全自動(dòng)多功能食品攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)

張玲

摘 要：攪拌混合是食品加工中一項(xiàng)比較重要的工藝，其對食品的味道會產(chǎn)生很大的影響。現(xiàn)在，食品攪拌機(jī)幾乎都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，本文通過分析食品攪拌機(jī)的自動(dòng)化的改造，提高其自動(dòng)化的程度，使食品加工的效率大為提升。

關(guān)鍵詞：食品機(jī)械；攪拌機(jī)；自動(dòng)化；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

食品機(jī)械的自動(dòng)化水平對食品加工的效率產(chǎn)生了決定性作用，如果沒有自動(dòng)化的設(shè)備，食品加工工業(yè)是不能進(jìn)步的。食品工業(yè)的發(fā)展與食品機(jī)械的發(fā)展是統(tǒng)一的，食品工業(yè)的發(fā)展能夠促進(jìn)食品機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)，食品機(jī)械的發(fā)展也提高了食品工業(yè)的效率。

1 全自動(dòng)多功能食品攪拌機(jī)主料送料系統(tǒng)

食品工廠中的運(yùn)送機(jī)械在每一條生產(chǎn)線上都會設(shè)計(jì)，根據(jù)物料的工藝，使物料從一個(gè)生產(chǎn)線到另一個(gè)生產(chǎn)線。

1.1 帶式運(yùn)送機(jī)

帶式運(yùn)送機(jī)是食品工廠中使用比較多的一種運(yùn)送機(jī)械，其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的物料的運(yùn)送，主要是在塊狀和顆粒狀的物料運(yùn)輸中使用，其物料的運(yùn)輸形式是多元化的，不僅僅能夠在水平方向上進(jìn)行物料的運(yùn)輸，而且在傾斜方向上也可以實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)輸，而且還具有選擇、檢查、包裝等功能。

1.1.1主要的構(gòu)件

（1）輸送帶

輸送帶具有牽引的作用，而且其強(qiáng)度是比較高的，質(zhì)量比較小，能夠防止磨損。在食品工業(yè)中，輸送帶一般是運(yùn)用橡膠帶和鋼絲帶構(gòu)成的，橡膠帶是一種復(fù)合的結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)層面構(gòu)成，都是由橡膠層構(gòu)成的，而且抗磨損能力比較好。其表面是設(shè)計(jì)了花紋的，能夠加大摩擦力，即使是光滑的物料也可以在上面云南書。在食品工業(yè)中，還經(jīng)常使用的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)有不銹鋼絲網(wǎng)帶，這種材料的強(qiáng)度比較大，而且能夠抵御高溫的破壞，耐腐蝕性能比較好，但是，這種結(jié)構(gòu)是單層的。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置主要是由電動(dòng)機(jī)、減速器和驅(qū)動(dòng)滾筒構(gòu)成的，主要起到的是動(dòng)力的傳送，滾筒的結(jié)構(gòu)是空心的。

（3）張緊裝置

在這種裝置的使用中，其實(shí)現(xiàn)了較好的延展性，能夠穩(wěn)定的傳輸，而且輸送帶與滾筒之間的接觸壓力是比較大的，不會出現(xiàn)滑動(dòng)的問題。張緊裝置提高了輸送帶的張力，從而能夠使輸送帶和驅(qū)動(dòng)滾筒之間的接觸壓力增大。常見的張緊裝置主要有重錘式和螺桿式的張緊裝置。

1.1.2提升上料裝置

在這種裝置中，運(yùn)用人工的方式進(jìn)行主料的稱重，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的進(jìn)料。其主要是由傳輸帶、電機(jī)等構(gòu)成的。上料機(jī)主要是將主料輸送到稱料斗中，將出料端與攪拌機(jī)進(jìn)行連接。

2 主料的進(jìn)料裝置

物料在自重的影響下，使其由提升上料裝置落于稱重的緩沖倉中，在城中緩沖倉的幾個(gè)支架下，都有傳感器設(shè)備，而且在城中緩沖倉的下端都會設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜的氣動(dòng)推板，在主料完成稱重以后都會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，使主料能夠放置在斜板上，氣動(dòng)推板能夠?qū)崿F(xiàn)主料的推進(jìn)，能夠?qū)⑵渫扑偷綌嚢桢佒小?/p>

這類設(shè)計(jì)在對主料稱重的過程中運(yùn)用的是累積稱重的方法，在各類主料中，能夠?qū)⒉煌闹髁霞右詤^(qū)分，將不同的主料分別放入控制器中，在一種主料稱重完成后，另一類主料才能夠通過輸送進(jìn)行稱重。直到所有的主料都完成稱重。

3 輔料送料系統(tǒng)

本文通過研究攪拌機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)主料和輔料的均勻攪拌，而且能夠使主料和輔料混合。輔料主要指的是食品中主要的調(diào)味品和添加劑，如酸劑和生姜等。在食品的油料中會含有一定的辣椒顆粒。粉劑主要是食鹽和味精。輔料的數(shù)目非常得繁多，而且其質(zhì)量也是不同的，現(xiàn)在在食品加工中，輔料是根據(jù)食品的質(zhì)量通過人工的方式添加的。為了能夠改善攪拌機(jī)的運(yùn)行效果，降低人力使用的限度，應(yīng)該完善輔料系統(tǒng)。

4 粉劑給料裝置

粉劑給料裝置是由儲料質(zhì)量計(jì)算裝置和傳送的裝置構(gòu)成的，在質(zhì)量計(jì)算裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)粉劑的儲存和質(zhì)量的計(jì)算，能夠自動(dòng)的出料。然后粉劑再有傳送裝置直接輸送到攪拌鍋中，實(shí)現(xiàn)與主料的攪拌。粉劑的質(zhì)量計(jì)算裝置和傳送裝置中都需要借助螺旋輸送的方法。

4.1 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的物料輸送，而且其是直線型的輸送機(jī)械，能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行密閉的輸送。按照物料輸送的主要形式，螺旋輸送機(jī)可以進(jìn)行水平方向和垂直方向的輸送。

4.1.1 水平螺旋輸送機(jī)

水平螺旋輸送機(jī)主要是由機(jī)槽、轉(zhuǎn)軸、螺旋葉片等構(gòu)成的，物料從進(jìn)料口加入，然后在出料時(shí)能夠沿著不同的方向設(shè)計(jì)出料口，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)，可以將其設(shè)計(jì)到槽體的前方。

旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)可以運(yùn)用螺旋旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力，使物料能夠在槽體內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)的方式沿著水平方向輸送。如果螺旋產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)，就會對葉片產(chǎn)生推動(dòng)的作用，而且在重力的影響下，物料和槽壁會產(chǎn)生摩擦力，在摩擦力的作用下，推動(dòng)物料水平推動(dòng)。葉片的旋轉(zhuǎn)方向?qū)ξ锪系囊苿?dòng)方向產(chǎn)生重要的影響。物料在旋轉(zhuǎn)葉片的影響下向前移動(dòng)。

水平方向的旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)具有較為緊湊的結(jié)構(gòu)，其可以在中間位置實(shí)現(xiàn)物料的裝卸，在物料輸送的過程中是采用封閉式的輸送方式的，即使是對不同的物料輸送，也不會產(chǎn)生相互干擾的問題。其還可以以傾斜的方式運(yùn)輸，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，機(jī)械和螺旋之間之間會產(chǎn)生很大的摩擦力，如果產(chǎn)生的力過大就會造成物料的損壞，所以，物料不能運(yùn)輸雜質(zhì)含量過多的物料。

在螺旋葉片的運(yùn)輸中，其通向一般是右旋，如果需要加速的運(yùn)輸，可以使旋轉(zhuǎn)葉片的左旋和右旋同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，物料可以在左旋和右旋的中央，采用由中央向兩端運(yùn)輸?shù)姆绞剑部梢圆捎脧膬啥讼蛑虚g運(yùn)輸?shù)姆绞健Ｈ~片的結(jié)構(gòu)一般是單頭的，在不同的運(yùn)輸形式中可以采用雙頭結(jié)構(gòu)。

螺旋葉片能夠分為實(shí)體、帶狀、槳葉和齒形四類，實(shí)體的螺旋一般是使用在小顆粒的物料中，如果物料的黏性比較大，一般采用的是帶狀螺旋葉片。如果物料的壓縮性能比較好，一般采用的是槳葉式的螺旋葉片。

在運(yùn)用轉(zhuǎn)軸的時(shí)候，要結(jié)合物料運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，運(yùn)用空心或者實(shí)心的的轉(zhuǎn)軸。如果物料的質(zhì)量比較大，一般采用的是空心的轉(zhuǎn)軸，這種轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量比較輕，能夠減少物料運(yùn)輸中的負(fù)荷。

軸承一般分為中間軸承和頭部軸承，在物料的運(yùn)輸過程中會產(chǎn)生軸向力，在中間的隔斷應(yīng)該安裝吊桿。

料槽的使用采用一般是不銹鋼的薄板，形成U形的長槽，料槽的內(nèi)直徑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該大于螺旋的直徑。

4.1.2 垂直螺旋輸送機(jī)

垂直螺旋輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)的是物料的上下運(yùn)輸，在垂直螺旋高速旋轉(zhuǎn)的情況下，物料在推動(dòng)中會產(chǎn)生一個(gè)很大的離心力，離心力的數(shù)值大于物料與螺旋葉片之間的摩擦力，實(shí)現(xiàn)物料朝著葉片的邊緣移動(dòng)，物料慢慢地靠近機(jī)殼，對機(jī)殼產(chǎn)生較大的壓力，機(jī)殼和物料在壓力下會產(chǎn)生較大的摩擦力，但是，摩擦力是小于離心力的，物料還是可以做垂直的運(yùn)動(dòng)。所以，要實(shí)現(xiàn)物料的上下運(yùn)輸必須要產(chǎn)生較大的離心力需要螺旋高速地旋轉(zhuǎn)，螺旋的旋轉(zhuǎn)速度越高，物料垂直運(yùn)輸?shù)乃俣染驮娇臁Ｋ裕谖锪洗怪边\(yùn)輸中，應(yīng)該對螺旋旋轉(zhuǎn)速度的臨界值進(jìn)行分析，如果螺旋的旋轉(zhuǎn)低于臨界值，那么，物料是不能做垂直運(yùn)送的。

垂直旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)的構(gòu)造非常得簡單，而且其提升的能力不強(qiáng)，物料輸送的效率比較低，在進(jìn)料的過程中存在問題。

4.1.3物料的質(zhì)量計(jì)算裝置

物料的質(zhì)量計(jì)算裝置是由緩沖倉和螺旋出料裝置構(gòu)成的，在對不同的粉劑的加料重量進(jìn)行設(shè)計(jì)中，將配料信號開啟，然后按照順序加料。當(dāng)粉劑進(jìn)入到料倉中時(shí)，就會在調(diào)速電機(jī)的作用下，實(shí)現(xiàn)不同物料的稱重。

4.2 油料給料裝置

油料給料裝置是由油桶、油泵和渦輪式的流量計(jì)構(gòu)成的。

油桶的閥門是固定在油桶上的，在加油時(shí)運(yùn)用更換油桶的方式，就能夠?qū)⑹Ｓ嗟挠土袭a(chǎn)出。在運(yùn)用系統(tǒng)進(jìn)行油料添加的過程中，是在啟動(dòng)電機(jī)的模式下，實(shí)現(xiàn)油泵的運(yùn)行，將油料從油桶中取出，借助電磁閥實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)推桿的運(yùn)行，將油料防止到攪拌鍋中。

4.3 酸劑給料裝置

酸劑一般都是液體，比如食醋等，通過起亞的方式，將酸劑以氣體的方式噴三大攪拌鍋中，酸劑給料裝置能夠運(yùn)用氣壓將酸劑產(chǎn)出，將酸劑輸送到氣動(dòng)推桿中。

5 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

現(xiàn)在，在食品攪拌機(jī)中，攪拌鍋一般是使用電機(jī)的控制和偏心倒轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)出料的。電機(jī)直接控制的方式，是將攪拌機(jī)放在攪拌軸的位置，將攪拌鍋固定下來，避免攪拌鍋在攪拌的過程中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的問題，控制好翻轉(zhuǎn)的角度，其角度一般控制在90度。運(yùn)用偏心倒轉(zhuǎn)的方法出料，要對攪拌鍋定位，而且在翻轉(zhuǎn)的過程中，盡量減小攪拌驅(qū)動(dòng)的電機(jī)消耗過多的電力。通過液壓桿的方式將攪拌鍋進(jìn)行180度的翻轉(zhuǎn)，能夠在一定程度上將攪拌鍋固定，在攪拌的過程中不會產(chǎn)生偏移，其原理是使攪拌鍋進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，建立翻轉(zhuǎn)的模型，對翻轉(zhuǎn)的角度和速度進(jìn)行分析。

6 電氣控制

現(xiàn)在，食品攪拌機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的控制，但是，在使用中，主料和輔料的進(jìn)出還是要依賴人工的方式，其還沒有實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化，在一定程度上會影響生產(chǎn)的效率，所以，攪拌機(jī)的全自動(dòng)化設(shè)計(jì)尤為重要。針對這種情況，應(yīng)該運(yùn)用PLC自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)食品攪拌機(jī)的自動(dòng)化的控制。

6.1 工藝過程和控制要點(diǎn)

在食品攪拌機(jī)運(yùn)行過程中，要實(shí)現(xiàn)主料稱重的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的添加輔料，在整個(gè)操作的過程中，可以運(yùn)用自動(dòng)模式和手動(dòng)模式結(jié)合的方法。在借助手動(dòng)模式操作時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是對主料的控制，可以在不同的主料輸送帶上上料，同時(shí)也可以通過使用觸摸屏的方式，實(shí)現(xiàn)對主料重量的分析。在對輔料控制中，可以選擇不同的輔料加入到攪拌機(jī)中，通過觸摸屏就可以設(shè)計(jì)輔料加入的質(zhì)量。自動(dòng)化模式的操作是借助觸摸屏界面對攪拌的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后實(shí)現(xiàn)對主料的分類，按下按鈕，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)行。

6.2 PLC自動(dòng)化控制

在PLC控制中，分析攪拌機(jī)是否是在運(yùn)行，如果攪拌機(jī)沒有處于運(yùn)行的狀態(tài)，可以對稱重緩沖倉進(jìn)行分析。在各種裝置都初始化后，PLC控制器能夠?qū)⑿盘杺魉偷诫姍C(jī)的輸送帶上，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的工作。輸送帶將物料輸送到稱重緩沖倉后，然后實(shí)現(xiàn)對主料的稱重，根據(jù)預(yù)設(shè)值，選擇合適重量的主料，以自動(dòng)化信號的方式控制傳輸帶，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸送帶停止運(yùn)行時(shí)，其他的輸送帶可以進(jìn)行預(yù)設(shè)值，在主料稱重完成后，PLC控制系統(tǒng)就會發(fā)出信號，說明第一階段的輸送已經(jīng)完成。稱重緩沖倉將物料輸送出去后，PLC控制系統(tǒng)又會發(fā)出信號給傳感器，表明城中緩沖倉沒有在運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)輸送帶可以繼續(xù)將其他的物料輸送的稱重緩沖倉中。同時(shí)，當(dāng)攪拌鍋內(nèi)的物料完成后，傳感器也會發(fā)一個(gè)信號給PLC控制系統(tǒng)，這時(shí)攪拌鍋就開始根據(jù)設(shè)定的時(shí)間攪拌。PLC系統(tǒng)會發(fā)送信號給輔料系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)設(shè)值，向攪拌鍋中加入粉劑、油料和酸劑等。當(dāng)攪拌鍋中的混合攪拌工作完成以后，翻轉(zhuǎn)工作能夠?qū)⑽锪先〕觥榱四軌蛲晟芇LC控制的要求，其運(yùn)用了晶體輸出管，運(yùn)行的速度得到了很大的改善。

食品攪拌機(jī)的性能會對食品的口感產(chǎn)生重要的影響，所以，在食品攪拌機(jī)設(shè)計(jì)中，不僅僅要提高其運(yùn)行效率，也要提高其運(yùn)行的合理性，通過對主料輸送系統(tǒng)和輔料輸送系統(tǒng)的研究，使食品攪拌機(jī)更加得完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 譚玉龍.全自動(dòng)多功能食品攪拌機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[D].西華大學(xué)，2014.

[2] 吳勝，吳玉國，許正華，時(shí)禮平，陳彬. 運(yùn)動(dòng)分離偏心型食品攪拌機(jī)軌跡優(yōu)化及運(yùn)動(dòng)仿真[J].食品與機(jī)械，2013，06：102-105.

[3] 趙建剛.大功率變頻高速攪拌機(jī)的研究[J].中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（北京），2011，10：111-113.