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反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计【6张图纸】【优秀】

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摘要

　　　本文先分析了膨化食品的市场需求和生产现状，并初步探讨了挤压机生产膨化食品的工艺可行性；提出了用双螺杆挤压机生产膨化食品的工艺流程。在现有挤压机的基础上，并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法，根据膨化食品的特性和生产膨化食品的特殊工艺要求，对挤压机的关键部位进行了相应的设计。本文详细的介绍了挤压机的主要零部件传动箱、螺杆、机筒等的结构设计，并进行了相应的校核计算；对主要传动零部件如传动箱大小齿轮，带轮，从动轴，键等进行了设计和强度校核，并对轴承承载能力进行了校核计算;本文还涉及了挤压机一些辅助元件如加料系统，加热冷却装置，模头的选择要求,并进行了简单的设计。最后，本文介绍了一些关于挤压机的安装，操作，控制和维护等方面的内容。

关键词：膨化食品；挤压混炼；反向旋转双螺杆挤压机

摘要III

ABSTRACTIV

目录VI

1 绪论1

　　1.1 挤压技术介绍1

　　　1.1.1 挤压技术在食品生产中的应用1

　　　1.1.2 挤压技术在食品生产中的发展状况1

　　　1.1.3 挤压机生产膨化食品1

　　　1.1.4 挤压膨化原理2

　　1.2 挤压机的发展2

　　　1.2.1 国内外挤压机的发展状况2

　　　1.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来2

　　　1.3 本课题应达到的要求3

2 反向旋转型双螺杆挤压机的简介4

　　2.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用4

　　　2.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点4

　　　2.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用4

　　2.2 双螺杆挤压机的工作原理5

　　　2.2.1 挤压原理5

　　　2.2.2 挤压加工系统6

　　2.3 总体结构设计6

3 反向旋转型双螺杆挤压机的设计8

　　3.1 螺杆的设计及计算8

　　　3.1.1 螺杆结构设计8

　　　3.1.2 双螺杆的有关计算9

　　　3.1.3 螺杆的强度校核13

　　3.2 机筒的设计及计算16

　　　3.2.1 机筒结构形式16

　　　3.2.2 料口结构设计16

　　　3.2.3 机筒材料的选择16

　　　3.2.4 机筒的连接方式17

　　3.3 传动系统的简单设计17

　　　3.3.1 传动系统设计18

　　　3.3.2 电动机的选用18

　　　3.3.3 螺杆推力的传递和拉杆强度校核18

　　3.4 辅助零部件设计计算19

　　　3.4.1 加料系统设计计算19

　　　3.4.2 加热与冷却系统的设计22

　　　3.4.3 模头装置的设计24

　　　3.4.4 润滑油的选用25

　　3.5 双螺杆挤出机辅助系统的设计25

　　　3.5.1 定量给料系统25

　　　3.5.2 恒温系统26

　　　3.5.3 冷却系统26

　　　3.5.4 真空排气系统26

　　　3.5.5 电气控制系统26

4 挤压加工系统的安装、操作与维护28

　　4.1 挤压加工系统的安装28

　　　4.1.1 挤压机的安装基础28

　　　4.1.2 调整挤压机水平28

　　　4.1.3 机筒的安装28

　　　4.1.4 螺秆的装拆28

　　　4.1.5 模头的安装28

　　4.2 挤压加工系统的操作28

　　　4.2.1 挤压机的开车28

　　　4.2.2 开车操作注意事项28

　　4.3 挤压机的维护保养28

　　　4.3.1 螺杆的保养28

　　　4.3.2 机筒的保养28

　　　4.3.3 挤压机其它部分的保养29

　　4.4 设计中的几个问题29

5 总结与展望30

　　5.1 总结30

　　5.2 展望30

致谢31

参考文献32

附录33

1.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来

　　　近几年双螺杆挤压技术得到了迅速地发展。通过研究表明, 双螺杆挤压技术与单螺杆挤出技术相比更具有无法比拟的优越性,物料能更加充分、彻底混合揉捏。机器运行时, 由于双螺杆互相啮合而具有自行擦净的功能, 所以不会出现单螺杆挤出机中螺杆堵塞的物料在套筒内表面结焦。同时双螺杆挤压机还有的优点就是可以适应更多的原料, 解决了单螺杆挤压机无法对高水分和高脂肪物料进行加工的难题。双螺杆挤出机因其工作性能高、工作效率大, 受到了食品行业和橡塑行业的较高重视。根据相关文献的阐释, 对双螺杆挤压机在国内外的发展前景、双螺杆挤压机在食品橡胶生产中的应用、双螺杆挤压机的重要构造，挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国双螺杆食品挤压的研究与发展有益。

1.3 本课题应达到的要求

了解螺杆挤压机的挤压膨化原理和结构特点，了解反向旋转型双螺杆挤压机的工作原理，进行反向旋转型双螺杆挤压机主要结构参数研究，进行反向旋转型双螺杆挤压机的设计，反向旋转型双螺杆挤压机挤压部件的设计。了解双螺杆挤压机的维护维修，及其使用时的注意事项。

2 反向旋转型双螺杆挤压机的简介

2.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用

2.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点

　　　反向旋转式双螺杆挤压机一般采用两根尺寸完全相同的螺杆,但是其螺纹方向相反。反向旋转可分为向内反向旋转和向外反向旋转两种形式,两者的的主要区别在于压力区位置的不同。向内反向旋转式双螺杆在上部进入啮合，建立高压区，在下部双螺杆脱离啮合，形成低压区。物料在通过双螺杆时受到挤压，但螺杆啮合紧密，就会造成入口压力极大，导致进料困难。因此，目前这种向内反向旋转式很少采用，仅用于非啮合双螺杆挤压机上。向外反向旋转式特别适用于干粉料的加工，也曾被广为采用。这种旋转式建立的高压区在下部，低压区在上部，有利于喂入物料。挤压中，物料受到类似辗轮产生的挤压捏合作用。和同向旋转不同的是物料在螺杆内会形成的C形段，由于两根螺杆旋向相反，只能在一根螺杆内向排料口作轴向平移，而不可能从一根螺杆移向另一根螺杆，直至从排料口挤出。牵引产生的正流和反压产生的逆流只能在C型腔室内进行，被阻挡在啮合区的物料经受一根螺杆螺纹顶面和另一根螺杆螺纹根部及啮合螺纹侧面的辗压和捏合。因此，同向旋转所产生其物料产生的混合程度比反向旋转式双螺杆挤压机的混合程度要大。

2.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用

2.1.2.1 在组织化蛋白质生产上的应用

在一定的高温高压下,植物蛋白质会变成组织化。在双螺杆挤压机螺槽与筒壁之间剪切力的作用下,物料中的蛋白被强烈地展开, 出现了相对地直线形状。分子链展开后变得自由，能够重新定向和再组合形成纤维状态。类似瘦肉维组织结构, 吸收水分后具有一定的弹性, 口感较好。

2.1.2.2 在膳食纤维加工中的应用

膳食纤维可以清理肠胃、解毒等功能，还能降低体内胆固醇水平和降低血糖。但是纤维素比较难溶,人体很难吸收, 口感不好,它的开发和利用被限制了。然而, 利用双螺杆挤压技术可以提高膳食纤维的溶解度,生产味道更好的膳食纤维。

2.1.2.3 在浸油中的应用

双螺杆挤压技术利用于浸油原料进行膨化预处理,可得到更佳的效果。当物料被输送到挤压腔后,通过挤压、摩擦和加热作用产生高温高压效果,物料被剪切、熔融,使物料的组织结构发生了变化。物料从高温高压下被挤出降到常压状态时,物料中的水蒸发产生巨大的压力,就会膨化成型，产生许多带细微的孔状。此时的物料非常有利于油料的浸出。目前研究较多的是从葵花籽、花生、芝麻中提取油。

2.1.2.4 在休闲即食食品加工中的应用

现在市场上利用双螺杆挤压机生产的食品的主要原料是谷物,例如水稻、大豆、麦子等。采用双螺杆挤压机一是能运用少量能量加工谷物食品,，二是可以加入更多的配料加工,所以可以生产出不同口味的食品,从而能不断地创新,更好地满足市场需求和创造更大的经济价值。

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反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计.gif

内容简介：: 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、题目反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计 2、专题二、课题来源及选题依据螺杆挤压机能将一系列的化工基本单元过程集中在挤压机中进行，螺杆挤出已连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，也已实现自动化，同时螺杆的搅拌作用业提高了混合质量这些因数加在一起，避让降低生产成本。挤压加工技术作为一种经济实用的新型加工方法广泛应用于食品生产中，并得到迅速的发展。反向旋转型双螺杆挤出机因其具有突出的高效工作性能, 受到了食品行业的广泛重视。根据收集的相关文献, 对反向双螺杆挤压机在食品工业中的应用、发展前景、主要组成部分，以及挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国反向型双螺杆食品挤压的研究与发展有益。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：了解挤压机的工作原理； I 了解挤压机的内结构；熟练掌握反向旋转型双螺杆机压机的优缺点；熟练绘制双螺杆挤压机的装备图，挤压部件装配图，挤压机零件图。四、接受任务学生：机械94 班姓名沈杰五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计机电系机械工程及自动化专业学号： 0923168 学生姓名：沈杰指导教师：戴宁（职称：副教授）（职称：）2012年11月25日课题来源用于食品生产的工程实践性自拟课题。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义挤压机是挤压加工技术的关键。挤压加工技术作为一种经济实用的新型加工方法在食品生产中得到迅速发展。挤压加工主要由一台挤压机一步完成原料的混炼、熟化、粉碎、杀菌、预干燥、成型等工艺, 制成膨化、组织化产品或制成不膨化的产品。只要简单地更换挤压模具, 便可以很方便地改变产品的造型。反向型螺杆挤压机用于食品生产具有工艺简单、一机多能、生产连续化、效率高、能耗低、投资少、收效快的特点。生产出来的食品口感细腻、易消化吸收、营养成份损失少、贮藏时间长、不易产生“回生”现象、食用方便. 目前，挤压技术已经发展成为最常用的膨化食品生产技术之一。反向型双螺杆挤压机的研究与开发也势在必行。（2）反向双螺杆挤压机的研究状况及其发展前景上世纪60 年代, 开始出现了双螺杆挤压机, 并用于食品加工领域. 我国从70 年代开始研究食品挤压技术和挤压加工机械. 1980 年3 月, 北京食品研究所仿制出第一台自热式PJ ) 1 型谷物膨化挤压机. 1982 年无锡轻工业大学从法国Clext ral 公司引进一台BC ) 45 型双螺杆挤压机, 开始了对挤压加工技术的研究。与此同时, 国内许多生产厂家也先后从世界各大公司引进了先进的挤压设备。国际上有代表性的挤压机生产企业除法国Clext ral 公司外，还有美国Wenger 公司，德国的WP 公司, 意大利MAP 公司，日本的恩奴比食品有限公司，瑞士的Buchcler 公司等。在引进国外设备的同时，国内的许多厂家也先后生产了不同类型的挤压设备。反向型双螺杆挤压技术在近几年得到了迅速地发展。研究表明,反向型双螺杆挤出技术具有无法比拟的优越性能, 如物料能充分、彻底混合揉捏, 并且在反向型双螺杆挤出机运转时, 由于反向双螺杆互相啮合而具有自行擦净的功能, 避免了螺杆堵塞的物料在套筒内产生表面结焦的现象。同时反向型双螺杆挤压机还具有广泛的原料适应性的优点。反向型双螺杆挤出机因其具有突出的高效工作性能, 受到了食品行业的广泛重视。根据收集的相关文献, 对反向双螺杆挤压机在食品工业中的应用、发展前景、主要组成部分，以及挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国反向型双螺杆食品挤压的研究与发展有益。研究内容螺杆挤压机的挤压膨化原理和结构特点反向旋转型双螺杆挤压机的工作原理反向旋转型双螺杆挤压机主要参数计算反向旋转型双螺杆挤压机的总体结构设计反向旋转型双螺杆挤压机挤压部件的设计拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）实验方案掌握反向旋转型双螺杆挤压机的工作原理，通过对其结构及特点的研究了解挤压机的内部结构，从而进行对挤压部件的研究和设计。（2）研究方法通过实验了解挤压机的结构参数，对挤压部件的参数进行计算及确定，按照挤压机的结构进行装配图及挤压部件零件图的绘制。研究计划及预期成果研究计划：2012年10月12日-2012年12月31日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，完成毕业设计开题报告书。2013年1月1日-2013年1月27日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年1月28日-2013年3月3日：毕业实习。2013年3月4日-2013年3月17日：反向旋转型双螺杆挤压机螺杆、机筒的主要参数计算与确定。2013年3月18日-2013年4月14日：反向旋转型双螺杆挤压机总体结构设计。2013年4月15日-2013年4月28日：部件及零件图设计。2013年4月29日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：了解挤压机的工作原理、内部结构以及反向旋转型双螺杆挤压机的优缺点，熟练绘制挤压机的装配图，挤压部件的零件图。特色或创新之处双螺杆挤压机在食品工业中应用更广泛。反向旋转型双螺杆挤压机结构简单，更适合对高粘度食品的输送加工。已具备的条件和尚需解决的问题设计方案思路已经非常明确，已经具备机械设计的能力和图纸处理方面的知识。结构设计的能力尚需加强。指导教师意见指导教师签名：2012年 12 月 15 日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日无锡太湖学院学士学位论文编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件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：） 2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，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94 学号： 0923168 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘要本文先分析了膨化食品的市场需求和生产现状，并初步探讨了挤压机生产膨化食品的工艺可行性；提出了用双螺杆挤压机生产膨化食品的工艺流程。在现有挤压机的基础上，并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法，根据膨化食品的特性和生产膨化食品的特殊工艺要求，对挤压机的关键部位进行了相应的设计。本文详细的介绍了挤压机的主要零部件传动箱、螺杆、机筒等的结构设计，并进行了相应的校核计算；对主要传动零部件如传动箱大小齿轮，带轮，从动轴，键等进行了设计和强度校核，并对轴承承载能力进行了校核计算;本文还涉及了挤压机一些辅助元件如加料系统，加热冷却装置，模头的选择要求,并进行了简单的设计。最后，本文介绍了一些关于挤压机的安装，操作，控制和维护等方面的内容。关键词：膨化食品；挤压混炼；反向旋转双螺杆挤压机IABSTRACTIn this page, the market need of the Puffed food and the condition of the production is analyzed first. And from theoretically, we studied the technique possibility to produce the Puffed food. We expounded the specialty and working elements of the twin-screw extruder and pointed working flow to produce the Puffed food with twin-screw extruder. In the base of the extruders in existence, we referenced the mature means of extruder design in our country and abroad and based the characteristic of Puffed food and the special working craftwork requires, then, we Designed 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.Key words: Puffed food, extrusion mixing and shaping, Counter-rotation twin -screw extruder I目录摘要IIIABSTRACTIV目录VI1 绪论11.1 挤压技术介绍11.1.1 挤压技术在食品生产中的应用11.1.2 挤压技术在食品生产中的发展状况11.1.3 挤压机生产膨化食品11.1.4 挤压膨化原理21.2 挤压机的发展21.2.1 国内外挤压机的发展状况21.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来21.3 本课题应达到的要求32 反向旋转型双螺杆挤压机的简介42.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用42.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点42.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用42.2 双螺杆挤压机的工作原理52.2.1 挤压原理52.2.2 挤压加工系统62.3 总体结构设计63 反向旋转型双螺杆挤压机的设计83.1 螺杆的设计及计算83.1.1 螺杆结构设计83.1.2 双螺杆的有关计算93.1.3 螺杆的强度校核133.2 机筒的设计及计算163.2.1 机筒结构形式163.2.2 料口结构设计163.2.3 机筒材料的选择163.2.4 机筒的连接方式173.3 传动系统的简单设计173.3.1 传动系统设计183.3.2 电动机的选用183.3.3 螺杆推力的传递和拉杆强度校核183.4 辅助零部件设计计算193.4.1 加料系统设计计算193.4.2 加热与冷却系统的设计223.4.3 模头装置的设计243.4.4 润滑油的选用253.5 双螺杆挤出机辅助系统的设计253.5.1 定量给料系统253.5.2 恒温系统263.5.3 冷却系统263.5.4 真空排气系统263.5.5 电气控制系统264 挤压加工系统的安装、操作与维护284.1 挤压加工系统的安装284.1.1 挤压机的安装基础284.1.2 调整挤压机水平284.1.3 机筒的安装284.1.4 螺秆的装拆284.1.5 模头的安装284.2 挤压加工系统的操作284.2.1 挤压机的开车284.2.2 开车操作注意事项284.3 挤压机的维护保养284.3.1 螺杆的保养284.3.2 机筒的保养284.3.3 挤压机其它部分的保养294.4 设计中的几个问题295 总结与展望305.1 总结305.2 展望30致谢31参考文献32附录33I反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计1 绪论1.1 挤压技术介绍 1.1.1 挤压技术在食品生产中的应用20世纪30年代，食品加工中开始应用挤压技术，它的特点有具有集混炼、输送、加热、剪切、加压时间短等特点，从而广泛应用于食品工业中。挤压机可以进行谷物植物组织蛋白食品的生产，奶酪的风味开发，宠物饲料的生产等。螺杆挤压机能将一系列的化工基本单元过程集中在挤压机中进行，螺杆挤出已连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，也已实现自动化，同时螺杆的搅拌作用业提高了混合质量这些因数加在一起，避让降低生产成本。作为一种经济实用的新型加工方法从而被应用于食品生产中的挤压技术得到了迅速的发展。在没有挤压技术之前，谷物食品的加工工序一般须经破碎、混合、成型、烘烤或油炸、杀菌干燥等，每道工序都要有不同的设备，较长的生产线，较大的占地面积，高强度的劳动力，所需设备较多。随着挤压技术的发展和成熟，初步混合原料后，就可用一台挤压机完成以上繁琐的食品生产工序，制成各式各样、品种繁多、味道独特的产品，这些产品在再经油炸或微波、烘干、调味后就可以在市场上销售了，只要简单根据更换挤压模板，就可以很方便的改变产品的造型。相对于传统工艺，挤压技术有很多的有点，它改变了谷物食品的加工工艺，大大减短了过程，丰富了食品的样式，减低了产品的生产成本，减少了设备的占地面积，降低了生产劳动强度，同时改变了产品的形态和味道，使得产品质量得到了提高。 1.1.2 挤压技术在食品生产中的发展状况上世纪30年代，人们首次把挤压机用于方便食品谷物的生产中;到四十年代末期挤压机的应用在食品领域进一步扩大;50年代初的蒸煮挤压机已经基本上取代了当时的饼干赔烤60年代至今挤压机的技术以及理论得到了飞速发展，对挤压机的结构设计、工艺参数、挤压过程机理进行研究，通过对挤压机理的探讨，进一步研究各种谷物以及蛋白类食物在挤压过程中发生的一系列变化，以及挤压食品的营养与吸收问题;现阶段随着控制技术的发展、新材料的发现与应用挤压技术得到更大的发展，生产能力越来越大，通过对挤压过程的精确控制，生产出的产品愈加符合人们的期望。采用挤压技术加工食品在我国已有悠久的历史，但直到70年代还停留在爆米花的手工业状态从70年代中期开始，尤其是近十几年来，我国用挤压方法生产食品得到了很大的发展，随着任命生活水平的提高以及饮食结构的变化，挤压食品的品种和产量日益增多。 1.1.3 挤压机生产膨化食品现在国内外的各大生产膨化食品的公司企业一般都是用挤压法生产食品，挤压加工概括的说是将食品物料置于挤压机的高压和适当的温度的状态下，然后突然释放到常压，使物料和各种调味料、香料达到充分渗透、混合和输出的过程。所以用蒸煮挤压法生产可以取得更好的混合效果，原料利用率高，营养损失小，生产出的食品口感，香味的持久力都比传统的加工方法好。总的来说，用挤压法生产膨化食品是现今的发展趋势。 1.1.4 挤压膨化原理物料在挤压机套筒内受到螺杆的推力作用和加热作用以及卸料模板和反向推力的作用。在3 8MPa和200 e 左右的高温高压下。物料中的水分不会沸腾蒸发,出现熔融状态下的物料。模头出料过成中, 压力迅速降为常压,水分迅速蒸发, 温度降到80 e 左右, 从而使物料变成多孔结构形状的膨胀食品。1.2 挤压机的发展 1.2.1 国内外挤压机的发展状况挤压机作为挤压加工技术的关键得到了广泛应用。挤压加工主要由一台挤压机一步完成,包括:原料的混炼、熟化、粉碎、成型等工艺。只需简单地更换挤压模板，就能生产不同样式的产品。1879 年英国人得到了螺杆挤压机的第一个专利，从此挤压机开始进行生产。到本世纪30年代,用于谷物加工的单螺杆挤压机问世,开始用于生产膨化玉米。60 年代, 渐渐出现用于食品加工领域的双螺杆挤压机。70 年代开始，食品挤压技术和挤压加工机械在中国开始研究。吸收了国外的思想和技术，国内许多生产厂家为了提高生产效益从世界各大公司引进了先进的挤压设备。国际上有代表性的挤压机生产企业如：德国的WP 公司,日本的卡尼奥食品有限公司, dafsal机械公司， dswrfr 食品机械公司, MAP 机械制造公司,瑞士的dafsfa食品机械公司等。国内的许多机械厂也先后生产了不同型号的挤压设备,单螺杆设备较多。用于食品生产的螺杆挤压机具有工艺简单、一机多用、连续性好、效率高、能耗低、成本少、收益高的特点。生产出来的食品口感好、易吸收、营养损失少、保质期较长、易食用。目前,挤压技术已经发展成为最常用的膨化食品生产技术之一。我们对挤压机的研究与开发也势在必行。 1.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来近几年双螺杆挤压技术得到了迅速地发展。通过研究表明, 双螺杆挤压技术与单螺杆挤出技术相比更具有无法比拟的优越性,物料能更加充分、彻底混合揉捏。机器运行时, 由于双螺杆互相啮合而具有自行擦净的功能, 所以不会出现单螺杆挤出机中螺杆堵塞的物料在套筒内表面结焦。同时双螺杆挤压机还有的优点就是可以适应更多的原料, 解决了单螺杆挤压机无法对高水分和高脂肪物料进行加工的难题。双螺杆挤出机因其工作性能高、工作效率大, 受到了食品行业和橡塑行业的较高重视。根据相关文献的阐释, 对双螺杆挤压机在国内外的发展前景、双螺杆挤压机在食品橡胶生产中的应用、双螺杆挤压机的重要构造，挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国双螺杆食品挤压的研究与发展有益。1.3 本课题应达到的要求了解螺杆挤压机的挤压膨化原理和结构特点，了解反向旋转型双螺杆挤压机的工作原理，进行反向旋转型双螺杆挤压机主要结构参数研究，进行反向旋转型双螺杆挤压机的设计，反向旋转型双螺杆挤压机挤压部件的设计。了解双螺杆挤压机的维护维修，及其使用时的注意事项。 2 反向旋转型双螺杆挤压机的简介2.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用 2.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点反向旋转式双螺杆挤压机一般采用两根尺寸完全相同的螺杆,但是其螺纹方向相反。反向旋转可分为向内反向旋转和向外反向旋转两种形式,两者的的主要区别在于压力区位置的不同。向内反向旋转式双螺杆在上部进入啮合，建立高压区，在下部双螺杆脱离啮合，形成低压区。物料在通过双螺杆时受到挤压，但螺杆啮合紧密，就会造成入口压力极大，导致进料困难。因此，目前这种向内反向旋转式很少采用，仅用于非啮合双螺杆挤压机上。向外反向旋转式特别适用于干粉料的加工，也曾被广为采用。这种旋转式建立的高压区在下部，低压区在上部，有利于喂入物料。挤压中，物料受到类似辗轮产生的挤压捏合作用。和同向旋转不同的是物料在螺杆内会形成的C形段，由于两根螺杆旋向相反，只能在一根螺杆内向排料口作轴向平移，而不可能从一根螺杆移向另一根螺杆，直至从排料口挤出。牵引产生的正流和反压产生的逆流只能在C型腔室内进行，被阻挡在啮合区的物料经受一根螺杆螺纹顶面和另一根螺杆螺纹根部及啮合螺纹侧面的辗压和捏合。因此，同向旋转所产生其物料产生的混合程度比反向旋转式双螺杆挤压机的混合程度要大。 2.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用 2.1.2.1 在组织化蛋白质生产上的应用在一定的高温高压下,植物蛋白质会变成组织化。在双螺杆挤压机螺槽与筒壁之间剪切力的作用下,物料中的蛋白被强烈地展开, 出现了相对地直线形状。分子链展开后变得自由，能够重新定向和再组合形成纤维状态。类似瘦肉维组织结构, 吸收水分后具有一定的弹性, 口感较好。 2.1.2.2 在膳食纤维加工中的应用膳食纤维可以清理肠胃、解毒等功能，还能降低体内胆固醇水平和降低血糖。但是纤维素比较难溶,人体很难吸收, 口感不好,它的开发和利用被限制了。然而, 利用双螺杆挤压技术可以提高膳食纤维的溶解度,生产味道更好的膳食纤维。 2.1.2.3 在浸油中的应用双螺杆挤压技术利用于浸油原料进行膨化预处理,可得到更佳的效果。当物料被输送到挤压腔后,通过挤压、摩擦和加热作用产生高温高压效果,物料被剪切、熔融,使物料的组织结构发生了变化。物料从高温高压下被挤出降到常压状态时,物料中的水蒸发产生巨大的压力,就会膨化成型，产生许多带细微的孔状。此时的物料非常有利于油料的浸出。目前研究较多的是从葵花籽、花生、芝麻中提取油。 2.1.2.4 在休闲即食食品加工中的应用现在市场上利用双螺杆挤压机生产的食品的主要原料是谷物,例如水稻、大豆、麦子等。采用双螺杆挤压机一是能运用少量能量加工谷物食品,，二是可以加入更多的配料加工,所以可以生产出不同口味的食品,从而能不断地创新,更好地满足市场需求和创造更大的经济价值。 2.1.2.5 在高蛋白质谷物类食品加工中的应用用谷物生产的高蛋白质类产品主要是通过蒸煮、脱水加工而成，更易于食用和消化。目前, 挤压技术已成功地应用于高蛋白质谷物类食品的生产中。 2.2 双螺杆挤压机的工作原理 2.2.1 挤压原理强制输送根据螺杆旋转的方向不同，双螺杆挤压机可分为同向旋转和反向旋转两大类。根据双螺杆的旋转方向，啮合程度和螺纹参数的不同，双螺杆的啮合部分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。理想的全啮合反向旋转的双螺杆的C形小室是完全封闭的，小室中的物料跟着小室一起前移，输送过程中不会产生倒流或滞流，因此具有最大的强力输送。由于口香糖胶基的粘性大，为了减少物料和螺杆、机筒的摩擦力，使物料更容易螺旋输送，本设计采用向外反向旋转式双螺杆。混合作用图2.1 反向旋转，物料在双螺杆螺槽中的流动情况因为反向旋转双螺杆在啮合处螺棱和螺槽的速度方向相同，但是存在速度差，所以被螺纹带入啮合间隙的无聊将受到螺棱和螺槽间的挤压和研磨，使物料得到混合和混炼。自洁性能反向旋转的双螺杆，在啮合处螺纹和螺槽间，存在速度差，在相互擦离的过程中，相互剥离粘附在螺杆上的无聊，使螺杆得到自洁。压延效应向外反向旋转的螺杆挤压机，由于有使物料向上运动的趋势，因此没有明显的压延效应。 2.2.2 挤压加工系统机筒挤压成型料仓喂料装置加热与冷却图2.2 典型食品挤压加工系统链图如图1.2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、控制等部分组成。2.3 总体结构设计螺杆挤压机总体结构对整机的性能有很大的影响，总体结构包括挤压系统，传动系统和驱动源的相互位置关系。由于这些关系的不同，构成了种种不同差别：（见表2-1）表2-1 总体结构设计分析表总体类型不同类型优点缺点外观形式卧式螺杆挤压机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计量部分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结构设计受限制，空间高度要求高联接形式整体式螺杆挤压机结构紧凑不便于加工和装拆、维修动力源和传动装置位置电机置于机器旁侧便于电机及机器维修占地面积大电机置于减速箱前部，挤压系统下部机器结构紧凑，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轴向长度较长，占地面积相应增大电机置于减速器上部占地面积小由于振动问题，要求支架有足够刚度结论：通过以上分析，结合本课题的实际情况，拟采用卧式分段式结构形式，动力源和传动装置位置选用电机置于减速箱前部，挤压系统下部。3 反向旋转型双螺杆挤压机的设计3.1 螺杆的设计及计算 3.1.1 螺杆结构设计螺杆是挤压机最重要的关键部件之一,其结构及其几何参数的设计合理与否之间关系到挤压过程。 3.1.1.1 螺杆结构设计要点生产能力：生产能力是设计螺杆的主要指标之一，不同规格的螺杆生产能力是不同的，同一规格的螺杆，由于结构和几何尺寸的差异或由于螺杆转速的差异也不同。通常我们取生产能力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，在一定程度上说明了螺杆的结构及几何参数的合理与否。对于85机来说，一般认为Q/n1（kg/h/r/min）是同规格机台中比较好的比流量值。本设计中，生产能力定为Q150kg/h,螺杆转速根据生产口香糖的工艺要求取为n40min，则比流量Q/n150/403.75，较合理。功率消耗：从能量平衡来看，物料所消耗的能量应等于物料在挤压系统中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，如果机筒外加热功率相同时，以螺杆每单位生产能力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，螺杆的单耗较低比较好。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，直接影响生产能力的稳定性。温度的波动可以通过粘度的波动而影响Q的稳定性。根据与挤压法生产口香糖的比较，机筒温度和压力的大小对挤压生产口香糖的产品品质有着极大的影响，温度升高有利于提高物料混合的速度和程度，但也会降低模头处的压力。因此，应视温度和压力对口香糖的影响程度，合理选取控制，避免两者的较大波动。螺杆的加工制造是否容易，使用寿命是否长。螺杆加工制造困难，影响螺杆的寿命。 3.1.1.2 螺杆传动系统反向旋转式双螺杆的传动系统相对来说比较复杂，一般采用外啮合传动。（如图3.1所示）图3.1 螺杆传动系统 3.1.2 双螺杆的有关计算螺杆主要结构参数有：螺杆直径，长径比，螺杆各段主要参数，螺纹形状，螺杆的螺纹头数。图3.2 等深变距螺杆 3.1.2.1 螺杆结构和啮合方式的确定本设计中螺杆的设计仍按普通螺杆的方法进行设计改进。普通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设计较大的压缩比，我们拟采用等深变距螺杆。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始至均化段末端是从宽变窄，结构形式如图3.2所示。为使进料均匀，协调螺槽输送物料和熔融的能力，螺杆采用单头螺纹，并部分啮合，以使物料受到较大的剪切和混合，有利与生化反应的进行。 3.1.2.2 螺杆直径Ds的确定螺杆直径是螺杆主要的参数之一，在设计螺杆时，一般是根据生产能力和理论公式来计算螺杆直径，这种方法是比较是困难的，因此可选用下列计算方式进行计算，在初步确定螺杆的生产能力和转速后，根据经验的生产能力公式初步确定螺杆直径： (3.1) 式中 Q 生产能力，kg/h 螺杆直径，cm 螺杆转速，r/min 经验出料系数，一般取0.0030.007本设计中，（工作转速），由式（3.1）得取标准螺杆直径。 3.1.2.3 长径比L/Ds的确定在挤出理论的其他条件一定时，增大长径比，物料在螺杆中的停留时间变长，即保证了物料进行较好的融合，但过大的长径比会造成停留时间过长而使热敏性物料分解。因此，应根据被加工物料的物理性能和产品质量的要求来考虑。为使物料和调味料的充分混合，延长熔体在机筒内的停留时间，保证其均一性，参考有关资料，初步选取长径比，则螺纹段总长取标准长L1200mm，修正 3.1.2.4 螺杆各段主要几何参数的确定物料在螺杆中的挤压经历固体输送、熔融和均化的过程。因此，整个螺杆的设计通常分为三部分。以下具体计算确定各段的几何参数。1 螺槽深H由于螺杆设计成等深变距形式，取统一螺槽深取H15mm，则螺杆根径。2 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54mm、48mm、36mm。3 各段长L根据经验数据，确定各段长如下：加料段，取螺距的整倍数，熔融段。取螺距的整倍数，均化段 3实际螺纹段总长 m4 螺纹升角、参考公式螺杆外径处螺纹升角螺杆根径处螺纹升角分别计算出各段的螺纹升角、，列表如下：（表3-1）表3-1 各段螺纹升角表第一段第二段第三段11.43210.197.67817.35515.5311.77 3.1.2.5 其他参数的确定1 双螺杆中心距A和螺杆啮合间隙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，螺杆部分啮合，需要存在一定大的间隙，应满足，即，则取A80mm2 螺杆与机筒的配合间隙间隙的选择主要根据所加工物料的性能和机械加工条件来决定。参考，一般取挤压机的配合间隙。图3.3 梯形螺纹断面图3.4 开槽螺纹 3.1.2.6 螺纹断面形状的确定对于小直径螺杆，一般选用梯形螺纹，由于其前后缘有较大的倾角，有利于物料的流动，同时具有较好的混合和均化物料的作用。其断面形状如图3.3所示。本设计中，各段螺纹统一取倾角圆角半径，取R5mm 螺棱顶宽，取为了使物料在机筒内流动顺畅，减少流动阻力，减轻模头压力，免发生堵塞现象，并维持其均一性和连续性，我们在均化段螺纹上开半圆槽，具体结构如图3.4所示。 3.1.2.7 压缩比i全螺纹双螺杆的压缩比等于加料段一个螺距的螺槽容积与挤出段一个螺距的螺槽积之比，不计过渡圆弧的影响，其计算式如下：（3.2）式中、分别为加料段、挤出段的螺距、分别为加料段、挤出段的螺纹头数、分别为加料段、挤出段平均直径处的螺纹轴向厚度 D、d 分别为螺杆外径、根径、分别为加料段、挤出段的啮合面积的一半因为螺杆等深，截面形状一样，且是单头螺纹，啮合面积、忽略，由式（3.2）初步估算压缩比 3.1.3 螺杆的强度校核 3.1.3.1 材料选取螺杆材料选用38CrMoAlA，氮化处理，其综合性能较好，使用广泛。主要性能参数详见表3-2。表3-2 我国螺杆和机筒的常用材料材料类别性能45#40Cr钢镀铬38CrMoAlA屈服极限(Mpa)360800850最高使用温度()500500热处理硬度(HRC)基体45，镀铬层5565耐HCL腐蚀性不好较好中等热处理工艺简单较复杂复杂线膨胀系数（10-6/）12.1基体13.8，铬层8.29.214.8相对价格11.52.5 3.1.3.2 连接方式螺杆的连接方式按照螺杆与减速箱中的传动轴固定方式不同，一般可分为紧固和浮动式。本设计中将采用浮动式，即螺杆与传动轴为两个不同的零件，并以较松的配合连接，在挤压时可在机筒内浮动，整个螺杆在实际计算中可近似地视为一悬臂梁。 3.1.3.3 受力分析图3.5 螺杆受力示意图螺杆的受力状态如图3.5所示。主要受到物料的压力p，克服物料的阻力所需的扭矩和自重G的作用。根据图3.5可知，螺杆径向所受的压力p大小相等方向相反，所以可以互相抵消，计算时只考虑p对螺杆轴向的影响（即轴向力）。由分析可得，对螺杆的强度计算，在弯、压、扭联合作用下进行复合计算，一般状况下因为螺杆根径处的承载能力较差，因此可归结于上面所提的复合应力的作用下螺杆根径断面强度的计算。 3.1.3.4 双螺杆的校核对螺杆进行强度校核计算。(1) 由轴向力产生的压缩应力（3.3）取螺杆轴向最大压力，螺杆外径，内径代入式（3.3），得 (2) 由扭矩产生的剪应力（3.4）根据（3.5）对于的挤出机，取K0.00354，另取n为螺杆最高转速，则计算所得挤压机驱动功率取传动效率，则电机输出功率选用YCT3154A电磁调速电机。通过电机调速，可方便地调节螺杆转速，继而柔性地改变操作参数，达到生产膨化食品的控制要求。YCT3154A电机的基本技术参数如下表3-3所示。表3-3 YCT2504B电机主要技术参数标称功率（kW）输出转矩（Nm）额定转速下调速范围（r/min）转速变化率不大于%3723213201322.5取挤压机主电机最大传动功率，由式（3.4）得由螺杆自重G产生的弯应力（3.6）将L1.5m，代入（3.6），得(3) 螺杆的复合应力根据材料力学可知，对于塑性材料合成应力应用第三强度理论计算，即（3.7）式（3.7）中螺杆材料许用应力：，取，则所以复合应力螺杆强度足够。3.2 机筒的设计及计算挤压机的挤压系统由螺杆和机筒共同组成，热量传递的稳定性和均匀性都与其结构形式有关，在进行机筒设计时，机筒结构形式的选择必须考虑，机筒上的加料口形式，机筒与机头的联接方式以及机筒的加工等问题都要进行研究。 3.2.1 机筒结构形式由于啮合异向平行双螺杆挤出机对机筒的要求很高有良好的密封性等，所以机筒一般采用整体式，整体式的缺点是机筒过长，难于加工和清洁。图3.6 喂料口断面图 3.2.2 料口结构设计加料口的结构必须适应物料的形状，使被加工的物料能够从料斗或加料器中不间断的自由流入螺杆，能很好的适应各种粉料粒和带状物料，如图3.6。 3.2.3 机筒材料的选择为节约贵重金属，在满足性能要求的前提下，机筒材料选用40Cr，内表面镀铬，以提高其抗磨性和耐腐蚀性。图3.7 整体式机筒 3.2.4 机筒的连接方式机筒的结构有整体式、分段式等。本设计中机筒结构采用整体式，整体式机筒的特点是长度大，加工要求高；在加工精度和装配精度上容易的到保证，也可简化装配工作；在机筒上设置外加热器不易受到限制，机筒受热均匀；对于物料的输送更容易。参考，机筒壁厚取45mm。机筒强度校核略。3.3 传动系统的简单设计传动系统是挤压机的主要组成部分之一，螺杆的驱动，并使螺杆能在特定的工艺条件下获得所必须的扭矩并且能够进行均匀地旋转，从而对物料完成输送和塑化。 3.3.1 传动系统设计图3.8 传动系统示意图初步确定挤压机传动路线如图3.8所示。 3.3.2 电动机的选用螺杆转速的调节是生产食品的一个关键性操作参数，因此在本设计中，我们将采用无级调速电机与有级减速机的组合。采用无级调速电机，主要是因为其工作特性曲线与挤压机的工作特性相似，所以采用它来作原动机，能够保证有较高的功率因素与效率(cos0.60.96，5060%)，且启动性能好，运行稳定，可得到较合理的使用。为使螺杆获得足够的转矩，电机调速不应太低，控制在1000r/min左右。采用有级减速机，承担大部分的传动比，可满足这一要求。为减小整机外形尺寸，使结构紧凑，电机置于下方，通过带轮传动带动减速机。带轮不仅可以分担一定的传动比，而且还可使整个系统传动稳定，并起到过载保护的作用。由前面电机选用YCT3154A电磁调速电机。 3.3.3 螺杆推力的传递和拉杆强度校核螺杆推力的传递是挤压机传动系统设计中最须解决的问题之一。本设计中，物料压力的传递路线是这样的：一方面，物料对螺杆的推力由螺杆出发，依次经过套筒联轴器套筒轴承支架，传至传动箱内的从动轴上，再通过推力轴承，传到传动箱箱体，而传动箱又通过拉杆固接于机架；另一方面，物料对模头的压力通过端盖传至机筒，由于机筒通过螺栓固接于机架，这样就形成了一个“封闭力系”。通过上面的分析，我们看到物料对螺杆的推力最终是通过拉杆传递到机架上的，全部轴力都作用于拉杆，这就对拉杆的强度提出了很高的要求。本设计中，拉杆螺纹规格为M30，数目为4，安装时预紧。以下是参考对拉杆抗拉强度进行校核计算的过程(视拉杆为螺栓，静载荷)。计算项目计算内容计算结果计算拉杆受力端盖承受最大压力上面计算已知拉杆工作载荷 (式6.13) F11350.475.N剩余预紧力 (见6.3.1节) 拉杆最大拉力 (式6.5) 计算拉杆应力拉杆直径已知 d30mm 螺纹段几何尺寸查手册续表5-2得， p3.5mm，H0.866 p3.031mm拉杆危险截面面积选择拉杆材料 45钢选择拉杆性能等级 4.6级，则安全系数 Ss2.5 拉杆许用应力拉杆应力结论：，拉杆强度足够安全 3.4 辅助零部件设计计算 3.4.1 加料系统设计计算为了将物料不断的供给挤压系统，必须在挤压机上设有喂料系统，加料装置的设计适当与否，对挤压机的产量，产品的品质等有直接的关系。喂料基本要求按照设计实际需要及具体条件来决定装置设计重力加料物料在料斗中依靠本身的重力进入挤压系统，在料斗上方设置喂料器，均匀的喂料，且能控制喂料量，满足各种不同物料加工需要，避免进料不均匀的现象，提高产品的质量和产量。 3.4.1.1 加料系统组成图3.9 加料系统组成示意图本设计中，加料系统拟采用喂料装置进料斗喂料系统机筒进料斗方案，见图3.9。其中喂料系统主要由调速电机、水平螺旋输送器组成。使用螺旋输送器，不但可以方便地控制和调节进料量，而且在运送物料的同时亦可对其进行进一步搅拌、揉捏、混合，保证物料均匀、稳定。 3.4.1.2 水平螺旋输送器设计由上面所知，本设计中将采用螺旋输送的加料方式，在对其进行设计计算时，必须先确定设计的原始条件，包括输送能力、物料性质、工作环境、布置形式等。 3.4.1.3 螺旋直径和转速的确定以下计算参考查表1-15和1-16得物料填充系数0.15,综合特性系数K0.0710，B20，倾角系数C1.0(水平，倾角0)，采用带式面型螺旋面螺旋，则节距tD。又已知生产能力G0.15，物料密度，则根据式(1-39) (3.8)由式（3.8）计算螺旋直径D，得圆整为标准直径，取D0.09m (3.9)由式（3.9）计算极限转速圆整为标准转速，取n60r/min填充系数的校核公式为（3.10）按式(3.10)校核填充系数由于计算所得的值在推荐值的的范围内，因此计算所得结果合格。 3.4.1.4 螺旋主要结构参数确定图3.10 螺旋几何形状如图3.10所示，螺旋的主要结构参数有外径D、根径d、节距t、叶片厚、螺旋顶部升角和根部升角。外径D90mm，已知。节距tD90mm取叶片厚根据（3.11）得根径 0.0920.15(0.7153.1420.0.128230.0990)1/20.049m圆整，取d50mm，则螺旋升角（3.12）（3.13） 3.4.1.5 螺旋传动方案确定为增强输送和混合效果，本设计中采用双螺旋，同向旋转，部分啮合。双螺旋的中心距a(9d)2(9050)238mm，取啮合间隙2mm，则a72mm。螺旋的传动方案如图3.11所示。由于中心距较小，相应螺杆上的齿轮直径很小，因此采用分配齿轮（直径较大）同时带动两小齿轮，从而驱动螺旋旋转为了不影响电机的调速范围，设计时分配箱的增速比我们控制在1.5之内图3.11螺旋进料传动方案 3.4.1.6 电机选用进料量的调节是挤压生产过程的一个重要操作参数，基于这种考虑，设计中我们选用机械式无级调速电机驱动螺旋，通过调速，来改变进料速率。所选电机型号为MBW-0.8 Y -0.75-DC5（MBN带一级齿轮减速）。其主要技术参数见表3-5。表3-5 MBNW-Y07-0.55-C5型电机技术参数额定输入功率输入转速齿轮减速传动比变速范围许用输出转距0.75kW1500r/min540200r/min4830Nm 3.4.2 加热与冷却系统的设计 3.4.2.1 加热和冷却装置系统由挤压理论可知，温度控制是挤压过程得以进行的必要条件之一。挤压机加热与冷却系统就是为了保证这一必要条件而设置的。加热冷却装置及其控制系统设计是否得当，将直接关系到挤压机的生产能力、产品的质量和能量的消耗。因此，挤压机的加热冷却系统又是挤压机的一个重要组成部分。 3.4.2.2 机筒温度分布对物料的影响机筒温度的分布控制是挤压加工过程中一个关键的操作参数。根据对物料流动特性的分析，可知温度对于挤压物料的粘度影响很大。随着温度的升高，物料的粘度将会减小。在相同产量Q的情况下，当物料的粘度减小时，将同时减小挤压机模头处的压力。机筒温度的升高，使的物料活性失效，减弱了调味料混合在物料内被封闭和持续释放的特性，同时也挤压机的模头压力，因此，我们应视温度和压力对生化反应的影响程度，对机筒温度进行严格控制和调节，以利于反应正常进行，确保产品的质量。在物料的挤压加工工程中，刚开始段的机筒温度加热，使物料和调料开始吸收，接着进行一段长的捏合区，此时温度低于48，压力升高至2MPa,促使调并使物料获得足够的成形力，最后通过模具挤出成形。 3.4.2.3 挤压机加热方法的选择目前，挤压机的加热方法主要有载热体加热、电阻加热和电感应加热等三种常见形式。本设计中，考虑到机筒壁厚较大(45mm)，可能会出现壁温分布不均匀、升温滞后等现象，不利于精确控制和调节，因此机筒的加热方式拟采用电感应加热。电感应加热是通过电磁感应在机筒内产生电涡流而使机筒发热的一种加热方法。图3.12所示为一种电感应加热器的原理结构图。图3.12 电感应加热器和原理结构图这种加热器是在机筒的外壁上隔一定的间距装上若干组外面包以主线圈 5 的硅钢片 1 。将交流电通入主线圈时，就产生了如图中所示方向的磁力线，并且硅钢片和机筒之间形成了一个封闭的磁环。由于硅钢片具有很高的导磁率，所以磁力线能以最小的阻力通过。而机筒作为封闭回路一部分其磁阻要大得多。磁力线在封闭回路中的频率与交流电源相同，当磁通发生变化时，在封闭回路中就会产生感应电动势，从而引起二次感应电压及感应电流，即图中所示的环形电流，亦称电涡流。电涡流在机筒中遇到阻力就会产生热量，从而对机筒加热。电感应加热与电阻丝加热相比具有如下几个特点：1 接加热物料的，因此预热升温的时间较短（大约7分钟左右）。在机筒的径向方向上的温度梯度较小。2以上特点，采用此加热器对温度调节的反应较电阻加热灵敏，从而有较大的温度稳定性，对产品的质量很有利。3 的温度不会超过机筒的温度等原因，它比电阻加热器可节省电能（有资料表明可省30%左右）。4 在正确的冷却和使用的情况下，感应加热器的寿命比较长，其值可见表3-6。表3-6 电感应加热器寿命温度加热器寿命h2004500025030000300110003507500 3.4.2.4 冷却装置设计由于螺杆直径不是很大，且螺杆扭距很大，在螺杆中心部开槽通入水管进行冷却，势必会严重削弱螺杆强度，而由于口香糖挤压加工所需的温度不能很高，一般控制在70以下，只对机筒设计完全可以达到要求，故本设计将只对机筒进行水冷却。本设计中采用冷却水管缠绕铸入铝块中，安装在机筒表面进行冷却的方法，其结构如图3.13所示。这种结构的特点是冷却水管也制成剖分式，拆卸方便，冷冲击也较小。由于设计中加热与冷却是相对独立的，因此制造简单。为防止水管堵塞，可在进水管加装滤网。图3.13 机筒冷却装置 3.4.3 模头装置的设计 3.4.3.1 模板装置设计的基本要求1 模板设计原则为：熔融料的流道呈十分光滑的流线型，不得有突变，更不能有死角和滞留区；保证模板有足够的压缩比，使料能在模板内形成必要的压力；在强足够的条件下，结构紧凑，易于加工制造和装拆维修。同时结构尽量对称，以使传热均匀；材料选用合理。2 对模板材料的要求：耐蚀和耐磨损；在模板的内压作用下有足够的强度和刚度；在高温下不变形，模板各组成零件视所处位置和工作要求可选不同的材料。3 对模板的加工装配要求：模板的装配要求高，各零件的加工视作用不同而异。所以，选用材料为：38CrMoAl氮化处理。 3.4.3.2 模头结构对生产食品的影响分析实验研究已经表明，模头结构参数K是影响挤压机生产过程的一个关键结构参数，因为挤压模孔是最终形成挤压压力的阻力。对于产品而言，挤压机最终产生的模头处的压力对于物料与调味剂的混合均匀、和调味料的持久时间有较大影响。K值主要与挤压模孔的口径和长度有关。由于此设计模孔口径一定，所以只考虑挤压模孔的长度，长度过长，将导致模头处压力P过高，使熔体段过长，而长度过短，相同产量下压力P较小，通过提高产量，可提高P，但会影响产品特性和挤压机主机功率消耗和螺杆工作情况。 3.4.3.3 模头结构根据模板设计原则，熔融物料挤出时，流道变化应呈十分光滑的流线形，不得有突变区，更不得有死角和滞流区。物料的粘度越大，流道变化的角度应愈光锐，同时保证有足够的压缩比，使物料在模板内形成必要的压力。由于各个产品外形大小不一样，本设计的模头出口设计成宽度为5mm,长度为6cm的长方形形式。图3.14 模头结构示意图为保证反应时间充分，在出口处加长机筒，以延长胶基面团熔体在熔融段的停留时间。加长方式及模头结构具体见图3.14。由于模头处压力很高，对模头端盖要求有足够的强度和刚度，且要耐磨、耐腐蚀。本设计中端盖采用40Cr，调质HRC2832。 3.4.4 润滑油的选用 3.4.4.1 滚动轴承的润滑合理的润滑对于提高轴承性能，延长轴承的使用寿命具有重要意义。滚动轴承的润滑方式可根据速度因数值，参考14表18.17选取。本设计中，dn40401600mmr/min，故采用脂润滑。根据较大载荷、低速、较高温度等工作条件，本设计中采用钙钠基润滑脂(ZBE 36001-88)，代号ZGN-2。推力球轴承采用上方进油，由布油器喷油强制润滑，润滑油牌号与齿轮传动同。3.5 双螺杆挤出机辅助系统的设计 3.5.1 定量给料系统定量给料系统由电动机、减速箱、送料螺杆和加料斗组成。送料螺杆实行无级调速，其螺杆速度视双螺杆转速而定。也就是说，随双螺杆转速的提高而提高。一旦建立了平衡，送料螺杆的送料量就等于挤出量，也就等于工作产量。送料螺杆与挤出螺杆可实现同步调速，且转速可直接从仪表上显示出来。在减速箱内要加入30号机油润滑。另外，在加料斗内附有CJ3型磁力架，可有效地防止钢制螺钉、铁屑导磁金属杂物随塑料原料混入挤出机螺杆内。保护螺杆不受损环。 3.5.2 恒温系统恒温系统由油箱、电动机高温齿轮泵、电加热器和水冷却器组成，安装在机身内部。本部件可按设定温度值加油温，起到对螺杆进行加热或冷却的作用。在开冷车时，通入的高温油起加热螺杆作用。工作一段时间后，由于塑料受混炼及剪切作用，螺杆温度不断升高。为了不使螺杆过热，此时高温油起冷却螺杆作用。通过本装置可使塑化温度均匀，物料不易分解，从而提高了塑料制品的质量。本部件油温可实现自动控制和检测。其温度值可在仪表上显示出来。油箱油质采用250苯甲基硅油，并设有液位报警装置。 3.5.3 冷却系统冷却系统由环形油箱、电动机和水冷却器组成，安装在机身内。本部件主要作用是冷却料筒，并与料筒上电加热圈配对使用，冷却油接通与断开由电磁阀控制。本部件设有二个电磁阀，分别控制料筒的二段（第二段和第三段）冷却。本部件实行热电偶自动控制。油箱油质采用250苯甲基硅油。 3.5.4 真空排气系统真空排气系统由水环式真空泵、粉气分离器、电磁阀门和联接管道等组成。物料在挤出塑化过程中，往往夹带空气、吸附的水份以及在成型温度下所产生的挥发物。这些混合气体夹杂在物料中，如不及时排出，则会影响塑料制品的质量，使制品的表面和内部会出现孔隙、气泡、疤痕等现象。本系统的作用就是通过水环式真空泵将这些混合气体从料筒的排气口内吸出，排至室外，从而保证制品的质量。真空度可通过旋塞阀调节，一般可控制在负0.075MPa以下，或根据挤出工艺要求选定。本系统在真空泵进水管道上还设有电磁阀，其作用是在真空泵工作时才开启阀门，真空泵停止工作时，阀门则关闭，进水量大小可通过旋塞阀调节。 3.5.5 电气控制系统电气控制部分由直流调速控制和加热控制系统两大部分组成，它们组装在机身一侧的电气控制箱内。主螺杆电机和给料螺杆电机都有宽的调速范围，高的调速精度，两者既能单独调节各自的速度，又可两者同步运行，即按两者需要的速比实现两者同步升速和降速。为了保证两者具有较宽的调速范围，良好的调速性能，高的调速精度和强的抗干扰能力，本机都采用了可控硅双闭环调速系统。通过改变加在电动机电枢两端电压的大小，便可实现直流电动机的转速调节。电动机的速度由给定电压决定，测速发电机产生的速度反馈电压与速度给定电压相比较，其差值输入到速度调节器，经速度调节器的 P I （比例积分）调节后的输出电压作为电流小闭环的电流指定值。电流反馈信号取自互感器，经整流后与电流指定值相比较，其差值输入电流调节器，经电流调节器调节后的输出电压去控制触发器的移相角度，从而改变可控硅的输出电压，使电动机的速度和速度给定值相一致，实现了速度的自动调节。速度调节环扩大了调速范围，维持了工作速度的恒定，实现了转速的无差调节。电流调节环可把起动电流稳定在允许的最大值，达到最优控制。在过载或堵转时可获得理想的下垂特性。在电阀电压波动时，由于其的快速作用，保证了电机的转矩平衡，而不致产生自转速量的变化。本调速系统采用了新一代的可控硅调速装置，相同于进口系统，主控制板采用紧凑板结构，调节器、触发器及保护环节集中在一快板上。主回路器件选用了可控硅模块，主机的控制装置集中在一个小型笼式箱体内，主控板与箱体的连接采用翻板方式，能旋转，具有结构紧凑，技术先进，性能可靠，使用维护方便等优点。主螺杆电机采用三相全控桥具有速度控制和电流控制的双闭环调速系统，其具有良好的动态性能和静态指标。 4 挤压加工系统的安装、操作与维护4.1 挤压加工系统的安装 4.1.1 挤压机的安装基础螺秆挤压机螺秆工作转速不高，运转比较平稳，属于无特殊要求的一般机器，因此对安装基础没有特别要求，螺秆挤压机常是机座直接安放在水泥地基上。 4.1.2 调整挤压机水平以机座的上部加或安装平面为基准面调整机器水平，挤压机的水平可使用楔形垫铁来调整。 4.1.3 机筒的安装机筒与机座的安装，为了避免螺杆与机筒的研挤和螺杆的难以安装，必须调整好机筒的安装平面 4.1.4 螺秆的装拆啮合型双螺杆挤压机，装拆相当困难，由于上螺杆推力轴承系统庞大，很难从后部装拆螺杆。实际上从前部装拆螺杆，在有机筒的情况下，啮合的双螺杆对中比较困难。选用前移机筒式，为了便于机筒对中性，在机座上安装轴向导轨移动装置。 4.1.5 模头的安装安装模头时，模头与筒体之间用螺栓拧紧，不留间隙，保证模头与螺杆之间有一定的间隙，不顶住螺杆。4.2 挤压加工系统的操作 4.2.1 挤压机的开车检查驱动电动机，减速器油位计油面高低及润滑系统；检查机筒内壁和加料口内壁及螺杆外表面，清除污垢及异物，擦拭干净；按工艺要求设定机筒加热温度，待机器达到工艺温度后，在保温一段时间。 4.2.2 开车操作注意事项异常噪声：异常发生部位可能发生在减速器，也可能是机筒位置偏移：异常振动：减速器、传动箱部位发生振动时，可能是由于轴承和齿轮的磨耗和损坏引起的。4.3 挤压机的维护保养挤压机采用定期保养的方式进行维护保养，对挤压机构，分配箱解体检查、测量、鉴定主要零部件的磨损情况，更换已达到规定磨损限度的零件，修理损坏的零件。 4.3.1 螺杆的保养从机筒中拆除的螺杆应吊挂放置，避免自重而导致弯曲，螺杆表面的氮化层尤为重要，在清理残留的过程中应当尽量避免损坏。 4.3.2 机筒的保养螺杆拆出后,在机筒有余温时物料等残留物就相对较软，此时擦净机筒就比较方便，同时也可判断其磨损情况。 4.3.3 挤压机其它部分的保养减速器、传动箱和分配箱的保养与一般标准减速器相同，主要是检查齿轮，轴承等磨损和失效情况。4.4 设计中的几个问题双螺杆挤压机中带有一些带普遍性的问题，其中有的是十分重要的问题，有的是目前还未能够圆满解决的，有的问题则是因试验，观察手段不足等造成的，在设计中只能由简化等方法来处理。1 螺纹曲线的修正：通过对螺杆设计中螺纹元件表面生成过程所得到理论曲线，实际设计中不能采用，因为这样得到的两根螺杆如果按照设计中心距装配后间隙将为零，而双螺杆的装配和运转都要求他们之间有一定的间隙，如何获得这个间隙，有不同的方法，如适当减小中心距；把螺旋面上各点沿其法线方向平移等距离，得到修正后的螺旋面。2 传动箱输出轴轴承的选择：双螺杆挤压机传动箱的主要功能是传递功率和分配扭距，它的多轴输出结构在其它机械上也有应用，特殊之处是两根输出轴的中心距已经给定，而输出轴上所受的轴向力与扭距很大，与之有关的轴承、齿轮、联接螺钉及箱体都将承受较大的载荷，其输出轴的止推轴承与径向轴承在这些受力元件中是最为弱的环节。轴承选择与布置主要要考虑以下几点：要有足够大的承载能力，一般机头的设计压力大于5Mpa；要有适当的寿命；轴承部件间的刚度应匹配；要考虑安装、拆卸、维修、更换部件的方便。3 机筒冷却形式的确定：目前油冷最多采用，因为她有冷却缓和，不至于产生温度陡降现象的优点。选择冷却介质是要注意，介质的热力学指标和其在换热器内流动的速度要匹配，否则将降低换热器的环热效率。4 原动机与传动箱的连接：对这一联接的基本要求是应弹性的，应有反应时间极短的切断功能，以保证在非常情况下分配箱内零件和机筒、螺杆不受破坏。5 其他方面：双螺杆挤压机是一个多输入多输出系统

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