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200 年 月 1 小型试验用水果取汁机 张岩 （ 塔里木 大学 机械电气化工程 学院 ， 新疆 阿拉尔 843300） 摘 要： 本设计 针对 实验室的果汁成份检测时果汁的取用而设计。本人此次的设计理念是参照了双螺旋机构设计而成，利用传动装置带动双螺旋杆进行压榨取汁，过滤装置用两级过滤，第一级用粗滤，第二级细滤采用孔滤膜。总体设计保持小巧，简便，成本低的理念设计。 关键词： 取汁 ；压榨；双螺旋杆；过滤 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 食品加工工业是二十 一世纪的主要工业之一，它的发展速度和水平是一个国家人民生活水平及改善程度的一个重要标志，它直接关系到制造业和加工业产品科技含量的多少以及食品深加工附加值的高低。食品加工业对人类发展和社会进步做出了其他工业不可替代的贡献。 中国人历来重视养生之道，随着人们饮食消费观念水平的提高，鲜榨果汁将取代碳酸饮料成为人们的主要饮品。 果汁含有多种有机酸、芳香物质和酶类，可刺激食欲，有助于消化，因此，常常作为早餐前的开胃食品。果汁中特别富含钾、铁、硒、铬等无机盐和微量元素、维生素 c、胡萝卜素以及多种抗氧化活性物质。此外，喝果汁还有利于膳食中铁的吸收。 综上所述水果的品质检测也越来越重要，检测水果最方便快捷的方法就是取其果汁来检测，所以对于试验用的小型果汁取汁机的研究和设计也越来越必要。 本装置主要用于试验中的水果取汁，综合国内外水果取汁技术及试验室要求试验设备小巧简便易于使用等要求，使用机械式挤压破碎的方法取汁，也就是传统的压榨取汁法 ，这种方法成本低，且设备体积小，完全符合在试验室使用的目的 。 自从 1883 年第一台水果榨汁机问世以来，榨汁机的性能发生了巨大的变化。 1913 年所产的葡萄榨汁机，它靠人力推动螺旋榨汁，小时生产率仅为 200千克。到本世纪 30 年代，裹包式液压榨汁机的出现，使水果出汁率一下提高了 20%，应该说这是榨汁机性能上的一次飞跃。 1962 年，布赫公司推出了 果汁生产的大型连续化作业提供了一种性能优良的压榨设备。这种由液压柔性件 (导流过滤元件 )驱动的榨汁机，榨膛内充满了一种由带沟槽的塑料带子和滤网外套所组成的柔性件，起着过滤和导流以及疏松果料的作用。压榨时，果汁穿过滤网从带子的沟槽向一端集中，榨汁过程是在挤压一疏松一再挤压的动态状况下实现的，完成一个压榨周期要持续近 1 小时，以使所有在榨膛中的果料都 受到充分的挤压，因此，水果出汁率高达 80%以上。 取汁是制汁生产的重要环节，不同的果蔬原料采用不同的取汁方式，同一种原料也可以采用不同的取汁方式。取汁技术的发展和人类开始饮用果汁的时间一样长 ,但归根结底还是分为两类压榨取汁和浸提取汁。 我国是果蔬生产大国，今年来随着农业产业结构的不断调整，果蔬不仅已成为我国农业中新兴的支柱产业，果（蔬）汁的精深加工业也发展迅猛。对于工业用的水果榨汁机中国的发展很迅猛，但与外国的差距还大；对于家用型的水果取汁机的发展也很不错，势头也不错。但是唯独对于试验用的水果取汁机研究和设 计制造的企业和单位很少。而且大部分试验用的水果取汁机构造都很简单，设计很单一，并且不是适用于全部水果，取汁困难且杂质多。 1 4 1 设计原理及机构 设计原理 本设计的工作原理是通过双螺旋杆的螺旋刀片高速旋转，使水果受到连续的挤压和剪切力实现对水果的破碎和取汁，然后通过粗滤网的初次过滤和孔滤200 年 月 2 膜的二次过滤将果汁滤清，除去果汁榨取中产生的果渣和由于外界因素产生的杂质。 特点：采用双螺旋机构做为取汁机构解决了压榨率不高的问题，因为螺旋机构结构简单，压榨彻底。过滤采用两级过滤，这样可 以更好的滤清果汁，初级过滤采用普通滤网，将可见杂质过滤，二级过滤采用孔滤膜将细微杂质滤清，之所以采用孔滤膜是因为孔滤膜是利用高分子化学材料，致孔添加剂经特殊处理后涂抹在支撑层上制作而成。亲水，具有无毒卫生性，是一种多孔性的薄膜过滤材料，孔径分布比较均匀穿透性的微孔，微孔率高达 80的绝对孔径。主要用于水系溶液的过滤，故也称水系膜。对液体的过滤效果极好，且不易破坏液体本身的分子结构。 总体设计 小型试验用水果取汁 机 结构示意 ，如图 1 所示。 图 1 小型试验用水果取汁机 其 主要技术参数如下 : 外形尺寸 /长 480,宽 202,高 541 生产率 / 10 电机转速 /r 2970 3000 双螺旋杆 转速 /r 6000 动力 /相异步电机 2 关键 部件设计 传动轴，齿轮 由 于本设计齿轮转速较高，载荷中等，由于齿轮稳定啮合齿面接触面积要增大，所以选择硬度较小材质， 50，系数 C=18。传动比 i=以传动比为转速正比齿数反比，齿数比为 2。最小根切圆锥齿轮齿数为 17 25。试选小圆锥齿轮齿数为2z=25，大圆锥齿轮数1z=50 因为总体设计和布局要求，可推得小圆锥齿轮分度圆直径不大于 80圆锥齿轮分度圆直径不大于 160上假设小圆200 年 月 3 锥齿轮分度圆为 80公式 52622z c i d 得2z= 5 2 618 0 = 28，由于齿轮齿数必须为整，所以选 28 齿1z=28 2=56 由上确定齿数为2z=28，1z=56 模数 m=80/28=于分度圆直径不小于 80数 m=因为两齿轮啮合，必须满足压力角相等模数相等这两条基本条件。所以两圆锥齿轮模数都为 上可得齿数2z=28，1z=56，模数 m=动比 i=交角 =90 。 因为圆锥齿轮和圆柱齿轮同轴所以按照设计需要，圆柱齿轮的齿数与模数与和小圆锥齿轮相同，都为 m= m=又因为两圆柱齿轮传动比为1,所以两圆柱齿轮模数，齿数，参数都相同 5 7。 轴类型的选择 本设计中电机带动大圆锥齿轮转动，电机与大圆锥齿轮采用轴连接，可知此轴主要负责传输动力，此轴为传动轴。 轴材料的选择轴的材料主要是碳钢和合金钢。 碳素钢：对应力集中敏感性弱，价格低，应用广泛。 合金钢：综合机械性能及热处理性能强，价格低，对应力集中敏感性强。 球墨铸铁或合金铸铁：吸振姓强，易于制成各种复杂形状。耐磨性强，对于应力集中敏感性弱 。 轴常用材料及其部分机械性能见，由此表可选得轴材料为优质碳素钢（ 45）。选此材料是因为价格便宜，应用广泛，且力学性能较好。 根据设计和布局可知轴的长度为 120径为 30 汁机构 本设计的的取汁机构采用双螺旋杆机构，双螺旋杆榨汁的优点在于榨汁时间长，出汁率高，但杂质含量较高，目前多用于食品加工行业 13。 图 2 螺旋杆示意图和刀片展开图 初选螺旋直径 D=90螺旋线高度1L=130距 S=20据设计需求螺旋杆的杆直径为 d=30= 2 2 2 2( ) ( 9 0 ) 2 0 2 8 5 . 5 6D S m m 2 2 2 2( ) ( 3 0 ) 2 0 9 6 . 3 5l d S m m 9 0 3 0 3022m m 9 6 . 3 5 3 0 1 5 . 2 82 8 5 . 5 6 9 6 . 3 5m R r b 1 5 3 0 4 5 m m 2 2 4 5 . 2 8 2 8 5 . 5 6003 6 0 3 6 0 1 . 3 42 2 4 5 . 2 8 由螺旋杆的截面尺寸计算抗扭截面系数， 30 33 904 4 3W ( 1 ) ( 1 0 . 3 3 ) 1 4 1 4 4 1 . 3 0t 1 6 1 6D 轴使用时的最大扭矩： 550T 9 5 4 9 9 5 4 9 0 . 8 7 66000 （ N m ） 轴的最大剪应力为： 0 . 8 7 6= 6 . 2 0m a x 61 4 1 4 4 1 1 0TW t 200 年 月 4 , 所以轴满足强度要求。 滤机构 滤机构采用二级过滤。第一集过滤采用滤网，将果汁中的杂志过滤。第二级过 滤采用孔滤膜，孔滤膜是利用高分子化学材料，致孔添加剂经特殊处理后涂抹在支撑层上制作而成。目前微孔滤膜主要由精制硝化棉，加入适量醋酸纤维素、丙酮、正丁醇、乙醇、等制成，亲水，具有无毒卫生，是一种多孔性的薄膜过滤材料，孔径分布比较均匀穿透性的微孔，微孔率高达 80的绝对孔径。主要用于水系溶液的过滤，故也称水系膜。在膜分离技术应用中，孔滤膜是应用范围最广的一种膜品种，使用简单、快捷、被广泛应用于科研、食品检测、化工、纳米技术、能源和环保等众多领域。孔滤膜分为很多中，其中微孔滤膜和核孔滤膜现在应用最多，且技术超前 8 12。 3 结论 取汁机构的设计相对合理，但由于时间仓促，且没有实物参照，所以设计中的诸多不合理因素无法通过机器运行发现，望大家见谅，本设计机型只试用于实验室环境，无法适用于大众环境，本设计还有诸多因素没有考虑望大家谅解。通过本设计得出结论水果取汁机的运用在中国还不够广泛。实验用机型很贫乏，需要大家多做研究。 4 参考文献 1王群 J1991,03:82孟昭宁 J2007,11:63. 3孙鹤宁 J1997,11:13 4杨大浩 J1986,06:15李召华 ,韩梅 ,郎娟芳 J2011,76孟德忠 ,唐广庆 J2011,18:34.