流沙包機(jī)的結(jié)構(gòu)研究

劉云鵬，尚 銳，魏帥峰，薛曉強(qiáng)

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州121001）

隨著時(shí)代的進(jìn)步以及生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)烹飪的營養(yǎng)追求也越來越高，快速且具有營養(yǎng)的食品受到了越來越多人的歡迎，傳統(tǒng)食品中的包子就是其中之一。包子是一種大眾快餐食品，國內(nèi)消費(fèi)量極大，但其制作一直為手工操作，工作效率低，勞動(dòng)量大，衛(wèi)生難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。由于手工制作的包子其成品形狀和大小很難達(dá)到完全一致，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求，因此如果能研究，開發(fā)一種以機(jī)械動(dòng)作代替人工勞動(dòng)的機(jī)器，除了可以節(jié)約大量的時(shí)間、降低包子的生產(chǎn)成本、提高利潤之外，更能達(dá)到外形美觀、增加食欲的效果?；诖?，筆者對(duì)流沙包機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的幾種包子機(jī)，研究了一種結(jié)構(gòu)簡單的流沙包機(jī)，用于國內(nèi)食品包子生產(chǎn)的大面積機(jī)械化。

1 流沙包機(jī)方案結(jié)構(gòu)

國內(nèi)現(xiàn)有的幾種包子機(jī)結(jié)構(gòu)都不同。作者根據(jù)各種包子機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了如下方案，如圖1為其方案簡圖。

圖1 流沙包機(jī)方案簡圖

本機(jī)參數(shù)為：生產(chǎn)率為40個(gè)/分；包子大小為直徑30～50 mm；通過調(diào)換不同螺距螺桿實(shí)現(xiàn)包子大小和餡、面配比的變化。

供餡和供面采用螺桿供送。螺桿供送是食品機(jī)械中常用的方法，特別是粘度較大的物料供送。采用螺桿供送，供送力大，結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如圖2、3所示。工作時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)餡或面出供送口。根據(jù)生產(chǎn)率計(jì)算，螺桿轉(zhuǎn)速為40 r/min；根據(jù)包子尺寸確定，供餡螺桿小徑為44 mm，大徑為70 mm，螺距為40mm；供面螺桿小徑為44mm，大徑為70 mm，螺距為 40 mm[1-2]。

圖2 供餡裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 供面裝置結(jié)構(gòu)圖

供餡和供面之間的連接采用雙管套連。餡管在里，面管在外，實(shí)現(xiàn)了面包餡。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)包子皮的尺寸和包子尺寸確定，供餡管徑為43 mm，供面管徑為68 mm.

圖4 供餡和供面雙管結(jié)構(gòu)圖

包子成型裝置參考的是專利結(jié)構(gòu)，如圖5所示。切片的數(shù)量為8片，則包子的褶數(shù)為8.動(dòng)力來源于圓柱凸輪推動(dòng)推桿，推桿推動(dòng)撥桿，撥桿推動(dòng)一個(gè)切片，從而擠動(dòng)其它切片運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開合的功能。開時(shí)，面管全部通過；合時(shí)，面管被擠斷，同時(shí)帶有褶皺。經(jīng)計(jì)算，凸輪推桿行程為40 mm時(shí)正好實(shí)現(xiàn)一次開合。考慮空間位置要求定凸輪的直徑為92 mm，槽深和槽寬都為8 mm，為了避免推桿運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生剛性沖擊，采用余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，并采用幾何鎖合方式。沒有采用盤形凸輪而采用圓柱凸輪是為了簡化傳動(dòng)系統(tǒng)，減少一個(gè)換向傳動(dòng)裝置。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)如圖6所示[3-4]。

圖5 切斷結(jié)構(gòu)圖

圖6 凸輪結(jié)構(gòu)圖

2 流沙包機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

本流沙包機(jī)采用的是成型裝置組合而成，設(shè)計(jì)思想成熟，實(shí)現(xiàn)容易，且結(jié)構(gòu)簡單，因此成本低。另外，本機(jī)采用一個(gè)普通電機(jī)來實(shí)現(xiàn)供餡、供面、包子成型。傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是常用的帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，相對(duì)于步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)，本機(jī)成本更低廉。由此本機(jī)應(yīng)用性會(huì)更廣大，使用性會(huì)更強(qiáng)。整機(jī)三維立體模型如圖7所示[5]。切斷裝置工作原理三維立體如圖8所示。

圖7 整機(jī)三維立體圖

圖8 切斷裝置工作原理三維立體圖

3 流沙包機(jī)三維裝配和仿真分析

首先應(yīng)用solidworks軟件進(jìn)行了各個(gè)零件的三維建模，然后將零件進(jìn)行了三維裝配。在裝配的過程中修改了零件尺寸和結(jié)構(gòu)，如切斷裝置等，使得每個(gè)部裝的裝拆順利和可靠；在滿足部裝裝拆的前提下，對(duì)部裝又進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，在仿真的過程中發(fā)現(xiàn)了干涉。干涉出現(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)和切斷裝置運(yùn)動(dòng)中，原因是凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律選取與凸輪推桿、切斷撥桿尺寸選取上。后凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律改用余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。又通過不斷三維仿真試驗(yàn)修正了凸輪推桿和切斷撥桿尺寸，整機(jī)順利運(yùn)行，為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化提供了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

近三十年來，食品機(jī)械在我國有了長足的發(fā)展。隨著人口的增加、工作節(jié)奏的加快，人們在飯店、食堂就餐的機(jī)會(huì)大大增加，這就給食品機(jī)械的發(fā)展帶來了商機(jī)。包子是我國的傳統(tǒng)食品，深受廣大群眾的歡迎。研究操作簡單、使用維護(hù)方便、價(jià)格低廉的包子制作設(shè)備是有實(shí)用價(jià)值的。