多功能輥式自動面條機的結構設計

林宗德，林新英，陳 文

（閩南理工學院，福建石獅362700）

0 引言

面條是一種用谷物或豆類的面粉加水和成面團，之后壓或搟制成片再切或壓，或者使用搓、拉、捏等手段，制成條狀（或窄或寬，或扁或圓）或小片狀，最后經煮、炒、燴、炸而成的一種食品[1]。伴隨著科技的不斷創(chuàng)新和經濟的快速發(fā)展，快節(jié)奏的生活也隨之來臨，飲食制作快捷化必將取代傳統(tǒng)的食品制造方法。人們?yōu)榱四軌蚋臃奖?、快捷地制作美味的面條，使用面條機已成為一種趨勢，所以設計的一款多功能自動面條機具有很大的市場需求。

1 主要研究內容

本設計結合面條制作工藝，綜合運用專業(yè)基礎理論、基礎知識和基本技能，設計出一款多功能自動面條機。要求：簡單實用、操作簡單，集和面、壓面、切面于一體，能做出厚薄勻稱的寬窄面條。動力源采用電動機，而以帶傳動加齒輪傳動為主要傳動方式。本文重點研究設計面條機在壓面和切面時的間隙調節(jié)機構。

主要內容包括：

1）對面條機的和面部分、壓面部分、切面部分等進行方案設計。

3）利用三維軟件Pro/E對面條機整體造型進行建模，后導出到CAD中生成非標零件的二維加工圖紙及其總裝配圖。

2 整體方案設計

本款多功能自動面條機可分解為五大部分，分別是：和面裝置、壓面裝置、切面裝置、輸面裝置以及傳動裝置。布局情況如圖1：

圖1 整體布局圖

2.1 面條機功能分析及工作原理

多功能自動面條機，結構簡單實用、操作簡單，集和面、壓面、切面于一體，能一體化完成厚薄勻稱寬窄面條的加工，實現(xiàn)面粉到面條的轉變[2]。

多功能自動面條機的工作流程為：面粉加水—和面—醒面—面團—壓面輥擠壓—切面輥切割—面條成型。具體為：將面粉和水按照一定比例放入和面箱中，通過電機帶動和面刀頭完成和面動作，經一定的醒面時間后打開和面箱與底箱的隔板。面團隨落料板滑到兩根壓面輥之間，后受面輥相對轉動的擠壓成一定厚度面皮，兩壓面輥間距可調，所以面條的厚度可調。成型后的面皮在自身重力的作用下落到切面輥之間，經受切面輥相對轉動完成面皮縱向切割。兩根切面輥的刀齒齒高按一定規(guī)律排列，只要通過調整兩切面輥的間距，就能完成不同寬度的面條的加工。這時就完成面粉到面條質的變化了。成型后面條落下小型傳輸帶運輸出來，我們也可以根據(jù)自身要求，對面條的長度進行切割。

2.2 傳動系統(tǒng)設計

本設計的多功能自動面條機的傳動系統(tǒng)如圖2所示。首先用小帶輪和電動機同軸相連，小帶輪通過皮帶將動力傳到大帶輪。大帶輪與中間傳動齒輪同軸聯(lián)接到中間傳動軸，動力也傳到中間傳動齒輪。中間傳動齒輪再通過齒輪將動力分成兩部分，一部分傳給壓面裝置，齒輪帶動壓面軸，從而使壓面輥轉動，完成對面團碾壓。一部分傳到切面裝置，通過兩齒輪嚙合帶動兩根切面輥相互運動，完成對面皮的切割，使其成為面條。至此完成了面條機的運動，并實現(xiàn)其功能[3]。

圖2 面條機壓面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)

2.3 和面裝置設計

和面主要是面粉和水通過機械運動相互作用，形成面絮，最后形成面團的過程。機械運動是攪拌槳在電動機的帶動下，在和面箱內回轉，箱內面粉和水也被帶動充分攪合、混合，使干面粉得到均勻的水化作用[5-6]。

和面裝置設計主要從三方面進行：

本文以.net作為開發(fā)平臺，詳細介紹了工作流引擎設計中用到的一些關鍵技術。以鄂州職業(yè)大學報告審批流程為例介紹了工作流的建模及對應的XML文件，講解了XML解析器的設計代碼，給出了應用程序是如何通過反射機制被調用的過程，最后陳述了工作流事件驅動機制以及實現(xiàn)的方法。

第一步確定和面的方式，分別對立式和面、臥式和面兩種方式進行利弊分析選擇。

圖3 面條機切面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)

臥式和面：和出來的面團內部的顆粒比較大，較適合做饅頭。結構簡單，清洗、維修方便，但占面積較大。

立式和面：和出來的面團相比較細膩，且和面效率高，傳動裝置較簡單，但不太適合進行大規(guī)模、長時間生產。

經對比本設計的面條機和面部分采用立式和面，即轉動軸平行安裝于圓柱狀和面箱軸線方向上，結構型式與家庭所用的立式打蛋機相似，具體見圖4。

圖4 立式和面機示意圖

第二步設計攪拌槳，常見的有滾籠式、槳葉式、葉片式、花環(huán)式。通過對面條制作工藝的分析，通過對比我們選擇滾籠式攪拌槳，并在此基礎上進行改進設計，具體設計思路見第3部分。

第三步設計和面箱體，該箱體采用不銹鋼，結構上呈圓柱體，上面有開口以放入原料，下端設計一個開關，在和面完成后打開方便面團落到落料板上，以完成下面工序。因為在和面過程有液體的存在，設計該箱體時還應注意密封性。

箱體總高：290mm；直徑300mm，壁厚5mm，有效容積0.29×0.152×π×1 000=20.5L。

2.4 壓面裝置設計

本設計的多功能自動面條機，壓面部分主要通過兩根壓面輥的相對轉動，面團在自身重力的影響下，往下運動，由于隨著轉動時兩壓面輥的間隙會慢慢變小，面團受的壓力和剪切也逐漸加強，碾壓成厚薄勻稱的面皮[7-8]。

面皮厚度的調節(jié)是通過調節(jié)梅花手柄上的螺紋調節(jié)兩根壓面輥間隙。

圖5 中心距調節(jié)示意圖

2.5 切面裝置設計

對于傳統(tǒng)壓面機只能切出單一寬度的面條這一缺點進行分析，創(chuàng)新設計出一種新型多用切面輥，刀齒為矩形，整根輥上的所有齒槽寬度和刀齒寬度都相等，切齒按齒高有規(guī)律地排列在一個圓柱棒上。通過調整兩切面輥的中心距，無需頻繁更換切刀，就能切出多種不同寬度的面條，簡單方便，并總結出了切制不同寬度面條時的刀齒的分布規(guī)律，實現(xiàn)了切面輥的一刀多用[9]。

兩根切面輥的中心距也是通過調節(jié)梅花手柄上的螺紋進而導致滑塊在彈簧的彈力下向外運動，這時與滑塊相連接的一個切面輥也隨之運動，用這種方法就可以調節(jié)兩根壓面輥間隙了。

圖6 梅花手柄安裝位置

3 零部件設計

3.1 攪拌漿

攪拌槳結構分為兩部分，第一部分是中間的螺旋結構，第二部分是矩形結構。和面過程中螺旋結構對面粉和水進行充分攪合、混合，而矩形結構則是把和面箱內四周的面粉往中間聚合。

攪拌槳總長325mm，有效攪合范圍220mm，上端通過聯(lián)軸器與電動機聯(lián)接。

圖7 攪拌漿在和面箱內

3.2 壓面輥

本設計針對多功能自動面條機設計的壓面輥一共有兩根。為了節(jié)省材料和對整機空間的利用，整根輥采用一體成型，集傳動和壓面于一體。每根輥表面要求拋光。結構為中空圓筒型[10]。

傳動部分：壓面輥之間通過齒輪嚙合，所以兩根壓面輥的一側開有鍵槽，經過計算鍵尺寸鍵寬b=5，鍵高h=5，長度L=12。

壓面部分：每根輥表面要求拋光，結構為圓筒型。

3.3 切面輥

本設計針對多功能自動面條機設計的切面輥一共有兩根。為方便加工和結構的緊湊，整根輥采用一體成型，集傳動和切面于一體。

傳動部分：切面輥之間通過齒輪嚙合，所以兩根切面輥的一側開有鍵槽，經過計算鍵尺寸鍵寬b=5，鍵高h=5，長度L=12。

切面部分：針對傳統(tǒng)切面輥只能滾切出單一寬度的面條，通過研究對切面輥上刀齒排列規(guī)律對滾切出來的面寬度的影響，創(chuàng)造出一種新型多用切面輥，刀齒為矩形，整根輥上的所有齒槽寬度和刀齒寬度都相等，根據(jù)傳統(tǒng)面條，齒寬和齒槽取2mm，齒高按一定規(guī)律排列。只需要通過調節(jié)梅花手柄進而調整兩切面輥的中心距，無需頻繁更換切面輥，就可以滾切6種寬度的面條，簡單方便，齒高分布規(guī)律具體見表1,可以使切面輥做到一輥多用。

圖8 壓面輥

當主切面輥、輔切面輥之間間隙取達到最大值時，最高的兩對齒相切，滾切出的是本機所制作的最寬的面條；而當主切面輥、輔切面輥之間得間隙減少2mm后，這時所滾切出來的面條寬度等于最大寬度的一半，按照這個規(guī)律，主切面輥、輔切面輥之間間隙每減少相應的距離，主切面輥、輔切面輥上會有相應的齒相切。所以我們只要改變間隙，就可以滾切出一系列寬度的面條。設計出的切面輥能切出來的面條寬比為1∶3∶6∶12∶24∶48。

3.4 左右側板

左右兩側板用于裝配傳動軸、壓面輥與切面輥，側板之間的固定是通過三根支撐桿，首尾螺母旋合實現(xiàn)，兩零件是鏡像零件。表1為能切制6種面寬的刀齒分布規(guī)律。

4 傳動系統(tǒng)參數(shù)設計

4.1 和面電動機

根據(jù)制作工藝的研究可知，面團成型時需要變轉速攪拌面粉，且轉速不宜過大，先中速攪拌三分鐘，再慢速攪拌5分鐘的和面方法是最佳的一個組合方式，根據(jù)和面速度≈30r/s,可由此擬定和面電動機型號100W松下伺服電動機。

表1 能切制6種面寬的刀齒分布規(guī)律

4.2 面條制作電動機

一般的家庭用電電壓為220V，面條機的轉速不宜過大，經查詢相關資料綜合考慮電動機功率、轉速以及傳動裝置的傳動比，擬采用YU系列單相電阻啟動異步電動機，型號為YU6324。其滿載轉速n=1400r/min、額定功率P=90W，選擇的傳動比也較為合適，整體傳動裝置布局結構較緊湊合理。

4.3 帶傳動的設計

帶傳動具有布局結構簡單緊湊、成本低、安裝便利、傳動效率高、傳動摩擦力大的長處，還可以降低面條機在使用時的噪音。摩擦型帶傳動在壓面輥承受的載荷過大時，會發(fā)生打滑現(xiàn)象，可以保護傳動系統(tǒng)和電動機。綜上所述，在電動機與傳動齒輪之間聯(lián)接選用V帶與帶輪的傳動配合。

本設計的小帶輪的轉速n1=1400r/min，大帶輪的轉速n2=500r/min。

5 結論

本設計結合面條制作工藝，綜合運用專業(yè)基礎理論、基礎知識和基本技能，基于Pro/E三維建模設計出一款多功能自動面條機。以電動機為動力源，以帶傳動、齒輪傳動為主要傳動方式，結構簡單實用、操作簡單，集和面、壓面、切面于一體，能做出厚薄勻稱的寬窄面條，并在制作面條的粗細、寬度的機構上進行創(chuàng)新，使其可以調節(jié)?？梢宰屓藗兛梢钥焖俜奖愕刂谱髅牢兜拿鏃l，具有良好的市場應用價值。