图 1.2 2010 年我国不同类型速冻食品企业数量分布图

随着我国改革开放后经济飞速发展，快餐行业也逐渐在国内兴起。由于速冻食品是快餐 中的重要组成部分，这一现象也带动了速冻食品业在中国的发展，行业增长率达 40%以上[1-2]。 而且，水产、畜禽、米面、蔬菜与果品等农副产品经前期制作、速冻、保鲜储运等环节走上 餐桌，其中“速冻装备”对速冻食品的食用口感、安全卫生起决定性的作用，在速冻食品加

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工产业链中处于不可替代的核心位置。图 2 为 2010 年不同规模的速冻企业比例图，我国速冻 产业规模大，但是由于技术水平不足，大型速冻企业几乎为 0。提高速冻技术和速冻装备技 术，加大研发力度，是在瓶颈期行业发展的关键因素[3]。

1.2  研究的目的及意义

近年来，我国速冻装备技术与产业得到快速提升与发展，但总体来讲，国产螺旋速冻装 备仍停留在支撑式螺旋装置阶段，自动化程度相对较低，网带依赖于支撑导轨导向形成螺旋 线传输，导轨难于清洗，易形成卫生死角，且导轨上结冰后易形成翻带等现象，设备故障率 高，与国际先进水平差距较大，国际速冻装备领域高端市场仍由美国 FMC、瑞典 Frigoscandia、 加拿大 Aero 等国际大公司垄断。随着人们对食品安全、卫生的日益重视，高端螺旋速冻装备 的市场需求越来越旺盛；但国外大公司高昂的垄断价格及维护维修费用使国内用户望而生畏， 这严重制约了我国速冻食品加工产业的发展，我国迫切需要具有国际先进水平的、能替代进 口的同类速冻食品加工设备。

当前国际市场上最先进的速冻装备为无轨式螺旋速冻装备，该装置是新一代螺旋速冻设 备，具有生产效率高、自动化程度高、占地面积更小、卫生条件好等优点，引领了未来新型 食品速冻装备的发展趋势，目前众多速冻食品进口国专门要求进口的速冻食品必须从这类自 堆积式螺旋速冻装置加工生产。然而，全球只有美国 FMC-食品科技公司能生产此种食品冻 结设备，但价格昂贵。由于我国大量的速冻食品以出口为主的，因此，国内众多食品企业只 能进口该产品，完全受制于其技术垄断与价格垄断[4]。

本文将针对无轨式螺旋速冻装备的技术问题展开分析和研究。本文主要分析研究无轨式 螺旋速冻装备的整体结构和自堆积式输送带的基本单元。因此开展本文研究具有重要的理论 意义与实用价值，研究成果具有广阔的应用前景，对促进我国速冻装备产业的健康快速发展 具有重大意义。

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1.3 国内外研究现状

图 1.3 无轨式螺旋速冻装备示意图

在速冻装备机械结构方面，刘永刚等根据转鼓系统的工况条件，分析了转鼓的受力特点， 建立了转鼓系统的分布式径向力计算模型，对速冻机转鼓进行了静力学分析，得到了转鼓系 统应力和变形的分布规律，并通过改变转鼓内部方管的数量和支环尺寸，得到了最终的优化 结构，仿真结果表明，该优化方案能够有效满足速冻机转鼓结构轻量化的要求；张晓杨等针 对螺旋式速冻机中柔性金属输送网带可折叠和可伸缩的特性，建立了金属带的柔性多体动力 学模型，并根据金属带和转鼓系统的摩擦传动原理，建立了金属带和转鼓系统虚拟样机模型， 研究了拉力和拉力差对摩擦副传动效率，以及拉力对摩擦传动稳定性和摩擦副接触力的影响； LIGUANG-BU 建立了带式输送机非线性模型，对其动态特性进行了分析。国际著名的速冻装 备企业美国的 FMC、瑞典 Frigoscandia、加拿大 Aero 等公司生产的螺旋速冻装备不仅高效、 节能、智能化程度高，而且设有 CIP 全自动清洗系统，卫生程度高，引领了未来新型食品速 冻装备的发展趋势。目前，国际市场上最先进的螺旋速冻装备为图 3 无轨式螺旋速冻装备， 本文主要探求与该设备类似产品的结构与性能。