SNJ10 型自動制泥機設計與試驗

何江濤，陳 盼，李永輝，張清泉，趙東林，尹學清，楚軍威

（中國包裝和食品機械有限公司，北京 100083）

0 引言

馬鈴薯泥是將馬鈴薯蒸熟、搗爛后制成的一種泥狀食品，最大程度地保留了馬鈴薯原有的風味、質地及營養成分，在西餐中廣受歡迎，流行于歐洲和美國。近年來，隨著西式快餐在我國的快速發展，馬鈴薯泥被越來越多的國人所認識和喜愛[1]。自2015 年我國實施馬鈴薯主糧化發展戰略，把馬鈴薯確定為 “雙主” （主糧、主食） 以來，薯泥作為馬鈴薯主糧化的重要原材料受到越來越多的重視和應用[2-5]。

發達國家用馬鈴薯泥加工的專用設備種類豐富、性能優良，加工技術也十分成熟。但國內用于馬鈴薯泥加工的專用設備卻很少，中型和大型的馬鈴薯泥加工線則基本沒有。因此，開發滿足我國市場需求的馬鈴薯泥加工成套裝備具有廣闊的市場前景，而其中制泥技術的優劣是關系到馬鈴薯泥成品品質的一個關鍵環節。

為此，研發了SNJ10 型自動制泥機。該機采用帶式柔性連續制泥結構，可自動實現薯泥與薯皮等雜質的分離，制泥壓力可控、可調，可根據不同品種馬鈴薯原料的加工工藝需求，設定相應的制泥壓力，從而生產出最優質的馬鈴薯泥，同時該機還采用變頻控制，制泥速度可調，可滿足不同的生產需求。

1 總體結構與工作原理

1.1 總體結構

SNJ10 型薯泥機主要由制泥壓力控制及調節機構、制泥機構、自動卸料機構、雜質輸出機構及鏈輪傳動系統等組成。

SNJ10 型自動制泥機見圖1。

技術參數如下：外形尺寸（長×寬×高） 800 mm×1 000 mm×1 200 mm，整機質量300 kg，生產能力100～200 kg·h-1，泥化顆粒直徑≤2.0 mm，分離率92%～97%，總功率1.1 kW。

1.2 工作原理

SNJ10 型制泥機由驅動電機帶動鏈輪傳動系統驅動各機構協同運轉。制泥機構主要由篩筒和皮帶組成，其在主驅動電機的帶動下做回轉運動，并帶動物料沿回轉方向運行，隨著制泥腔的逐漸變小，果肉逐漸被擠壓進制泥機構的篩筒內，變成顆粒均勻、質地細膩的薯泥，薯皮則附著在篩筒及皮帶的表面，并由后面的清理刮刀及輥刷清除，再由雜質輸出機構輸出，從而完成制泥及皮肉的自動分離。制泥壓力控制及調節機構可轉動地固定在機架上，通過調節其上預壓緊彈簧的長度，可以靈活調整制泥壓力。

2 主要工作部件設計

2.1 鏈輪傳動系統

在滿足設計需求的前提下，鏈傳動系統具有結構簡單、緊湊及維修方便等優點[6]。由驅動電機輸入的動力通過鏈輪和傳動鏈條被分別傳遞給制泥機構和雜質輸出機構，使其分別繞固定的軸轉動。在轉動過程中，制泥機構和雜質輸出機構由各執行部件的協調運行完成相應的操作。鏈輪傳動系統主要由驅動鏈輪、傳動鏈條、鏈條張緊機構、軸承座組及從動鏈輪等組成。驅動鏈輪由驅動電機帶動，通過調整驅動電機的轉速，可以滿足一定范圍內不同馬鈴薯泥生產率的需求。

鏈輪傳動系統結構簡圖見圖2。

2.2 制泥壓力控制及調節機構

制泥壓力控制及調節機構主要由皮帶張緊機構、擺臂架、預壓輥、主壓輥及壓力調節機構組成。

制泥壓力控制及調節機構結構簡圖見圖3。

皮帶張緊機構控制著皮帶的預張力，通過調整張緊機構既可以避免皮帶運行過程中打滑失速，同時又可以通過降低皮帶的彈性而增加一定的制泥壓力。預壓輥及主壓輥沿光滑曲線軌跡可轉動地固定在擺臂架上，由皮帶的摩擦力帶動旋轉，且沿皮帶運動方向，預壓輥及主壓輥與篩筒的間隙逐漸變小，從而實現對物料的逐步擠壓。壓力調節機構與擺臂架采用套筒式結構連接，中間放置壓縮彈簧，通過調節壓縮彈簧的預壓力，可以根據加工工藝需求靈活設置制泥壓力，制泥壓力在0.05～0.45 MPa 內（可調）。同時，壓力調節機構還具有保護篩筒及防止皮帶意外損壞的功能，當有堅硬的異物意外進入制泥機內部后，由于異物無法通過篩筒而導致擺臂架受力增加，當擺臂架受力超過預先設置的制泥壓力時，擺臂架會自動旋轉抬起將異物排出而避免設備的損壞。

2.3 制泥機構

制泥機構主要由進料導槽、篩筒、壓泥皮帶、清理刮刀機構及輥刷機構組成。

制泥機構結構簡圖見圖4。

熟制的物料經進料導槽，以一定的速度進入篩筒和壓泥皮帶的嚙合區間，隨著嚙合區間的逐漸縮小，物料的果肉被逐漸壓過篩筒表面的孔隙，進入篩筒的內部，變成均勻細膩的泥狀物。物料的果皮及雜質則由于不能通過篩筒表面的孔隙而附著在篩筒和皮帶的表面，并被其帶離嚙合區，最終由篩筒表面的清理刮刀和皮帶表面的輥刷清除掉。篩筒的表面按菱形、長方形或正方形的排列方式均布一定數量的向心圓孔，孔徑φ0.5～3.0 mm （可選）。在開孔率最大化的前提下，圓孔直徑的大小決定著制泥機的產能及馬鈴薯泥的質地。因此，可根據不同的原料及馬鈴薯泥的使用需求，選用不同圓孔直徑。壓泥皮帶采用食品級強化橡膠帶，壓泥皮帶的柔性可以防止局部制泥壓力過大所導致的馬鈴薯泥細胞破損，淀粉游離。

3 性能試驗及結果分析

3.1 性能試驗

3.1.1 試驗材料

馬鈴薯品種：大西洋，要求外觀良好，無病蟲害、無表面發青及腐爛變質。

3.1.2 測試指標與影響因素

制泥效率是評價SNJ10 型制泥機性能好壞的主要指標，制泥效率以產能N 為檢測標準，即在單位時間內通過制泥機篩筒的馬鈴薯泥質量，在保證薯泥品質及泥化率的前提下，單位時間內制得的薯泥質量越高，制泥效率也就越高。產能計算公式如下：

式中：N——產能，kg/h。

n——馬鈴薯泥化質量，kg。

t——對應的馬鈴薯泥化時間，min。

每種制泥條件下取3 次樣（單次取樣質量不少于10 kg），分別按上式計算出對應產能，然后將3 次產能相加后求平均值，所得值即視為該制泥條件下的產能。

試驗將原料的喂入速度、壓泥皮帶的帶速和制泥壓力3 個參數作為檢測制泥機性能的主要因素，在其他參數保持不變時，考查其對制泥效率的影響。

3.1.3 試驗方法

參照馬鈴薯泥加工工藝[7-8]，并適當調整工藝，挑選優質、合格的馬鈴薯，之后對原料馬鈴薯進行清洗、切制、漂洗、漂燙、冷卻和蒸煮等一系列處理，最后將經過熟化的馬鈴薯片按預定的制泥條件送入SNJ10 型制泥機內，待設備運行穩定后，按要求測定制泥機的產能。

3.1.4 操作要點

（1） 清洗。將馬鈴薯表面的泥沙清洗干凈。

（2） 切制。將馬鈴薯切成厚薄均勻的薯片，試驗中馬鈴薯片厚度為10 mm。

（3） 漂燙。將漂洗后的馬鈴薯條放入85 ℃的熱水中漂燙5 min。

（4） 蒸煮。常壓蒸汽連續蒸煮30 min。

3.2 試驗結果與分析

泥化率是制泥機完成制泥時通過篩筒的馬鈴薯泥質量與對應投入原料總質量的比值，比值越大，設備的分離效果也越好，一般要求制泥機的泥化率不應低于90%，否則果肉與薯皮分離不徹底，浪費較多。

原料的喂入速度對制泥機的產能及泥化率都有很大的影響。

原料的喂入速度對產能及泥化率的影響見圖5。

由圖5 可知，隨著喂入速度的逐漸增大，馬鈴薯泥的產能也在逐漸增加，且隨著喂入速度的增加變化明顯，但當喂入速度大于180 kg/h 時，產能雖然隨著喂入速度的增加而增加，但增長速率減小，且當喂入速度大于200 kg/h 時，相應的泥化率低于90%，分離效果變差。因此，選定原料的喂入速度160，180，200 kg/h 這3 個水平值。

壓泥皮帶的帶速與篩筒的轉速相對應，帶速越高則對篩筒轉速越高，在一定的速度范圍內，篩筒的轉速越高，則成泥速度就越快，相應的制泥機產能就越大。但當帶速超過一定的值后，產能基本不再隨帶速的增加而提高。因此，根據以往的生產經驗以及設備自身性能，選定初始壓泥皮帶的帶速0.2，0.3，0.4 m/s 這3 個水平值。

制泥壓力對制泥機的產能、泥化率及成品馬鈴薯泥的品質都有顯著的影響，制泥壓力過低，則對原料的擠壓力小，通過篩筒成泥的速度緩慢，會導致制泥機的產能及泥化率均比較低，設備效率不高；制泥壓力過高，則會破壞成品薯泥細胞的完整性[9]，使細胞破裂，淀粉游離，影響成品馬鈴薯泥的品質。因此，根據以往的生產經驗以及設備自身性能，選定初始制泥壓力0.25，0.35，0.45 MPa 這3 個水平值。

由上述單因素試驗，最終確定制泥機性能試驗各因素及水平。

制泥機性能試驗因素與水平設計見表1，正交試驗結果見表2。

表1 制泥機性能試驗因素與水平設計

表2 正交試驗結果

由表2 可知，通過均值K 分析認為最佳生產條件為A2B3C2，即喂入速度為180 kg/h，帶速為0.4 m/s，制泥壓力為0.35 MPa。

通過對極差R 分析認為，以上因子對制泥機產能高低的影響程度，從大到小依次為原料的喂入速度、壓泥皮帶的帶速、制泥壓力。

4 結論

（1） SNJ10 型制泥機的制泥效率受諸多因素的影響，試驗僅研究了原料的喂料速度、壓泥皮帶的帶速及制泥壓力的影響。同時，還應看到馬鈴薯原料的品種、制泥時物料的熟化程度及篩筒的孔徑等均對制泥機的制泥效率有一定的影響，后期還需進行相關方面的試驗研究。

（2） 馬鈴薯制泥正交試驗表明，當原料的喂入速度為180 kg/h，帶速為0.4 m/s，制泥壓力為0.35 MPa時，制泥機產能最高，單位小時內加工制出的馬鈴薯泥最多；原料的喂入速度、壓泥皮帶的帶速和制泥壓力對制泥效率均有影響，影響程度從大到小依次為原料的喂入速度、壓泥皮帶的帶速、制泥壓力。

（3） 壓泥皮帶的帶速與制泥效率呈正比，當帶速不超過0.4 m/s 時，帶速越高相應的制泥效率也就越高；但當帶速超過0.4 m/s 時，隨著帶速的增大，制泥效率逐漸趨于穩定，產能基本不再隨帶速的增加而提高，這主要是由于帶速過高會出現原料打滑現象，進料速度不能顯著提高。同時，帶速過高，原料不能及時泥化而黏附在篩筒表面，可能會對篩筒及壓力調節機構形成巨大的瞬時反作用力，長時間運行易造成設備的疲勞損壞。