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第九章 机械第1页，共75页，编辑于2022年，星期三主要内容主要内容 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。第2页，共75页，编辑于2022年，星期三重点重点 难点难点 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。第3页，共75页，编辑于2022年，星期三成型成型：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。成型机械成型机械:完成食品成型作业的机器设备。第4页，共75页，编辑于2022年，星期三食品成型主要方法：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5页，共75页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 辊压成型机械辊压成型机械(Roller shaper)一、压延原理一、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。第6页，共75页，编辑于2022年，星期三 导入条件导入条件: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 第7页，共75页，编辑于2022年，星期三物料导入辊隙间的必要条件是：TxPx （水平方向）（水平方向）即：即：TcosPsin TPtg PtgcosPsin tgtg （、在90范围内）故故 第8页，共75页，编辑于2022年，星期三二、压片机二、压片机(rolling machine)1间歇式压延机间歇式压延机 基本结构基本结构：主动与被动压辊主动与被动压辊（）辊隙调节机构辊隙调节机构（、11、12、13、14）传动系统传动系统（）机架及进料斗、出机架及进料斗、出料输送带料输送带组成 第9页，共75页，编辑于2022年，星期三主要参数：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020mm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。第10页，共75页，编辑于2022年，星期三2多层次压延机多层次压延机（1）目的：）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。第11页，共75页，编辑于2022年，星期三 （2）主要结构）主要结构：输送带：输送带：环形压辊组环形压辊组：传动系统：传动系统：第12页，共75页，编辑于2022年，星期三（3）工作原理）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13页，共75页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 挤压成型机械挤压成型机械(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、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，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。组织膨松，口感酥脆，易于消化吸收，深受消费者欢迎。第14页，共75页，编辑于2022年，星期三食品膨化机挤压膨化原理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626MPa。第15页，共75页，编辑于2022年，星期三 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。第16页，共75页，编辑于2022年，星期三主要结构及工作过程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。第17页，共75页，编辑于2022年，星期三单螺杆食品膨化机单螺杆食品膨化机 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1：101：20。第18页，共75页，编辑于2022年，星期三通常将螺杆分为三段：通常将螺杆分为三段：A段为输送段段为输送段：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；第19页，共75页，编辑于2022年，星期三B段为压缩段段为压缩段：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；第20页，共75页，编辑于2022年，星期三 C段为蒸煮段段为蒸煮段：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。第21页，共75页，编辑于2022年，星期三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22页，共75页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 冲印饼干成型机械冲印饼干成型机械 一、基本结构一、基本结构 1压片机构压片机构 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。(Impact Printing Bisciut Machine)第23页，共75页，编辑于2022年，星期三设计的第一个关键是：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。第24页，共75页，编辑于2022年，星期三 设置多道辊的目的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。第25页，共75页，编辑于2022年，星期三设计的另一个关键是：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。第26页，共75页，编辑于2022年，星期三2冲印成型机构：冲印成型机构：主要包含冲印模和动作执行机构。第27页，共75页，编辑于2022年，星期三 （1）间歇式：）间歇式：采用曲柄滑块机构采用曲柄滑块机构 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。第28页，共75页，编辑于2022年，星期三 （2）连续式：）连续式：采用摇摆机构采用摇摆机构 工作过程：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。第29页，共75页，编辑于2022年，星期三 结构特点：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。第30页，共75页，编辑于2022年，星期三 3冲印模冲印模 冲印模结构冲印模结构 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。第31页，共75页，编辑于2022年，星期三 冲印成型原理冲印成型原理 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。第32页，共75页，编辑于2022年，星期三 印模类型印模类型 .轻型印模轻型印模：生产凹花、有针孔韧性饼干。.重型印模重型印模：生产凸花无针孔酥性饼干。第33页，共75页，编辑于2022年，星期三 4拣分机构拣分机构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。第34页，共75页，编辑于2022年，星期三 5回头输送带机构（回头机）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 第35页，共75页，编辑于2022年，星期三二、工作过程二、工作过程 压片冲印成型拣分摆盘。第36页，共75页，编辑于2022年，星期三三、主要技术参数三、主要技术参数 1印模规格：印模规格：印模长度有560、480、360mm三个尺寸，宽度常取125150之间；2.冲印速度：冲印速度：间歇式一般大于70次min，连续式大于120次min；第37页，共75页，编辑于2022年，星期三 3.生产能力：生产能力：Q60iGsK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0.97 K每公斤成品饼干块数。第38页，共75页，编辑于2022年，星期三4.电机功率电机功率：根据商业部SB24385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。第39页，共75页，编辑于2022年，星期三 5.质量要求：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3 mm范围内；饼干凹底不得超过底面积的13，重量相对误差不得超过3；饼干生坯合格率应不低于97。第40页，共75页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 辊印饼干成型机械辊印饼干成型机械 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。(Roller Printing Bisciut Machine)第41页，共75页，编辑于2022年，星期三一、基本结构一、基本结构 1辊印成型脱模机构：辊印成型脱模机构：喂料槽（辊）喂料槽（辊）5：印花模辊印花模辊7：喂料槽5与印花模辊7采用200300mm辊长与烤炉匹配，有560、480、360、320、200mm5 种尺寸。第42页，共75页，编辑于2022年，星期三 分离刮刀分离刮刀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。第43页，共75页，编辑于2022年，星期三 2生坯输送带生坯输送带10：3烤盘输送链烤盘输送链12：4传动系统传动系统：5机架机架14及面屑斗及面屑斗15，有的还有撒粉装置，有的还有撒粉装置 第44页，共75页，编辑于2022年，星期三二、成型原理二、成型原理 饼干机工作时，喂料 辊与印模辊相对回转相对回转，面 斗内的酥性面料依靠自重依靠自重 落到两辊间落到两辊间后后，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。第45页，共75页，编辑于2022年，星期三三、影响成型的因素三、影响成型的因素 1辊间距辊间距：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。原则：在顺利脱模的前提下，压力尽量减小。第46页，共75页，编辑于2022年，星期三3分离刮刀位置高低：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。第47页，共75页，编辑于2022年，星期三四、主要技术参数四、主要技术参数 1印模辊规格印模辊规格 中小型辊印饼干机印模辊长度系列尺寸为：560mm、480 mm、360 mm、320 mm、220 mm；印模辊直径在200300 mm之间；2辊印饼干机印模辊最高转速应不低于辊印饼干机印模辊最高转速应不低于每分钟每分钟5转转。第48页，共75页，编辑于2022年，星期三 3.生产能力生产能力：Q60nGsK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0.96 K每公斤成品饼干块数。第49页，共75页，编辑于2022年，星期三 4.电机功率：电机功率：根据商业部SB24385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50页，共75页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 辊切饼干成型机械辊切饼干成型机械 一、基本结构一、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。(Roller cutting Bisciut Machine)第51页，共75页，编辑于2022年，星期三二、成型原理二、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。第52页，共75页，编辑于2022年，星期三 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。第53页，共75页，编辑于2022年，星期三设计关键：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。第54页，共75页，编辑于2022年，星期三三、印花辊脱模成型力学条件三、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。第55页，共75页，编辑于2022年，星期三 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；第56页，共75页，编辑于2022年，星期三1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=mRl12，P2=mR222。第57页，共75页，编辑于2022年，星期三 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 第58页，共75页，编辑于2022年，星期三再将T1=K1N1，T2=K2N2，P1=mRl12，P2=mR222代入第一式得 因此可得：第59页，共75页，编辑于2022年，星期三 在实际生产使用中在实际生产使用中 采采取以下措施可达到印取以下措施可达到印 花辊花辊生坯脱模的良好效生坯脱模的良好效 果：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；第60页，共75页，编辑于2022年，星期三 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；第61页，共75页，编辑于2022年，星期三 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。第62页，共75页，编辑于2022年，星期三四、主要技术参数四、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63页，共75页，编辑于2022年，星期三第六节第六节 包馅与搓圆成型机械包馅与搓圆成型机械 一、饺子机一、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：主要结构及工作原理：第64页，共75页，编辑于2022年，星期三1输馅机构（绞龙、叶片泵、输馅管）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：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。第65页，共75页，编辑于2022年，星期三2输面机构（输面绞龙、面嘴）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。关键关键1：输面绞龙的前部有1：10的锥度，其作其作用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。第66页，共75页，编辑于2022年，星期三 关键关键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。第67页，共75页，编辑于2022年，星期三 3辊切成型机构辊切成型机构 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用，成形为连续单个饺子生坯。第68页，共75页，编辑于2022年，星期三二、馒头机二、馒头机 馒头机是利用搓圆感应原理利用搓圆感应原理加工馒头生坯的专用设备。生坯的成形是通过定量切块与搓圆两步完成。第69页，共75页，编辑于2022年，星期三 一、结构一、结构 1定量切块机构定量切块机构：料斗1、拨面叶片2、等距螺旋推进器3（输面绞龙）、料筒4、切刀6等组成。2搓圆机构搓圆机构：由平行安装的上、下成型辊7、9及撒粉器组成。3传动系统传动系统、机架等。第70页，共75页，编辑于2022年，星期三 设计关键：设计关键：绞龙与料筒内径的尾部为圆锥体，以便使两者之间构成的输出腔截面不断减小。提高致密性。作为面团载体的成形辊表面开有半圆形螺旋凹槽，两辊合成了搓制面团的圆形导槽。第71页，共75页，编辑于2022年，星期三 二、工作过程二、工作过程 工作时，回转拨面叶片把料斗内的面团压入料筒输面腔内回转绞龙将面团充实致密地从料筒出口处压出同时，上、下成形辊同向回转，安装在辊前端的切刀将连续面料切成面块。进入成形导槽的面块在上、下辊面相对剪切、挤压及揉搓作用和导槽螺旋的 引导向右滚 动（逐渐感 应变形成球 状馒头生坯）由导槽出 口处卸出。第72页，共75页，编辑于2022年，星期三三、搓圆成型原理三、搓圆成型原理 螺旋槽成型辊作用力：轴向、径向、切向，使面团边搓揉边向前推进。第73页，共75页，编辑于2022年，星期三成型的关键：成型的关键：保证两辊构成的导槽圆形通道在整个过程中必须完整，不得产生错位，否则成形后的面团会因错位剪切而出现“面尾”，影响馒头生坯质量。第74页，共75页，编辑于2022年，星期三第75页，共75页，编辑于2022年，星期三