多功能绞肉机设计

李卫民，周 彬

（泰州职业技术学院，江苏 泰州 225300）

食品加工机械在经历了高速的数量型增长后，其市场竞争力却依然脆弱，市场活力不够，主要表现在质量差、结构单一、技术含量低等。国内先进食品机械的发展提高仍然难以实现，相当多的关键零部件主要依赖进口，所以现今对于高技术含量的产品的开发就成为重中之重。

本次设计的绞肉机为多功能式绞肉机，主体结构包括绞肉机、切肉机、制丸机三个部分。目前市面上的绞肉机可以实现这三种对肉的加工方式，不过基本都是一台机器实现一个功能，本次设计将这些功能统一在一个机器上面，另外，分析市场上的绞肉机可以发现，例如绞肉，需要越碎的肉，就需要进行多次重复加工，无法实现一次到位，并且无法调节使其达到自己需要的加工效果，通过绞肉机加工出来的，尺寸、形状基本一样，无法人工控制。此设计的另外一个优点就是可以直接控制加工出的肉的尺寸，根据不同的需要进行调节，这是目前市面上绞肉机所不具备的功能。传统的搅拌机均是采用单螺旋挤压，此次设计为了使其达到更好的功能，采用双螺旋挤压的方式[1]。

1 多功能绞肉机总体设计

将物料放入切割机箱内，切割机将物料切成片或者切碎。此时可将切好的物料从漏斗漏下装好，又或通过漏斗处的挡片切换漏方向，使物料落入绞肉部分的漏斗内，从而使物料进入绞筒内进行绞肉的工作。这两个功能可以同时进行或者分开进行，所以在减速器内需要滑移齿轮两组。此外的制丸功能单独分开连接到主动带轮上，将物料倒入料筒内时物料下落被挤压制成丸。所以总的机器只有一个电机、一个直齿双输出减速器、锥齿轮减速器等[2]。

本多功能绞肉机可看做左右两部分，两个部分分别为切绞一体机部分和制丸机部分，能够实现多种功能，其结构如图1所示。

图1 多功能绞肉机

2 绞切部分的结构与设计

2.1 绞切部分的结构

切绞一体机部分可分为切肉部分和绞肉部分，切肉部分主要由两种等间距排列的圆刀片组成，能够实现对肉块的两种厚度切片和切肉条。而绞肉部分有送料机构、切割机构和驱动机构等组成，能够实现速度减小，肉料挤压、绞碎，灌肠等功能，其结构如图2所示。

图2 切绞机部分结构

由图2中可以看出切绞部分的送料机构主要包括绞筒、绞笼和进料斗。其作用是物料进入料斗向下进入绞筒，其中的绞笼将物料向前输送到铰刀处，并在出料口对物料进行挤压。切绞部分的切割机构主要包括挤绞刀、肉样板和旋盖。其作用是将进人绞筒中的物料加以切割，并通过挤肉样板挤出，挤肉样板可通过旋下旋盖进行更换，或换上灌肠用长管。切绞部分的驱动机构包括电机、皮带轮、减速器、机架等，能够实现减速，工作机转换等功能[3,4]。

2.2 绞笼的设计

绞笼是铸件通过表面处理而成，其叶片的面型根据输送物料的不同而采用不同的形式。为了保证运行的可靠性，必须为绞笼机构设置一个固定装置，保证螺旋主轴在运转时，不进行串动，这里可以采用止推轴承或者使用定位销来实现这一目的。绞笼的材料选为1Cr18Ni9，通过生产需求和实际要求取D＝100 mm，由原始数据得绞笼转速n＝320 r/min，实体面型螺旋的节距t＝D。绞笼最终设计结构如图3所示。

图3 绞笼

2.3 绞筒的设计

因为物料在绞筒内受到绞笼的搅动并且受到挤压，从而会产生反作用力使物料有向后的倒流趋势，因此在设计绞筒时需要在其内壁上设计止推槽，防止物料倒流。在绞筒内壁设计了八个止推槽，沿圆周均匀分布。绞笼与绞筒内壁要有适当的间隙，一般可取为3～5mm。间隙过小绞笼与绞筒内壁易发生碰撞，间隙过大将使物料产生倒流。绞筒的材料选用1Cr18Ni9，最终设计结构如图4所示[4,5]。

图4 绞筒截面

2.4 刀具的设计

搅拌机的刀具就是绞刀部分，刀的作用就是将物体进行切割，本文设计的绞肉机，其绞刀是固定装置在绞肉机绞笼前端的半方形轴上，用螺母固定防止其轴向移动，随绞笼一起旋转。需要注意的是，铰刀刀刃必须要与绞笼保持一致的转向，否则起不到切割肉的作用，还可以根据具体的使用要求，选择安装铰刀的刃口数量。

圆刀片用3Cr13材料制造，并均进行淬火使硬度达到HRC55～60，刃口要锋利、光滑，不至于产生太大的摩擦阻力阻碍切割。由此设计圆刀片结构如图5所示。

图5 圆刀片

3 制丸部分的结构与设计

制丸机部分主要由传动机构、装料机构和制丸机构等组成，能够实现对转速的减小，转向的改变，对物料的搅拌和挤压等功能，其具体结构如图6所示。

图6 制丸部分结构

制丸部分的传动机构主要包括链轮2、4、皮带轮3和锥齿轮传动减速器5。其作用是减小转动速度，改变传动方向，同时通过链传动带动制丸对辊转动制丸。制丸部分的装料机构主要有料筒6以及其中的绞笼。其作用是装载物料，同时搅拌物料并向下挤压，给以足够的压力使丸子完整。制丸机制丸机构主要有制丸箱7，其中有制丸对辊。当物料进入箱体时一对啮合的齿轮转动使对辊向心旋转，这样能够将物料挤压入对辊的半球形凹槽中，继续旋转将制成的丸子甩出[6]。

3.1 锥齿轮传动设计

锥齿轮传动结构如图7所示。选择标准直齿锥齿轮传动，参考文献[2]表7.5齿轮常用材料及力学性能两锥齿轮的材料均选择45钢，并都经调质处理，大锥齿轮齿面硬度达到250HBW，小锥齿轮齿面硬度达到220HBW。

图7 锥齿轮传动结构

3.2 制丸机对辊的设计

制丸机是由一对向心异向旋转的圆筒轧辊组成，圆筒轧辊的表面铸造有一定数目的半球形凹槽，当物料进入料斗时，随着旋转绞笼的不断旋转将物料向下挤压到对辊表面，从而使物料进入对辊表面的半球形凹槽内。两对辊的半球形凹槽相对，物料逐渐被压缩，当凹槽的几何中心线重合时，球形凹槽内的物料受到最大压力，这样就将物料挤压成颗粒。此时对辊继续旋转运动，通过中心线后，压力逐渐变小，制成的颗粒会有微小的弹性形变，这样颗粒体积有所增大。当颗粒下半部分的压力消除时，其上半部分的压力仍然存在，颗粒与模型凹槽之间产生滑动，同时在重力和离心力的作用下，制成的颗粒将脱离凹槽。这个挤压过程完全是体积压缩作用，而挤压作用力的大小主要来源于辊轮半径、半球凹槽大小以及物料填充速率。而对同一型机械来说对辊的半径和凹槽大小是一定的，因此物料填充速率决定了挤压作用力的大小。轧辊设计结构如图8所示[7]。

图8 轧辊

4 结论

设计的多功能绞肉机，包括制丸结构和绞切结构。物料从进料斗进入绞筒中，绞笼将物料传送到绞刀处进行绞肉，加工好的肉从挤肉样板内被挤出，完成绞肉工作，物料从切肉箱体上端放入，切肉箱体内的刀片轴转动，圆刀片对物料进行切割，切割好的物料从出料漏斗排出，完成切肉工作，在第二绞筒上设置有进料漏斗，物料从进料漏斗进入第二绞筒内，第二绞笼带动物料进入对辊箱体内，对辊箱体内的对辊通过链条带动进行转动制丸，物料挤压进入对辊的半球形凹槽中，继续旋转将制成的丸子甩出，完成制丸工作。