曾毅翀，張含葉，鄭厚斌，盧 宏，劉 對

（九江學院機械與材料工程學院，九江332005）

0 引言

當今社會，國家經(jīng)濟日益發(fā)達，老百姓的生活水平也日益得到改善，人們對食物的要求也由填飽肚子趨于健康飲食。在眾多的美食中，油炸食品因其香氣誘人、口感爽脆而備受人們的喜愛，但是油炸食品存在安全隱患[1]。食品在高溫炸油環(huán)境中會生成油脂聚合物，這種物質會影響人體健康，此外油炸過程中脫落下來的食物殘渣在高溫油的反復作用下會生成大量的有害物質，危害人體健康。

油炸機是食品油炸的關鍵加工設備，食品油炸機有傳統(tǒng)連續(xù)油炸機、水濾式油炸機和淋油式油炸機[2]。目前市場上常用的油炸機是水濾式油炸機，水濾式油炸機是利用油水不相溶、油水密度差的原理，使用時將油和水混合倒入油炸鍋中。因為油的密度比水的密度小，所以油浮在水面上[3-5]。水濾式油炸機的主要問題是被反復煎炸所造成的油渣沉淀在油炸鍋底部，不能方便地排出來，容易出現(xiàn)油質變壞，從而危害人體健康[6]。

基于上述原因，本文設計一種水油混合式油炸機，主要目的在于解決水濾式油炸機的排油渣問題，其次是改善炸油的加熱方式。采用電熱管對油層上部進行加熱。油層下部和水的接觸過渡區(qū)設置了空冷管，其作用是給下層炸油和水散熱，保證電加熱管上部的油層處于160℃～220℃之間，油水分界面溫度保持在60℃以下。

1 油炸機的工作原理

油炸機的工作原理：在油炸的過程中，油炸機的截止閥9保持常開狀態(tài)，截止閥13和15保持常閉狀態(tài)，食物產(chǎn)生的殘渣全部自動沉入油渣分離器10中。每炸制3～4 h清除一次油渣，在排渣過程中，首先需要關閉截止閥9，隔離油炸鍋和油渣分離器，不影響油炸過程的進行。然后打開截止閥13和15，排空油渣分離器中的油渣。排完油渣后關閉截止閥13，干靜的水重新充滿油渣分離器，使炸油達到生態(tài)清潔效果。

分離沉降結構中的濾網(wǎng)5采用凹面圓孔結構，有利于油渣的沉降。油炸箱的底部采用面夾角為18°～25°的漏斗形結構，有利于油渣沉淀時的滑落，油炸鍋底部與油渣分離器10相連，如圖1所示。

圖1 油炸機機械結構

2 油炸機的機械結構設計

油炸機的機械結構主要由外部框架3、油炸鍋2、油渣分離器10和水箱16等組成。

2.1 外部框架

外部框架的主要作用是承載油鍋、水箱和油渣分離器的重量。根據(jù)人們的身高條件和使用習慣，確定油炸機外部框架的尺寸為：長 ×寬 ×高=660 mm×760 mm×860 mm在滿足使用要求的情況下，與槽鋼和角鋼相比，方管可以大大減輕結構的質量。綜合考慮幾種材料的性能后，最終決定使用截面為30mm×30 mm的方管。

2.2 油炸鍋

油炸鍋的尺寸由外部框架的結構尺寸確定。如圖2所示，油炸鍋由上下兩部分組成，其中上部分為長方體，下部分為圓錐。長方體部分尺寸為：長×寬×高=500 mm×500 mm×220 mm，下部圓錐部分高100mm.

圖2 油炸鍋的三維模型

油炸鍋材料選用食品級304不銹鋼，采用3 mm鈑金。

2.3 油渣分離器

油炸分離器結構是油炸機的核心部件，主要功能是及時排出油渣，保持炸油的清潔。

油渣分離器結構包括油渣分離器和與之相連的三根管，這三根管分別為落渣管、進水管和排渣管，如圖3所示。其中，落渣管的上端與油炸鍋相連，在油炸過程中食物的殘渣會沉淀到油炸鍋的漏斗形底部，經(jīng)過落渣管，落到油渣分離器中。進水管的左端與水箱相連，在油渣分離器排渣過程中向油渣分離器內(nèi)補充水源，沖洗油渣分離器底部的油渣，使之進入到排渣管中。排渣管安裝在油渣分離器的底部，使油渣順著排渣管排到外部。

圖3 油渣分離器示意圖

油渣分離器的材料采用食品級304不銹鋼，采用2mm鈑金。如圖2所示，油渣分離器由上下兩部分組成，其中上部分為長方體，下部分為圓錐。長方體部分尺寸為：長×寬×高=200 mm×200 mm×120 mm，下部圓錐部分高80mm.

2.4 水箱

水箱下方有兩根方管支撐著水箱，水箱及水的重量由兩根方管承受。水箱尺寸為：長×寬×高=600 mm×150mm×300mm，水箱材料選用304不銹鋼，采用2mm鈑金。

3 主要零件校核

外部框架的主要作用是承載油鍋、水箱、和油渣分離器的重量，其中油炸鍋與方管直接接觸的地方方管承載力最大。因此在材料選擇之后，還需要對外部框架進行強度校核。

下面以承載油炸鍋的方管為例，對其承載能力進行校核。

油炸鍋中水的體積：

油炸鍋中油的體積：

則油炸鍋中油和水的總質量為：

利用三維軟件Solidworks建立油炸鍋的模型（如圖2所示），由于其材料為304不銹鋼，在軟件內(nèi)根據(jù)模型先自動測量油炸鍋的體積，然后設置其密度，最后獲得油炸鍋的質量m2=3.8 kg，因此油炸鍋和油水的總質量為：

油炸鍋和方管是面接觸，油炸鍋由四根方管支撐。

為了計算方便，假設集中力P作用在每根方管的中心。

P=m·g/4=54.89×9.8/4=134.48 N，跨度 L=500mm=0.5m，集中力到一側支座的距離a=L/2=0.25 m，集中力到另一側支座的距離a=L/2=0.25 m，則方管承載的彎矩為：

查手冊知，常溫下304不銹鋼方管的許用應力為137 MPa，因此外部框架采用3 mm的方管滿足要求。

最后加工出來的油炸機如圖4所示。

圖4 油炸機實物圖

4 結論

本文首先介紹了油炸機的工作原理，接著對油炸機的機械結構進行設計，其機械結構主要由外部框架、油炸鍋、油渣分離器和水箱組成，然后對其主要零部件進行校核，結果表明滿足要求。最后，根據(jù)設計的理論加工出油炸機實物，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該裝置可以把油炸過程中的殘渣沉淀到水中，并及時排出油炸機，使油始終保持清新，延長了油的使用壽命，降低了使用成本。