同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计.docx

编 号无锡太湖学院毕业设计 论文题目：同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计信 机系机 械 工 程 及 自 动 化专 业学号： 学生姓名：指导教师：职称：副教授职称：2023 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计论文诚 信 承 诺 书本人严峻声明：所呈交的毕业设计论文 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计是本人在导师的指导下独立进展争论所取得的成果，其内容除了在毕业设计论文中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计论文不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械 95学号：0923231作者姓名：2023 年 5 月 25 日无锡太湖学院信 机 系机械工程及自动化专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计2、专题二、课题来源及选题依据食品挤压技术具有加工范围广、生产效率高、产品质量好、加工过程无污染等特点。双螺杆挤压机由于具备输送力量强、调控性能强的优点，广泛用于加工各种食品。本课题的任务是设计一台双螺杆挤压机，其两根螺杆同向旋转，对食品物料具有强大的混合与反响作用， 并能产生较好的自洁作用，并对机器的传动局部进展重点设计。通过本课题的设计，有助于学生能把握和运用专业学问，熬炼工程设计力量。三、本设计论文或其他应到达的要求： 查阅和整理资料，包括一篇与课题相关或相近的外文资料并进展翻译； 确定课题的总体设计方案，进展开题报告；I 进展相关参数的选择、计算和校核； 对同向旋转型双螺杆挤压机进展总体设计，绘制总装图； 对传动系统进展具体的计算与设计，绘制部件图和典型零件图； 对整个设计过程作出总结，撰写设计说明书。四、承受任务学生：机械 95 班姓名曹彬彬五、开头及完成日期：自 2023 年 11 月 12 日 至 2023 年 5 月 25 日六、设计论文指导或参谋：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长争论所所长签名系主任签名2023 年 11 月 12 日II摘 要本文分析了单螺杆挤压机与双螺杆挤压机的特点以及鱼肉仿真食品生产工艺的需要， 确定了先通过单螺杆挤压机进展蒸煮、搅拌，再用双螺杆挤压成型机成型的生产流程。在现有挤压机的根底上，并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法，依据鱼肉仿真食品的的特别工艺要求，对挤压机的关键部位进展了相应的改进。本文具体的介绍了挤压机的主要零部件安排箱、螺杆、机筒等的构造设计，并进展了相应的校核计算；对主要传动零部件如安排箱大小齿轮，带轮、从动轴、键等进展了设计和强度校核，并对轴承承载力量、寿命进展了校核计算;本文还涉及了挤压机一些关心元件如加料系统、加热冷却装置、模头装置的选择要求,并进展了简洁的设计。最终，本文介绍了一些关于挤压机的安装、操作、掌握和维护等方面的内容。关键词：齿轮；安排箱；双螺杆挤压机IIIAbstractThis article analyzed the food simulation market demand and the production present situation first, through analysis to the prawn cracker and as well as with the traditional processing craft contrast from the theory to use the extruder to produce the food craft feasibility and the economical feasibility. Next, analyzes the single screw rod extruder with the double screw rod extruder characteristic as well as the production craft need, had determined digestion and agitation through the single screw rod extruder first, then uses the double screw rod to extrude the shaper formation the production process. In the base of the extruders in existence, we referenced the mature means of extruder design in our country and abroad and the special working craftwork requires of the snack foods, then, we improved the key structure of extruder.In this text, we introduced the structure design of extruder in detail, particular to the major parts: assignment tank, screw, barrel and systems analysis and calculating. To those important transmission parts: the big gear and the small gears in assignment tank, strip wheel, driving spindle, key, we made a design and check the intensity. And we calculate and check the carrying capacity of the bearing particularly. We also refer to the choosing requirements of the accessories: heating and cooling system, die, knife equipment, and made a simple design. In the end of the text, the installing, operation, controlling and repairing of the extruder were also introduced.Keywords: gears;assignment tank;Twin-screw ExtruderIV目 录摘 要IIIABSTRACTIV目录V1 绪论11.1 本课题的争论内容和意义11.2 国内外的进展概况41.3 本课题应到达的要求52 双螺杆挤压机设计72.1 双螺杆挤压机的工作原理72.2 挤压加工系统72.2.1 挤压加工系统组成72.2.2 常用挤压术语82.3 双螺杆挤压机零部件构造设计82.3.1 总体构造设计82.3.2 螺杆构造设计82.3.3 机筒构造设计132.3.4 加料系统132.3.5 加热和冷却装置系统132.3.6 模板装置142.4 双螺杆挤压机零部件设计计算152.4.1 主传动系统的设计计算152.4.2 主要传动零部件设计计算和校核162.4.3 螺杆推力的传递212.4.4 螺杆的强度计算232.4.5 机筒构造的设计252.4.6 模头构造设计252.4.7 润滑油的选用263 双螺杆挤压机的操作273.1 双螺杆挤压机的安装273.2 挤压加工系统的操作与维护273.2.1 挤压机的开车27V3.2.2 开车操作留意事项273.2.3 挤压机维护保养274 结论与展望294.1 结论294.2 缺乏之处及将来展望29致谢31参考文献32VI 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计1 绪论1.1 本课题的争论内容和意义二十一世纪是海洋的世纪，海洋占地球总面积的百分之 70 以上，隐藏着极为丰富的自然资源， 它是全球生命支持系统的重要组成局部，是保证人类可持续进展的重要财宝。当今世界越来越多的国家己将开发海洋作为猎取资源、扩大生存空间、推动经济 进展的重点战略。我国是一个海洋大国， 领海宽广，海洋资源格外丰富， 开发前景迷人。海洋经济将成为我国二十一世纪的重要产业。我国又是个淡水渔业大国，有着广袤的内陆水域，水产品资源格外丰富。改革开放后，我国淡水渔业的进展也格外快速。 1979 年全国水产品总产量只有 470 万吨， 1989年增至 1150 万吨，到 1993 年为 1500 万吨， 1997 年己到达 3206 万吨。在海洋资源与淡水资源中，又数鱼类产量最大。仅淡水鱼产量而言， 1990 年产量己到达 523 万吨， 1995 年为 1078 万吨,1997 年已为 1425 万吨。鱼类食品被公认为一种优质的保健食品，它富含蛋白质，并且其蛋白质简洁被人体 消化吸取，利用率高，鱼类脂肪含量少并且多由不饱和酸组成，其养分价值要髙于其它 动植物脂肪，鱼肉中钙、锌、磷等一些无机盐含量比畜禽肉类还要高，常常食用鱼肉， 可改善调整人们膳食构造的合理性，促进儿童少年骨骼生长，加快青年身体发育，预防 中老年因缺钙而引起的骨质疏松症。鱼体内还蕴含着丰富的亚油酸、亚麻酸与肯定量的 二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸，它们是构成人脑格外重要的养分素，对人的智力水平 起打算作用，在国际上被誉为“能使人聪明的食品”，日本有“食鱼能使头脑变得聪明” 的古语，它还具有降低血脂、抗血栓和健脑益智等成效。因而对我们人类来说，鱼肉不 仅供给维持身体机能不行缺少的养分物质， 而且起到强身健体、延寿增智的效用，因而， 鱼肉成为人们日常生活膳食构造中及其重要的一个环节 1。鱼类中不缺乏有一些价值较高的经济鱼类，还有数量相当可观的低值鱼类，伴随着海洋渔业的生产进展，经济鱼类产量逐年削减，小杂鱼、低值鱼产量逐年增多。淡水养殖鱼类中鲢鱼等一些低值鱼产量很大，比方浙江千岛湖等水库、河流中以鲢鱼产量为最大。这些低值鱼由于食用不便、口感不佳等缘由，没有得到充分的利用，产区有大量的低值鱼要么被低价抛售，要么被无人问津而腐烂掉，这就使得优质鱼肉蛋白及其它养分素的铺张，导致渔民收入的降低，还造成了对环境的污染。怎样加工低值小杂鱼，如何充分开发利用其丰富的蛋白质资源，已引起世界各国的重视。在开发利用这些低值鱼方面，将它们加工成为鱼糜制品是目前最有效的利用方法之一。目前鱼糜生产工艺己相当成熟，我省就有好几家较大的鱼糜生产企业，如中外合资舟山兴业、中日合资龙生水产制品玉环分公司等， 鱼糜生产力量较大， 但仅仅作为鱼丸等初级鱼糜制品的原料，造成幵工缺乏、设备大量闲置。大力开发鱼肉 仿真食品，是乐观消化并增加鱼糜产量的最正确途径。日式鱼糜制品的主要品种是模拟蟹腿等仿真食品，通过以下四种加工方法获得，即压模型、 纤维型、复合压模型以及乳化型。压模型是通过单挤压或者共挤压将鱼糜糊压制成需要的外形，并使其凝固，形成弹性凝胶体。纤维型是将鱼糜糊通过有窄的长方形的喷嘴挤压成薄片，然后将薄片加热使其凝固，再切成所需宽度的条状物，将条状物经过成形1无锡太湖学院学士学位论文机拧成绳状物。复合压模型是将鱼糜糊与肉条混合后挤压成所需外形，制成咀嚼感很好、组织构造均匀、弹性较高的制品。乳化型是在参加油脂乳化后的鱼糜糊灌入包衣中再加热使其凝固。仿真食品的质量可分解成三局部质量，它们是：口感、外形和口味，而影响他们的加工工艺也可以分解为成形局部工艺、调味局部工艺和协作局部工艺。调味局部工艺该局部工艺是保证被仿真对象与制品的口味相像。例如，模拟虾仁制品应当有自然虾仁的独特风味，模拟蟹肉制品应当要有蟹肉的风味，而鱼肉风味则存在着一些缺乏，并且作为经过屡次漂洗的鱼糜，漂洗过程中呈味液流失，导致鲜味缺乏，通常要在成形前在鱼糜中添加鲜味剂，如味 精、酱油等，高质量鱼糜制品要加特别风味调味料，目前在日式鱼糜制品板式鱼糕、鱼肉汉 堡、烤章鱼风味鱼糕、鱼卷中添加各种风味调味料，而在模拟虾仁、模拟蟹肉等仿真食品要添加文献介绍的虾蟹风味的海鲜调味料。协作局部工艺该局部工艺保证制品的组织质地与被仿真对象相像。例如，模拟虾仁制品应有自然虾仁独特的纤维组织、强劲的弹性和咀嚼性。由于鱼肉弹性主要来自鱼肉肌原纤维的凝胶强度，釆取措施，尽量提高鱼肉蛋白凝胶强度，可以得到较好的弹性。然而，鱼肉纤维较短，难以 形成类似虾仁的纤维构造和咀嚼性。在鱼糜糊中参加适量的食用纤维是模拟虾仁生产的关键，同时参加少量真虾肉糜及虾汁提取液或虾味素可使模拟虾仁产品更趋完善。美国专利介绍，用鱼肉模拟虾、对虾、尨虾肉时，一份鱼糜中要参加 0.13 份具有三维网状构造的可食性纤维，混合成形后得到肯定外形和尺寸、与真虾具有相像咀嚼感的产品。最抱负的途径是将鱼肉蛋白纤维 -组织化鱼肉蛋白作为可食性纤维添加到低值鱼类加工的仿真食品中，由于组织化鱼肉蛋白可以大量添加到鱼糜糊中，从而保证成型品的质量。釆用物理化学方法使鱼肉蛋白质变成纤维状。 目前鱼肉蛋白纤维制作方法主要有单纺丝粘结法喷丝法、压延切丝法、高压组织化法、向冷冻法、挤压膨化法、挤压喷丝凝胶法注射挤出法等本文主要争论为挤压膨化法。a. 挤压膨化法工艺流程原料-预处理-进料-挤压-在加工-成型-包装b. 挤压膨化法工艺特点挤压膨化法是利用原料蛋白质没变性的或变性在高压、高温以及剪切力的作用下，使蛋白质发生定向排列形成组织构造，最终由于压、温突降而产生膨化，获得组织化蛋白。挤压膨化是仿真食品生产的关键工序，挤出机或喷爆机称是生产的关键设备。鱼肉仿真工程食品简称仿真食品，是符合国际趋势的一类鱼糜制品，具代表性的制品有模拟蟹腿、模拟虾仁等。仿真食品是以鱼糜为主要原料，添加一些养分配料， 通过特别手段和加工工艺制成特定的生物体的仿真工程制品，除了要求制品外形逼真 外，更为重要的是要求被仿生物体与制品品质相接近。仿真食品由于附加值高、外形美观、养分丰富、烹食便利，易被全社会各种群体承受，特别适宜未成年和老年群体。目前我国对仿真食昴争论相对落后但有着奇特前景， 中国食品工业协会于一九九六年制定2 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计的“九五”全国食品工业科技进展纲要建议中把“应用低值鱼为原料加工鱼糜的科技成果，并进一步普及仿真工程食品的技术，提高产品技术含量和附加值”列为食品工业水产品德业的一个重点战略。对于仿真食品的争论开发，由于对制品外形与品质有着特别要求，只有将加工设备与加工工艺作为有机整体来争论，再加上该方面的根底争论相对落后没有跟上，因此难度较大。但是假设争论取得成功，将会带来巨大的社会效益和经济效益。目前，我国的水产品加工量仅占总产量的 10%大局部是以鲜活水产品销售，而日本的水产品加工量占其百分之 70 左右。鲜活的水产品，由于尚存在保活储存、保鲜运输等重要技术难点，难以对市场供给全面长期的保证，为了防止水产品的早期腐败、提高水产品附加值，必需对加工品废弃物的综合利用以及进展水产品的加工。由于水产品生产的原料的易腐蚀性、集中性与季节性，对水产品加工提出了相当高的要求，也为水产品的加工供给了宽阔的空间。利用同向双螺杆挤压机压缩得到的鱼肉膨化仿真食品具有禽肉的咀嚼感，可以作为生产原料生产出各种不同口味的模拟仿真食品，可以有效合理的开发利用各种低值动物性蛋白源，可以生产出高附加值的产品及相关型产品；另外由于原料处理只需去除鱼头和内脏、无需剔除鱼骨，不仅提高了养分价值，而且高效、简洁，利于工业化生产。同向双螺杆挤压机弥补了单螺杆挤压机不能对湿料进展挤压处理的缺陷，为高湿的蛋白原料如鱼类、家畜和家禽碎肉下脚料的组织化供给了可行途径。通过查阅资料确定设计的根本参数，如产量、物料的含水量、螺杆的转速范围、加热的温度和出料的含水量及状态等。对于本课题而言，我们需要依据模拟虾仁生产的工艺要求来设计一台特地用于生产加工鱼肉的双螺杆挤压机。依据要求，我们做出了一些创，首先选用了较小长径比的螺杆， 承受较深的螺距，来保证物料在机筒内不至停留时间过长，保持产品的口味。为调整产品的口味，生产过程中操作参数常常需要转变，因此螺杆转速调整以及进料量调整是必不行少的，在设计中我们都考虑到了这一点，在实际设计中单螺杆送料挤压机跟双螺杆成型挤压机都承受了调速电机掌握，并严格掌握了传动比范围，在满足输出转矩的前提下，使电机的调速范围尽量落在实际生产要求转速的调整区域内，充分发挥调速电机的调速优势。通过对挤压机关键构造参数和操作参数的分析，我们觉察压力和温度对产品的质量有较大的影响。因此我们特地对模头处的加热冷却系统进展了设计。在均化段承受加热冷却系统来较好的掌握温度，使从模头出来的条状物料的物理性能能满足下一工序成型的需要。双螺杆中心距限制，给安排箱内轴承的选用和布置提出了较高的要求。在本次设计中，我们设置了推力轴承组了分担载荷，同时设置碟性弹簧以缓冲吸振。在安排箱箱体形式的选择方面，最终承受了组合式箱体构造，这样在修理时，拆装推力轴承组以及齿轮轴都很便利。通过双螺杆挤压机来改善单螺杆挤压机不能对湿物料进展加工处理的缺陷。供给一种简洁高效、可模拟出禽肉咀嚼感的鱼肉挤压膨化食品加工方法。鱼肉加工双螺杆挤压机膨化机的设计包括机筒、与动力装置连接的第一螺杆、其次螺杆，传动系统和加热出料系统的设计和绘制。31.2 国内外的进展概况无锡太湖学院学士学位论文日本、美国、韩国等比较重视水产加工理论与应用的争论，尤其在仿真食品争论方 面走在前列，争论开发的模拟蟹肉、模拟虾仁等仿真食品已到达工业化规模化生产的水 平，他们 生产的仿真食品设备已远销我国。目前己开发或正在争论的品种有仿生模拟蟹肉、 仿生模拟虾仁、模拟贝肉、模拟干虾仁、模拟火腿、模拟南瓜、模拟鲍鱼肉、久仿生墨鱼、仿生海胆、海味牛排阅、海洋牛肉等。不过，对这些仿真食品 多数品种的争论，仅停留在工艺争论或探讨阶段， 离产业化、工业化生产还有很大距离。我国在该方面硏究相对落后，虽然有吴光宏、张金亮等进展淡水鱼模拟蟹腿肉的工艺争论试验，但自主开发仿真食品生产设备几乎空白。 虽然仿真食品进展前景格外迷人， 然而由于仿真食品生产技术争论缺乏，影响了我国在仿真食品产业领域的进展。仿真食品的生产工艺与设备，将随制品品种有所区分，但在如何使制品成形、如何保证制品品质等方面存在一些共性问题。因此本研容思路是，通过其典型制品一模拟虾仁的生产工艺和设备争论为蓝本，进展仿真食品的争论。鱼糜糊是形成模拟虾仁质地、口味的根底。鱼糜糊可按成熟的鱼糜糊工艺获得，其工艺 为:原料鱼一预处理去鳞、内脏、头尾、主骨刺一釆肉-漂洗一脱水一碎肉精滤一配料一擂溃斩拌鱼糜糊。也可以用冻鱼糜，经解冻一碎肉一配料一擂溃一鱼糜糊。鱼肉模拟虾仁制品应当有逼真的虾仁外形，需要进展外形的成形。虾仁外形的成形方法大致有以下几种：滚切成形、冲压成形、浇注成形等方法。由于鱼糜糊只有通过加热凝胶后才能定形，因此要求鱼糜糊能构保持在肯定形腔中进展加热凝胶。浇注成形较简洁实现，可以设想有一副可开可合的模具，而模具内有大虾仁外形的内腔，将鱼糜糊注塑到模具内腔中，再对模具进展加热，等凝胶可脱模后，翻开模具，成形后的虾仁落下，美国专利139】介绍的方法就是如此。浇注成形方法也适用于模拟蟹肉、模拟贝肉等鱼肉仿真食品的成形，因此有着广泛的应用。1、仿真食品应用根底争论争论影响仿真食品生产工艺、生产设备、制品质量的根底问题，主要是对鱼肉特性以及鱼肉特性与仿真食品工程技术关系的争论。在鱼肉特性争论方面，鱼肉凝胶特性争论成果较多，在制定仿真食品工艺时，可以参考或承受前人争论的鱼肉凝胶体弹性、强度提高措施。鱼肉流变特性虽然有人作过争论，但针对鱼糜糊特性的流变测量方法还有待探讨，具体的流变特性系数有待进一步确定，解决这些问题是本文的争论内容。在鱼肉流变特性与仿真食品工程技术的关系争论方面，经文献检索尚未见完整报道。由于仿真食品加工中涉及鱼糜糊的输送流淌，而流淌过程的压力、流量，以及生产力量、设备功率等都和鱼糜的流变特性有着肯定联系系。找出它们之间的关系，把它们用于指导食品食品工程技术的争论，是本文的争论内容。2、仿真食品生产工艺争论仿真食品质量主要表现在口味、口感和外形上，通过鱼糜糊工艺、鱼丝工艺、仿真食品成形工艺反映出来。目前鱼糜糊工艺已比较成熟，包括配方和工艺流程。而适合机械化生产、工艺简洁的鱼丝工艺、仿真食品成形工艺，还有待争论。4 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计3、仿真食品生产设备争论仿真食品生产设备是仿真食品产业化的关键，虽然国外有仿真食品成形设备的报道， 但国产化且符合国情的中小型仿真食品成形设备尚未见。争论中小型仿真食品生产设备， 在国内推广使用，也是本文的争论内容。我国在双螺杆挤压机的设计制造及应用方面与兴旺国家相比存在很大的差距。由于国内双螺杆挤压机开发与争论工作起步较晚，因此产品档次较低，系列化程度低，多数产品的螺杆、技术水平、机筒的精度、整机性能和质量与目前兴旺国家的现有水平有肯定差距。目前，我国生产的异向旋转双螺轩挤出机多为锥形异向双螺杆挤出机，而平行异向双螺杆挤出机还很少，并且多为中、小型机，国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依靠进口。在双螺杆挤出机的设计、计算以及制造技术方面尚有很多难点需要抑制，这些都限制了我国在双螺杆挤出技术与装备领域的进展。随着我国国民经济的进展，大型塑料管材、板材在石化、建筑、型材、国防等领域的应用日渐广泛。大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制也必将受到越来越多的重视。1.3 本课题应到达的要求本课题主要争论同向双螺杆挤压机及其传动系统设计，因此双螺杆中心距限制，给安排箱内轴承的选用和布置提出了较高的要求。在本次设计中，我们设置了推力轴承组了分担载荷，同时设置碟性弹簧以缓冲吸振。在安排箱箱体形式的选择方面，最终承受了组合式箱体构造，这样在修理时，拆装推力轴承组以及齿轮轴都很便利。仿真食品生产设备是仿真食品产业化的关键，虽然国外有仿真食品成形设备的报道， 但 国产化且符合国情的中小型仿真食品成形设备尚未见。争论中小型仿真食品生产设备， 在国 内推广使用，也是本文的争论内容。双螺杆挤压机作为一种多输入多输出的型生化反响器，争论其设计的方法、模型、手段及试验的理论依据等都是格外有意义的。争论双螺杆挤压机需要比较全面的机械、食品、化学、传热学、六边学、流体力学、电子、自动掌握等丰富的学问构造。国外的争论趋势说明，需要研制生产力量大，系统稳定性好，产品质量稳定，自动化程度高的挤压设备。本设计中承受单螺杆输料，然后直接送入双螺杆挤压成型机中。这样，单螺杆挤压机就充当了喂料装置，它不仅能均匀的喂料，且能掌握喂料量，满足各种不同物料加工需要， 避开进料不均匀的现象，提高产品的质量和产量。利用双螺杆挤压机压缩得到的鱼肉膨化食品具有禽肉的咀嚼感，可以作为基料生产出各种不同口味的模拟肉食品，可以有效合理的开发利用各种低值动物性蛋白源，可以生产出高附加值的产品及相关型产品；另外由于原料处理只需去除鱼头和内脏、无需剔除鱼骨，不仅提高了养分价值，而且高效、简洁，利于工业化生产，转变了单螺杆挤压机不能对湿料进展挤压处理的缺陷，为高湿的蛋白原料如鱼类、家畜和家禽碎肉下脚料的组织化供给了可行途径。通过查阅资料确定设计的根本参数，如产量、物料的含水量、螺杆的转速范围、加热的温度和出料的含水量及状态等。5无锡太湖学院学士学位论文通过双螺杆挤压机来改善单螺杆挤压机不能对湿物料进展加工处理的缺陷。供给一种简洁高效、可模拟出禽肉咀嚼感的鱼肉挤压膨化食品加工方法。鱼肉加工双螺杆挤压机膨化机的设计包括机筒、与动力装置连接的第一螺杆、其次螺杆，传动系统和加热出料系统的设计和绘制。6 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计2 双螺杆挤压机设计2.1 双螺杆挤压机的工作原理 强制输送依据双螺杆的旋转方向，啮合程度和螺纹参数的不同，双螺杆的啮合局部可构成在横向和长度方向是全开的全闭的，或半开半闭，因而形成的C 形小室可以是相互连通的，也可以是完全封闭的。全啮合同向旋转的双螺杆，由于两根螺杆在啮合处的螺纹相反，螺槽中的物料可以通过啮合螺纹间的通道进入另一根螺杆的螺槽，啮合螺纹对螺槽中物料的阻力同样有推动物料的作用。 混合作用图 2.1 同向旋转，物流在双螺杆螺槽中的流淌状况由于同向旋转双螺杆在啮合处的速度方向相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆如图 2.1 所示，呈“”型前进，料流的方向转变，有助于物料的混合和均化7。自洁性能同向旋转的双螺杆，在啮合处螺纹和螺槽的速度方向相反，相对速度很大，因此有相当高的剪切速度，它能刮去各处积料，其自洁作用比反向旋转的更有效4。压延效应同向旋转的双螺杆挤压机，由于啮合处两根螺杆的速度方向相反，因此没有明显的压延效应，它对磨损和超载的敏感性比反向旋转双螺杆小的多，而且也易觉察。2.2 挤压加工系统2.2.1 挤压加工系统组成混 合 料 仓原料喂料装置预处理机筒挤压加热与冷却成型7无锡太湖学院学士学位论文图 2.2典型食品挤压加工系统链图如图 2.2 所示,典型的挤压加工系统支链图,其中包括喂料装置、预调质装置、传动、挤压、加热与冷却、成型、切割、掌握等局部组成。2.2.2 常用挤压术语挤压机个局部中都有其专业术语，其中以下最为突出：螺纹、齿根、螺纹、螺纹前沿、螺纹后沿、齿型、螺纹头数、单头螺杆、多头螺杆、螺旋槽、螺杆通道的轴向面积、螺杆 通道的开放面积、高径比，长径比，压缩比。2.3 双螺杆挤压机零部件构造设计双螺杆挤压机零部件包括：喂料装置、机筒、螺杆、加热与冷却装置、模板与切割装置、机座等组成。2.3.1 总体构造设计螺杆挤压机总体构造对整机的性能有很大的影响，总体构造包括挤压系统，传动系统和驱动源的相互位置关系。由于这些关系的不同，构成了种种不同差异：见表 2-1总体类型外观形式不同类型卧式螺杆挤压机表 2-1 总体构造设计分析优点螺杆在空间呈水平放置，尺寸大小影响占地面积，对空间高度影响不大缺点计量局部的螺杆和机筒易于磨损立式螺杆挤压机螺杆在空间呈竖直减速箱选型和构造设计受限制，空间高度要求高整体式螺杆挤压机构造紧凑不便于加工和装拆、修理联接形式分段式螺杆挤压机电机置于机器旁侧能够承受标准减速器，易于装拆、修理便于电机及机器修理需特地设置螺杆轴承座及相应的润滑系统占地面积大电机置于减速箱前部，挤压系统下部机器构造紧凑，外观整齐要求设计带等传动系统，传动效率低电机置于减速箱后部，与机器成一体电机置于减速器上部与机器构成整体，有利于选用标准减速器，有利于互换性和满足加工要求占地面积小轴向长度较长，占地面积相应增大由于振动问题，要求支架有足够刚度结论：通过以上分析，结合本课题的实际状况，拟承受卧式整体式构造形式，动力源和传动装置位置承受电机置于减速箱前部，挤压系统下部形式。2.3.2 螺杆构造设计螺杆是挤压机最重要的关键部件之一,其构造及其几何参数的设计合理与否之间关系8 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计到挤压过程。2.3.2.1 螺杆构造设计要点 生产力量生产力量是设计螺杆的主要指标之一，不同规格的螺杆生产力量是不同的，同一规格的螺杆，由于构造和几何尺寸的差异或由于螺杆转速的差异也不同。通常我们取生产力量Q 与螺杆转速 n 的比值，称之为“比流量”。同规格的螺杆在加工同一种物料时的比流量， 在肯定程度上说明白螺杆的构造及几何参数的合理与否。对于 65 挤出机来说，一般认为Q/n>1kg/h/r/min是同规格机台中比较好的比流量值。本设计中，生产力量定为 Q 120kg/h，螺杆转速依据生产虾片的工艺要求取为 n60r/min，则比流量 Q/n120/60=2， 较合理。 功率消耗从挤压机的能量平衡来看，挤压系统中对物料所消耗的能量应对于物料的加热能量和对螺杆输入功率的总和。习惯上为衡量螺杆加工不同物料所消耗的机械功率大小，假设机筒外加热功率一样时，常以螺杆每单位生产力量所消耗的机械功率作为衡量的标准，称为螺杆的单耗 N/Q。在保证物料胶体化的前提下，螺杆的单耗应以低值为好。 挤压物的质量挤出物的质量包括外观质量、混合质量、挤出温度、轴向与径向温差、温度随时间波动的轴向温差、挤出压力的波动等方面的内容。由于压力 p 的波动，直接影响生产力量的稳定性。温度的波动可以通过粘度 的波动而影响 Q 的稳定性。依据虾片生产的工艺要求，机筒温度和压力的大小对挤压生产虾片的产品品质有着极大的影响，温度上升有利于提高美拉德反响的速度和程度，但也会降低模头处的压力。因此，应视温度和压力对物料反响的影响程度，合理选取掌握，避开两者的较大波动。 螺杆的加工制造螺杆的加工是否简洁，使用寿命是否长。螺杆加工制造困难，影响螺杆的寿命。2.3.2.2 螺杆传动系统同向旋转式双螺杆的传动系统相对来说比较简单，一般承受外啮合传动。如图 3 所示图 2.3a与 2.3b的主要区分是驱动轴的图 2.3 螺杆传动系统位置问题，考虑到挤压机的小型化及其他工作、性能、装配等要求，选择图 2.3b 所示装置比较适宜。9无锡太湖学院学士学位论文2.3.2.3 双螺杆的构造参数设计螺杆主要构造参数有：螺杆直径，长径比，螺杆各段主要参数，螺纹外形，螺杆的螺纹头数12。图 2.4 等深变距螺杆 螺杆构造和啮合方式确实定本设计中螺杆的设计仍按一般螺杆的方法进展设计改进。一般螺杆按其螺纹升角和螺槽深度可分为三种形式：1.等距变深螺杆；2.等深变距螺杆；3.变深变距螺杆。考虑到螺杆的强度要求和物料性质，我们拟承受等深变距螺杆。等深变距螺杆是指螺槽深度不变，螺距从加料段的第一个螺槽开头至均化段末端是从宽变窄，构造形式如图 2.4 所示。为使进料均匀，协调螺槽输送物料和熔融的力量，螺杆承受单头螺纹，并局部啮合， 以使物料受到较大的剪切和混合，有利与糊化的进展。 螺杆直径 Ds 确实定螺杆直径是螺杆主要参数之一，在设计螺杆时，一般是依据所需的生产力量，理论公式来计算螺杆直径是困难的，因此可选用以下方式，初步确定螺杆的生产力量和转速后， 依据阅历的生产力量公式初步确定螺杆直径：QDs3 n式中Q生产力量，kg/hDs螺杆直径，cmn螺杆转速，r/min阅历出料系数，一般取 0.0030.007本设计中，Q120kg/h，n60r/min工作转速，0.007，则DsQ/(*n)1/3120/(0.007×60) 1/36.586cm取标准螺杆直径 Ds65mm。 长径比 L/Ds 确实定由挤出理论得知，在其他条件肯定时，增大长径比，可增加物料在螺杆中的停留时间， 即保证了物料有充分的熔融时间，但过大的长径比易于造成停留时间过长而使热敏性物料分解。因此，应依据被加工物料的物理性能、成型工艺要求和产品质量的要求来考虑。参考成型挤压机有关资料，初步选取长径比 L/Ds12，则螺纹段总长 L12Ds12×65=780mm10 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计取标准长 L800mm，修正 L/Ds800/6512.308。 螺杆各段主要几何参数确实定物料在螺杆中的挤压经受固体输送、熔融和均化的过程。因此，整个螺杆的设计通常分为三局部。以下具体计算确定各段的几何参数。 a 螺槽深 H由于螺杆设计成等深变距形式，取统一螺槽深H0.18D0.25D(参考7Pg149) 11.716.25mm，取 H12mm，则螺杆根径 DbDs2H652441mm。b 螺距 S沿输送段到均化段方向，将螺杆成阶梯形分成三段，螺距依次为 63mm、53mm、44mm。c 各段长 L依据阅历数据9Pg7577，确定各段长如下：加料段 L110%25%L80200mm，取螺距 S160mm 的整倍数，L1189mm熔融段 L255%65%L440520mm，取螺距 S253mm 的整数倍，L2424mm。均化段 L322%25%L176200mm，取螺距 S344mm 的整数倍，L3176mm。实际螺纹段总长 LL1L2L3189+424+176789mmd 螺旋升角 参考7 Pg151 公式t=Dtg算出各段螺旋升角第一段 1=17°09，其次段 2=14°33，第三段 3=12°10 其他参数确实定a 双螺杆中心距 A 和螺杆啮合间隙 1双螺杆的中心距主要取决于螺杆的直径和对间隙的要求，一般地单螺纹双螺杆A (0.711)Ds46.1565mm见9Pg189，考虑到螺杆局部啮合，存在间隙，应满足 A(DbDs)20，即A(DbDs)2(4165)253mm，取啮合间隙12mm，则A55mm。b 螺杆与机筒的协作间隙 2图 2.5 梯形螺纹断面间隙