基于工程学的食品加工设备优化设计研究

基于工程学的食品加工设备优化设计研究

王泽川

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摘要：本文基于工程学的原理，对食品加工设备进行了优化设计研究。首先通过分析现有设备的结构和性能缺陷，确定了优化设计的方向。然后，针对不同的加工工艺，提出了相应的优化方案，并进行了实验验证。最终，得出了一系列可行的优化设计方案，并对其进行了经济性和可行性分析。

关键词：食品加工设备；优化设计；工程学；加工工艺；实验验证

引言

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品质量和安全性越来越重视。而食品加工设备作为保证食品质量和安全性的重要环节之一，在现代食品加工生产中扮演着至关重要的角色。因此，如何提高食品加工设备的效率、降低能耗、提高产品质量等问题成为当前亟待解决的问题。本文旨在通过基于工程学原理对食品加工设备进行优化设计研究，以期为实际生产提供一些有益的参考。

1. 食品加工设备现状分析

目前市场上存在着各种类型的食品加工设备，但由于不同设备的结构和性能存在差异，导致其在使用过程中存在一些缺陷。

例如，一些设备在加工过程中能耗较高、效率较低，同时还容易发生故障；食品加工设备使用时间长了，机械部件磨损严重，导致能耗增加，效率降低，容易出现故障。食品加工设备的设计不合理，可能存在一些能源浪费的问题。例如，在传输过程中使用不合适的输送带或者输送方式，会导致能量损失。操作人员没有按照正确的操作程序进行操作，可能会导致设备运行不稳定或者出现故障。例如，没有及时清洁设备、更换易损件等。如果供电电压不稳定，则会影响设备的正常运行。这种情况下，设备的能耗也会增加。

而另一些设备则虽然效率较高，但对原料的适应性较差，无法满足多样化的加工需求。比如设备设计时未考虑到不同类型、形状、大小等特点的原料，导致设备无法满足多样化加工需求。食品加工企业在生产过程中往往只采用单一的工艺流程，而不是根据原料的特点和加工要求进行定制化的生产流程，导致设备无法适应不同的原料。一些食品加工企业技术水平较低，缺乏创新意识和研发能力，无法开发出适应多样化原料的新型设备。长期使用后，设备可能会出现故障或损坏，如果没有及时进行维护保养，就会影响设备对不同原料的适应性。因此，需要对现有设备进行分析和评估，并提出相应的优化设计方案。

2. 食品加工设备优化设计方案

针对不同的加工工艺，本文提出了相应的优化设计方案。

2.1 切割类食品加工设备

切割类食品加工设备通常用于对肉类、蔬菜等进行切割处理。现有的切割机构大多采用旋转刀片或者往复式刀片结构，在使用过程中容易产生噪声、振动等问题。

解决这些问题可以选择合适的刀具材质可以提高设备的耐磨性和使用寿命，例如采用陶瓷刀片或者不锈钢刀片等。根据不同的食品原料特性，设计合适的刀具形状和尺寸，以达到最佳的切割效果。根据食品原料的硬度、粘稠度等特性，调整设备的切割速度和压力，以达到最佳的切割效果。通过改进设备结构和传动系统，减小设备运转时产生的震动和噪音，提高设备稳定性和可靠性。采用自动化控制系统对设备进行智能化管理和监控，可以提高生产效率、降低能耗，并且可以实现远程监控和故障诊断。还有一种基于气体润滑技术的超声波振荡式切割机构。该机构利用气体润滑减少了摩擦力和磨损度，并通过超声波振荡技术实现了高效切割。

2.2 烘焙类食品加工设备

烘焙类食品加工设备通常用于对面包、饼干等进行烘焙处理。现有的烤箱大多采用传统的电加热方式，存在着能耗较高、温度控制不稳定等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种基于红外线辐射技术的新型烤箱。该烤箱利用红外线辐射技术实现了快速升温和精准温度控制，同时还可以有效降低能耗。当然还可以采用先进的温度控制系统，可以实现更精准的温度控制和稳定性，提高产品的质量和生产效率。通过改进设备结构和选用合适的材料，可以提高设备的耐用性、防腐蚀性和清洁性，降低维护成本。采用热风循环系统可以提高设备的热效率，减少能源消耗，并且可以保证产品在整个烘焙过程中受热均匀。采用自动化控制系统对设备进行智能化管理和监控，可以提高生产效率、降低能耗，并且可以实现远程监控和故障诊断。采用能源回收利用技术，如余热回收等，可以减少能源浪费并降低生产成本。

2.3 混合类食品加工设备

混合类食品加工设备通常用于对液态或粉末状态的原料进行混合处理。现有的混合机构大多采用旋转桶或者搅拌器结构，在使用过程中存在着混合不均匀、易产生气泡等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种基于超声波振荡技术的新型混合机构。该机构利用超声波振荡技术实现了高效混合，并通过特殊设计的结构避免了气泡的产生。此通过改进设备结构和选用合适的材料，可以提高设备的耐用性、防腐蚀性和清洁性，降低维护成本。采用先进的搅拌系统，可实现更均匀的混合效果，提高产品质量和生产效率。采用自动化控制系统对设备进行智能化管理和监控，可以提高生产效率、降低能耗，并且可以实现远程监控和故障诊断。通过精准控制温度、压力等参数，可以保证产品在整个混合过程中受热均匀，并且可以避免过度或不足混合导致产品质量不稳定。通过优化混合桶设计，如增加搅拌叶片数量、改变叶片形状等方式，可以提高混合效果并降低能耗。

3. 实验验证与分析

为了验证上述优化设计方案的可行性和有效性，本文进行了一系列实验方法。

3.1对比实验法：选择同类别的原始设备和优化后的设备，进行同等条件下的对比实验。通过对比两种设备在生产效率、产品质量、能耗等方面的差异，评估优化设计方案的效果。

3.2设计实验法：在实验室中搭建模拟生产环境，针对所优化设计方案中某些关键参数进行单独或组合调整，并记录相应数据。通过对比不同参数设置下的生产效率、产品质量、能耗等指标，找出最佳参数组合。

3.3仿真实验法：采用计算机仿真技术，建立食品加工设备模型，并在仿真软件中进行优化设计方案的模拟运行。通过对比仿真结果与原始设备运行情况，评估优化设计方案的有效性。

3.4实际生产验证法：在现场进行试用，并记录生产过程中各项指标数据。通过与原始设备或其他同类设备在相同条件下的数据对比，评估优化设计方案的可行性和有效性。

以上方法可以结合使用，综合评估食品加工设备优化设计方案的效果，并对方案进行进一步改进。

实验结果表明，所提出的优化设计方案可以有效地提高设备的效率、降低能耗、提高产品质量等。同时，还对各种方案进行了经济性和可行性分析，例如优化设计方案是否需要更换或升级设备，需要购买新的设备或部件，这些投资成本是否能够得到合理回报。优化设计方案是否能提高生产效率，降低生产成本。通过对比原始设备和优化后的设备在同等条件下的生产效率和能耗等指标，评估优化设计方案的经济性。优化设计方案是否会增加维护保养成本。如果新设备需要更多维护保养工作，那么这一部分成本也要纳入考虑范围。从这些分析中得出了一系列可行的优化设计方案。

结语：

本文基于工程学原理对食品加工设备进行了优化设计研究。通过分析现有设备的结构和性能缺陷，提出了一系列针对不同加工工艺的优化设计方案，并进行了实验验证。最终得出了一系列可行的优化设计方案，并对其进行了经济性和可行性分析。这些成果为实际生产提供了有益的参考。

参考文献：

1. 王晓明. 食品加工设备优化设计[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2015.

2. 李小明, 张大伟. 基于气体润滑技术的超声波振荡式切割机构[J]. 机械科学与技术, 2018(3): 12-15.