自動化家用式包粽子機

王藝潔　李芙蓉　周濤　田朝陽　 吳佳熾　錢煒

摘? 要：針對目前粽子以手工作業為主，存在生產能力不足的問題，提出了根據傳統四角形粽子工藝實行自動化生產。由于人工捆扎粽子多采用棉線多道捆扎方式，在自動化機器中采用此種方法會增加工藝難度和降低生產效率。該項目捆扎采用單道捆扎的方式。選擇適用于所選捆扎材料的連續式繞帶工藝，確定了滿足工藝要求的包粽子機的設計方案。

關鍵詞：粽子機? 自動化? 四角形

中圖分類號：TS210 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（b）-0045-02

Abstract： In view of the fact that the current Zongzi is mainly manual， there is a problem of insufficient production capacity， and it is proposed to carry out automatic production according to the traditional quadrilateral Zongzi process. Since the artificial bundling of the tweezers uses a multi-strand bundling method， the use of such a method in an automated machine increases the difficulty of the process and reduces the production efficiency. The strapping is done in a tsingle bundle. The continuous winding process for the selected tying material was selected to determine the design of the splicing machine that meets the process requirements.

Key Words： Zongzi machine; Automation; Quadrilateral

粽子作為中國傳統食品，一直深受廣大人民的喜愛。一直以來包粽子都是以手工制作為主，包粽子要經過淘米、粽葉清洗，填充裹包，再到手動扎線，經過眾多步驟才能制作完成，手工技藝要求較高，且工作重復率大。

該項目的主要目的是減輕不必要的勞動，讓機器代替人類去做瑣碎的事情，從而讓粽子這種傳統美食能夠越來越受廣大消費者的喜愛。

1? 結構設計

1.1 粽子外形的選擇

粽子的外形包括正四角形、尖三角形、長形等各種形狀。本方案選取中等大小以糯米和紅棗為餡料的典型四角粽作為制作對象。粽葉外形尺寸范圍限定如下：粽葉長（42±3）cm，寬（9±2）cm，粽體質量為（100±5）g。粽子包裹和捆扎都是很有講究的，機器捆扎的粽子力道相同，正好解決了用力不勻的問題。采用機械化包粽子，依然能夠保留粽子的傳統口味，使得口感效果與人工包裹的粽子一樣。能夠在減輕不必要的勞動的同時獲得消費者對機器所包的四角形粽子的認可。

1.2 纏線方案的對比優化選擇

由于粽子的外形并不規則，若選用的捆扎材料表面光滑，不利于依靠摩擦力來完成捆扎材料的供送和收緊。市場上的塑料繩或尼龍繩雖然硬度好、使用方便，但并不能滿足食品級的安全要求，因此選用的棉線繩作為捆扎材料。

捆扎效果的好壞不僅與被捆扎物體的特性有關也與捆扎方式有關。通過對粽子制作過程中折疊裹包過程進行分析可知，在裹包過程中粽葉已經起到了一定的纏繞包裹作用，捆扎過程中只要保證粽葉尾部不松開，即可使粽子的外形保持固定的形狀。根據粽子的形狀特征可以采用單道捆扎或雙道捆扎來進行。

通過實際操作可知，2種捆扎方式在捆扎效果上并沒有太大的區別，而單道捆扎的工藝相對簡單更加易于機械化實現，因此，在滿足要求的情況下，決定采用單道捆扎方式去獲得良好的流暢性和較快的速度。

2? 機構運行步驟及結構

2.1 運行步驟

這款包粽子機是基于模仿手工包粽子的流程，盡最大的努力去還原手工粽子的口感與外形，讓消費者更能接受機器所包的粽子。包粽子機的運行步驟共分為5步：（1）人工放置粽葉：先大致根據粽葉外形尺寸進行的初步篩選，接而在粽葉的中部進行彎曲對折，形成一個仿錐面后將其放入模具;（2）自動添加食材：根據用戶需求，包粽子機會自動添加定量體積的食材包括配料如紅棗;（3）壓平裹緊處理：利用五塊壓板分別對粽葉兩端的余量長度進行壓平、裹緊封口處理;（4）纏線裹緊：利用棉線，對粽子中部進行單道捆扎多次纏繞裹緊處理，在纏繞好后進行剪線處理;（5）包裹完畢：粽子退出機構，整個機構分為上下兩層，所用的機構包括力源傳輸機構、放料機構、包裹機構以及控制裝置：力源裝置給整個系統提供動力來源;動力傳輸裝置利用同步帶、帶輪、齒輪、鍵等將動力向終端輸送;放料機構給粽子添加原材料;包裹機構使用壓板將粽葉靠攏后，捆線機構纏繞粽子，完成粽子的包裹;控制裝置控制整個機構的正常運行。

上層包括在右側的放料機構和處于中部的部分包裹機構。下層包括處于中部的部分包裹機構和纏線機構。纏線機構有兩部分，一部分位于包裹機構左上方的繞線裝置，一部分位于包裹機構前方的扣線壓緊裝置。

2.2 放料機構

放料機構采用旋轉式可將米和紅棗分別添加到粽子里。首先先逆時針轉動60°米從下料通道掉入下方的粽葉上，然后順時針轉動90°紅棗從下料通道掉入下方的米上，之后逆時針轉動90°米從下料通道掉入下方把紅棗覆蓋上，最后順時針轉動60°.這樣就完成了粽子內部的餡料由下往上依次是米-紅棗-米的三層結構。

放料機構位于家用式包粽子上層（如圖2），手動放入粽葉在粽子支承座，旋轉料盒分別在儲米盒紅棗筒得到米和紅棗，通過電機的旋轉旋轉料盒中的餡料通過物料導向件掉到下方的粽葉上。完成此操作后滑塊帶著粽子開始向左移動。

2.3 包裹機構

包裹機構采用壓板式結構模擬人手動作將粽葉靠攏圍成粽子的形狀。采用了三塊不同的平行壓板和兩塊下行壓板共五塊壓板完成對粽子的全方位壓覆定型。5塊壓板就像雙手去包裹粽葉，保證了粽子外形的美觀，不改變粽子的傳統模樣符合消費者的需求。包裹機構位于包粽子上下兩層，其中下層是三塊不同的平行壓板去讓粽葉包裹成四角形。上層是兩塊下行壓板在下層的三塊平行壓板退出后依然保持粽子的外形不變，但更改了限制位置方便后續的纏線機構去纏繞棉線固定好粽子。滑塊帶著裝好餡料的粽葉移動到放料機構的工作位置。利用平行壓板1、平行壓板2、平行壓板3陸續轉動一定角度，壓平粽葉。用下行壓板和下行壓板2對粽葉上部進行重新壓緊操作，粽子初形制造完成。

2.4 纏線機構

纏線機構位于包裹機構的下層左側 ，纏線機構是在固定在下層的斜支撐板上與粽子中心水平相平。纏繞粽子的線是存放在滾筒上，滾筒可以自由滾動方便進給棉線，線穿過齒輪，通過繞線軸上的小孔定位，放入扣線壓緊裝置的壓線板1和壓線板2的卡槽中，電機帶動壓線板2轉動讓線卡緊在扣線壓緊裝置上讓棉線的一端固定不動，方便后續的棉線能夠捆扎緊粽子。

然后電機帶動齒輪轉動讓繞線軸帶著棉線纏繞粽子。粽子纏好線后繞線軸上的線轉動到扣線壓緊裝置的附近和固定在扣線壓緊裝置上的線重合在一起后打結，這樣粽子就被棉線固定完成，通過剪線刀對棉線剪斷。通過兩個機構即扣線壓緊裝置和纏線裝置分別完成對線的定位和驅動，讓線能夠按照一定的軌跡去纏繞粽子。省去人工的繁瑣操作，方便人們在家庭生活中包粽子。剪斷的線的另一端還固定在扣線壓緊裝置上，使棉線能夠直接纏繞下一個粽子，增加了機構運行的流暢性和節省時間。粽子在捆扎好后自動退出機構，開始進行下一個粽子的包裹。依次完成了所有粽子的包裹。

3? 結語

隨著中國的發展，越來越多的人關注食品的衛生與安全，對于自己包的粽子更為放心，也對傳統的文化更加推崇。傳統食物的生產自動化，簡化包粽子的步驟，有利于用戶在家庭中更為輕松愉悅的享受安全放心的粽子，家用式包粽子機應用前景廣闊。

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