)構(gòu)的布局時(shí)，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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