流沙包機的結構研究

劉云鵬，尚 銳，魏帥峰，薛曉強

（遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州121001）

隨著時代的進步以及生活節奏的加快，人們對烹飪的營養追求也越來越高，快速且具有營養的食品受到了越來越多人的歡迎，傳統食品中的包子就是其中之一。包子是一種大眾快餐食品，國內消費量極大，但其制作一直為手工操作，工作效率低，勞動量大，衛生難以達到標準。由于手工制作的包子其成品形狀和大小很難達到完全一致，遠遠不能滿足社會需求，因此如果能研究，開發一種以機械動作代替人工勞動的機器，除了可以節約大量的時間、降低包子的生產成本、提高利潤之外，更能達到外形美觀、增加食欲的效果。基于此，筆者對流沙包機結構進行了研究，結合國內現有的幾種包子機，研究了一種結構簡單的流沙包機，用于國內食品包子生產的大面積機械化。

1 流沙包機方案結構

國內現有的幾種包子機結構都不同。作者根據各種包子機的結構特點，確定了如下方案，如圖1為其方案簡圖。

圖1 流沙包機方案簡圖

本機參數為：生產率為40個/分；包子大小為直徑30～50 mm；通過調換不同螺距螺桿實現包子大小和餡、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，結構簡單，便于實現，其結構如圖2、3所示。工作時，螺桿轉動，推動餡或面出供送口。根據生產率計算，螺桿轉速為40 r/min；根據包子尺寸確定，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 供餡裝置結構圖

圖3 供面裝置結構圖

供餡和供面之間的連接采用雙管套連。餡管在里，面管在外，實現了面包餡。其結構如圖4所示。根據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 供餡和供面雙管結構圖

包子成型裝置參考的是專利結構，如圖5所示。切片的數量為8片，則包子的褶數為8.動力來源于圓柱凸輪推動推桿，推桿推動撥桿，撥桿推動一個切片，從而擠動其它切片運動來實現開合的功能。開時，面管全部通過；合時，面管被擠斷，同時帶有褶皺。經計算，凸輪推桿行程為40 mm時正好實現一次開合。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，為了避免推桿運動中產生剛性沖擊，采用余弦加速度運動規律。凸輪機構采用圓柱凸輪機構，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系統，減少一個換向傳動裝置。圓柱凸輪機構如圖6所示[3-4]。

圖5 切斷結構圖

圖6 凸輪結構圖

2 流沙包機結構特點分析

本流沙包機采用的是成型裝置組合而成，設計思想成熟，實現容易，且結構簡單，因此成本低。另外，本機采用一個普通電機來實現供餡、供面、包子成型。傳動系統采用的是常用的帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動，相對于步進電機和伺服電機控制運動，本機成本更低廉。由此本機應用性會更廣大，使用性會更強。整機三維立體模型如圖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 流沙包機三維裝配和仿真分析

首先應用solidworks軟件進行了各個零件的三維建模，然后將零件進行了三維裝配。在裝配的過程中修改了零件尺寸和結構，如切斷裝置等，使得每個部裝的裝拆順利和可靠；在滿足部裝裝拆的前提下，對部裝又進行了運動仿真，在仿真的過程中發現了干涉。干涉出現在凸輪機構和切斷裝置運動中，原因是凸輪機構運動規律選取與凸輪推桿、切斷撥桿尺寸選取上。后凸輪機構運動規律改用余弦加速度運動規律。又通過不斷三維仿真試驗修正了凸輪推桿和切斷撥桿尺寸，整機順利運行，為后續的產業化提供了基礎。

4 結束語

近三十年來，食品機械在我國有了長足的發展。隨著人口的增加、工作節奏的加快，人們在飯店、食堂就餐的機會大大增加，這就給食品機械的發展帶來了商機。包子是我國的傳統食品，深受廣大群眾的歡迎。研究操作簡單、使用維護方便、價格低廉的包子制作設備是有實用價值的。