多功能辊式自动面条机的结构设计

林宗德，林新英，陈 文

（闽南理工学院，福建石狮362700）

0 引言

面条是一种用谷物或豆类的面粉加水和成面团，之后压或擀制成片再切或压，或者使用搓、拉、捏等手段，制成条状（或窄或宽，或扁或圆）或小片状，最后经煮、炒、烩、炸而成的一种食品[1]。伴随着科技的不断创新和经济的快速发展，快节奏的生活也随之来临，饮食制作快捷化必将取代传统的食品制造方法。人们为了能够更加方便、快捷地制作美味的面条，使用面条机已成为一种趋势，所以设计的一款多功能自动面条机具有很大的市场需求。

1 主要研究内容

本设计结合面条制作工艺，综合运用专业基础理论、基础知识和基本技能，设计出一款多功能自动面条机。要求：简单实用、操作简单，集和面、压面、切面于一体，能做出厚薄匀称的宽窄面条。动力源采用电动机，而以带传动加齿轮传动为主要传动方式。本文重点研究设计面条机在压面和切面时的间隙调节机构。

主要内容包括：

1）对面条机的和面部分、压面部分、切面部分等进行方案设计。

3）利用三维软件Pro/E对面条机整体造型进行建模，后导出到CAD中生成非标零件的二维加工图纸及其总装配图。

2 整体方案设计

本款多功能自动面条机可分解为五大部分，分别是：和面装置、压面装置、切面装置、输面装置以及传动装置。布局情况如图1：

图1 整体布局图

2.1 面条机功能分析及工作原理

多功能自动面条机，结构简单实用、操作简单，集和面、压面、切面于一体，能一体化完成厚薄匀称宽窄面条的加工，实现面粉到面条的转变[2]。

多功能自动面条机的工作流程为：面粉加水—和面—醒面—面团—压面辊挤压—切面辊切割—面条成型。具体为：将面粉和水按照一定比例放入和面箱中，通过电机带动和面刀头完成和面动作，经一定的醒面时间后打开和面箱与底箱的隔板。面团随落料板滑到两根压面辊之间，后受面辊相对转动的挤压成一定厚度面皮，两压面辊间距可调，所以面条的厚度可调。成型后的面皮在自身重力的作用下落到切面辊之间，经受切面辊相对转动完成面皮纵向切割。两根切面辊的刀齿齿高按一定规律排列，只要通过调整两切面辊的间距，就能完成不同宽度的面条的加工。这时就完成面粉到面条质的变化了。成型后面条落下小型传输带运输出来，我们也可以根据自身要求，对面条的长度进行切割。

2.2 传动系统设计

本设计的多功能自动面条机的传动系统如图2所示。首先用小带轮和电动机同轴相连，小带轮通过皮带将动力传到大带轮。大带轮与中间传动齿轮同轴联接到中间传动轴，动力也传到中间传动齿轮。中间传动齿轮再通过齿轮将动力分成两部分，一部分传给压面装置，齿轮带动压面轴，从而使压面辊转动，完成对面团碾压。一部分传到切面装置，通过两齿轮啮合带动两根切面辊相互运动，完成对面皮的切割，使其成为面条。至此完成了面条机的运动，并实现其功能[3]。

图2 面条机压面传动系统

2.3 和面装置设计

和面主要是面粉和水通过机械运动相互作用，形成面絮，最后形成面团的过程。机械运动是搅拌桨在电动机的带动下，在和面箱内回转，箱内面粉和水也被带动充分搅合、混合，使干面粉得到均匀的水化作用[5-6]。

和面装置设计主要从三方面进行：

本文以.net作为开发平台，详细介绍了工作流引擎设计中用到的一些关键技术。以鄂州职业大学报告审批流程为例介绍了工作流的建模及对应的XML文件，讲解了XML解析器的设计代码，给出了应用程序是如何通过反射机制被调用的过程，最后陈述了工作流事件驱动机制以及实现的方法。

第一步确定和面的方式，分别对立式和面、卧式和面两种方式进行利弊分析选择。

图3 面条机切面传动系统

卧式和面：和出来的面团内部的颗粒比较大，较适合做馒头。结构简单，清洗、维修方便，但占面积较大。

立式和面：和出来的面团相比较细腻，且和面效率高，传动装置较简单，但不太适合进行大规模、长时间生产。

经对比本设计的面条机和面部分采用立式和面，即转动轴平行安装于圆柱状和面箱轴线方向上，结构型式与家庭所用的立式打蛋机相似，具体见图4。

图4 立式和面机示意图

第二步设计搅拌桨，常见的有滚笼式、桨叶式、叶片式、花环式。通过对面条制作工艺的分析，通过对比我们选择滚笼式搅拌桨，并在此基础上进行改进设计，具体设计思路见第3部分。

第三步设计和面箱体，该箱体采用不锈钢，结构上呈圆柱体，上面有开口以放入原料，下端设计一个开关，在和面完成后打开方便面团落到落料板上，以完成下面工序。因为在和面过程有液体的存在，设计该箱体时还应注意密封性。

箱体总高：290mm；直径300mm，壁厚5mm，有效容积0.29×0.152×π×1 000=20.5L。

2.4 压面装置设计

本设计的多功能自动面条机，压面部分主要通过两根压面辊的相对转动，面团在自身重力的影响下，往下运动，由于随着转动时两压面辊的间隙会慢慢变小，面团受的压力和剪切也逐渐加强，碾压成厚薄匀称的面皮[7-8]。

面皮厚度的调节是通过调节梅花手柄上的螺纹调节两根压面辊间隙。

图5 中心距调节示意图

2.5 切面装置设计

对于传统压面机只能切出单一宽度的面条这一缺点进行分析，创新设计出一种新型多用切面辊，刀齿为矩形，整根辊上的所有齿槽宽度和刀齿宽度都相等，切齿按齿高有规律地排列在一个圆柱棒上。通过调整两切面辊的中心距，无需频繁更换切刀，就能切出多种不同宽度的面条，简单方便，并总结出了切制不同宽度面条时的刀齿的分布规律，实现了切面辊的一刀多用[9]。

两根切面辊的中心距也是通过调节梅花手柄上的螺纹进而导致滑块在弹簧的弹力下向外运动，这时与滑块相连接的一个切面辊也随之运动，用这种方法就可以调节两根压面辊间隙了。

图6 梅花手柄安装位置

3 零部件设计

3.1 搅拌浆

搅拌桨结构分为两部分，第一部分是中间的螺旋结构，第二部分是矩形结构。和面过程中螺旋结构对面粉和水进行充分搅合、混合，而矩形结构则是把和面箱内四周的面粉往中间聚合。

搅拌桨总长325mm，有效搅合范围220mm，上端通过联轴器与电动机联接。

图7 搅拌浆在和面箱内

3.2 压面辊

本设计针对多功能自动面条机设计的压面辊一共有两根。为了节省材料和对整机空间的利用，整根辊采用一体成型，集传动和压面于一体。每根辊表面要求抛光。结构为中空圆筒型[10]。

传动部分：压面辊之间通过齿轮啮合，所以两根压面辊的一侧开有键槽，经过计算键尺寸键宽b=5，键高h=5，长度L=12。

压面部分：每根辊表面要求抛光，结构为圆筒型。

3.3 切面辊

本设计针对多功能自动面条机设计的切面辊一共有两根。为方便加工和结构的紧凑，整根辊采用一体成型，集传动和切面于一体。

传动部分：切面辊之间通过齿轮啮合，所以两根切面辊的一侧开有键槽，经过计算键尺寸键宽b=5，键高h=5，长度L=12。

切面部分：针对传统切面辊只能滚切出单一宽度的面条，通过研究对切面辊上刀齿排列规律对滚切出来的面宽度的影响，创造出一种新型多用切面辊，刀齿为矩形，整根辊上的所有齿槽宽度和刀齿宽度都相等，根据传统面条，齿宽和齿槽取2mm，齿高按一定规律排列。只需要通过调节梅花手柄进而调整两切面辊的中心距，无需频繁更换切面辊，就可以滚切6种宽度的面条，简单方便，齿高分布规律具体见表1,可以使切面辊做到一辊多用。

图8 压面辊

当主切面辊、辅切面辊之间间隙取达到最大值时，最高的两对齿相切，滚切出的是本机所制作的最宽的面条；而当主切面辊、辅切面辊之间得间隙减少2mm后，这时所滚切出来的面条宽度等于最大宽度的一半，按照这个规律，主切面辊、辅切面辊之间间隙每减少相应的距离，主切面辊、辅切面辊上会有相应的齿相切。所以我们只要改变间隙，就可以滚切出一系列宽度的面条。设计出的切面辊能切出来的面条宽比为1∶3∶6∶12∶24∶48。

3.4 左右侧板

左右两侧板用于装配传动轴、压面辊与切面辊，侧板之间的固定是通过三根支撑杆，首尾螺母旋合实现，两零件是镜像零件。表1为能切制6种面宽的刀齿分布规律。

4 传动系统参数设计

4.1 和面电动机

根据制作工艺的研究可知，面团成型时需要变转速搅拌面粉，且转速不宜过大，先中速搅拌三分钟，再慢速搅拌5分钟的和面方法是最佳的一个组合方式，根据和面速度≈30r/s,可由此拟定和面电动机型号100W松下伺服电动机。

表1 能切制6种面宽的刀齿分布规律

4.2 面条制作电动机

一般的家庭用电电压为220V，面条机的转速不宜过大，经查询相关资料综合考虑电动机功率、转速以及传动装置的传动比，拟采用YU系列单相电阻启动异步电动机，型号为YU6324。其满载转速n=1400r/min、额定功率P=90W，选择的传动比也较为合适，整体传动装置布局结构较紧凑合理。

4.3 带传动的设计

带传动具有布局结构简单紧凑、成本低、安装便利、传动效率高、传动摩擦力大的长处，还可以降低面条机在使用时的噪音。摩擦型带传动在压面辊承受的载荷过大时，会发生打滑现象，可以保护传动系统和电动机。综上所述，在电动机与传动齿轮之间联接选用V带与带轮的传动配合。

本设计的小带轮的转速n1=1400r/min，大带轮的转速n2=500r/min。

5 结论

本设计结合面条制作工艺，综合运用专业基础理论、基础知识和基本技能，基于Pro/E三维建模设计出一款多功能自动面条机。以电动机为动力源，以带传动、齿轮传动为主要传动方式，结构简单实用、操作简单，集和面、压面、切面于一体，能做出厚薄匀称的宽窄面条，并在制作面条的粗细、宽度的机构上进行创新，使其可以调节。可以让人们可以快速方便地制作美味的面条，具有良好的市场应用价值。