笼型自动剔面机的设计与研制

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在素有面食之乡的山西，剔尖面是和刀削面、手擀面齐名的北方美食，是北方的主食之-.山西传统的剔尖面无论在饭店还是家庭，主要通过手工操作，工作时间长，劳动强度大，效率低，给人们快节奏的生活带来不便针对手工剔面的这些缺点，设计研制以电动机拖动(主要用于饭店)或手摇拖动(主要用于家庭)的自动剔面机，代替传统的手工操作，则可以大大提高剔面效率，缩短工作时间，减轻劳动强度，是-种生活适用型的产品。

1 剔面机结构剔面机整机的设计为方形结构，由进面系统、传动系统、出面系统三部分组成[”，样机实物(手摇拖动家用型)如图 1所示.样机机座采用不锈钢材料，钢板厚度为1.5 mm，设计时在保证足以支撑所有零部件质量的机械强度下，以尽量减小整机质量.机座采用不锈钢材料，不仅整机看起来美观大方，而且可使剔面机工作在多水、潮湿的环境下不易生锈，用后易清洗，长期使用过程中便于拆装、维护.机座制造采用钢板折弯和点焊技术工艺，外委加工.从图 1看，两侧面为可拆卸结构，以便于内部零部件的装配.同时，此方向的安装靠主动轮轴的轴肩定位，精度较高，保证误差为正负0.5 mm。

2 剔面机工作系统2.1进面 系统 图1 手摇拖动型剔面机样机实物图剔尖面的进面口采用漏斗型设计，上宽下窄，三面采用折弯加工工艺，-面为可拆卸斜面结构，如图2所示.如此设计不仅易于制造，主要是通过可拆卸的进面依托钢板的上下移动，改变其与进面轮的距离，从而控制进面量的多少，进而控制面条的粗细，加工不同粗细的面条，以满足不同人群的口感和喜好，使产品更好地满足市场的需求.整个进面系统材料为 1.2 mm厚度不锈钢板，[收稿日期]2013-01-22[基金项目]2009年山西省大学生创新型实验项目，2012年7月样机荣获第5届教育部全国大学生机械创新设计大赛二等奖。

[作者简介]张永平(1966-)，男，山西榆次人，晋中学院机械学院，高级工程师，研究方向：中小型电动机及其控制；刘 超(1958-)，男，山西太原人，晋中学院机械学院，教授，博士，研究方向：机电控制。

· 00·张永平，刘 超 笼型 自动剔面机的设计与研制其与机座采用可拆卸的抽插式固定联接，通过定位台固定于机座的顶部，易于安装，便于清洗。

进面系统中斜面结构的钢板为进面依托板，其倾角的大小，关系到进面的顺畅与质量，经过反复的现场试验，其与垂直方向的倾角宜在202E右，主要是防止当面团过大时，造成面团的堆积，阻塞下方进料口。

剔尖面的面团比较软，粘度大，为防止其粘于进面依托板上不易下行，进面依托板必须保证足够的光洁度.由手工剔面得到启示，进面依托板工作时受水蒸气影响，具有-定的湿度，则面团与面板更容易分离。

样机在设计时，从结构上进面依托板靠近于锅台-侧(如图1所示)，能更好地满足这-条件。

进面轮的设计如图3所示，外圆为渐开线齿型结构圆.进面轮的轮体材料为不锈钢管，通过强度校核计算，其壁厚设计为4 mm，以最大限度减轻进面轮重量.进面轮轮体的外圆均布有六个渐开线型的齿，不锈钢材料，单独加工.轮体与渐开线型的齿通过螺钉紧固连接，构成-整体.进面轮的两端安装有法兰，两者通过加工的止口装配，以保证同轴度。

1.定位台 2.进面依托板 图图 2 漏斗型进面系统结构图1.进 面轮 2.轮轴图3 进面轮剖面示意图2.2 出面 系统出面系统采用笼型结构，见图4.在剔面笼上安装有剔面刀，类似于手工剔面的剔面棒，刀的数量由进面轮的齿数和传动机构的传动比决定，设计采用点焊工艺将剔面刀安装在刀架上.刀架安装于剔面笼上，在径向安装有弹簧，平时处于复位状态，工作时处于压缩状态，靠其复位时与进面轮齿部台阶的作用力完成剔面工作.刀的宽度应大于可设计的最宽面条2 mm，以保证面团与剔面笼不接触，面团不会粘在剔面笼上。

刀的形状为弧形，生产的面条两头尖，中间粗，更接近于手工剔面.刀的焊接面需有足够的宽度，将点焊于剔面轮的刀架时，剔面刀不易变形.本样机的刀数为 3把，不锈钢材料.剔面轮旋转-周，可出面条3条，工作效率比采用手工剔面时大大提高，缩短了工作时间。

剔面刀工作时，如何防止面团粘在剔面刀上不易分离，是样机设计的-个难点.这与面团在依托板下滑完全不同，需要将已成薄片的面团经剔面刀剔进锅内.若在剔面刀与面团接触前过水处理，类似于手工操作时将剔面棒在开水锅内蘸-下，有利于剔面棒与面团的分离-样.基于这-原理，样机的剔面刀每转-圈经过-次过水处理，则很容易解决这-难点.样机设计为两套方案，方案-为图5所示结构，滴水管下部设计1.轴 2.剔面笼 3.剔面刀 4.吸水软材料 5.水槽图4 剔面刀过水装置示意图1.水箱 2.滴水管图5 剔面刀滴水装置示意图· 101·张永平.刘 超 笼型 自动剔面机的设计与研制有-排很小的孔，以大约每秒-至两滴的速度向剔面刀提供水，满足剔面刀工作所需.方案二为图4所示结构，该装置安装在剔面刀运行于水平位置处，每把剔面刀在剔面前，先经过水处理.经现场试验，两方案都能满足工作要求.方案-在长时间工作时需再次加水，而方案二需要在使用后清洗吸水材料.样机采用方案-的结构。

2.3传动系统剔面机工作依靠进面轮和剔面轮的旋转完成，工作时进面轮为顺时针旋转，剔面轮为逆时针旋转，二者转向相反.进面轮和剔面轮的旋转由同轴的齿轮拖动完成，两齿轮全部采用直齿圆柱齿轮，二者相互啮合，旋转方向相反.与进面轮同轴相连的直齿圆柱齿轮为主动轮，由手摇拖动或用单相电动机拖动，齿轮设计值：模数2.5，齿数 30.与剔面轮同轴相连的齿轮为从动轮，齿轮设计值：模数 2.5，齿数 15.样机的齿轮传动比为2：1，齿轮中心距为70 mmr47.图6为两齿轮位置关系示意图。

41.摇柄方孔 2.主动轮 3.轴 4.从动轮. 图 6 齿轮位置关系示意图家用型剔面机的主动轮上装有摇动的手柄，如图6所示.两轮的轴上均装有轴承，两轮旋转时因轴承作用摩擦力较小，手摇工作时较省力，适合于家庭使用.饭店用剔面机由单相异步电动机拖动主动轮轴旋转，剔面效率更高。

考虑剔面机为食品加工设备，其所用轴承由最初设计时采用的普通球轴承替换为尼纶轴承，能更好地保证加工食品的安全和洁净等卫生要求。

3 工作原理先将待加工的面团置于进面系统的进面口的依托板(见图2)，依托板光洁度较高，面团可利用自身的重量下滑至漏斗型的进面系统底部，进面漏斗的下方装有进给轮.面团下行至进给轮(见图3)，靠二者的摩擦力由进给轮带动面团旋转运行.为了不使面团粘贴在进给轮上不易分离，进给轮的下方装有水槽，使进给轮在旋转至底部时经过水槽，以达到进给轮和面团既容易接触又容易分离的效果.水槽中的水最好采用剔面时锅中的开水，以使二者的分离效果更好。

当进给轮带动面团旋转至水平轴上方 3O。时，剔面刀开始接触面团刮面运行，因剔面轮运行速度为进给轮的两倍，二者相对旋转运行至剔面轮的水平轴下方 30。时，利用剔面刀与进给轮的渐开线齿端部的分离作用将面条剔人锅内，此时，第二把剔面刀开始刮面团运行.这样剔-根面条，进给轮运行60。，而剔面刀运行 120.进给轮旋转-周时剔面轮旋转了两周，可生产面条 6条。

4 样机设计的创新与优化自动剔面机的设计是针对家庭和饭店等诚使用的.本着易操作、易清洗的原则，样机产品较好地满足了这-要求.样机设计很好地解决了面团与面板、面团与剔面刀相互粘连而不易分离的难点。

4.1剔面结构的创新剔尖面与刀削面等的显著区别在于面团较软，面团与面板能实现有效分离，采用渐开线进面轮的设计(如图3所示)是该结构的创新之处.利用渐开线进面轮的台阶及产生-定弧度的面板，使面团容易附着于· 1f1 ·张永平，刘 超 笼型 自动剔面机的设计与研制面板上，在二者运行过程中，由固定的刮面刀使附着于面板上的面团厚冰匀-致，生产出的面条长短、粗细及口感上佳.出面时，利用渐开线进面轮的台阶与剔面刀的剪切作用，实现面条与面板的分离人锅。

4.2剔面刀与面团的分离创新图5的剔面刀滴水装置，是该样机的另-创新之处.该装置简单，易于制造，实用性强.采用间歇性的滴水，不仅解决了剔面刀与面团不易分离的难点，而且在面条的加工过程中不需要经常性地注水，使面条加工简单化.装置设有关水阀门，停止加工面条时，可关闭阀门，停止滴水。

4-3剔面机的优化样机整机的质量较重，其中齿轮质量占整机质量的30%左右.若用铸塑齿轮代替样机采用的45#钢齿轮跚，则整机的质量将大为减轻，而且可克服工作于潮湿环境中易生锈的缺点，不需要进行电镀处理，降低制造成本，且能更好地满足食品安全卫生的要求，这是样机推向市场的优化方案。

5 结论笼型自动剔面机的三大系统结构设计合理，样机经现场试运行可靠、有效，样机设计是成功的.笼型自动剔面机样机出面率为手工出面率的3～6倍，大大缩短了工作时间，减轻了操作者的劳动强度.笼型自动剔面机成本较低，易于制造，适宜于向市场推广。

[4]机械零件设计手册[z].北京：冶金工业出版社，1980。