题目

家用自动包饺子机设计

1 课题研究目的及意义

1.1 国内外研究现状

1.1.1国外研究现状

国外在食品自动化加工设备领域起步较早，经过多年的技术积累和创新发展，已经涌现出了一系列先进的饺子生产设备。这些设备通常具备高度自动化的生产流程，能够实现从面团制作、饺子皮成型、馅料填充到饺子包制的一体化操作。然而，这些设备主要面向商业大规模生产场景，具有体积庞大、结构复杂、价格高昂等特点，难以适应家庭厨房有限的空间和较低的使用频率需求。下面是其研究现状：

技术成熟度高：以日本为例，在上世纪 80 年代就开始研发饺子机，并广泛应用于食品加工行业。

结构设计优化：国外家用自动包饺子机在结构设计上不断创新，通过优化结构来提高加工效率和产品质量。比如，德国的一款家用全自动包水饺机采用了先进的自动化技术，集成了面团切割、擀皮、装馅、成型等步骤于一体，能够高效地生产出形态一致的饺子。

自动化与智能化程度高：国外的家用饺子机注重引入自动化技术，实现水饺加工的自动化和智能化。如日本东亚工业株式会社的高性能全自动饺子机 TX-16，大量采用专利技术，体现了安全卫生理念，还可与螺旋面机和自动装盘排列机组合成全自动化生产线。

控制系统精确：国外家用饺子机的控制系统能够精确控制加工过程，保证饺子的口感和形状。例如德国的家用包饺子机配备了智能定时功能，用户可以根据自己的需求设定工作时间，同时采用食品级不锈钢材质和不粘涂层模具，确保食材安全性和清洁度。

材料与能耗控制出色：国外家用饺子机在材料选择上严格把关，确保符合食品卫生标准，同时在能耗控制方面也进行了深入研究，通过采用节能电机和智能控制系统等措施，降低了生产过程中的能耗。

产品多样化：国外研发出了多种类型的家用饺子机，以满足不同消费者的需求。例如，有的饺子机能够实现饺子形状的多样化，还有的则是针对小型家庭设计的便携式、迷你型饺子机，方便使用和存放。

图1.1国外家用自动包饺子机

1.1.2国内研究现状

在国内，随着对传统美食自动化生产的重视，也有不少科研机构和企业开展了小型饺子机的研究工作。目前市场上存在的一些家用饺子机产品，在一定程度上实现了部分自动化功能，但在功能完整性方面仍存在不足，例如部分设备仅能完成简单的包制动作，缺乏对饺子皮质量、馅料均匀度等关键指标的有效控制；在自动化程度上也有待进一步提升，例如仍需要较多的人工辅助操作，无法真正实现全流程自动化生产。因此，开发一款功能完善、自动化程度高的家用自动包饺子机具有重要的研究价值。，具体如下：

技术水平不断提升

仿手工技术日益成熟：部分产品在仿手工揉面、捏合等技术上取得突破，能够制作出口感和外形都较为接近手工饺子的产品。例如一些饺子机采用了特殊的压面和揉面工艺，使面团更加劲道。

传感器技术助力精度提升：传感器技术的应用使得饺子机的控制更加精准，如有的的新机型配备红外感应装置，可自动识别馅料余量并调整输送速度，面皮厚度调节精度很高，馅料计量误差控制在 ±2g 范围内。

市场规模持续扩大

整体市场增长迅速：随着家庭生活节奏加快以及居民对便捷、健康饮食需求的增长，家用饺子机市场规模不断扩大。2024 年中国家用饺子机市场规模已达到约 35 亿元人民币，年均复合增长率维持在 18% 左右，预计 2025 年将突破 50 亿元人民币，并在 2028 年前后达到 70 亿元的水平。

线上销售成为主要渠道：线上销售渠道已成为家用饺子机的主要增长引擎，2024 年线上销售额占比突破 55%，预计到 2025 年这一比例将进一步提升至 65% 左右。

产品设计特点突出

多功能一体化设计：国内家用饺子机不再局限于单一的包饺子功能，而是朝着多功能一体化方向发展，部分高端机型整合了和面、擀皮、填馅、成型、蒸煮等全流程操作，有效降低了用户的使用门槛。

小型化与便携化趋势：针对小户型家庭和单身消费者的需求，一些厂家推出了迷你型家用饺子机，处理量一般在 300g 以下，外观尺寸小巧，便于存放和使用。

注重安全性与易清洁性：在材料选择上，国内家用饺子机普遍采用符合食品接触材料国家标准的 304 不锈钢、食品级 ABS 塑料等安全材料。同时，一些产品还采用了纳米涂层技术、抗菌不锈钢模具等，使清洗效率提升 40%，抗菌率达标 99.5%。

品牌竞争格局分明

国产品牌占据主导：国内家用饺子机市场中，九阳、美的、苏泊尔等国产品牌凭借强大的渠道布局、品牌影响力和技术积累，占据了市场的主导地位，三大企业合计占据国内市场份额的 52% 以上。

新兴品牌细分市场崛起：小熊电器等新兴品牌则凭借差异化设计和社交媒体营销策略，在迷你型、个性化饺子机等细分市场中迅速崛起，2024 年小熊电器在相关品类中的销量同比增长达 28.7%。

图1.2国内家用自动包饺子机

1.2 研究目的及意义

在当今快节奏的生活模式下，人们对于便捷、高效且能满足传统饮食需求的产品有着迫切渴望。饺子作为中华民族传承千年的传统美食，以其丰富的馅料搭配和多样的烹饪方式，一直深受各年龄段人群的喜爱。然而，手工包制饺子需要经过揉面、擀皮、调馅、包制等多个繁琐步骤，不仅耗费大量时间和精力，而且对于缺乏包饺子经验的人来说，包出的饺子质量参差不齐。因此，设计一款能够在家中便捷使用的自动包饺子机，不仅可以满足人们对传统美食的追求，还能极大地节省时间和人力成本，具有广阔的市场应用前景和显著的社会意义。

2 基本内容与总体设计方案

2.1设计基本内容

设计一款家用自动包饺子机，需要满足结构紧凑、操作便捷、清洁方便、经济性好。需要实现的核心功能：定量放馅、包合成型，不会对人体产生有害物质，包饺子速度为每分钟包3到5个饺子、饺子大小均匀度相同。

2.1.1功能与性能参数确定

详细分析家用自动包饺子机的各项功能需求，明确自动送馅功能需实现馅料的精准计量和稳定输送；自动包制功能要能够模拟手工包饺子的动作，使饺子封口严密、外形饱满。

确定关键性能参数，电机功率根据各机构运动需求合理选择，确保设备运行稳定且能耗较低。

2.1.2机构设计与方案对比

送馅机构：设计至少 3 种不同的送馅机构方案，如螺杆式送馅机构、柱塞式送馅机构和齿轮泵式送馅机构。对每种方案进行详细的结构设计和工作原理说明，并通过对比分析它们的结构复杂度、成本、送馅均匀性、维护方便性等方面，选择最优方案。同时，绘制各方案的详细结构图纸，标注关键尺寸和部件名称。

饺子成型机构：设计 2 - 3 种饺子成型机构方案，例如采用模具压制成型和旋转滚压成型等方式。对比不同方案在成型效果、成型速度、对饺子皮适应性等方面的差异，确定适合本设计的成型机构方案，并绘制其传动方案简图，清晰展示各部件之间的传动关系。

饺子皮输送机构（新增）：设计专门的饺子皮输送机构，确保饺子皮能够准确、稳定地输送到成型位置。可以采用皮带输送或链条输送等方式，详细说明其工作原理和结构设计，绘制输送机构的结构示意图。

2.1.3传动系统设计

根据各机构确定的方案，设计相应的传动系统。选择合适的传动方式，如齿轮传动、皮带传动或链传动等，计算传动比，确定电机型号和传动部件的参数。绘制传动系统总图，标注各传动部件的名称、规格和传动关系。

2.1.4控制部分设计

采用单片机作为控制核心，设计控制电路和程序，实现对电机动作的精确控制。说明单片机如何接收操作指令（如通过按键或触摸屏输入），如何控制送馅电机、成型电机和输送电机等的启停、转速和转向，以实现各个机构的协同工作。绘制控制电路原理图，编写简单的控制程序流程图。

2.1.5整体流程与细节处理

完善整个包饺子机的工作流程设计，从饺子皮放置、馅料输送、饺子成型到成品收集，每个环节都要详细说明。特别要补充饺子成型后的处理方式，例如设计一个收集装置，将包好的饺子整齐排列或收集到指定容器中，避免饺子相互挤压损坏。

考虑增加限位开关、传感器和报警装置等辅助部件。限位开关用于防止各机构运动超出规定范围，确保设备安全运行；传感器可以实时监测饺子皮是否到位、馅料是否充足等情况，并将信号反馈给控制系统；报警装置则在设备出现故障或异常情况时及时发出警报，提醒用户进行处理。详细说明这些辅助部件的选型、安装位置和工作原理。

2.2 总体设计方案

2.2.1机械系统的设计方案

本次设计旨在研发一款适配家庭等小型场景的全自动包饺子机，整合定量放馅、自动包合成型这俩大功能，适配家庭等小型场景的需求。设备可外接220V家用电源。为达成包饺子自动化，设备机械系统拟规划由送馅机构、成型机构、及传动系统构成。各机构需通过协同配合，解决不同饺子形状、包合速度、以及放馅量等关键问题。

1.送馅机构，有三种方案，方案1：螺旋压馅杆送馅 + 仿手工捏合式馅量控制精准，不易出现露馅或馅少问题，饺子形态接近手工。结构紧凑适合家用，噪音较低，但对面团硬度和馅料粘稠度有一定要求。方案2：活塞式送馅 + 滚轮压合式送馅速度快，适配多种馅料状态，维护简单易拆洗。饺子边缘压合痕迹明显，口感稍硬，体积略大，占用厨房空间更多。方案3：挤压式成型 + 剪刀切断式生产效率最高，操作门槛低，无需复杂调试。饺子形状规整但缺乏手工感，易出现面皮过厚，馅料分布不均问题。

图2.1螺旋压馅杆

家用场景下我采用螺旋压馅杆送馅 + 仿手工捏合式方案。它采用齿轮传动，它平衡了口感、体积、噪音三大核心需求，契合家庭对 “接近手工” 的核心诉求，且清洁难度低，符合日常使用习惯。

2成型机构，有三种方案，方案1： 灌肠式，核心结构 由输馅机构、输面机构、辊切成型机构组成，出面嘴挤出空心面管包裹馅料，再经成型盘辊压成型。 适配场景 商用流水线、速冻食品厂，适合大批量连续生产。 优点 生产效率高，无面团废料；饺子大小和质量统一，误差小，还可换机头生产类似带馅产品。 缺点 饺子外形一面凸一面平，不够美观；面团受压大易发热，导致饺子皮口感偏硬，且管壁易积气造成皮面鼓包。 方案2：包合式，核心结构 含对棍压面装置适配场景 家用、小型餐馆，适合频繁更换馅料品种的场景。 优点 体积小、结构简单易拆装；对辊压面受力小，面团不易发热，饺子口感筋道；封口严实，成品率高。 缺点 间歇式出饺，效率低于灌肠式；依赖切断器与压面管的节奏配合，节奏失调易出现漏馅问题。

家用场景下，我选择包合式体积小、结构简单易拆装；对辊压面受力小，面团不易发热，饺子口感筋道；封口严实，成品率高。

所以设计一个绞肉机在机器顶端等馅料搅碎后落入螺旋压馅杆送馅，同时在机器后面加一个制饺子皮机器，采用传送带送饺子皮，饺子皮到达送馅口后推出馅料，后传送到饺子压型机上，饺子成型后落入盒子内，机械系统整体采用紧凑型布局，尺寸控制在 500×300×350mm 以内，重量不超过 15kg，便于家庭存放和移动。整体分为四大功能模块，各模块通过标准化接口连接，实现独立装配、拆卸和维护。

动力匹配：选用小功率电机满足家庭用电需求，兼顾效率与能耗。

运动协同：确保面、馅输送与成型动作时序精准，模仿手工包合逻辑。

安全卫生：与食品接触部件均采用食品级材质，结构无卫生死角。

动力源选型：采用 220V 交流减速电机。

传动方式：以齿轮传动为主，搭配同步带传动，传动比设计为 1:5-1:8，实现动力平稳传递。

传动路径：电机输出端通过齿轮组分别连接螺旋压面杆、绞馅机、压面机、螺旋压馅杆0，通过同一动力源保证各机构动作协同。

馅料存储：采用与面箱分离的独立馅箱，容量700g左右。

输送机构：选用螺旋压馅杆，与压面杆通过齿轮组联动，实现馅量定量输送，馅量可通过调节压馅杆转速调节（每只饺子馅量 5-8g）。

防堵塞设计：馅箱底部采用倾斜式结构，内壁喷涂聚四氟乙烯防粘涂层，避免馅料粘连堵塞。

成型模具：采用两个相对旋转的半圆形压制模具，模具内侧雕刻仿手工褶皱纹路，直径 60-80mm，适配家用标准饺子尺寸。

成型动作：模具通过齿轮驱动实现相对旋转（转速 30-60r/min），将承载馅料的面片挤压包合，成型过程无剧烈冲击，降低噪音。

脱模设计：模具表面喷涂防粘涂层，配合旋转挤压的自然脱模动作，避免饺子粘连模具。

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2.2.2控制系统的设计方案

方案 1：PLC + 触控屏 + 步进电机控制参数调节灵活（可设饺子大小、馅量比例），运行稳定性强，故障提示清晰。成本适中，响应速度快，适配家用电压，操作直观适合老人使用。

方案 2：单片机 + 按键 + 直流电机控制成本最低，结构简单，功耗小，适合入门级产品。调节精度有限，仅支持基础功能，长期使用稳定性略差，无故障自检功能。

方案 3：嵌入式系统 + APP 联动 + 伺服电机控制可远程控制、自定义食谱，电机控制精度最高，饺子标准化程度强。成本较高，依赖网络，操作逻辑复杂，对用户技术门槛有要求，性价比低。

对比结论

家用场景下，若仅实现面皮输送、馅料推送、压合成型等简单固定动作，51单片机完全能满足需求。它成本低、开发简单，可通过定时器和IO口控制步进电机、电磁阀等执行元件，适配单一流程的控制逻辑。所以单片机 + 按键 + 直流电机控制成本最低，结构简单，功耗小，适合入门级产品。它兼顾 “易操作性、稳定性、性价比”，既满足日常调节需求，又无需复杂操作，适配不同年龄段用户，故障维护成本低。

采用 “主控单元 + 硬件执行层 + 人机交互层” 三层架构，各层级独立分工且高效联动：

主控单元：负责指令解析、数据处理和逻辑控制，是系统核心；

硬件执行层：通过传感器采集数据、执行器响应指令，完成具体动作；

人机交互层：提供操作入口和状态反馈，降低用户使用门槛。

核心设计原则

图2.2控制原理框图

3.研究方法和技术路线

3.1研究方法

文献研究法：广泛查阅国内外关于食品自动化设备、饺子机设计以及相关机械传动、控制技术等方面的文献资料，了解该领域的研究现状和发展趋势，为本次设计提供理论支持和技术参考。

方案设计法：根据研究目标和功能需求，设计多种送馅机构、饺子成型机构和饺子皮输送机构方案，并通过对比分析、模拟仿真等手段，筛选出最优方案进行详细设计。

计算机辅助设计法：利用三维建模软件（如 SolidWorks）对各机构进行三维建模，进行运动仿真和干涉检查，优化结构设计；使用电路设计软件（如 Altium Designer）设计控制电路原理图，进行电路仿真和调试。

实验研究法：制作家用自动包饺子机样机，搭建实验平台，进行各项性能测试实验，如送馅均匀性测试、饺子成型质量测试、生产效率测试等。根据实验结果对样机进行改进和优化，直至满足设计要求。

3.2技术路线

需求分析与方案设计阶段

开展市场调研，了解家庭用户对自动包饺子机的功能、性能、外观等方面的需求。

根据调研结果，确定家用自动包饺子机的功能目标和性能参数。

进行机构方案设计，分别设计送馅机构、饺子成型机构和饺子皮输送机构的多种方案，并进行对比分析，确定各机构的最优方案。

详细设计与建模阶段

对选定的各机构方案进行详细的结构设计，计算各部件的尺寸和参数。

利用三维建模软件对各机构进行三维建模，组装成整机模型，进行运动仿真和干涉检查，优化结构设计。

设计传动系统，选择合适的传动方式和传动部件，计算传动比和部件参数。

设计控制部分，确定单片机型号，设计控制电路原理图，编写控制程序框架。

样机制作与调试阶段

根据详细设计图纸，采购所需的材料和零部件，制作家用自动包饺子机样机。

对样机进行组装和调试，检查各机构的运动是否灵活、传动是否平稳、控制是否准确。

进行初步的性能测试，发现问题及时进行调整和改进。

实验验证与优化阶段

搭建实验平台，制定详细的实验方案，对样机进行各项性能测试，如送馅均匀性、饺子成型质量、生产效率、稳定性等。

根据实验结果对样机进行深入分析，找出存在的问题和不足之处，提出改进措施和优化方案。

对优化后的样机再次进行实验验证，直至样机的性能达到设计要求。

总结与成果整理阶段

对整个研究过程进行总结，整理实验数据和分析结果，撰写研究报告和设计说明书。

制作样机展示材料，如展板、视频等，准备项目验收和成果展示。

4.预期结果和创新

4.1预期成果

完成家用自动包饺子机的整体设计，包括机械结构、传动系统、控制部分等详细设计图纸和技术文档。

制作出功能完备、性能稳定的家用自动包饺子机样机，经过实验测试，能够满足家庭日常使用需求。

撰写一篇高质量的毕业设计论文，详细阐述家用自动包饺子机的设计过程、工作原理、实验结果和分析等内容。

4.2创新点

多功能集成设计：本设计不仅实现了自动送馅和自动包制的基本功能，还创新性地集成了饺子皮输送机构和成品收集装置，实现了从饺子皮放置到成品收集的全流程自动化生产，大大提高了包饺子的效率和便捷性。

智能控制与调节：采用单片机控制技术，实现了对送馅量、饺子成型规格等参数的智能调节。用户可以根据自己的需求，通过简单的操作界面（如按键或触摸屏）设置不同的参数，满足多样化的包饺子需求。

优化送馅机构设计：设计了一种新型的螺杆式送馅机构，通过优化螺杆的螺距、转速等参数，以及采用特殊的馅料输送通道设计，有效提高了送馅的均匀性和稳定性，确保每个饺子所含馅料的量基本一致，提升了饺子的整体质量。

3 进度安排

第 1 - 2 周 开展市场调研，收集家庭用户对自动包饺子机的需求信息；查阅相关文献资料，了解国内外研究现状；确定家用自动包饺子机的功能目标和性能参数；设计送馅机构、饺子成型机构和饺子皮输送机构的多种方案，并进行对比分析，确定各机构的最优方案。

第 3 - 5 周 对选定的各机构方案进行详细的结构设计，计算各部件的尺寸和参数；利用三维建模软件对各机构进行三维建模，组装成整机模型，进行运动仿真和干涉检查，优化结构设计；设计传动系统，选择合适的传动方式和传动部件，计算传动比和部件参数；设计控制部分，确定单片机型号，设计控制电路原理图，编写控制程序框架。

第 6 - 8 周 根据详细设计图纸，采购所需的材料和零部件；进行样机组装，对各机构进行初步调试，检查运动是否灵活、传动是否平稳、控制是否准确；进行初步的性能测试，发现问题及时进行调整和改进。

第 9 - 10 周 搭建实验平台，制定详细的实验方案；对样机进行各项性能测试，如送馅均匀性、饺子成型质量、生产效率、稳定性等；根据实验结果对样机进行深入分析，找出存在的问题和不足之处，提出改进措施和优化方案；对优化后的样机再次进行实验验证。

第 11 - 12 周 对整个研究过程进行总结，整理实验数据和分析结果；撰写毕业设计论文和设计说明书；制作样机展示材料，如展板、视频等；准备项目验收和成果展示。

4 指导老师意见

指导教师签名：                                      年    月    日