浅析食品机械设计与普通机械设计的对比研究.pdf

浅析食品机械设计与普通机械设计的对比研究浅析食品机械设计与普通机械设计的对比研究【摘 要】食品机械属于机械的一种，其即具有普通机械设计的一般要求，又有其自身的特殊性。本文从普通机械设计的准则，分析了食品机械设计与普通机械设计的相同点，又从食品机械的特殊性，分析了对其进行设计的特殊要求，以提高设计者对食品机械设计的认知。【关键词】食品机械；普通机械；机械设计进行机械产品设计时，最重要的是实现机械产品的功能要求，其次在考虑其安全性能、经济性能、外观性能以及人机操作性等。食品机械作为机械的一种，对其进行机械设计时，既要满足普通机械设计的一般性要求，也要满足其特殊要求。本文将从其与普通机械设计共同性和特殊性两个方面进行分析。1.食品机械设计与普通机械设计的共同性食品机械与普通机械设计的共同点，可以从以下几个方面阐述：1.1 满足功能要求一部机器的成功应表现为在预订的时间和环境内安全可靠的工作，并达到预期的目标。为此，要求组成机器的每一个零件都要满足强度、刚度、耐热性、耐磨性、抗氧化、抗腐蚀等性能。1.2 满足经济性要求经济性是指机器的造价和适用都应满足价格低廉、利益最大化的要求，这是一项综合指标。在设计时应考虑制造材料、润滑剂、处理工艺和制造方法等的选择。1.3 满足安全性要求在机械设计时，安全性是首要考虑的问题。机械运转出现的安全问题，源头正是来自于设计阶段，所以安全问题应在设计阶段解决。具体要求：a）技术设计问题不能由信息警告代替。技术设计问题是属于设计阶段应该解决的问题，不能以信息警告的形式出现在用户面前，信息警告只能起到提示和警告的作用，不能从根本上解决安全问题，设计者要认真对待；b）安全设计阶段应采取的安全措施不能遗留给用户这是设计者在设计时就需要解决的问题。1.4 满足造型美观和减少污染的要求首先，设计的机器应该外观美观，形状合理，符合工业设计美学的要求；其次，要尽量的减少工作过程中造成的环境污染，主要是减少振动，降低噪音污染。2.食品机械设计的特殊性食品机械主要用来加工食品，其生产的产品大都与人类的饮食有关，故对其进行机械设计时，必须着重考虑食品安全问题，这也是食品机械设计与普通机械最大的区别，也是其特殊性的表现。要保证食品机械生产出的食品安全卫生，设计时必须注重以下几个方面：2.1 坯料的选择任何机器的设计制造都需要选择合适的材料，材料的好坏在很大程度上影响机器的功能。但是具体的机械材料的选择要考虑的问题很多，包括成本和效益、安全性等问题。一般的机械制造的原材料会选择管材、板材、棒材和铸材等，因为铸造坯料的价格较低，成本低，利益大。但是国际上一般不会采用铸造坯料作为食品机械制造的原材料，特别是与产品接触的部件，这是因为铸造材料在使用过程中不可避免地出现气孔和裂缝，容易产生有害细菌，在食品生产过程中存在严重的安全问题，造成加工高质量的食品的合格率较低，反而增加了生产成本。实际上，对于产品直接接触的部件，一般选择锻件作为坯料，能够提高食品的质量和生产效率，不但能够提高生产单位的信誉还能带来更丰厚的利益。根据产品种类的不同，食品机械的选材也不同。我国主要选择 304 或 316材料，316 材料价格高于 304，即使如此，国际上一般采用 316 材料，因为它的品质更优良、更安全。例如，对于安全卫生要求极高的制药业，必须选择品质优良的 316 材料。中国的牙膏企业过去常采用铜材质的原料，近年来，随着经济的发展，现在高露洁公司已经采用 316 材料，其他公司采用的材料也在改善；但是在美国，要求牙膏产业要达到制药产业的要求，所以一直采用 316 材料。还有外国生产酱油的企业采用 316 材料，而在中国很多企业采用 304 材料，也基本满足要求。目前，像制药、牙膏、化妆品等这些高质量产业，都采用316 材料。随着社会的发展，食品机械的选材一定会更加标准、更安全健康。2.2 润滑剂的选择润滑剂是任何继续而运转过程中的必需品，能够减少机械摩擦、磨损，延长机械的使用寿命。一般机械需要的润滑油，只要满足机械正常运转的需要即可。但在食品生产过程中，润滑剂在遇到高温会挥发或发生泄漏等问题，可能导致食品与之相接触，影响食品的安全卫生，因此，润滑剂的选择至关重要。食品机械有自己专用的润滑剂，具有以下三个特点：a）使食品机械具有抗氧化、抗高温、抗腐蚀、耐高湿度等的性能。b）对于有冲击或大载荷的生产，使机械具有承载冲击性负荷或大载荷的性能；c）对于易于产生微生物的食品生产，能够起到抑制微生物及细菌的繁殖的作用。例如，采用猪油、花生油等作为食品机械的润滑剂，很难达到专业润滑油的性能，抗氧化、抗冲击等性能差的多，最主要的在高温环境下，这些油脂容易发生变质，产生有害的微生物或细菌；在低温环境又可能凝固，润滑效果差。食品专用润滑剂一般分为：润滑油和润滑脂。润滑油一般有基础油和添加剂组成；润滑脂在润滑油的基础上加入稠化剂调配而成。基础油通常有两种，一种是加氢裂解的矿物油，它的特点是含水、硫、芳香族少，有极强的可氧化性。另一种是人工合成的，不含芳香族，成分单一，抗氧化性强。添加剂的作用是为了加强油脂的某种性能，或添加其原本没有的性能。但是对于品质极好的油脂，添加剂的种类往往比较少甚至没有添加剂。此外，多数的添加剂都是有害物质，易污染食品，所以一般食品机械润滑剂不采用添加剂。稠化剂必须无色、无味、无害，一般为白色或奶白色，常用的稠化剂为复合铝基和复合钙基。综上所述，改善食品机械润滑剂的性能有两个方向：一是寻找高性能的基础油；二是研究开发无毒无害的润滑油添加剂和稠化剂。随着各级的进步和食品加工业的发展，食品机械润滑剂也一定越来越优质。2.3 腐蚀和防腐蚀设计啤酒、罐头、饮料和乳制品等食品生产中，会产生一些有机酸、酸碱溶液等，这些物质在与金属接触时可能产生腐蚀物，还可能发酵产生有害的微生物和细菌，这些腐蚀物有一部分会转移到食品中去，污染了食品。食品机械生产过程中产生的腐蚀主要有：全面腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳。食品机械的材料选择直接影响食品的生产和产品的质量，还可以影响生产过程中腐蚀的出现，对材料选择的要求是：在所要求的生产环境下，具有耐腐蚀和高稳定性、不含有害成分、不能有影响食品的气味。另外由于不合理的结构设计而出现的不利因素会产生腐蚀或扩大原有的腐蚀，所以在设计中要遵守一定的原则：a）易于积液的地方设计成圆弧状，有利于堆积物的排出；b）承受载荷的地方设计成圆弧状，可以有效降低应力集中；c）结构设计尽量简单，便于防腐蚀检修；对于不可避免的金属之间的接触，可以用绝缘材料隔开；d）在流体速度快的地方，设计耐磨性好的挡板，减缓流体冲击产生的腐蚀；e）铆接、螺钉连接比焊接更容易产生腐蚀，焊接后的焊口处要注意打磨。科3.结论食品机械设计既要满足普通机械设计的一般性要求，如功能性、安全性、经济型等，还要考虑其特殊性，即保证生产出的产品安全卫生。笔者认为要保证食品机械生产出的食品安全卫生，设计时必须注重材料的选择、润滑剂的选择、预防腐蚀。【参考文献】1徐灏.机械设计手册（第 3、4 卷）M.北京：机械工业出版社，1991.2程凌敏.食品加工机械M.北京：中国食品出版社，1988.3胡刚，林洪，杨倩等.食品级机械润滑剂使用控制研究J.轻工科技，2012（7）：136-140.4李红坡，徐利阳，毕莹.食品机械专用润滑剂J.润滑油，2012，27（2）：18-21.5孙跃等，金属腐蚀与控制M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.