同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件毕业设计（全套图纸） .doc

原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 摘摘 要要 本文先分析了鱼肉仿真食品市场需求和生产现状 通过对仿真虾仁的分析以及与传 统加工工艺的对比从理论上来验证采用挤压机鱼肉仿真食品的工艺可行性和经济可行性 其次 分析单螺杆挤压机与双螺杆挤压机的特点以及生产工艺的需要 确定了先通过单 螺杆挤压机进行蒸煮 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 基础上 并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法 根据鱼肉仿真食品的的特殊工艺 要求 对挤压机的关键部位进行了相应的改进 本文详细的介绍了挤压机的主要零部件 分配箱 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分 配箱大小齿轮 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 寿命 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 模头装 置的选择要求 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 关键词 鱼肉仿真食品 双螺杆挤压机 加料系统 传动零部件 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 abstractabstract this 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 fish food simulation twin screw extruder charging system transmission parts 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 v 目目 录录 摘 要 iii abstract iv 目 录 v 1 绪论 1 1 1 项目背景及重要性 1 1 1 1 鱼肉仿真食品的市场需求 1 1 1 2 鱼肉仿真工程食品加工现状及分析 4 1 2 研究的主要内容 5 2 双螺杆挤压机设计 7 2 1 双螺杆挤压机的工作原理 7 2 2 挤压加工系统 7 2 2 1 挤压加工系统组成 7 2 2 2 常用挤压术语 7 2 3 双螺杆挤压机总体设计 8 2 3 1 总体结构设计 8 2 3 2 螺杆结构设计 8 2 3 3 机筒结构设计 12 2 3 4 加料系统 13 2 3 5 加热和冷却装置系统 13 2 3 6 模板装置 16 2 4 双螺杆挤压机挤压部件设计计算 16 2 4 1 主传动系统的确定 16 2 4 2 螺杆的强度计算 18 2 4 3 机筒结构的设计 19 2 4 4 模头结构设计 20 3 双螺杆挤压机的操作 25 3 1 双螺杆挤压机的安装 25 3 2 挤压加工系统的操作与维护 25 3 2 1 挤压机的开车 25 3 2 2 开车操作注意事项 25 3 2 3 挤压机维护保养 26 4 总结与展望 27 4 1 总结 27 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 4 2 展望 27 致 谢 29 参考文献 31 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 1 1 1 绪论绪论 1 1 项目背景及重要性项目背景及重要性 1 1 1 鱼肉仿真食品的市场需求鱼肉仿真食品的市场需求 二十一世纪是海洋的世纪 海洋占地球 的总面积的百分之 70 以上 蕴藏的自然资 源极其丰富 它是全球生命支持系统的基本组成部分 可以保证人类社会可持续发展 当今世界越来 越多的国家己将幵发海洋作为获取资源 扩大 人类生存空间 推动经济 发展的战略重点 我国是 一个海洋大国 海洋领域辽阔 海洋资源丰富 开发前景巨 大 海洋经济将成为 21 世纪中国新的支柱产业 我国又是个淡水渔业大国 有着广阔的内陆水域 水产品资源 很丰富 1978 年以 后 我国淡水渔业的发展非常迅速 1979 年全国水产品总产量仅为 470 万吨 1989 年增至 1150 万吨 到 1993 年的 1500 万吨 香港回归时己达 3206 万吨 海洋资源与淡水资源中 又 数鱼类产量最为丰富 仅淡水鱼产量而言 1990 年的 产量己达 523 万吨 1995 年为 1078 万吨 1997 年更是达到 1425 万吨 鱼类食品是公认的优质保健食品 它富含蛋白质 并且其蛋白质易被人体消化 吸收 利用率高 鱼类不仅脂肪含量少而且多由不饱和酸组成 其营养价值 远远髙于 其它动物脂肪 鱼 肉中的钙 锌 磷等无机盐比畜禽肉类高 经常食用鱼肉 可 以 促进人们膳食结构的合理性 促进少年儿童骨骼生长 加快青 少年的身体发育 预 防中老年人因缺钙而引起的骨质疏松症 鱼体内还含有丰富的亚油酸 亚麻酸 和一定 量的二十碳五烯酸 二十二碳六烯酸 它们是构成人脑极为重要的营养素 决定人的 智力水平 在国际上被誉为 能使人聪明的食品 日本有一种说法 食鱼能使头 脑变得聪明 它还具有降低血脂 抗血栓和健脑益智 的功效 因此对现代人类来说 鱼肉不仅可以提供维持身体机能的不可缺少的营养物质 而且能起 到强身健体 延 年益寿的作用 因而 鱼肉食品在人们生活中不可或缺 鱼类中有价值较高的经济鱼类 同时也有数量可观的低值鱼类 随着海洋渔业 的 生产发展 经济鱼类产量逐年减少 小杂鱼 低值鱼 的产量逐年增多 淡水养殖鱼类 中鲢鱼等低值鱼产量非常庞 大 举个实例在浙江省千岛湖水库 河流中数鲢鱼产量为 最大 但这些低值鱼由于食用不便 口感不佳 根本没有得到很好的利用 产区中有 大量的低值鱼不是被低价抛售 就是因为无人问津而腐 烂掉 这就导致优质鱼肉蛋 白的浪费 不仅渔民的收入降低 还造成对环境的 污染 如何加工低值小杂鱼 充分 开发这些无人问津的蛋白质资源 已引起了世界各国的关注 在利用这些低值鱼方面 将其加工成鱼糜制品是最有效的途径 目前鱼糜的生产工艺己经非常熟练 江苏省就有几家较大的鱼糜生产企业 中外 合资舟山兴 业有限公司 中外合资龙生水产制品有限公司玉环分公司等 鱼糜生产能 力较大 但仅作为 鱼丸等初级鱼糜制品的原料 所以造成了幵工的不足 设备浪费 大力开发鱼肉仿真食品 是积极消化井增加鱼糜产量的最佳方法 鱼肉仿真工程食品 简称仿真食品 2 2 是符合国际发展趋势的新一类鱼糜制品 具有代表性的制品有模拟虾仁 模拟蟹腿等 仿真食品以鱼糜为主要原料 辅助添加 一些营养配料 通过特殊的加工工艺和手段生产成某种生物体的仿真制品 除 了要求 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 制品外形逼真 最重要的是制品品 质要与被仿生物体相一致 仿真食品由于附加营养 值高 外形美观 营养丰富 使用起来方便 被广大人们接受 特别适宜未成年人和 老年人 基于我国对仿真食昴研究落后现状和美好前景 中国食品工业 协会于 1996 年制定出 九五 全国食品工业科技发展纲要建议 3 3 中把 应用低值鱼为 原料加 工鱼糜的科技成果 并进 一步加大仿真工程食品的新技术的推广应用 提高产品技术 含量和附加 值 列为食品工业水产品行业的 重点发展方向 仿真食品的研究开发 由于制品外形与品质 要一致的特殊要求 只能将加工工艺 与加工设备作为一个有机整体来研究 再加上 研究方面的基础研究没有跟上 因此难 度较大 不过一旦研究取得成功 必将会带来良好的经济效益和社会 价值 目前 我国水产品加工量仅占总产量的百分之十 大部分水产品的销售以鲜活为 主 而领国日本的水 产品加工量达到了 70 鲜活的水产品 由于存在保活运输 保 鲜储存等关键技术难点 所以市场难以 全面长期提供 为了提高水产品附加值 防止 水产品的早期腐败 进行水产品的加 工以及对加工品废弃物的综合利用 是必由之路 由于水产品生产的集中性 季节 气候性以及原料的易腐性 对应的水产品加工要求必 须提高 也为水产品加工提供更为广阔的发展平台 一 水产品加工内容 水产品加工与综合利用的研究内容 研究开发出丰富多样 适应 最广大人民多种 消费多种层次需求的 系列化加工产品 以及完成水产生物活性物质的提取 加工 水 产加工品包括食品 药品 工农业用品以及生活用品 大部分是食品 包括水产冷 冻食品 水产腌制品 水产干 制品 水产罐头以及鱼糜制品 水产综合利用加工品大 多作为农业用品 如鱼粉饲料 肥 料等 药品 如鳖甲胶 工业 生活用品 如 鱼皮胶 鱼肝油 水产加工方法可分为传统加工和现代加工两大类 传统加工主要指腌制 干制 熏 制 糟制和天然发酵 不过随着制冷技术的出现 冷库的普及 水产品传统加工被现 代加工所取代 即使传统加工也釆用新技术 出现了罐头食品 鱼糜制品等 水产加工 对象 已经涵盖了海藻类 贝类与棘皮动物 虾蟹类 鱼类与爬行类等各 种主要水产品 甚至是海洋食品 二 水产品加工研究 水产品加工与综合利用研究 重点硏究 方向是水产品的精深加工以及养殖技术 特别是低值海淡 水产品的加工增值技术 国际 社会上普遍的水产品加工研究方向是 方便水产食品 风味水产食品 保健水产食品 美容 养颜食品 研究低值海淡水产品 的加工增值技术 开发出低值海淡水产品的方便水产食品 风味水产食品 美 容水 产食品 以满足消费者对日常生活 食品爱好 保健美容等需要 发展前景广阔 国内针对海藻类 贝类与棘皮动物 虾蟹类水产食品的研究 已经取得了一些成 果 开 发了许多新的水产食品 如最新研究幵发的水产加工品有混合发酵海带饮料 螺旋藻保健食品 翡翠贻贝肉海鲜调味料 冷冻虾 蟹 贝肉系列产品 蟹酱 虾酱 虾油等发 酵制品 翡翠贻贝肉海鲜调味料 等等 三 鱼肉制品加工 鱼类加工品种也很多 形成形态各异的鱼肉制品 鱼肉制品按加工过程可 以分 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 3 为两大类 一类属于非鱼糜制品 另一类就是鱼糜制品 非鱼糜制品 是将鱼原料经过一些 常规处理后 将连鱼皮 鱼刺的鱼肉进行冷冻 腌制 干燥 调味 发酵等一系列方法加工而成 包括有冷冻鱼肉制品 干制鱼肉 制品 调味鱼 肉罐头制品 发酵鱼肉制品及鱼肉综合利用制品等 冷冻鱼肉制品是将 鱼原料进行形态处理更或者同时添加一些辅料后冷冻起来的一类制品 由于加工处理 较简单 这类制品不但种类全数量多也便于购买 制品有冻带鱼 冻黄鱼等 不过 由于贮存占用冷库空间较大 所以产量受限 干制鱼肉制 品属于传统加工品 包括 腌干制品 淡干制品和调味干制品 其中调味干制品 的开发是近年来的加工新品 开 发的品种有鱼松 鱼绒 鱼片等 调味鱼肉罐头制品 是经预处 理 调理 杀菌的 熟食品 幵罐即可食用 在日本以及现在许多中国城市 普遍喜爱的豆豉鲮鱼罐头就是 这类制品 发酵鱼肉制品是釆用生物化学技术研制的一类制品 属于水产调味类 如鱼 露 鱼酱油 鱼肉综合利用制品是利用加工鱼骨刺 内脏 皮 鳞生产的鱼粉 鱼油 鱼胶等制品 日本鱼类的消费量有所下降 原因主要是三个方面 鱼有独特的鱼臭味 所以女 性有人不喜欢 鱼刺取出困难 食用不便 使用不注意会有生命安全问题 烹调困 难 特别是年轻人几乎不会烹调 如果把鱼肉中骨刺预先剔除 又经过调味 作成只 要简单烹调即可食用的方便食品 这样就会 有更多的青少年喜欢这种食品 这种食品 就是鱼糜制品 鱼糜制品 即鱼肉练制品 是将鱼原料经过 一系列清洗 分割 采肉 漂脱 水洗 添加辅料 擂溃等处理后形成 的粘稠鱼肉糊 再进行成型 加热制成的鱼肉食品 由 于釆肉过程中鱼肉与鱼皮 鱼骨剌分离 制品 就没有鱼骨剌了 方便食用 鱼糕 竹 轮 鱼肉丸子等龟糜制品在制造过程中 还保留了鱼肉的营养成分和保健功能成分 鱼糜制 品不仅有较髙的营养价值 而且分离下来的下脚料鱼皮 鱼骨刺 也可以通过 综合利用 生产 免皮胶高钙鱼骨粉 进而开发新食品 如钼鱼骨粉和大米制成膨化即 食鱼羹 四 鱼肉仿真工程食品 4 4 鱼肉仿真工程食品 仿真食品 也有人称之为模拟食品 人造食品 仿生食品 仿造工程食品等 仿真食品是将鱼原料经处理加工成鱼糜后进一步加工成模仿天然食品的新型鱼糜制 品 仿真食品是低值鱼类深精加工的最佳途径 符合国际水产品加工 的潮流发展 也被中国食品工业协会确定为食品工业 的重点发展方向之一 日本 美国 韩国等重视水产加工理论与应用的研究 尤其在仿真食品研究方面走 在前列 研究开发的模拟蟹肉 模拟虾仁等仿真食品已达到 了工业规模化生产的水平 目前己开发或者正在研究的品种有仿生 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 我国这些仿真食品的研究 只是停留在工艺研究或探讨阶段 离 产业化 工业化生产还有 一段很大距离 我国在该方面硏究相对落后 虽然有吴光宏 张金亮等 专家在进行淡水鱼模拟蟹腿 肉的工艺研究试验 不过自主开发仿真食品的生产设备几乎没有 虽然仿真食品发展 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 迅速 然 而由于仿真食品生产技术研究不 足 开展时间短等问题 影响了我国仿真 食品产业的发展 1 1 2 鱼肉仿真工程食品加工现状及分析鱼肉仿真工程食品加工现状及分析 1 鱼肉仿真工程食品的加工原理 日本式鱼糜制品的主要品种是模拟蟹腿等仿真食品 通过四种加工方法获得 即压 模型 纤维型 复合压模型和乳化型 压模型是通过单挤压或共挤压将鱼糜糊压制成需 要形状 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开口的长方形喷 嘴挤压成薄片 然后将薄片加热凝固 切成所需宽度的条 将条状物经过成形机拧成绳 状 复合压模型是将肉条与鱼糜糊混合后挤压成所需的形状 制成咀嚼感较好 组织结 构均匀 弹性较高的制品 乳化型是加入油脂乳化后的鱼糜糊灌入包衣中加热凝固 2 鱼肉仿真工程食品的加工工艺流程 仿真食品的质量可以分解为三部分质量 它们是 口味 口感和外形 加工工艺也可 分解为调味部分工艺 配合部分工艺和成形部分工艺 调味部分工艺 该部分工艺保证制品的口味与被仿真对象相似 例如 模拟蟹肉制品要有蟹肉的风 味 模拟虾仁制品应有天然虾仁独特 的风味 而鱼肉风味存在着一些不足 而且作为多 次漂洗的 鱼糜 漂洗过程中呈味液流失 致使鲜味不足 通常要在成形前在鱼糜中添加 鲜味剂 高质量鱼糜制品要加特殊风味调味料 在日式鱼糜制品板式鱼糕 鱼肉汉 堡 烤章鱼风味鱼糕 鱼卷中添加不同风味的调味料 而在模拟虾仁 模拟蟹肉等仿真食品 中要添加前文所介绍的虾蟹风味的海鲜调味料 配合部分工艺 该部分工艺确保了制品的组织质地相似于被仿真食品 例如 模拟虾仁制品应有 天然虾仁 独特的纤维组织 强劲的弹性和咀嚼性 在鱼糜糊中加入适量的食用纤维是 模拟虾仁生产的关键 同时加入少量真虾肉糜及虾汁提取液或虾味素可使模拟虾仁产 品更加完善 由于鱼肉弹性主要源于鱼肉肌原纤维的凝胶强度 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结构和 咀嚼性 美国专利介绍 用鱼肉模拟虾 对虾 尨虾肉时 一份鱼糜中要加入0 2 2 5 份具有三维网状结构的可 食性纤维 最理想的方法是将鱼肉蛋白纤维 组织化鱼肉蛋白作为可食性纤维添加到以低值鱼 类 加工的仿真食品中 组织化鱼肉蛋白可以 被大量的添加到鱼糜糊中 从而保证成品 中流失的蛋白质 在后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有单 向冷冻法 压延切丝法 纺丝粘结法 喷丝法 挤压膨化法 高压组织化法 挤压喷 丝凝胶法 注射挤出法 等 本文中的研究方法为挤压膨化法 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 变性或没变性的 在高温 高压及剪切力的作用下 使蛋白质发生定向排列形成组织结构 最后由于温 压突降而产生膨化 获得组织化蛋 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 5 白 挤压膨化是生产的关键工序 喷爆机或称挤出机是生产的主要设备 3 国内生产现状 仿真食品的生产工艺与设备 由于 制品品种的有所区别 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 次的研究思路是 通过其典型制品 一模拟虾仁的生产工艺和设备研究为 模板 从而进行仿真食品的研究 鱼糜糊是形成模拟虾仁质地 口味的基础 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 模拟虾仁制品应该有逼真的虾仁外形 模具 需要进行成形 美国专利介绍的方法 虾仁成形方法大致有以下几种 冲压成形 滚切成形 浇注成形 这三种方法 鱼糜糊 只有通过加热凝胶后才能定形 因此要 求鱼糜糊能保持在一定形腔中进行加热凝胶 浇注成形较容易实现 可以设想有一副可开合 的模具 闭合后的模具内有大虾仁形状 的内腔 将鱼糜糊浇注到模具内腔中 再将模具进行 加热 等凝胶可脱模后 打开模 具 成形后的虾仁落下 浇注成形方法也可以应用于模拟蟹肉 模拟贝肉的成形 1 仿真食品应用基础研究 研究影响仿真食品生产工艺 生产设备 制品质量 等基础问题 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研究 在鱼肉特性研究方面 对鱼肉的研究成果很多可以借鉴 在制定仿真食品工艺时 可以参考 或采用国外研究的鱼肉凝胶体弹性 强度提高措施 鱼肉流变特性虽然有人 作过研究 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 在鱼肉特性 主要是鱼肉流变特性 与仿真食品工程技术的关系研究方面 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动 而流动过程的 压力 流量 乃至生产能力 设备功率等都与鱼糜的流变特性有关系 找出它们之间 的关系 用于指导 食品食品工程技术的研究 是本文的研究 内容 2 仿真食品生产工艺研究 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 从 而适合机械化生产 3 仿真食品生产设备研究 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 国产化而且符合国情的中小型仿真食品成形设备还没有大批成型 研究中小型仿真食 品生产设备 在国 内推广的使用 也是本文的研究内容之一 1 2 研究的主要内容研究的主要内容 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新型产品 另外由于原料处理只需去除鱼头和内脏 无需 剔除鱼骨 不仅提高了营养价值 而且更加高效 简单 便于工业化生产 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 改变了单螺杆挤压机不能对湿料进行挤压处理的缺陷 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提供了可行途径 通过查阅资料确定设计的基本参数 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 通过双螺杆挤压机来改善单螺杆挤压机不能对湿物料进行加工处理的缺陷 提供一种 简单高效 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 第二螺杆 传动系统和加热出料 系统的设计和绘制 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 7 2 2 双螺杆挤压机双螺杆挤压机设计设计 2 1 双螺杆挤压机的工作原理双螺杆挤压机的工作原理 强制输送 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 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 料的阻力同样有推进物料的作用 混合作用 图 2 1 同向旋转 物流在双螺杆螺槽中的流动情况 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 1 所 示 呈 型前进 料流的方向改变 有助于物料的混合和均化 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 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 而且也易发现 2 2 挤压加工系统挤压加工系统 2 2 1 挤压加工系统组成挤压加工系统组成 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 控制等部分组成 6 2 2 22 2 2 常用挤压术语常用挤压术语 挤压机个部分中都有其专业术语 其中以下最为突出 螺纹 齿根 螺纹 螺纹前 加热与冷却成型 机筒预处理喂料装置挤压混合料仓 原料 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 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 螺杆通道的展开面积 高径比 长径比 压缩比 2 3 双螺杆挤压机总体设计双螺杆挤压机总体设计 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 总体结构设计总体结构设计 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 5 如表 2 1 表 2 1 总体结构设计分析 总体类型不同类型优点缺点 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 外观形式 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 整体式螺杆挤压 机 结构紧凑不便于加工和装拆 维修 联接形式 分段式螺杆挤压 机 能够采用标准减速器 易于装拆 维修 需专门设置螺杆轴承 座及相应的润滑系统 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 动力源和 传动装置 位置 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 拟采用卧式整体式结构形式 动力 源和传动装置位置采用电机置于减速箱前部 挤压系统下部形式 2 3 2 螺杆结构设计螺杆结构设计 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 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 9 2 3 2 1 螺杆结构设计要点螺杆结构设计要点 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 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 65 挤出机来 说 一般认为 q n 1 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 q 120kg h 螺杆转速根据生产虾片的工艺要求取为 n 60r min 则比流量 q n 120 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相同时 常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 温度升高有利于提高美拉德反应的速度和程度 但也会降低模头处的压力 因此 应视温度和压力对物料反应的影响程度 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 2 3 2 2 螺杆传动系统螺杆传动系统 同向旋转式双螺杆的传动系统相对来说比较复杂 一般采用外啮合传动 如图 3 所 示 图 2 3 a 与 2 3 b 的主要区别是驱动轴的 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 3 b 所示装置比较合适 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 2 3 2 3 双螺杆的结构参数设计双螺杆的结构参数设计 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 2 4 等深变距螺杆 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 螺杆的强度要求和物料性质 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 4 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 有利与糊化的进行 2螺杆直径 ds 的确定 螺杆直径是螺杆主要参数之一 在设计螺杆时 一般是根据所需的生产能力 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 q ds3 n 式中q 生产能力 kg h ds 螺杆直径 cm n 螺杆转速 r min 经验出料系数 一般取 0 003 0 007 本设计中 q 120kg h n 60r min 工作转速 0 007 则 ds q n 1 3 120 0 007 60 1 3 6 586cm 取标准螺杆直径 ds 65mm 3长径比 l ds 的确定 由挤出理论得知 在其他条件一定时 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 应根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 ds 12 则 螺纹段总长 l 12ds 12 65 780mm 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 11 取标准长 l 800mm 修正 l ds 800 65 12 308 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 5a 螺槽深 h 由于螺杆设计成等深变距形式 取统一螺槽深 h 0 18d 0 25d 参考 7 pg149 11 7 16 25mm 取 h 12mm 则螺杆根径 db ds 2h 65 24 41mm 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 根据经验数据 9 pg75 77 确定各段长如下 加料段 l1 10 25 l 80 200mm 取螺距 s1 60mm 的整倍数 l1 189mm 熔融段 l2 55 65 l 440 520mm 取螺距 s2 53mm 的整数倍 l2 424mm 均化段 l3 22 25 l 176 200mm 取螺距 s3 44mm 的整数倍 l3 176mm 实际螺纹段总长 l l1 l2 l3 189 424 176 789mm d 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 第二段 2 14 33 第三段 3 12 10 6其他参数的确定 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 71 1 ds 46 15 65mm 见 9 pg189 考虑到螺杆部分啮合 存在间隙 应 满足 a db ds 2 0 即 a db ds 2 41 65 2 53mm 取啮合间隙 1 2mm 则 a 55mm b 螺杆与机筒的配合间隙 2 图 2 5 梯形螺纹断面 间隙 2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 9 pg119 表 1 3 10 由于物料为高粘度物料 取 65mm 挤压机的配合间隙 2 0 002 0 005ds 1 3 3 25mm 取 2 2mm 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 7螺纹断面形状的确定 图 2 6 开槽螺纹 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 2 2 所示 本设计中 各段螺纹统一取 倾角 10 圆角半径 r 0 04 0 12 ds 2 6 7 8mm 取 r 5mm 螺棱顶宽 e 0 08 0 12 ds 5 2 7 8mm 取 e 6mm 见 9 pg77 78 图 2 7 喂料口断面 8 压缩比 i 8 pg122 计算方式 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 槽容积之比 不计过渡圆弧的影响 其计算式如下 9 式 1 8 5 sfddems sfddems i 22 2 2 2 2222 11 2 1 2 1111 4 4 平均 平均 式中 s1 s2 分别为加料段 挤出段的螺距 m1 m2 分别为加料段 挤出段的螺纹头数 e1 e2 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 f1 f2 分别为加料段 挤出段的啮合面积的一半 由于螺杆等深 单头螺纹 截面形状一致 d1 d2 d1 d2 e1 e2 b m1 m2 1 忽 略啮合面积 f1 f2 初步估算压缩比 i s1 e1 s3 e2 63 6 44 6 1 5 据有关资料 玉米淀粉在挤压过程中发生复杂的化学反应后 本身由固体粉料转化 为熔体有 2 倍左右的物理压缩比 本挤压机为成型挤压机且物料的压缩性小 另外 考 虑到化学反应对压缩比的影响 我们认为估算值还是有一定参考意义的 2 3 3 机筒结构设计机筒结构设计 机筒和螺杆共同组成了挤压机的挤压系统 其结构形式关系到热量传递的稳定性和均 匀性 在设计机筒时 要考虑到机筒结构形式的选择 机筒上的加料口形式 机筒与机 头的联接方式以及机筒机械加工制造的难易等问题 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 13 1机筒结构形式 成型挤压机长径比较小 且本挤压机机筒长度较小 所以采用整体式机筒 这种形式的机筒在挤压机中较多的被采用 它的特点是 加工精度喝装配精度容易保 证 机筒外部的加热器易于布置 且受热均匀 但机筒内表面的磨损难于修复 料口结构设计 加料口的结构必须与物料形状相适应 使被加工的物料能从料斗或加料器中自由流 入螺杆而不中断 对各种粉料粒和带状都能很好的适应 且用的较多 2 3 4加料系统加料系统 1所设计的加料系统由 2 部分组成 2料仓及料斗组件 用于 完成储料 垂直落料和定量计量控制功能 3螺旋填充器 用于 水平输送 该加料系统是为包装机进行定量加料而设计 4料斗体为倒置的截圆锥壳形钢结构 相关资料表明 用料斗 处理粉体物料的生产率 与排料口直径的关系可用 m d2 5 来表示 我们并未证实此式可否用于振动给料 但是排料的快慢与排料口 直径有着重要的关系 5料斗的主要参数有进料口直径 d 排料口直径 d 料斗倾斜角 6根据以往的经验设计 本设计取进料口直径 d 500mm 排料口直径 d 150mm 7料斗体斜度 8料斗体斜度 的选择与聚丙烯酰胺和料斗材料的摩擦系数有 关 摩擦系数越大 斗体坡角也越大 出料口直径确定后 斗体 倾斜度越大 料斗高度也越大 在设 计时要考虑空间位置的安排 对于粘性大的物料 通常选择 60 9根据料斗运动形式的不同 可分为直线型 涡旋型 平旋型 3 种振动形式 由于平 旋型破拱作用比直线型振动强 并且结构 比涡旋型简单 应用最为普遍 所以此 设计中我们选择平旋型振 动形式 辅助装置的设计 用人造革 帆布或者橡胶制成波形 管 联接并且密封料仓与 振动给料斗之间的 间隙 使振动给料斗既不影响振 动 又不致使 物料外溢 灰尘飞扬以及有害气体逸散 螺旋填充器的设计 螺旋加料装置密闭性好 使用外力驱动加料 加料速度快 技术非常成熟 结构简 单且价格低廉 能进行准确的速度与位置控制螺旋加料器是一种常用的粉体处理设备 从螺旋输送机演变而来 采用管状料槽实现比输送机更大的充填率 可用于处理多种类 型的粉体 本设计中采用单螺杆输料 8 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 2 3 5加热和冷却装置系统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 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 系统又是挤压机的一个重要组成部分 加热温度 加热温度取决于载体树脂的软化点或熔融温度 载体树脂软化点或熔融温 度越高 加热温度也就越高 一般应高出树脂的熔融温度 5 左右 加热温度过低树脂不 能 充分熔化 有限的载体树脂也就无法将无机粉完全包覆 母粒的表面粗糙粒子中间出 现空洞 树脂和无机粉体无法成均匀体系 加热温度过高 助剂易挥发样 螺杆 剪切力 降低不宜塑化 同样影响母粒的质量 一般情况下 二区温度应是造粒最高温度 一区 比二区温度低 10 左右 三区 四区温度与二区基本相同 从五区开 始直至机头按 5 10 的梯度逐渐降低 1机筒温度分布对鱼肉的影响 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 根据虾片生产工艺要求 温度和压力对挤压法生产虾片的产品品质有着极大的影响 机 筒温度的升高将提高物料的美拉德反应的速度和程度 但也会降低挤压机的模头压力 特别地当机筒温度过高超过 250 时 将会导致淀粉的碳化 从而对挤压生产鱼肉起到相 反的作用 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 2挤压机加热方法的选择 目前挤压机的加热方法有如下几种 载热体加热 电阻加热和电感应加热等 载热体加热 利用载热体 如蒸汽 油等 作为加热介质的加热方法称为载热体加 热 由于采用的载热体的不同 又可分为液体加热和蒸汽加热 液体加热所使用的加热 介质 在低于 200 时用矿物油 高于 200 时 一般都采用有机溶剂或其混合物 蒸汽 加 热所使用的介质为蒸汽 液体加热的优点是 加热温度较高 效率也高 加热均 匀而且能够准确地控制温度 其缺点是 要求加热系统密封良好 以免因液体的渗漏而 影响到产品的质量 同时还需要 配备一套加热循环装置 这就提高了设备的成本 所用的 载热体 如有机溶剂 因受热分解 往往带有毒性和腐蚀性 另外装置的维修也不方便 故目 前很少采用 蒸汽加热因其压力很难维持一定值 且波动也较大 其温度亦难达到工 艺要求 而且 还需配备一套专门的蒸汽设备 这对于许多工厂来说是很难做到的 因此 也很少采用 电阻加热 电阻加热是用得最广泛的加热方式 其装置具有外型尺寸小 质量轻 装设方便等优点 由于电阻加热器是采用电阻丝加热机筒后再把热传到的物料上 而 机筒又是一个具 有一定厚度的筒体 因此在机筒的径向方向上便形成较大的温度梯度 如图 10 16 所示 另外 用它加热也需要较长的时间 以 sj65 为例 用电阻丝加热时 预热升温时间约需 45min 同时 使用云母片作绝缘材料的电阻加热器 其电阻丝易氧 化受潮等 也会使其 寿命缩短 由于要使用大量的云母片作绝缘材料 加热器的成本也 较高 近年来 在许多挤出机上采用了所谓铸铝加热器 它是将电 阻丝装于金属 管中 并填进氧化镁粉之类的绝缘材料 然后将此金属管铸于铝合金中 实际 上它是一 种改进了的电阻加热器 它与旧式的电阻加热器相比较 既保持了原来电阻加热 器的体 积小 装设方便及加热温度较高的优点 而由于省去了云母片 便降低了加热器的成 本 原创通过答辩毕业设计说明书论文 qq 194535455 15 此外 由于电阻丝是装于加热金属管的密实的氧化镁粉中 使得它有防氧化 防潮 防 震 和防爆等性能 因而提高了加热器的使用寿命 传热效果也比旧式加热器好 铸铝 加热器的最大加热温度一般为 350 370 如要求更高的加热温度 则可采用 铸铁或铸 铜加热器 以提高加热装置的耐久性 电感应加热 电感应加热是通过 电磁感应在机筒内产生电的涡流而使机筒 发 热的一种加热方法 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 当将交流电源通入主线圈时 就产 生了如图中所示方向的磁力线 并且在硅 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 因 此磁力 线能以最小的阻力通过 而作为封闭回路 一部分的机筒其磁阻要大得多 磁力 线在 封闭回路中具有与交流电源相同的频率 当磁通发生变化时 就会在封闭回路中 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 亦叫 电 的涡流 涡流在机筒中遇到阻力就产生热量 电感应加热与电阻丝加热相比具有如 下几个特点 a 它是由机筒直接加热物料的 因此预热升温的时间较短 大约 7min 左 右 在机 筒的径向方向上的温度梯度较小 b 由于以上特点 采用此加热器时对温度 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 c 由于 感应线圈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 有资料介绍可 省 30 左右 d 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 10 5 表 10 5 电感应加热器的寿命 温度 加热器寿命 h 温度 加热器寿命 h 200 45000 350 7500 250 30000 400 200 300 11000 感应加热器也有其不足之处 如加 热温度会受感应线包绝缘性能的限制 这对成型加 工温度要求比较高的物料是不适合的 其次是它的径向尺寸大 用在大型挤压机上必然 会使机器的体积庞大 而且需要大量的 硅钢片等材料 另外 它在形状复杂的机头上安装 也不方便 远红外线加热是近年来 发展起来的一项新的加热技术 它是利用远红外辐射元件发 出的远红外线被加热物体所 吸收 直接转变为热能而得到加热效果的 远红外线的