（材料学专业论文）一种常压牛轧糖生产设备的研制.pdf

一种常压牛轧糖生产设备的研制 摘要 本文设计了一种常压牛轧糖生产设备，该生产设备能进行自动计量、加 热、测温、搅拌和输送糖浆。该生产设备主要包括导热油熬糖锅、k d c 5 5 糖浆泵、a d s l 2 3 4 高精度温度温差计、混料罐等。该设计是企业委托项目。 设计过程包括机械设计和电气控制设计。其中，机械设计包括熬汤锅的 设计、混料罐的设计及输糖泵和流量计的选型等：电控设计包括设备的电气 控制设计、温度测量控制设计、输糖泵电机控制等。主要内容有以下几点： ( 1 ) 文章分析了企业原有的传统牛轧糖制糖工艺、生产过程，指出现有 模式中存在的劳动强度大、生产效率低、糖果品质一致性差等缺点的同时， 将各个步骤系统化，模块化；另外，通过相关实验，细化、量化了生产过程、 制作步骤，使原手工进行的牛轧糖生产技术可机械化、自动化； ( 2 ) 分析讨论市场上现有的蒸汽加热、电加热、导热油加热、电磁加热、 超导电加热等各种制糖设备的特点。通过比较他们的优缺点，阐述了项目选 择导热油熬糖锅作为主要煮糖设备的原因； ( 3 ) 列举了各种传输、流量计量设各的优缺点，分析了他们的工作原理； 通过相关计算给出传输、流量计量设备的选型标准； ( 4 ) 设计了导热油加热熬糖锅，给出了该熬糖锅的设计参数和相关指标。 该部分的设计主要有夹层锅的设计、加热系统的设计、搅拌系统的设计等， 文中还讨论了加热系统及搅拌电机的功率问题，使功耗降到最低； ( 5 ) 设计了自动混料罐，阐述了混料罐的设计原理、工作步骤等。 ( 6 ) 设计了熬糖设备的电控系统。包括加热系统电控、传输系统电控及 搅拌系统电控等；讨论了断路器、继电器、接触器、时间继电器等设备的原 理及相关参数对设备电控的影响； ( 7 ) 设计制作了基于m s p 4 3 0 单片机的温度测量控制仪。阐述了 m s p 4 3 0 f 1 4 9 单片机的工作原理及个端口特性，结合m s p 4 3 0 f 1 4 9 单片机丰 富的定时器、比较器及中断资源，设计了一种较简便的温度测量方法；说明 了单片机温度测控技术在牛轧糖制造中应用的重要性： ( 8 ) 对设计制造的常压牛轧糖设备进行了调试。包括硬件调试、软件调 试，其中硬件调试主要查看设备的运行情况，验证设计的可行性；软件调试 主要是单片机的程序调试。 关键词：常压、牛轧糖、熬糖、电气控制、机械设计、m s p 4 3 0 d e s i g no fa k i n do fn o u g a tp r o d u c t i o ne q u i p m e n to n a t m o s p h e r i cd e v e l o p m e n t a b s t r a c t t h i s p a p e rd e s i g n s o na t m o s p h e r i c n o u g mp r o d u c t i o ne q u i p m e n t ，t h e e q u i p m e n t c a n a u t o m a t i c a l l ym e a s u r e ，h e a t ，t e m p e r a t u r e ， s t i r r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o nt h es y r u p t h ep r o d u c t i o ne q u i p m e n ti n c l u d e sh e a t c o n d u c t i n go i l b o i ls u g a rp o t ，k d c - 5 5s y r u pp u m p s ，a d s12 3 4h i g h p r e c i s i o nt e m p e r a t u r em e t e r , m i x i n gc a n s t h ep r o j e c td e s i g ni st h ee n t e r p r i s ec o m m i s s i o n d e s i g np r o c e s si n c l u d i n gt h em e c h a n i c a ld e s i g na n de l e c t r i c a lc o n t r o ld e s i g n ， a m o n gt h e m ，m e c h a n i c a ld e s i g n ，i n c l u d i n gt h ep o td e s i g n ，d e s i g no fm i x i n gt a n k a n dt h ep u m pa n df l o wm e t e rs e l e c t i o ne t c ；e l e c t r i c a lc o n t r o ld e s i g n ，i n c l u d i n g t e m p e r a t u r ec o n t r o l l e rd e s i g n ，c o n t r o lo ft r a n s m i s s i o na n dp u m pm o t o r m a i n l y ，i ti n c l u d e di nt h ef o l l o w i n gp o i n t s ： ( 1 ) t h i s a r t i c l e a n a l y z e s t h e e x i s t i n g t r a d i t i o n a l n o u g a tp r o d u c t i o n t e c h n o l o g y p r o d u c t i o np r o c e s s ，p o i n t o u tt h a t i nt h e e x i s t i n gm o d e l s ，t h e p h e n o m e n o ni nn o u g a tp r o d u c t i o ni n d u s t r yi sl a b o r i n t e n s i v e ，l o wp r o d u c t i v i t y ，p o o r c a n d y ，s h o r t c o m i n g sq i i a l i 哆c o n s i s t e n c y m e a n w h i l e ，m o d u l a rs y s t e m a t i cs t e p s ；i n a d d i t i o n ，t h r o u g he x p e r i m e n t s ，r e f i n e ，q u a n t i f yt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，t om a k e t h eo r i g i n a lm a n u a lf o rt h en o u g a tp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yb em e c h a n i z a t i o na n d a u t o m a t i o n ； ( 2 ) d i s c u s s e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t e a mh e a t i n g ，e l e c t r i ch e a t i n g ，o i l h e a t i n g ，e l e c t r o m a g n e t i ch e a t i n g ，s u p e r - c o n d u c t i v eh e a t i n ga n do t h e rs u g a r p r o d u c i n ge q u i p m e n ti nt h ee x i s t i n gm a r k e t b yc o m p a r i n gt h e i ra d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s ，d e s c r i b e dt h em a i nr e a s o nt h a ts e l e c t i o no fh e a t c o n d u c t i n go i l b o i ls u g a rp o ta st h em a i ne q u i p m e n tt h r o u g ht h ep r o je c t sc o n d u c t i n g ； ( 3 ) l i s t sa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fav a r i e t yo ft r a n s m i s s i o n ，f l o w m e t e r i n ge q u i p m e n t ；a n a l y z e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h e i ra n dt h r o u g ht h e r e l e v a n tc a l c u l a t i o nt og i v e no u ts e l e c t i o nc r i t e r i ao ft r a n s m i s s i o n ，f l o wm e t e r i n g e q u i p m e n t ； ( 4 ) d e s i g nt h eh e a t - c o n d u c t i n go i lb o i ls u g a rp o t ，g i v e no u tt h ed e s i g n p a r a m e t e r sa n dr e l a t e di n d i c a t o r s t h em a i np a r to ft h ed e s i g ni n c l u d es a n d w i c h p o td e s i g n ，h e a t i n gs y s t e md e s i g n ，d e s i g no fm i x i n gs y s t e m t h e p a p e ra l s o d i s c u s s e st h ep o w e ri s s u e so fh e a t i n gs y s t e ma n d s t i r r i n gm o t o r , t om i n i m i z ep o w e r c o n s u m p t i o n ； ( 5 ) d e s i g no fa u t o m a t i cm i x i n gt a n k ，d e s c r i b e dt h ed e s i g np r i n c i p l e ， w o r k i n gp r o c e d u r e so ft h et a n ka n ds oo i l ( 6 ) d e s i g nae l e c t r i c a le q u i p m e n tc o n t r o ls y s t e mf o rb o i ls u g a r i n c l u d i n g t h e e l e c t r o n i c a l l y c o n t r o l l e d h e a t i n gs y s t e m ，e l e c t r o n i c a l l y c o n t r o l l e d t r a n s m i s s i o ns y s t e ma n de l e c t r i cc o n t r o l s t i r r i n gs y s t e m ；d i s c u s s i o no ft h e p r i n c i p l eo fc i r c u i tb r e a k e r s ，r e l a y s ，c o n t a c t o r s ，t i m er e l a y sr e l a t e dp a r a m e t e r so n t h ei m p a c to fe l e c t r o n i cc o n t r o le q u i p m e n t ； ( 7 ) d e s i g n m s p 4 30 m i c r o c o n t r o l l e r b a s e d t e m p e r a t u r e m o n i t o r i n g i n s t r u m e n t e l a b o r a t em i c r o e o n t r o l l e rt h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c so f p o r t so ft h em s p 4 3 0 f14 9 ，c o m b i n e dw i t hi t sr i c h m i c r o c o n t r o l l e rt i m e r c o m p a r a t o ra n di n t e r r u p tr e s o u r c e st od e s i g nar e l a t i v e l ys i m p l em e t h o do f t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n t ；s h o w st h ei m p o r t a n c eo fa p p l i c a t i o n sm i c r o c o m p u t e r c o n t r o l l e d t e m p e r a t u r em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l t e c h n o l o g y i n n o u g a t m a n u f a c t u r i n g ； ( 8 ) d e b u gt h ea t m o s p h e r i cn o u g a tp r o d u c t i o ne q u i p m e n t i n c l u d i n gh a r d w a r e d e b u g ，s o f t w a r ed e b u g ，a m o n gt h e m ，h a r d w a r ed e b u gi st oc h e e kt h eo p e r a t i o no f e q u i p m e n t ，a n dt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h ed e s i g n ；s o f t w a r ed e b u g g i n gi s m a i n l yt od e b u g g i n gp r o c e d u r e s k e y w o r da t m o s p h e r i c ，n o u g a t ，b o i ls u g a r , e l e c t r i cc o n t r o l ，m e c h a n i c a ld e s i g n ，m s p 4 3 0 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图1 6 图1 7 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图3 1 表3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图4 1 图4 2 图4 3 图4 - 4 图4 5 图4 6 图4 7 插图清单 牛轧糖1 传统牛轧糖生产工艺一2 蒸汽加热生产线及蒸汽加热夹层锅3 电加热熬糖锅3 导热油熬糖锅3 电磁加热熬糖锅一4 熬糖生产线4 常压牛轧糖生产总流程一7 混料流程图9 设备连接图9 熬糖系统连接图1 0 混料罐示意图1 0 a u t o c a d 2 0 0 8 操作界面一1 3 各种熬糖锅特点比较。1 4 夹层锅示意图1 5 熬糖锅实物图1 5 搅拌柄示意图1 6 搅拌柄的受力及熬糖锅的能量分布1 7 温度传感器实物图一1 7 齿轮泵实物图1 9 齿轮泵工作原理图2 0 电磁流量计2 2 测量原理图2 2 系统控制框架图2 4 温度控制流程图一2 5 混料控制流程图一2 6 熬糖系统电气控制原理图2 7 加热系统电气原理图2 8 断路器实物图图3 0 断路器内部装置3 0 图4 8d z 4 7 6 0 实物图及脱扣特性曲线一3 2 图4 9n b l 6 3 h 实物图及脱扣特性曲线一3 2 图4 1 0接触器实物图3 2 图4 1l交流接触器的零件装配图3 3 图4 1 2c j x l 3 2 、c j x l 9 2 2 实物图一3 4 图4 1 3空气阻尼式时间继电器原理图3 5 图4 1 4正泰j s s 4 8 b 2 2 0 时间继电器实物图3 6 图4 1 5温度测控的硬件结构框图一3 9 图4 1 6测试原理图4 0 图4 17电压测试期间的电压曲线图4 l 图4 1 8显示模块驱动4 1 图4 1 9 电源模块原理图一4 2 图4 2 0外接晶振电路4 3 图4 2 l配电箱设计示意图和实物图4 5 图5 1 通用单片机开发系统4 6 表格清单 表1 1中西方牛轧糖比较。2 表3 1各种熬糖锅特点比较1 4 表3 2制糖现场各步骤时间明细表1 5 表3 3各种温度传感器的应用参数1 8 表3 - 4熬糖机用泵产品参数2 0 表4 1设备参数设定2 9 表4 2正泰d z 4 7 6 0 、d z 4 7 2 0 参数31 表4 3正泰c j x1 3 2 、c j x l 9 2 2 参数3 4 表4 4正泰j s s 4 8 b 一2 2 0 时间继电器技术参数3 6 表4 5导线电流值表3 7 表4 - 6e 型热电偶分度表4 0 表5 1熬糖锅作业现场温度记录4 8 表5 2设备运行现场记录4 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特另, j j j d 以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金b 垦i ：些叁堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已住论文中作了明确的说明井表示谢意。 学位论文作者签字：签字日期：夕l 年毕月冲日 - ，1 漫多。 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁王些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金日里王些- 人 笠二可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适川本授权二1 5 ) 学位论文作者签名：1 己芭考一 导师签名： 签字删炒仙月7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 一1 州哎 裤日咧蛑乙7 日 电话： 邮编： 致谢 经过两年半的学习和实践，终于完成了本课题的研究。 首先，我要感谢我的导师周汉义副教授! 本人在从事课题研究及论文撰 写过程中，得到了他的悉心指导和帮助。在学业上，周老师以广博的学识和 丰富的经验以及学术上钻研的态度，启发我的思路，帮助我建立信心和勇气， 激励我在材料学和电力电子领域里不断探索：在生活方面，周老师也给予我 无微不至的关怀和宽容，而且教会了我许多做人的道理，使自己在面对错误 和失败时，能无所畏惧，并积极总结改正，周老师帮助我树立科学的科研态 度和人生态度，这些将使我受益终生! 另外，我要感谢我妈妈，是您对我的宽容和无私的爱和支持让我能在困 难和压力面前，坚持自己的理想和信念，顺利地完成学业。 还要感谢胡刘芬同学，谢谢她陪伴我度过了两年半的研究生学习生活， 支持我走过了一路的风雨阴霾。 感谢实验室同门许劲松同学、荣彝同学以及师弟郁冬炎，师妹郭林亮， 已经毕业的师兄王海华、王程，谢谢他们对我研究生阶段生活和学习上的支 持，使我度过这充实难忘的研究生生活。 感谢同寝室的王兵、王文龙同学，及隔壁寝室的蒋卿、张春基、李鹏同 学，谢谢你们研究生期间在生活学习上无微不至的照顾。 最后要感谢所有给予我支持、启迪和帮助的同学，老师和朋友们! 作者：刘洪杰 2 0 1 0 年4 月 第一章绪论 随着，市场上对牛轧糖需求的增加，这种糖果已经实现量产，但主要工作 还是通过人工操作制作完成，这种生产方式劳动强度大、产量低，牛轧糖品质完 全由经验丰富的师傅凭经验控制，无法保证品质和口感的一致性和成品率：州 时，量产后，计量工作主要由人工完成，糖浆的导入导出劳动强度极大，生产 效率极低，这是影响产品产量、品质的主要环节。目前市场上也有较先进的生 产设备这些设备大大提高了生产效率，降低了劳动强度，在制造水果糖、硬 糖等产品时有极大的优势，但这些设备大多要求在真空环境下进行生产，造价 非常昂贵，生产出来的牛轧糖产品通过品尝者及市场调查反馈，口感、q 度等 都不如常压下生产的产品。设计制造一款适合牛轧糖量产的常压自动化生产没 备追在眉睫。 l l 牛轧糖简述 牛轧糖，又称为乌结糖( n o u g a t ) ，如图1 1 所示是一种由牛奶、砂糖、 淀粉、糖浆、蛋白质、花生、油等混合制成的糖果，一般分为软硬两种。以口 感细腻，有咬劲等特点成为老少威宜的节日应景点心。在中圆，牛轧糖的糖浆 是以麦芽糖( m a l t o s e ) 为主体，辅以蛋白、奶粉、奶油、坚果( 坚果类包含花 生、芝麻、南瓜子与核桃等) 等材料。近年来，随着人们健康意识的加强，糖 果的甜度大大降低；同时，在制作过程中，比较注重糖果的外观。如今，牛轧 糖已成为糖果门类中最重要的支系之一。 图i i 牛轧糖 随着时代变迁，中国和西方各国，由于生产工艺的区别，牛轧糖从口感、 外形等方面都存在着一定差异具体如表1 - 1 所示。本文的描述是以中国的牛 轧糖生产工艺为基础进行设计制造的。 表1 1中西方牛轧糖比较 1 2 传统牛轧糖生产概述 图1 2 传统牛轧糖生产工艺 传统熬糖工艺主要通过手工制作，大致分成三大部分：熬制糖浆、加入辅 料、压切成型。如图1 2 所示，先将麦芽糖原浆化糖通过粗滤布过滤后，再倒 入煮糖锅加热，将水分蒸发掉，达到一定条件后按一定比例加入相应的辅料， 经过压片、切片等环节制成糖果。 1 3 熬糖生产线简介 新中国成立以来，我国制糖工业得到了飞速发展，大大加快了制糖的机械 化进程，熬糖锅的制造技术得到了高速发展。如今熬糖机械产品已经有了非常 细致的分类，通常熬糖设备的分类方式以熬糖锅作为主要参考，而熬糖锅一般 有按加热方式、按工作环境、熬糖过程的连续性等分类方式。 1 3 1 按加热方式分类熬糖锅的特点 目前，为适应不同的糖果产品生产，市场上出现的熬糖生产设备品种很多， 各自的产品特点都有所不同，但其加热方式大体上可以分成蒸汽加热、电加热、 导热油加热、电磁加热等【1 3 】。 1 3 1 1蒸汽加热式熬糖锅 蒸汽加热熬糖方式，所生产的糖果产品质量较明火熬糖有很大提高，比明 火熬糖方式更适合企业实现量产，得到了早期糖果生产企业的青睐。产品实物 图如图1 3 所示。 蒸汽加热熬糖的工作原理是通过锅炉加热形成水蒸汽，再由水蒸气导热加 热糖浆，蒸发水分，达到熬糖的目的。后续的混料、揉糖、压片、切片等步骤 都由工人手工完成。 蒸汽熬糖方式较明火熬糖有明显的进步，但也有缺点。首先，由于要使用 锅炉提供蒸汽，方面增加了糖果生产企业的设备成本，另一方面不环保。 2 豳憩一 獬 曩 图i 一5 导热油熬糖锅 如上图l 一5 所示导热油通常也是夹层锅，现在市场上也有三层锅，在夹 3 层之间加入导热油，通过电加热导热油，再通过导热油作为热传导媒介加热糖 浆， l3 14 电磁加热熬糖锅 近年来，随着电磁加热技术的发展，电磁加热技术在制糖工业中得到了广 泛应用。电磁加热的基本原理是：磁的良导体在高额交变磁场中，内部电子会 产生交变电子涡流从而生成大量的焦耳热，以加热或熔化金属i l “，它具有能 耗低、热效率高、温度提升快、温度控制精度高等优点。 电磁加热熬糖锅就是采用电磁加热原理设计而成的，利用电流通过线圈产 生磁场，当磁场内部的磁力线通过锅底部时，立刻产生涡流，使器具本身自行 高速发热，从而加热锅内的糖浆【2 ”。电磁熬糖锅热效率高，安全性高，卫生， 生产过程无烟、无火。如图1 6 所示，为电磁加热熬糖锅。 矧 妒j 1 4 课题的目的与意义 综= 所述，现阶段，市场上的熬糖设备，特别是牛轧糖的熬糖设各主要存 在以下问题： 现在市场上的熬糖设备主要针对硬糖、水果糖等产品设计制造的，而针 对常压牛轧糖设计制造的生产线几乎没有，不利于牛轧糖产业的发展： 现行市场上的熬糖设备，特别是牛轧糖生产设备大多不能实现计量、加 热、测温、搅拌和糖浆的导入导出的全面自动化，生产效率极低； 实际生产中糖浆的导入导出、计量及牛轧糖揉糖都是劳动强度、工作量 极大的工作，而且，由于人工计量本身存在生产效率低、品质一致性差等缺点， 在技术上有其必然的缺陷，不符合制糖产业化的基本需求。 因此，设计制作一套劳动强度低、安全卫生、高效的常压牛轧糖生产设备 势在必行。同时，通过项目评估，设备设计制造完成后，将为企业带来带来以 下主要方面的效益： 1 、扩大设备的应用范围。通过改进后的熬糖锅，出糖效果大大提高，糖浆 成色好，适合各种糖浆的熬煮，扩大了设备的应用范围； 2 、提高生产效率，减少劳动强度。通过项目开发，使生产设备实现了完全 自动化控制，缩减了制糖过程的中间环节，大大缩短了出糖时间，提高了产品 生产效率；与此同时，项目对生产步骤进行了细分、量化，从而改造设备的操 作系统，使系统操作可视化、简单化，设备适应性变得更强，减少了劳动强度： 3 、解决品质一致性差的问题。制糖工业中，对糖浆品质的依赖性很强，这 对生产环境和生产设备提出了很高的要求，项目开发工程中，充分考虑到了这 个问题，以品质一致性高为指导目标。项目完成后，设备的环境适应能力强， 生产出的产品口感好、深受消费者青睐； 4 、减少成本投入。熬糖设备完全自动化后，大大缩减了人工成本的同时， 提高了生产效率、增加了产品产量，、提高了产品口感； 5 、实现产品生产的长期效益。项目改造后，大大降低了对人为因素的依赖 性，注重生产过程的步骤化、量化，使生产过程更科学，更利于企业的长期发 展： 6 、熬糖过程连续操作，提高原料利用率，减少原料浪费；通过项目对系统 进行了合理的整合，提高了电能利用率，节省了电力能源： 5 第二章常压牛轧糖生产设备概述 2 1 工作流程总述 经过近百年的发展，民间有一套非常完善的牛轧糖制造工艺，过程也相对 固定，但实际产品生产过程中，流程的控制主要凭经验，并无固定的生产流程， 对于本课题而言，该项目为企业委托项目，项目开展过程中，我们认真观察了原有 手工生产的生产流程，对原有流程进行步骤化、量化，结合企业原有的一套生 产流程，总结整合了一套常压牛轧糖的生产流程。其按工艺顺序主要可分为熬 糖、混料、成型三大块。总流程图如图2 1 所示。 图2 - 1常压牛轧糖生产总流程 如图2 1 所示，整个熬糖过程可以分成3 个大步骤，9 个小步骤。 2 1 1 熬糖 在糖果制造业中，熬制糖浆( 或称为煮糖) 是很重要的步骤之一，糖果的 品质有优良与否，特别是硬糖，很大程度上取决于糖浆的熬制情况。对于牛轧 糖而言，在原糖( 麦芽糖浆) 中水份的含量是一个很重要的指标之一。 该课题中，牛轧糖的糖浆熬制过程有三步：首先，初级熬糖，是指将普通 7 的麦芽糖浆煮到8 0 一1 0 0 ，使原本粘稠的糖浆变稀，使糖浆具有良好的流动 性，以便于输送、过滤：第二步，过滤，是指用纱布、滤网等对糖浆进行过滤， 该步骤的意义在于：通过过滤除去麦芽糖浆中残留的沉淀物( 如麦芽、谷物 等生产麦芽糖的原料) ，这有利于增加牛轧糖的成型与口感：使食品卫生、安 全；第三步，次级熬糖，将糖浆加热至1 2 0 1 4 0 ，使糖浆达到一定的浓度， 即通过加热蒸发水，控制糖浆含水量。该步骤是牛轧糖口感的重要限制因素之 一，另外，温度的良好控制是保证糖果颜色的主要环节。 2 1 2混料 糖果生产过程中，都会有相应的添加剂，该环节往往被称为混料。对于牛 轧糖而言，混料是指通过添加疏松糖质的材料使牛轧糖有所谓的“q 感”，同时， 通过添加花生、核桃、杏仁等坚果，制造不同类型的牛轧糖。 本项目中，产品的混料在混料罐中完成，包括： ( 1 ) 打蛋白粉，该步骤与熬糖可以同时进行，是通过搅拌浸泡“透”的蛋白 干和发泡剂，使发泡剂和蛋白干充分发泡。其意义在于，定量的发泡起到疏松 糖质的作用，增加口感的同时，使糖果不失营养： ( 2 ) 冲糖浆，该步骤是指在打好的泡沫中加入适量煮沸的糖浆，该步骤有 利于泡沫更好的与糖浆融合。很显然，糖浆的密度大，泡沫的密度小，大量糖 浆的输入会使泡沫浮于糖浆上方，为了防止糖浆固化，混料过程时间很短，无 法在短时间内使糖浆和泡沫充分融合，这将大大降低牛轧糖品质，而该步骤恰 恰很好的解决了这个问题； ( 3 ) 加入花生等辅料，该步骤的作用显而易见，不同的辅料产出不同品种 的牛轧糖。 以上各步骤可以通过图2 2 所示的流程图看出。 2 1 3 出料成型 每种糖果都有其特定的形状，如今的制糖产业中，已有专门的糖果磨具出 现，成型对于糖果的重要性可见一斑。 本项目中，糖果的成型有以下步骤： ( 1 ) 揉糖 揉糖是牛轧糖出料过程的主要环节，是指在出料时，通过人工将糖料揉成 圆筒状，使便于压片，另外，据介绍，该过程有益于改善糖果的韧性，是保证 产品品质另一个重要环节之一，也是项目的主要改进环节之一： ( 2 ) 压片 压片是指将糖料压成相应的厚度，对于市场上的常见的几种牛轧糖，其压 片厚度通常为5 7 m m ： ( 3 ) 切片 切片是指将压片好的糖料切割成相应的方块，以便于包装，通常又切片机 8 完成； ( 4 ) 包装 该步骤由相应的糖果包装机完成。 2 2 生产线组成及工作原理简述 图2 2混料流程图 在现代制糖工业中，流程的主要实施者是制糖设备，它们用于解决劳动强 度大、工作效率低的问题，使制糖产业成为可能；但由于现行制糖业对人为因 素过于依赖，该问题并没有被完全解决。本课题中，根据流程的分块，主要的 设备分成四个主要系统，熬糖锅系统、混料系统、出料揉糖系统及成型包装系 统。本文主要阐述熬糖锅系统和混料系统的设计。如图2 3 所示，是熬糖混料 系统的设备连接图。 9 2 2 1熬糖系统 熬糖系统是整个制糖过程的开端，也是整个制糖工作的基础。糖果的色泽、 柔韧性等品质主要由该环节决定。熬糖系统主要的设备是熬糖锅、储糖罐、及 传输泵，其主要任务是通过熬煮糖浆，控制糖浆中的水份含量，从而控制糖果 的品质。其连接图如图2 - 4 所示。 如下图所示，熬糖系统由初级熬糖锅、出及传输泵、过滤罐、次级熬糖锅、 次级传输泵组成。其中次级熬糖后，由于水分几乎蒸发完，糖浆粘度很大，室 温时容易凝固，为防止这一现象，在次级熬糖与混料罐之间的传输管道外覆盖 一层保温装置，对管道进行加热。 2 2 2 混料系统 图2 - 4熬糖系统连接图 图2 - 5混料罐不恿图 混料系统是整套设备的核心环节，它决定牛轧糖的i ；3 味、口感及q 度等品 质，通过该环节糖果的品质基本成型。从工艺角度，该环节是整个制糖过程的 关键所在；从机械角度，该环节也是本课题的主要攻关内容之一，即在机械设 计上实现工艺要求。 该系统的主要设备是混料罐。其主体示意图如图2 5 所示。混料罐由搅拌 1 0 电机、内腔、进料口及出料口组成。 2 2 3出料揉糖系统 出料揉糖系统是根据工艺要求特别设计的制糖环节。据工厂经验丰富的老 师傅介绍，制糖过程中，通过揉糖工艺环节能大大增加牛轧糖成品后的q 度， 所以，特别要求设计的设备。以往该过程主要通过人工手工完成，劳动强度非 常大，现场调研时，发现该过程需要5 8 为工人师傅同时进行。 2 2 4 成型包装系统 成型包装系统，是整个制糖过程的最后环节。通过该环节，糖果被切成相 应的形状，并包装成成品。该系统主要由压片机、切片机及糖果包装机组成。 第三章机械设计 本章将介绍常压牛轧糖生产设备的机械设计，即通过机械设计实现化糖、 煮糖、混料、揉糖、切片包装及连接这些过程的糖浆传输。其中，切片包装机 在市场上已有较成熟、稳定的设备，这里不予以赘述。 3 1 生产指标 本文生产指标都由项目合同书给出，主要涉及产量、安全生产及节能减排 等三个方面，其中产量主要用于指定设备规模、生产效率等；安全生产主要用 于规范员工操作的同时优化设备的机械设计，从源头杜绝安全事故的发生：而 节能减排是指在保证产量的情况下减少生产成本。 通过项目实现制糖过程的进出料计量、加热、搅拌、测温、控温、混料、 冷却揉糖、压片、切片等工艺环节的自动进行，成套设备达到以下指标： 加热方式：电加热( 电功率2 4 k w ) 加热介质：导热油 产 量：1 0 0 公斤小时 最高温度：l5 0 自动配料 自动出料 搅拌、测温、控温、混料、冷却揉糖、压片、切片自动化 3 2a u t o c a d 简介 a u t o c a d 是由美国a u t o d e s k 公司于开发的绘图程序软件包，经过不断的 完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具【1 3 】。 3 2 1a u t o c a d 的主要特点 a u t o c a d 软件具有如下特点： 具有完善的图形绘制功能： 有强大的图形编辑功能； 可以采用多种方式进行二次开发或用户定制； 可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力； 支持多种硬件设备； 支持多种操作平台： 具有通用性、易用性，适用于各类用户。 1 2 322 基本功能 a u t o c a d 有丰富的工具和强大的功能，主要有：平面绘图、绘图辅 助上具、编辑图形、标注尺寸，可咀创建多种类型尺寸，标注外观可阻自行设 定：、书写文字、三维绘图、网络功能、数据交换，二次开发等功能a 3 23 分类【1 3 l 在不同的行业中，a u t o d c s k 开发了行业专用的版本和插件 嚼摹孽鼍孽鼍鼍鼍鼍勇寰孽曼鼍舅嘲黑 亍兰燮二竺- ； ：d ? 訇i 垌： ! 塾一兰! ，! ； 星三= = = = 三三盈 图3 1a u t o c a d 2 0 0 8 操作界面 a u t o c a dm e c h a n i c a l 版本应用在机械设计与制造行业： a u t o c a de l e c t r i c a l 版本应用在电子电路设计行业； a u t o d e s kc i v i l3 d 版本应用在勘测、土方工程与道路设计中： a u t o c a ds i m p l i f i e d 版本应用在学校里教学； 本文在机械设计和绘制电气原理图等扳块都应用到了该软件，版本为 a u t o c a d 2 0 0 8e n t e r p r i s e 。其操作界面如f 图3 - 1 所示。 3 3 常压牛轧糖熬糖锅的设计 熬糖锅是整个糖果熬制过程的基础，对熬制好的糖浆的成色有着决定性的 作用。熬糖锅可以分为夹层锅、加热系统、搅拌系统、温度测量等，其中，夹 层锅是整个设备的框架；加热系统分布在央层锅的央层内部；搅拌系统处于锅 中，用于防止糖浆在熬制过程中变糊，影响糖果成色：温度测量通过温度传感 器实现。 33 1 熬糖锅的设计概述 作为制糖工业中不可或缺的设各，熬糖锅有非常好的市场前景。随着制糖 工业的高速发展，熬糖锅也经历着翻天动地的变化，市场上涌现出品种丰富的 熬糖设备，从熟糖锅的配件到大型的生产线都由出售从常压环境到真空环境， 从间断熬糖到连续熬糖，从蒸汽加热设备到电磁加热设备，一应俱全，下表3 。 对各种熬糖锅进行了系统的比较。 1 3 表3 1各种熬糖锅特点比较 型、。! i i i 一 - _ - _ _ _ _ - _ _ - - _ _ i - _ _ _ _ - _ _ _ _ l _ _ - _ _ _ _ - i _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ - _ - - _ _ 一一 一 a 明火与锅的分离，内胆全采用3 0 4 # 不锈钢制成，使夹层锅底部和四周加热均匀； 可倾式电加热熬糖锅 b 导热系数小，吸热量大，且保温性能好，散热快，熬糖速度快： c 操作简单，另可 装配系统糖管，直接将熬好的糖输送至冷床上。 真空连续熬糖锅在密封的条件下熬糖，熬出的糖浆高透明度。 a 配备电脑p l c 自动控制装置，触摸屏操作： b 真空熬煮、充气搅拌均能自动交替进行： 全自动充气熬糖锅 c 可对糖浆进行高充气或低充气熬煮； d 可根据需求增配熬煮锅； e 具有较高的控制精度。 磁真嚣籽熬篓溅黧篡篡鬻凳侧腩 导热油熬糖锅 a 以电能为能源，导热油为介质，受热均匀： b 可以通过电子温控仪自动控温： c 操作简单，有利于减小劳动力成本； d 可倾式卸料。 a 高效：热效率可达9 0 ； 槲懒糖锅三冀糕驾篓裟篙黧患； d 环保：不通过锅炉产生高压蒸汽，所以没有燃烧所造戏的环境污染。 由上表，不难看出，各种熬糖设备都有其相应的应用领域及所针对的糖果 品种。对于牛轧糖而言： ( 1 ) 据市场调查反馈，常压环境下生产的牛轧糖的口感比在真空环境下熬 制的糖要好得多： ( 2 ) 相对于硬糖、奶糖、太妃糖等种类而言，牛轧糖对糖浆熬制过程中的 出糖成色要求不是很苛刻； ( 3 ) 牛轧糖的糖浆要求熬制到1 3 0 一1 4 5 。鉴于以上条件，本着节约 成本的的目的，本项目选择导热油熬糖锅作为熬糖设备。 3 3 2 夹层锅的设计 夹层锅的设计原理图由下图3 2 所示。 夹层锅主体由锅体、内腔、支架等三部分组成。锅体上方设计有一段口径， 用于防止在化糖过程中糖浆由于水份沸腾而溢出；锅体的内腔用于安放温度传 感器、电加热电阻丝及盛放导热油。该设计没有外加设计可倾斜装置，出糖过 程直接由传输泵完成。以上尺寸根据项目合同书计算而得到。下图3 3 所示， 为制作完成后的熬糖锅实物图。 图3 2夹层锅示意刚 例3 - 3熬糖锅实物圈 3 33 加热系统设计 导热油加热熬糖锅是通过电加热，以导热油为导热介质，对糖浆进行加热 的一种熬糖设备。这种加热方式主要通过电能转化为热能提供热量，由于导热 油性质比较稳定，且和糖浆之间有一层金_ | j i ；( 不锈钢) ，