第九章 机械.ppt

第九章食品成型机械 Foodshaper 主要内容 1 成型的概念以及食品成型的主要方法 2 辊压成型机械的压延原理 压片机的结构及工作过程 3 食品膨化机挤压膨化原理 主要结构特点及工作过程 4 冲印饼干成型机的基本结构 工作过程及主要技术参数 5 辊印饼干成型机的基本结构 成型原理 影响成型的因素及主要技术参数 6 辊切饼干成型机械的基本结构 成型原理 印花辊生坯脱膜的力学条件 重点 难点 1 理解压片机面团导入压辊的基本条件 2 理解印花辊生坯脱膜的力学条件 3 理解辊印饼干成型机的成型原理 1 掌握压片机的压片原理 2 掌握辊印饼干成型机的基本结构 成型原理及影响成型的因素3 掌握辊切饼干成型机械的成型原理 印花辊生坯脱膜的力学条件 成型 将食品物料制成具有一定规格形状或装饰花纹的单个成品或生坯的操作 成型机械 完成食品成型作业的机器设备 食品成型主要方法 包馅成型 挤压成型 卷绕成型 辊压切割成型 冲印和辊印成型 搓圆成型 第一节辊压成型机械 Rollershaper 一 压延原理 工作时 两个直径相同的相邻压辊相对回转 物料 面团 在摩擦力的作用下被拉入辊隙中挤压延伸 由于辊间隙截面逐渐减小 挤压与剪切作用逐渐加强 使得面料在脱离压辊后延展成厚度均匀的面片 面团如何导入压辊形成质地密实均匀一致的面片呢 导入条件 是指面团顺利进入两压辊间隙中去所应具有的条件 取物料在与压辊接触起点A为研究对象作受力分析 P 压辊对物料产生的径向力 正压力 T 物料受到的摩擦力 切向力 导入角 接触角 即物料在接触变形区所对应的压辊中心角 摩擦角 物料导入辊隙间的必要条件是 Tx Px 水平方向 即 Tcos Psin T Ptg Ptg cos Psin tg tg 在90 范围内 故 二 压片机 rollingmachine 1 间歇式压延机 基本结构 主动与被动压辊 辊隙调节机构 11 12 13 14 传动系统 机架及进料斗 出料输送带组成 主要参数 一般情况下 压辊转速在0 8 30rpm之间 辊隙范围在40mm以内 调节范围一般在0 20mm以内 辊料的调节是通过丝杠螺母带动被动辊作微量位移来实现的 2 多层次压延机 1 目的 对多层次面片采用多层延压机 主要目的是层次多 可达120多层左右 而且层次分明 外观质量 口感及风味较佳 2 主要结构 输送带 环形压辊组 传动系统 3 工作原理多层压延机工作时 由斜置进料输送带1将压片机送来的多层次厚面片5导入由环形压辊组与三条输送带构成的一条狭长楔形通道内 靠压辊组中上压辊既沿面带流向公转 又逆于此向自转 且保证其公切线上的绝对速度接近输送带速度 面片逐渐变薄 另一方面三条下输送带沿面片流向逐渐加快 使整个压延过程中 面片表面与接触件间的相对摩擦很小 面片几乎是在纯拉伸作用下变形 第二节挤压成型机械 Extruder 食品挤压成型机械主要有三种类型 螺杆式挤压成型 辊压式挤压成型机 冲压式挤压成型机 螺杆挤压机具有输送 压缩 混合 粉碎 剪切 加热 杀菌 膨化 成型及干燥等多种单元操作能力 且有热处理和机械处理同时进行的功能 同时膨化食品组织膨松 口感酥脆 易于消化吸收 深受消费者欢迎 食品膨化机挤压膨化原理 将物料置于装有螺杆的机筒内 随着螺杆的回转 推动物料向前移动 在螺杆产生的压缩力和剪切力的联合作用下 使机械能变为热能和物料的变形能 同时由于机筒外围设有预热器 更增加了机筒内物料的温度 又因为物料处于密封状态 由此产生的机筒内压力可高达6 26MPa 在高温和高压作用下 食物发生淀粉糊化和蛋白质变性等一系列的理化反应 然后通过出料口瞬时降压 使物料中的过热水分急剧汽化喷射出来 物料失水膨胀 体积增大若干倍 产品内部组织出现许多小的喷口 象多孔的海绵体 然后被旋转的刀片切割成所需的长度 主要结构及工作过程料箱1 螺旋送料器2 混合调理器3 螺杆4 蒸汽注入孔5 或电加热器 压模6 切刀7 齿轮变速箱8和电动机9等 单螺杆食品膨化机物料由进料斗1经过定量送料器2送入机筒内 并被单螺杆3向前挤压推送 单螺杆3安装在机筒5内 在机筒5的外围设有加热装置6 螺杆的长度和直径之比一般为1 10 1 20 通常将螺杆分为三段 A段为输送段 螺杆的内外直径不变 螺距相等 螺杆上的螺纹对物料仅起推送作用 没有挤压作用 位于该段的物料为粉粒状固体物料 B段为压缩段 螺杆外径不变 螺杆内径逐渐增大 两个螺距之间的容积逐渐减小 物料所受压缩力逐渐增大 该段内的物料因被压缩变形产生热量 出现部分熔融状态 C段为蒸煮段 螺杆上两个螺距之间的容积进一步减小 物料承受很大的压缩力 并因流动阻力增大而发热 压力急剧增加 致使物料全部变成熔融的粘稠状态 螺杆与机筒配合型式 1 从喂料口到出料口螺杆外径不变 螺杆的内径逐渐增大 而机筒直径不变 特点是结构简单 制造方便 2 螺杆的内外直径不变 机筒直径由大变小 逐渐增加对物料的压缩力 机筒制造困难 3 螺杆的内外径和机筒直径不变 只由大到小改变螺杆上螺纹的螺距 以增大压缩力 第三节冲印饼干成型机械 一 基本结构 1 压片机构主要有头道辊1 二道辊4 三道辊6及各对辊上的刮刀 压辊间隙调节手轮5 ImpactPrintingBisciutMachine 为什么要采用多道辊 头道辊直径应比后几道辊直径大 为什么 设计的第一个关键是 采用多道辊且头道辊直径比后几道辊直径大 设置多道辊的目的是达到压出面带保持致密连续 厚度均匀 表面光滑整齐 无残留内应力 且辊径及辊间隙逐渐减少 辊转速依次增大 头道辊直径大的原因在于面团进入辊压时的摩擦角必须大于导入角 设计的另一个关键是 各辊速度匹配要合理 传动比的选择与辊间隙 转速都应协调 否则因流量不等 易出现拉长的皱起现象 2 冲印成型机构 主要包含冲印模和动作执行机构 1 间歇式 采用曲柄滑块机构印模通过一套曲柄滑块机构实现单一的直线冲印动作 冲印时 生坯输送带处于停歇状态 待印模回升后 输送带前进一步 随即静止等待下一次冲印 2 连续式 采用摇摆机构工作过程 冲印饼干生坯时 印模既作上下冲印运动 又随输送带作往复跟踪运动 即完成同步摇摆冲印动作 结构特点 主要由一组曲柄连杆机构 一组双摇杆机构及一组曲柄滑块机构组成 由曲柄摇杆机构和双摇杆机构完成印模往复跟踪运动 曲柄滑块机构完成印模上下冲印运动 3 冲印模 冲印模结构由若干组冲头10 印模 套筒7 限位 控制冲印深浅或行程 切刀8 弹簧4及余料推板11等组成 冲印成型原理工作时 在执行机构的偏心连杆或冲头滑块带动下 印模组成一起上下往复运动 冲印时 印模支架随动作执行机构下移 支架上的印模冲头10首先将图案印在面片表面上 然后冲头不动 切刀8下压 把生坯与面片切断 最后 印模支架5随连杆回升 切刀首先上提 余料推板11将粘在切刀上的余料推下 接着压缩弹簧复原 印模上升与成型饼坯分离 一次冲印操作完成 印模类型 轻型印模 生产凹花 有针孔韧性饼干 重型印模 生产凸花无针孔酥性饼干 4 拣分机构10将冲印成型后的饼干生坯与余料在面坯输送带尾端分离出来 5 回头输送带机构 回头机 有螺旋机构 输送带 溜板等组成 将余料送回到第一道辊再压片 6 附件 面带输送带7 生坯输送带11 撒粉装置 摆盘装置 机架 传动系统 二 工作过程 压片 冲印成型 拣分 摆盘 三 主要技术参数 1 印模规格 印模长度有560 480 360mm三个尺寸 宽度常取125 150之间 2 冲印速度 间歇式一般大于70次 min 连续式大于120次 min 3 生产能力 Q 60iG s K其中 Q 生产能力 公斤 小时 i 单位时间冲印次数 次 分 G 每次冲印饼干生坯数量 s 冲印饼干机加工生坯成品率 一般取0 97K 每公斤成品饼干块数 4 电机功率 根据商业部SB243 85规定 冲印饼干成型机加工每百千克饼干的平均耗电量不得大于1KW h 5 质量要求 饼干生坯应花纹与字迹清晰 表面不得有皱纹 表面贴附干面量在烘烤后不得见白 生坯在沿印模宽度方向的全部范围内 取样10块 厚度差应在3mm范围内 饼干凹底不得超过底面积的1 3 重量相对误差不得超过 3 饼干生坯合格率应不低于97 第四节辊印饼干成型机械 通过成形脱模机构中辊筒回转 完成印花 成形 脱模及生坯输送等操作 优点是 不产生边角余料 成形机构结构简单 成本较低 连续运转平稳 振动噪声小 RollerPrintingBisciutMachine 一 基本结构 1 辊印成型脱模机构 喂料槽 辊 5 印花模辊7 喂料槽5与印花模辊7采用 200 300mm辊长与烤炉匹配 有560 480 360 320 200mm5种尺寸 分离刮刀4 凹模外多余面料沿切线方向刮削到面屑斗中 帆布脱模带10 其两侧应保持周长相等 接头缝合处要平整光滑 无厚度突变 避免跑偏或产生阻滞脉动现象 橡胶脱模辊8 起支承作用 弹性垫板 借助于紧夹在两辊之间的帆布脱模带产生的摩擦 由印模辊带动而进行同步回转 或直接用齿轮驱动 2 生坯输送带10 3 烤盘输送链12 4 传动系统 5 机架14及面屑斗15 有的还有撒粉装置 二 成型原理 饼干机工作时 喂料辊与印模辊相对回转 面斗内的酥性面料依靠自重落到两辊间后 随即被喂料辊挤压进入印模辊表面的饼干生坯凹模中 凹模处多余的面料由分离刮刀刮掉 以后含有生坯的凹模下转开始脱模操作 印模下方的橡胶脱模辊通过自身变形 将粗糙的脱模帆布带紧压在生坯底面上 而且随印模辊一同回转 当帆布带与印模辊脱离接触时 帆布带与生坯底面间产生的吸附作用合力超过生坯与凹模光滑表面的接触力 因此使得成形后的饼干生坯从凹模内脱出 并经脱模带送至烤盘或其它输送带上 三 影响成型的因素 1 辊间距 太小易产生反料现象 2 橡胶脱模辊对成型辊的压力橡胶脱模辊对印模辊所施加压力的大小对饼干生坯的成型质量有一定的影响 若橡胶辊压力过小 则有粘模现象 若压力过大 生坯厚薄不均 后薄前厚 严重时还可能在生坯后侧边缘产生薄片状面尾 原则 在顺利脱模的前提下 压力尽量减小 3 分离刮刀位置高低 当刮刀口偏高时 切除面屑后的生坯底面略高于印模辊表面 使生坯重量增加 当刮刀刃口偏低时 又会出现饼干重量减少的现象 四 主要技术参数1 印模辊规格中小型辊印饼干机印模辊长度系列尺寸为 560mm 480mm 360mm 320mm 220mm 印模辊直径在200 300mm之间 2 辊印饼干机印模辊最高转速应不低于每分钟5转 3 生产能力 Q 60nG s K其中 Q 生产能力 公斤 小时 n 印模辊转速 转 分 G 印模辊上的饼干凹模数量 s 辊印饼干机生坯成品率 一般取0 96K 每公斤成品饼干块数 4 电机功率 根据商业部SB243 85规定 辊印饼干成型机加工每百千克饼干的平均耗电量不得大于0 8KW h 第五节辊切饼干成型机械 一 基本结构 辊切成型有两种结构 一是将印花与切块两套模具复合嵌在同一压辊上 另一种是把印花模与切块模分别安装在两个压辊上 RollercuttingBisciutMachine 二 成型原理辊切饼干机操作时 经压片机构形成的面片通过缓冲输送带进入辊切成形机构 其作用是通过适当的过量输送 造成面片呈皱纹状的均匀堆积 这样可使面带在短期张驰变形的过程中 消除部分残存内应力 以免成形后的韧性饼干生坯收缩变形 辊切成型的印花与切块操作分两步在两辊上完成 即面片先经印花辊 压印出饼干花纹图案 随后再经同步转动的切块辊在原图案上切出饼干生坯 位于两辊之下的大直径橡胶脱模辊借助于帆布脱模带 在印花与切块过程中 起着弹性垫板和脱模的作用 面片离开切块辊后 成形生坯由输送带送至烤炉 余料则经拣分提起后 由余料输送带回送到压片机构前端的料斗内 设计关键 辊切成形机构运转时应严格保证印花辊与切块辊的直径与转角相位相同 速度同步 三 印花辊脱模成型力学条件 由压片机构压延形成的面片随粗糙的帆布输送带运行至印花辊开始印花 并通过橡胶脱模辊 印花辊及帆布脱模带共同作用 生坯在合理的受力条件下实现脱模 以A点位置为研究对象 F1印花辊对饼干生坯的摩擦力 方向向右 F2帆布带对饼干生坯的摩擦力 方向向左 l为印花辊与生坯之间的摩擦系数 2为帆布带与生坯之间的摩擦系数 Nl为印花辊对生坯的正压力 N2为脱模辊 帆布带共同对生坯的正压力 F1 lNl F2 2N2 1为印花辊的角速度 Rl为印花辊半径 m为生坯质量 2为橡胶脱模辊的角速度 R2为脱模辊半径 T1为印花辊对生坯的粘附力 T2为帆布带对生坯的粘附力 K1 K2为粘附系数 T1 K1N1 T2 K2N2 Pl为饼干生坯受印花辊作用的离心惯性力 P2为饼干生坯受橡胶脱模辊作用的离心惯性力 P1 mRl 12 P2 mR2 22 理论上饼干在印花辊上能脱模的力学条件是 作用于饼干生坯法向方向向下合力应大于其向上的合力 即 饼干生坯切向方向受力应相等 即 将F1 lNl F2 2N2代入上式得 再将T1 K1N1 T2 K2N2 P1 mRl 12 P2 mR2 22代入第一式得 因此可得 在实际生产使用中采取以下措施可达到印花辊生坯脱模的良好效果 采用提高印花辊凹模的表面粗糙度 凹模表面制造光滑 以求减小Kl 合理增大帆布输送带的表面粗糙度 即增大帆布带与生坯的粘附系数K2 可使脱模容易 采用无级传动或变速装置 通过调节传动系统合理增大印花辊角速度或减少橡胶脱模辊角速度 即增大印花辊的角速度或减小脱模辊的角速度 以增大 P P1与P2之差的绝对值 使脱模更容易 帆布带对饼干生坯的压力N2的大小通常可由橡胶脱模辊的压力调节来实现 在调节中可能出现两种情况 一方面压力调小不易脱模则出现粘模现象 另一方面压力过大脱模虽然更容易但却出现后薄前厚形状的产品 影响产品质量 四 主要技术参数 其它同辊印饼干机 不同之处为印花辊转速一般不得低于15转 每百公斤饼干的平均耗电量不得大于1千瓦 小时 第六节包馅与搓圆成型机械 一 饺子机 输馅机构10 输面机构6 辊切成型机构4 传动系统及机架等 主要结构及工作原理 1 输馅机构 绞龙 叶片泵 输馅管 绞龙与叶片泵轴线是垂直布置 输馅机构的核心部件是容积式叶片泵 特点 具有输馅量密实 结构简单 适应性强 对输送物料破损小及自吸能力差等特点 绞龙的作用是将面料强制压入吸料腔内 能适应粘度低 颗粒大 流动性差的松散物料 如素饺馅等 2 输面机构 输面绞龙 面嘴 主要完成连续挤出符合要求的面管的操作 关键1 输面绞龙的前部有1 10的锥度 其作用在于通过改变螺旋槽容积的大小 逐渐增大输送压力 以满足制成连续均匀面管的工艺要求 关键2 在绞龙出料端的设置内面嘴7 内面嘴大端圆盘上开有里外两层各3个均匀错位对称分布的腰形孔 当绞龙输出的旋转面块分散通过内面嘴时 腰形孔即可阻止面块旋转 又使得穿过孔的六条面块均匀交错搭接 汇集成环状面管 而后在后续面块的推动下 自内外面嘴合成的环状间隙处挤出所需要的面管 3 辊切成型机构辊切成型机构是利用辊切方式将灌肠成型机构制出的含馅面管连续加工成单个饺子生坯的机械装置 辊切成型机构主要由成型模辊与底辊等组成 成型模辊2上设有若干个饺子凹模 其凹模刃口与底模1相切 当含馅面管引入回转的成型模辊与底模之间时 面管边端的馅料先是在饺子凹模感应作用下 被逐步推挤到饺子坯中心位置 然后受回转的成形模辊圆周刃口与底辊的辊切作