全自动多功能食品搅拌机的设计

张玲

摘 要：搅拌混合是食品加工中一项比较重要的工艺，其对食品的味道会产生很大的影响。现在，食品搅拌机几乎都实现了自动化，本文通过分析食品搅拌机的自动化的改造，提高其自动化的程度，使食品加工的效率大为提升。

关键词：食品机械；搅拌机；自动化；运动学仿真

食品机械的自动化水平对食品加工的效率产生了决定性作用，如果没有自动化的设备，食品加工工业是不能进步的。食品工业的发展与食品机械的发展是统一的，食品工业的发展能够促进食品机械加工工业的发展，同时，食品机械的发展也提高了食品工业的效率。

1 全自动多功能食品搅拌机主料送料系统

食品工厂中的运送机械在每一条生产线上都会设计，根据物料的工艺，使物料从一个生产线到另一个生产线。

1.1 带式运送机

带式运送机是食品工厂中使用比较多的一种运送机械，其能够实现连续的物料的运送，主要是在块状和颗粒状的物料运输中使用，其物料的运输形式是多元化的，不仅仅能够在水平方向上进行物料的运输，而且在倾斜方向上也可以实现物料的运输，而且还具有选择、检查、包装等功能。

1.1.1主要的构件

（1）输送带

输送带具有牵引的作用，而且其强度是比较高的，质量比较小，能够防止磨损。在食品工业中，输送带一般是运用橡胶带和钢丝带构成的，橡胶带是一种复合的结构，其由两个层面构成，都是由橡胶层构成的，而且抗磨损能力比较好。其表面是设计了花纹的，能够加大摩擦力，即使是光滑的物料也可以在上面云南书。在食品工业中，还经常使用的运输结构有不锈钢丝网带，这种材料的强度比较大，而且能够抵御高温的破坏，耐腐蚀性能比较好，但是，这种结构是单层的。

（2）驱动装置

驱动装置主要是由电动机、减速器和驱动滚筒构成的，主要起到的是动力的传送，滚筒的结构是空心的。

（3）张紧装置

在这种装置的使用中，其实现了较好的延展性，能够稳定的传输，而且输送带与滚筒之间的接触压力是比较大的，不会出现滑动的问题。张紧装置提高了输送带的张力，从而能够使输送带和驱动滚筒之间的接触压力增大。常见的张紧装置主要有重锤式和螺杆式的张紧装置。

1.1.2提升上料装置

在这种装置中，运用人工的方式进行主料的称重，实现了自动化的进料。其主要是由传输带、电机等构成的。上料机主要是将主料输送到称料斗中，将出料端与搅拌机进行连接。

2 主料的进料装置

物料在自重的影响下，使其由提升上料装置落于称重的缓冲仓中，在城中缓冲仓的几个支架下，都有传感器设备，而且在城中缓冲仓的下端都会设计一个倾斜的气动推板，在主料完成称重以后都会产生旋转，使主料能够放置在斜板上，气动推板能够实现主料的推进，能够将其推送到搅拌锅中。

这类设计在对主料称重的过程中運用的是累积称重的方法，在各类主料中，能够将不同的主料加以区分，将不同的主料分别放入控制器中，在一种主料称重完成后，另一类主料才能够通过输送进行称重。直到所有的主料都完成称重。

3 辅料送料系统

本文通过研究搅拌机，能够实现主料和辅料的均匀搅拌，而且能够使主料和辅料混合。辅料主要指的是食品中主要的调味品和添加剂，如酸剂和生姜等。在食品的油料中会含有一定的辣椒颗粒。粉剂主要是食盐和味精。辅料的数目非常得繁多，而且其质量也是不同的，现在在食品加工中，辅料是根据食品的质量通过人工的方式添加的。为了能够改善搅拌机的运行效果，降低人力使用的限度，应该完善辅料系统。

4 粉剂给料装置

粉剂给料装置是由储料质量计算装置和传送的装置构成的，在质量计算装置中，能够实现粉剂的储存和质量的计算，能够自动的出料。然后粉剂再有传送装置直接输送到搅拌锅中，实现与主料的搅拌。粉剂的质量计算装置和传送装置中都需要借助螺旋输送的方法。

4.1 螺旋输送机

螺旋输送机能够实现连续的物料输送，而且其是直线型的输送机械，能够对物料进行密闭的输送。按照物料输送的主要形式，螺旋输送机可以进行水平方向和垂直方向的输送。

4.1.1 水平螺旋输送机

水平螺旋输送机主要是由机槽、转轴、螺旋叶片等构成的，物料从进料口加入，然后在出料时能够沿着不同的方向设计出料口，在设计传动装置时，可以将其设计到槽体的前方。

旋转输送机可以运用螺旋旋转产生的力，使物料能够在槽体内通过旋转的方式沿着水平方向输送。如果螺旋产生了旋转，就会对叶片产生推动的作用，而且在重力的影响下，物料和槽壁会产生摩擦力，在摩擦力的作用下，推动物料水平推动。叶片的旋转方向对物料的移动方向产生重要的影响。物料在旋转叶片的影响下向前移动。

水平方向的旋转输送机具有较为紧凑的结构，其可以在中间位置实现物料的装卸，在物料输送的过程中是采用封闭式的输送方式的，即使是对不同的物料输送，也不会产生相互干扰的问题。其还可以以倾斜的方式运输，在运输的过程中，机械和螺旋之间之间会产生很大的摩擦力，如果产生的力过大就会造成物料的损坏，所以，物料不能运输杂质含量过多的物料。

在螺旋叶片的运输中，其通向一般是右旋，如果需要加速的运输，可以使旋转叶片的左旋和右旋同时运转，物料可以在左旋和右旋的中央，采用由中央向两端运输的方式，也可以采用从两端向中间运输的方式。叶片的结构一般是单头的，在不同的运输形式中可以采用双头结构。

螺旋叶片能够分为实体、带状、桨叶和齿形四类，实体的螺旋一般是使用在小颗粒的物料中，如果物料的黏性比较大，一般采用的是带状螺旋叶片。如果物料的压缩性能比较好，一般采用的是桨叶式的螺旋叶片。

在运用转轴的时候，要结合物料运输的实际情况，运用空心或者实心的的转轴。如果物料的质量比较大，一般采用的是空心的转轴，这种转轴的质量比较轻，能够减少物料运输中的负荷。

轴承一般分为中间轴承和头部轴承，在物料的运输过程中会产生轴向力，在中间的隔断应该安装吊杆。

料槽的使用采用一般是不锈钢的薄板，形成U形的长槽，料槽的内直径设计时应该大于螺旋的直径。

4.1.2 垂直螺旋输送机

垂直螺旋输送机实现的是物料的上下运输，在垂直螺旋高速旋转的情况下，物料在推动中会产生一个很大的离心力，离心力的数值大于物料与螺旋叶片之间的摩擦力，实现物料朝着叶片的边缘移动，物料慢慢地靠近机壳，对机壳产生较大的压力，机壳和物料在压力下会产生较大的摩擦力，但是，摩擦力是小于离心力的，物料还是可以做垂直的运动。所以，要实现物料的上下运输必须要产生较大的离心力需要螺旋高速地旋转，螺旋的旋转速度越高，物料垂直运输的速度就越快。所以，在物料垂直运输中，应该对螺旋旋转速度的临界值进行分析，如果螺旋的旋转低于临界值，那么，物料是不能做垂直运送的。

垂直旋转输送机的构造非常得简单，而且其提升的能力不强，物料输送的效率比较低，在进料的过程中存在问题。

4.1.3物料的质量计算装置

物料的质量计算装置是由缓冲仓和螺旋出料装置构成的，在对不同的粉剂的加料重量进行设计中，将配料信号开启，然后按照顺序加料。当粉剂进入到料仓中时，就会在调速电机的作用下，实现不同物料的称重。

4.2 油料给料装置

油料给料装置是由油桶、油泵和涡轮式的流量计构成的。

油桶的阀门是固定在油桶上的，在加油时运用更换油桶的方式，就能够将剩余的油料产出。在运用系统进行油料添加的过程中，是在启动电机的模式下，实现油泵的运行，将油料从油桶中取出，借助电磁阀实现气动推杆的运行，将油料防止到搅拌锅中。

4.3 酸剂给料装置

酸剂一般都是液体，比如食醋等，通过起亚的方式，将酸剂以气体的方式喷三大搅拌锅中，酸剂给料装置能够运用气压将酸剂产出，将酸剂输送到气动推杆中。

5 翻转系统

现在，在食品搅拌机中，搅拌锅一般是使用电机的控制和偏心倒转的方式实现出料的。电机直接控制的方式，是将搅拌机放在搅拌轴的位置，将搅拌锅固定下来，避免搅拌锅在搅拌的过程中出现反转的问题，控制好翻转的角度，其角度一般控制在90度。运用偏心倒转的方法出料，要对搅拌锅定位，而且在翻转的过程中，尽量减小搅拌驱动的电机消耗过多的电力。通过液压杆的方式将搅拌锅进行180度的翻转，能够在一定程度上将搅拌锅固定，在搅拌的过程中不会产生偏移，其原理是使搅拌锅进行圆周运动，建立翻转的模型，对翻转的角度和速度进行分析。

6 电气控制

现在，食品搅拌机已经实现了自动化的控制，但是，在使用中，主料和辅料的进出还是要依赖人工的方式，其还没有实现较高的自动化，在一定程度上会影响生产的效率，所以，搅拌机的全自动化设计尤为重要。针对这种情况，应该运用PLC自动化控制，实现食品搅拌机的自动化的控制。

6.1 工艺过程和控制要点

在食品搅拌机运行过程中，要实现主料称重的自动化，实现自动化的添加辅料，在整个操作的过程中，可以运用自动模式和手动模式结合的方法。在借助手动模式操作时，实现的是对主料的控制，可以在不同的主料输送带上上料，同时也可以通过使用触摸屏的方式，实现对主料重量的分析。在对辅料控制中，可以选择不同的辅料加入到搅拌机中，通过触摸屏就可以设计辅料加入的质量。自动化模式的操作是借助触摸屏界面对搅拌的时间进行设计，然后实现对主料的分类，按下按钮，实现自动化的运行。

6.2 PLC自动化控制

在PLC控制中，分析搅拌机是否是在运行，如果搅拌机没有处于运行的状态，可以对称重缓冲仓进行分析。在各种装置都初始化后，PLC控制器能够将信号传送到电机的输送带上，实现电机的工作。输送带将物料输送到称重缓冲仓后，然后实现对主料的称重，根据预设值，选择合适重量的主料，以自动化信号的方式控制传输带，当第一个输送带停止运行时，其他的输送带可以进行预设值，在主料称重完成后，PLC控制系统就会发出信号，说明第一阶段的输送已经完成。称重缓冲仓将物料输送出去后，PLC控制系统又会发出信号给传感器，表明城中缓冲仓没有在运行状态，这时输送带可以继续将其他的物料输送的称重缓冲仓中。同时，当搅拌锅内的物料完成后，传感器也会发一个信号给PLC控制系统，这时搅拌锅就开始根据设定的时间搅拌。PLC系统会发送信号给辅料系统，根据预设值，向搅拌锅中加入粉剂、油料和酸剂等。当搅拌锅中的混合搅拌工作完成以后，翻转工作能够将物料取出。為了能够完善PLC控制的要求，其运用了晶体输出管，运行的速度得到了很大的改善。

食品搅拌机的性能会对食品的口感产生重要的影响，所以，在食品搅拌机设计中，不仅仅要提高其运行效率，也要提高其运行的合理性，通过对主料输送系统和辅料输送系统的研究，使食品搅拌机更加得完善。

参考文献：

[1] 谭玉龙.全自动多功能食品搅拌机的研究与设计[D].西华大学，2014.

[2] 吴胜，吴玉国，许正华，时礼平，陈彬. 运动分离偏心型食品搅拌机轨迹优化及运动仿真[J].食品与机械，2013，06：102-105.

[3] 赵建刚.大功率变频高速搅拌机的研究[J].中国地质大学学报（北京），2011，10：111-113.