新型柱狀面包坯成形機的結構與功能分析

繩以健， 劉玉德， 張有忱

(1.總后軍需裝備研究所， 北京 100010；2.北京工商大學 機械工程學院， 北京 100048；3.北京化工大學 機電工程學院， 北京 100029)

在面包制作中，面粉和水在和面機中經過揉和形成面團后，需經分割機分割，形成制作面包的小面團，小面團再經過揉搓，獲得面包的外觀形狀，并使面團內部的氣孔在搓揉的作用下進一步細化變小，氣體分布更加均勻，為下一步醒發做準備. 因此，面團醒發之前的搓揉或搓圓是一道關鍵的工序，面包成品的外觀質量以及內部致密度的均勻性都與搓圓的成形過程有關. 現對一種新型柱狀面包成形機的結構以及搓揉成形過程進行研究與分析.

1 主要結構和工作原理

1.1 現有機構分析和工作原理

1.電機 2.皮帶輪 3.蝸輪 4.渦輪箱 5.主軸支撐架 6.軸承座 7.機架 8.支撐架 9.調節螺釘 10.固定螺釘 11.控制板 12.開放式翼型螺栓 13.撒粉盒 14.軸 15.拉桿 16.頂蓋 17.轉桿 18.貯液桶 19.放液嘴 20.托盤 21.法蘭盤 22.軸承 23.主軸 24.連接板

現有面團成形及搓揉由搓圓機完成，主要用于圓形面包制作. 搓圓機為傘形結構，其功能為對分割好的面團搓圓和搓揉，見圖1. 主要包括電機、轉體、螺旋導板、撒粉裝置及傳動裝置等. 當搓圓時，首先將分割機分割的面團由轉體底部進入螺旋形導槽,由于傘形轉體旋轉及固定導板為圓弧形狀,使導板與面團、面團與轉體傘形表面之間產生摩擦力,由于面團在轉體旋轉時受離心力作用,使面團沿螺旋型導槽由下向上運動,在頂部離開機體，進入下一步操作. 此過程面團既有公轉又有自轉,既有滾動又有微量滑動,通過這種復合運動形成要求的圓球形[1-4].

1.2 新型柱狀面包坯成形機結構和工作原理

新型柱狀面包坯成形機將面團揉搓、壓片合成一體，適合于制作卷式面包，可使面包一次成形，減少了后續工序. 為進一步加大對面團的揉搓力，在新型機構中除了保留搓團的運動外，還增加了立搓工序，提高了揉搓效果，使面團內氣孔更加致密和均勻，提高了面包的質量. 新型機的結構主要包括搓團、立搓、擠壓成片、制卷4個階段，如圖2.

1.變半徑隧道式壓板 2，4，7.傳送帶 3.立搓壓板 5.引導輥 6.壓片輥 8.阻尼鏈

2 新型柱狀面包坯成形機工作過程分析

2.1 搓揉面團的過程分析

搓揉面團的過程如圖3，圖3a是面團在板1和3之間的情況；圖3b是當3板固定時，若2板向下運動時，則面團受到擠壓而產生變形，這一過程看作“揉”的過程；圖3c為當3板固定，2板作橫向運動時，被側向剪切和拉伸，產生剪切變形，這一過程可以看作“搓”的過程. “搓”的過程也可以是2板與3板都作運動，且運動方向相反. “揉”的過程也可以是2板作向下運動的同時，3板作向上的運動.

圖3 揉面包胚示意Fig.3 Diagram of kneading paste of bread

1.面團 2.動板 3.固定板

(1)

式(1)中n為常數，對于牛頓流體n=1，當n≠1時為非牛頓流體，φ為動力粘度.

(2)

2.2 成形機工作過程分析

2.2.1搓團階段

搓團采用如圖5的變半徑隧道式壓板的結構形式. 面包胚成團過程如圖6. 在圖6中，當面團位于A時，面團隨著傳送帶一起移動，沒有轉動. 當面團到達B時，開始與壓板側壁相接觸，側壁對面團產生向右的作用力Fb，阻止面團前進，而傳送帶對面團產生的牽引力FB，要帶動面包繼續移動. 這兩個力對面團產生了剪切作用. 同時，這兩個力形成的力偶，將使得面團產生側向轉動. 當面團移動到C時，面團的兩側與上部均與壓板相接觸，對面團施加了FC1、FC2、FC3的作用力，3個力的合力與傳送帶對面團產生的牽引力FC形成一個力偶，使得面團在前進方向上翻滾轉動. 由于壓板為變半徑隧道，這組力對面團既形成“搓”的作用又形成“揉”的作用.

圖5 隧道式壓板Fig.5 Tunnel-like pressing plate

圖6 面包胚成團過程Fig.6 Shaping process of bread-paste

2.2.2立搓階段

立搓的工作原理與圖4基本相同，可以對面團形成搓揉的作用. 采用立式搓揉主要是為了方便下一道擠壓成片工序. 立搓后的面團成為一個直立的長圓柱體，這樣，很容易進入擠壓輥進行壓片.

2.2.3擠壓成片階段

在制卷工序之前，須將面團軋成片狀，面團在兩個軋輥擠壓作用下成片. 此時兩輥的線速度相同，這一過程主要是“揉”，而沒有“搓”的作用. 由于此時的擠壓率非常大，故“揉”的效果非常明顯. 圖3中上面的輥子5為導向輥，其作用是輔助長圓柱形面團順利進入兩軋輥之間. 在擠壓成片的過程中，還可以將面團中的空氣擠出，使面團更加致密均勻.

2.2.4制卷階段

制卷是將面片卷成卷的過程. 成卷裝置如圖6，傳送過程如圖7. 首先，傳送帶將面片帶入成卷裝置(圖7a)，繼續前進時，面片前部接觸到阻尼鏈，阻尼鏈對面片的力將面片前部抬起(圖7b)，再往前移動時，面片被卷起(圖7c)，最后成卷送出(圖7d). 整個制卷過程中阻尼鏈起到了非常重要的作用，它既可以讓面片成卷，又不會將面卷逐漸變大，較好地實現了卷式面包的搓揉以及成形效果.

圖7 制卷過程Fig.7 Process of rolling shaping

3 結 論

1)比較了傳統面包搓圓機與新型柱狀面包坯成形機的機理，結果表明，后者對面團具有更強的揉搓作用，且作用時間更長，擠壓力更大，效果更好.

2)新型機構揉搓作用更強，使面團的彈性模量增大, 變形量減小, 面筋力增加,內部組織更加細密，氣體分散更加均勻,在醒發中更能有效保持氣孔中的氣體, 使面團內部氣孔均勻且致密.

3)對面團的搓揉過程進行了詳細的分析，并對變半徑隧道式壓板的工作原理及阻尼鏈成卷的過程進行深入研究，設計出一種新型柱狀面包坯成形機.