林宗德，林新英，陳 文

（閩南理工學(xué)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(tuán)，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?qū)?，或扁或圓）或小片狀，最后經(jīng)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(jīng)濟(jì)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(jī)已成為一種趨勢(shì)，所以設(shè)計(jì)的一款多功能自動(dòng)面條機(jī)具有很大的市場(chǎng)需求。

1 主要研究?jī)?nèi)容

本設(shè)計(jì)結(jié)合面條制作工藝，綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，設(shè)計(jì)出一款多功能自動(dòng)面條機(jī)。要求：簡(jiǎn)單實(shí)用、操作簡(jiǎn)單，集和面、壓面、切面于一體，能做出厚薄勻稱的寬窄面條。動(dòng)力源采用電動(dòng)機(jī)，而以帶傳動(dòng)加齒輪傳動(dòng)為主要傳動(dòng)方式。本文重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)面條機(jī)在壓面和切面時(shí)的間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

主要內(nèi)容包括：

1）對(duì)面條機(jī)的和面部分、壓面部分、切面部分等進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

3）利用三維軟件Pro/E對(duì)面條機(jī)整體造型進(jìn)行建模，后導(dǎo)出到CAD中生成非標(biāo)零件的二維加工圖紙及其總裝配圖。

2 整體方案設(shè)計(jì)

本款多功能自動(dòng)面條機(jī)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(dòng)裝置。布局情況如圖1：

圖1 整體布局圖

2.1 面條機(jī)功能分析及工作原理

多功能自動(dòng)面條機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、操作簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)面粉到面條的轉(zhuǎn)變[2]。

多功能自動(dòng)面條機(jī)的工作流程為：面粉加水—和面—醒面—面團(tuán)—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(jī)帶動(dòng)和面刀頭完成和面動(dòng)作，經(jīng)一定的醒面時(shí)間后打開和面箱與底箱的隔板。面團(tuán)隨落料板滑到兩根壓面輥之間，后受面輥相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的擠壓成一定厚度面皮，兩壓面輥間距可調(diào)，所以面條的厚度可調(diào)。成型后的面皮在自身重力的作用下落到切面輥之間，經(jīng)受切面輥相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)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(diào)整兩切面輥的間距，就能完成不同寬度的面條的加工。這時(shí)就完成面粉到面條質(zhì)的變化了。成型后面條落下小型傳輸帶運(yùn)輸出來，我們也可以根據(jù)自身要求，對(duì)面條的長(zhǎng)度進(jìn)行切割。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的多功能自動(dòng)面條機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。首先用小帶輪和電動(dòng)機(jī)同軸相連，小帶輪通過皮帶將動(dòng)力傳到大帶輪。大帶輪與中間傳動(dòng)齒輪同軸聯(lián)接到中間傳動(dòng)軸，動(dòng)力也傳到中間傳動(dòng)齒輪。中間傳動(dòng)齒輪再通過齒輪將動(dòng)力分成兩部分，一部分傳給壓面裝置，齒輪帶動(dòng)壓面軸，從而使壓面輥轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)面團(tuán)碾壓。一部分傳到切面裝置，通過兩齒輪嚙合帶動(dòng)兩根切面輥相互運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)面皮的切割，使其成為面條。至此完成了面條機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)其功能[3]。

圖2 面條機(jī)壓面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)

2.3 和面裝置設(shè)計(jì)

和面主要是面粉和水通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)相互作用，形成面絮，最后形成面團(tuán)的過程。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是攪拌槳在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，在和面箱內(nèi)回轉(zhuǎn)，箱內(nèi)面粉和水也被帶動(dòng)充分?jǐn)嚭?、混合，使干面粉得到均勻的水化作用[5-6]。

和面裝置設(shè)計(jì)主要從三方面進(jìn)行：

本文以.net作為開發(fā)平臺(tái)，詳細(xì)介紹了工作流引擎設(shè)計(jì)中用到的一些關(guān)鍵技術(shù)。以鄂州職業(yè)大學(xué)報(bào)告審批流程為例介紹了工作流的建模及對(duì)應(yīng)的XML文件，講解了XML解析器的設(shè)計(jì)代碼，給出了應(yīng)用程序是如何通過反射機(jī)制被調(diào)用的過程，最后陳述了工作流事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及實(shí)現(xiàn)的方法。

第一步確定和面的方式，分別對(duì)立式和面、臥式和面兩種方式進(jìn)行利弊分析選擇。

圖3 面條機(jī)切面?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)

臥式和面：和出來的面團(tuán)內(nèi)部的顆粒比較大，較適合做饅頭。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗、維修方便，但占面積較大。

立式和面：和出來的面團(tuán)相比較細(xì)膩，且和面效率高，傳動(dòng)裝置較簡(jiǎn)單，但不太適合進(jìn)行大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)。

經(jīng)對(duì)比本設(shè)計(jì)的面條機(jī)和面部分采用立式和面，即轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行安裝于圓柱狀和面箱軸線方向上，結(jié)構(gòu)型式與家庭所用的立式打蛋機(jī)相似，具體見圖4。

圖4 立式和面機(jī)示意圖

第二步設(shè)計(jì)攪拌槳，常見的有滾籠式、槳葉式、葉片式、花環(huán)式。通過對(duì)面條制作工藝的分析，通過對(duì)比我們選擇滾籠式攪拌槳，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)思路見第3部分。

第三步設(shè)計(jì)和面箱體，該箱體采用不銹鋼，結(jié)構(gòu)上呈圓柱體，上面有開口以放入原料，下端設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)，在和面完成后打開方便面團(tuán)落到落料板上，以完成下面工序。因?yàn)樵诤兔孢^程有液體的存在，設(shè)計(jì)該箱體時(shí)還應(yīng)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(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的多功能自動(dòng)面條機(jī)，壓面部分主要通過兩根壓面輥的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，面團(tuán)在自身重力的影響下，往下運(yùn)動(dòng)，由于隨著轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩壓面輥的間隙會(huì)慢慢變小，面團(tuán)受的壓力和剪切也逐漸加強(qiáng)，碾壓成厚薄勻稱的面皮[7-8]。

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

圖5 中心距調(diào)節(jié)示意圖

2.5 切面裝置設(shè)計(jì)

對(duì)于傳統(tǒng)壓面機(jī)只能切出單一寬度的面條這一缺點(diǎn)進(jìn)行分析，創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(gè)圓柱棒上。通過調(diào)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(jiǎn)單方便，并總結(jié)出了切制不同寬度面條時(shí)的刀齒的分布規(guī)律，實(shí)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(diào)節(jié)梅花手柄上的螺紋進(jìn)而導(dǎo)致滑塊在彈簧的彈力下向外運(yùn)動(dòng)，這時(shí)與滑塊相連接的一個(gè)切面輥也隨之運(yùn)動(dòng)，用這種方法就可以調(diào)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(shè)計(jì)

3.1 攪拌漿

攪拌槳結(jié)構(gòu)分為兩部分，第一部分是中間的螺旋結(jié)構(gòu)，第二部分是矩形結(jié)構(gòu)。和面過程中螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)面粉和水進(jìn)行充分?jǐn)嚭?、混合，而矩形結(jié)構(gòu)則是把和面箱內(nèi)四周的面粉往中間聚合。

攪拌槳總長(zhǎng)325mm，有效攪合范圍220mm，上端通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。

圖7 攪拌漿在和面箱內(nèi)

3.2 壓面輥

本設(shè)計(jì)針對(duì)多功能自動(dòng)面條機(jī)設(shè)計(jì)的壓面輥一共有兩根。為了節(jié)省材料和對(duì)整機(jī)空間的利用，整根輥采用一體成型，集傳動(dòng)和壓面于一體。每根輥表面要求拋光。結(jié)構(gòu)為中空?qǐng)A筒型[10]。

傳動(dòng)部分：壓面輥之間通過齒輪嚙合，所以兩根壓面輥的一側(cè)開有鍵槽，經(jīng)過計(jì)算鍵尺寸鍵寬b=5，鍵高h(yuǎn)=5，長(zhǎng)度L=12。

壓面部分：每根輥表面要求拋光，結(jié)構(gòu)為圓筒型。

3.3 切面輥

本設(shè)計(jì)針對(duì)多功能自動(dòng)面條機(jī)設(shè)計(jì)的切面輥一共有兩根。為方便加工和結(jié)構(gòu)的緊湊，整根輥采用一體成型，集傳動(dòng)和切面于一體。

傳動(dòng)部分：切面輥之間通過齒輪嚙合，所以兩根切面輥的一側(cè)開有鍵槽，經(jīng)過計(jì)算鍵尺寸鍵寬b=5，鍵高h(yuǎn)=5，長(zhǎng)度L=12。

切面部分：針對(duì)傳統(tǒng)切面輥只能滾切出單一寬度的面條，通過研究對(duì)切面輥上刀齒排列規(guī)律對(duì)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(diào)節(jié)梅花手柄進(jìn)而調(diào)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(jiǎn)單方便，齒高分布規(guī)律具體見表1,可以使切面輥?zhàn)龅揭惠伓嘤谩?/p>

圖8 壓面輥

當(dāng)主切面輥、輔切面輥之間間隙取達(dá)到最大值時(shí)，最高的兩對(duì)齒相切，滾切出的是本機(jī)所制作的最寬的面條；而當(dāng)主切面輥、輔切面輥之間得間隙減少2mm后，這時(shí)所滾切出來的面條寬度等于最大寬度的一半，按照這個(gè)規(guī)律，主切面輥、輔切面輥之間間隙每減少相應(yīng)的距離，主切面輥、輔切面輥上會(huì)有相應(yīng)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(shè)計(jì)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(cè)板

左右兩側(cè)板用于裝配傳動(dòng)軸、壓面輥與切面輥，側(cè)板之間的固定是通過三根支撐桿，首尾螺母旋合實(shí)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(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 和面電動(dòng)機(jī)

根據(jù)制作工藝的研究可知，面團(tuán)成型時(shí)需要變轉(zhuǎn)速攪拌面粉，且轉(zhuǎn)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(gè)組合方式，根據(jù)和面速度≈30r/s,可由此擬定和面電動(dòng)機(jī)型號(hào)100W松下伺服電動(dòng)機(jī)。

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(dòng)機(jī)

一般的家庭用電電壓為220V，面條機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜過大，經(jīng)查詢相關(guān)資料綜合考慮電動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)速以及傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比，擬采用YU系列單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YU6324。其滿載轉(zhuǎn)速n=1400r/min、額定功率P=90W，選擇的傳動(dòng)比也較為合適，整體傳動(dòng)裝置布局結(jié)構(gòu)較緊湊合理。

4.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)

帶傳動(dòng)具有布局結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低、安裝便利、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)摩擦力大的長(zhǎng)處，還可以降低面條機(jī)在使用時(shí)的噪音。摩擦型帶傳動(dòng)在壓面輥承受的載荷過大時(shí)，會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，可以保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)。綜上所述，在電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)齒輪之間聯(lián)接選用V帶與帶輪的傳動(dòng)配合。

本設(shè)計(jì)的小帶輪的轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，大帶輪的轉(zhuǎn)速n2=500r/min。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)結(jié)合面條制作工藝，綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，基于Pro/E三維建模設(shè)計(jì)出一款多功能自動(dòng)面條機(jī)。以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，以帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)為主要傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、操作簡(jiǎn)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(xì)、寬度的機(jī)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，使其可以調(diào)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(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。