我国快速冻结装备技术在八十年代较之国外相对落后，自从我国第一台流态化单体快速 冻结装置在沈阳研制成功后[5]，历经 20 余年，各类快速冻结装置相继问世，不仅满足了国内 市场需求，还有相当数量装置出口。特别是流态化速冻装置、双螺旋速冻装置和平板冻结装 置其技术平，加工制造均赶上或超越了国际先进水平。

当前，我国食品机械装备行业整体投入不足，如技术含量不高，设备的稳定性和成套性 差、自动化程度及精度较低等，而在引进国外先进技术时，消化吸收和自主创新能力不强， 缺乏整体竞争力。因此，《国务院装备制造业调整和振兴规划》提出把食品机械、包装设备 以及食品安全检测设备等作为重点，推进轻工机械自主化；《食品工业“十二五”发展规划》

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提出在食品冷冻冷藏方面，重点发展真空冷却、流态化速冻、双螺旋速冻、钢带速冻以及高 效制冰等装备。

1.4 主要研究内容

本文主要分为螺旋速冻装备的整体结构部分和输送带支撑结构部分研究了无轨式螺旋速 冻装备的结构与性能。

整体结构部分具体研究内容如下：

（1）研究了螺旋速冻装备的分类和基本原理，分析了无轨式螺旋速冻装备与传统螺旋速 冻装备的异同，为整体结构设计提供了参考。

（2）根据设计要求，对无轨式螺旋速冻装备整体结构进行设计，根据国家标准和资料进 行了合理地三维建模，并得到了螺旋输送塔的支撑方式。

（3）研究了无轨式螺旋速冻装备的载荷，确定了最大载荷的计算公式和螺旋塔内外直径 的计算方法。

输送带支撑结构部分研究内容如下：

（1）对现有输送带侧链板结构进行了分析，研究了最大曲率位置输送带基本单元相邻串 条的干涉问题，得到了防止串条干涉的设计公式。

（2）对输送带支撑结构进行了分析，研究了上下层侧链板支撑方式，确定了侧链板上下 端的优化设计方案。

（3）对螺旋塔的结构进行了分析，设计了一个弯折衬垫片，使螺旋输送带实现自锁。

（4）研究了输送带侧链板整体结构，在侧链板两侧增加了加固条，通过有限元分析，对 比了优化前后的各项性能，为无轨式螺旋速冻装备的优化提供了一定的参考。

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2 无轨式螺旋速冻装备的原理分析

螺旋式速冻机一般由输送网带、中心转鼓、传动装置、清洗装置、冷空气循环装置、冷 风幕、维护结构、制冷循环系统、控制安全系统等组成。无轨式螺旋速冻装备由传统螺旋速 冻装备演变而来，因此本文首先对速冻装备进行研究，分析无轨式螺旋速冻装备与传统装备 的差异，得到无轨式螺旋速冻装备的基本原理。

2.1 速冻装备的分类及特点

冻设备是食品冷加工生产线上投资最大的关键设备，设备的优劣直接影响冷冻食品的品 质。按冻结方式分类，速冻设备可分为：空气循环式、喷淋式和接触式。空气循环式又可分 为：隧道式、螺旋式和流态化装置；喷淋式的目的是降低食品内部的温度，采用的主要方法 是在食品表面喷洒液氮、二氧化碳液体，靠这些液体蒸发快速带走热量；接触式有搁架冻结 器和平板冻结器等方式[6-8]。目前，常见速冻设备如下：

（1）强烈鼓风式速冻设备。该设备的冷冻速度比普通管架式的冷冻速度快 2-4 倍，但被 冻物料冻结不均匀，设备的能耗较大，生产成本较高。