反向旋轉型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計論文[帶圖紙]VIP

1、畢業(yè)設計說明書論文QQ1961660126編號無錫太湖學院畢業(yè)設計（論文）題目： 反向旋轉型雙螺桿擠壓機 及擠壓部件設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)學 號： 學生姓名： 指導教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日課件之家的資料精心整理好資料-本資料來自無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）誠 信 承 諾 書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 反向旋轉型雙螺桿擠壓機及擠壓部件設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級：

2、機械94 學 號： 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場需求和生產現狀，并初步探討了擠壓機生產膨化食品的工藝可行性；提出了用雙螺桿擠壓機生產膨化食品的工藝流程。在現有擠壓機的基礎上，并參考了國內外比較成熟的擠壓機設計方法，根據膨化食品的特性和生產膨化食品的特殊工藝要求，對擠壓機的關鍵部位進行了相應的設計。本文詳細的介紹了擠壓機的主要零部件傳動箱、螺桿、機筒等的結構設計，并進行了相應的校核計算；對主要傳動零部件如傳動箱大小齒輪，帶輪，從動軸，鍵等進行了設計和強度校核，并對軸承承載能力進行了校核計算;本文還涉及了擠壓機一些輔助元件如加料系統(tǒng)，加

3、熱冷卻裝置，模頭的選擇要求,并進行了簡單的設計。最后，本文介紹了一些關于擠壓機的安裝，操作，控制和維護等方面的內容。關鍵詞：膨化食品；擠壓混煉；反向旋轉雙螺桿擠壓機課件之家的資料精心整理好資料-本資料來自ABSTRACTIn 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 foo

4、d. 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 characteris

5、tic 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 importa

6、nt 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: heatin

7、g 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 課件之家的資料精心整理好資料-本資料來自畢業(yè)設計

8、說明書論文QQ1961660126目 錄摘 要IIIABSTRACTIV目 錄VI1 緒論11.1 擠壓技術介紹11.1.1 擠壓技術在食品生產中的應用11.1.2 擠壓技術在食品生產中的發(fā)展狀況11.1.3 擠壓機生產膨化食品11.1.4 擠壓膨化原理21.2 擠壓機的發(fā)展21.2.1 國內外擠壓機的發(fā)展狀況21.2.2 雙螺桿擠壓機的前景和未來21.3 本課題應達到的要求32 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的簡介42.1 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的特點及應用42.1.1 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的特點42.1.2 雙螺桿擠壓機在食品工業(yè)中的應用42.2 雙螺桿擠壓機的工作原理52.2.1 擠壓原理52

9、.2.2 擠壓加工系統(tǒng)62.3 總體結構設計63 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的設計83.1 螺桿的設計及計算83.1.1 螺桿結構設計83.1.2 雙螺桿的有關計算93.1.3 螺桿的強度校核133.2 機筒的設計及計算163.2.1 機筒結構形式163.2.2 料口結構設計163.2.3 機筒材料的選擇163.2.4 機筒的連接方式173.3 傳動系統(tǒng)的簡單設計173.3.1 傳動系統(tǒng)設計183.3.2 電動機的選用183.3.3 螺桿推力的傳遞和拉桿強度校核183.4 輔助零部件設計計算193.4.1 加料系統(tǒng)設計計算193.4.2 加熱與冷卻系統(tǒng)的設計223.4.3 模頭裝置的設計243.4

10、.4 潤滑油的選用253.5 雙螺桿擠出機輔助系統(tǒng)的設計253.5.1 定量給料系統(tǒng)253.5.2 恒溫系統(tǒng)263.5.3 冷卻系統(tǒng)263.5.4 真空排氣系統(tǒng)263.5.5 電氣控制系統(tǒng)264 擠壓加工系統(tǒng)的安裝、操作與維護284.1 擠壓加工系統(tǒng)的安裝284.1.1 擠壓機的安裝基礎284.1.2 調整擠壓機水平284.1.3 機筒的安裝284.1.4 螺稈的裝拆284.1.5 模頭的安裝284.2 擠壓加工系統(tǒng)的操作284.2.1 擠壓機的開車284.2.2 開車操作注意事項284.3 擠壓機的維護保養(yǎng)284.3.1 螺桿的保養(yǎng)284.3.2 機筒的保養(yǎng)284.3.3 擠壓機其它部分的保

11、養(yǎng)294.4 設計中的幾個問題295 總結與展望305.1 總結305.2 展望30致 謝31參考文獻32附 錄33課件之家的資料精心整理好資料-本資料來自畢業(yè)設計說明書論文QQ19616601261 緒論1.1 擠壓技術介紹 1.1.1 擠壓技術在食品生產中的應用20世紀30年代，食品加工中開始應用擠壓技術，它的特點有具有集混煉、輸送、加熱、剪切、加壓時間短等特點，從而廣泛應用于食品工業(yè)中。擠壓機可以進行谷物植物組織蛋白食品的生產，奶酪的風味開發(fā)，寵物飼料的生產等。螺桿擠壓機能將一系列的化工基本單元過程集中在擠壓機中進行，螺桿擠出已連續(xù)生產代替間歇生產，必然有較高的生產率和較低的能耗，也已實

12、現自動化，同時螺桿的攪拌作用業(yè)提高了混合質量這些因數加在一起，避讓降低生產成本。作為一種經濟實用的新型加工方法從而被應用于食品生產中的擠壓技術得到了迅速的發(fā)展。在沒有擠壓技術之前，谷物食品的加工工序一般須經破碎、混合、成型、烘烤或油炸、殺菌干燥等，每道工序都要有不同的設備，較長的生產線，較大的占地面積，高強度的勞動力，所需設備較多。隨著擠壓技術的發(fā)展和成熟，初步混合原料后，就可用一臺擠壓機完成以上繁瑣的食品生產工序，制成各式各樣、品種繁多、味道獨特的產品，這些產品在再經油炸或微波、烘干、調味后就可以在市場上銷售了，只要簡單根據更換擠壓模板，就可以很方便的改變產品的造型。相對于傳統(tǒng)工藝，擠壓技術

13、有很多的有點，它改變了谷物食品的加工工藝，大大減短了過程，豐富了食品的樣式，減低了產品的生產成本，減少了設備的占地面積，降低了生產勞動強度，同時改變了產品的形態(tài)和味道，使得產品質量得到了提高。 1.1.2 擠壓技術在食品生產中的發(fā)展狀況上世紀30年代，人們首次把擠壓機用于方便食品谷物的生產中;到四十年代末期擠壓機的應用在食品領域進一步擴大;50年代初的蒸煮擠壓機已經基本上取代了當時的餅干賠烤60年代至今擠壓機的技術以及理論得到了飛速發(fā)展，對擠壓機的結構設計、工藝參數、擠壓過程機理進行研究，通過對擠壓機理的探討，進一步研究各種谷物以及蛋白類食物在擠壓過程中發(fā)生的一系列變化，以及擠壓食品的營養(yǎng)與吸

14、收問題;現階段隨著控制技術的發(fā)展、新材料的發(fā)現與應用擠壓技術得到更大的發(fā)展，生產能力越來越大，通過對擠壓過程的精確控制，生產出的產品愈加符合人們的期望。采用擠壓技術加工食品在我國已有悠久的歷史，但直到70年代還停留在爆米花的手工業(yè)狀態(tài)從70年代中期開始，尤其是近十幾年來，我國用擠壓方法生產食品得到了很大的發(fā)展，隨著任命生活水平的提高以及飲食結構的變化，擠壓食品的品種和產量日益增多。 1.1.3 擠壓機生產膨化食品 現在國內外的各大生產膨化食品的公司企業(yè)一般都是用擠壓法生產食品，擠壓加工概括的說是將食品物料置于擠壓機的高壓和適當的溫度的狀態(tài)下，然后突然釋放到常壓，使物料和各種調味料、香料達到充分

15、滲透、混合和輸出的過程。所以用蒸煮擠壓法生產可以取得更好的混合效果，原料利用率高，營養(yǎng)損失小，生產出的食品口感，香味的持久力都比傳統(tǒng)的加工方法好?？偟膩碚f，用擠壓法生產膨化食品是現今的發(fā)展趨勢。 1.1.4 擠壓膨化原理物料在擠壓機套筒內受到螺桿的推力作用和加熱作用以及卸料模板和反向推力的作用。在3 8MPa和200 e 左右的高溫高壓下。物料中的水分不會沸騰蒸發(fā),出現熔融狀態(tài)下的物料。模頭出料過成中, 壓力迅速降為常壓,水分迅速蒸發(fā), 溫度降到80 e 左右, 從而使物料變成多孔結構形狀的膨脹食品。1.2 擠壓機的發(fā)展 1.2.1 國內外擠壓機的發(fā)展狀況擠壓機作為擠壓加工技術的關鍵得到了廣泛

16、應用。擠壓加工主要由一臺擠壓機一步完成,包括:原料的混煉、熟化、粉碎、成型等工藝。只需簡單地更換擠壓模板，就能生產不同樣式的產品。1879 年英國人得到了螺桿擠壓機的第一個專利，從此擠壓機開始進行生產。到本世紀30年代,用于谷物加工的單螺桿擠壓機問世,開始用于生產膨化玉米。60 年代, 漸漸出現用于食品加工領域的雙螺桿擠壓機。70 年代開始，食品擠壓技術和擠壓加工機械在中國開始研究。吸收了國外的思想和技術，國內許多生產廠家為了提高生產效益從世界各大公司引進了先進的擠壓設備。國際上有代表性的擠壓機生產企業(yè)如：德國的WP 公司,日本的卡尼奧食品有限公司, dafsal機械 公司， dswrfr 食

17、品機械公司, MAP 機械制造公司,瑞士的dafsfa食品機械公司等。國內的許多機械廠也先后生產了不同型號的擠壓設備,單螺桿設備較多。用于食品生產的螺桿擠壓機具有工藝簡單、一機多用、連續(xù)性好、效率高、能耗低、成本少、收益高的特點。生產出來的食品口感好、易吸收、營養(yǎng)損失少、保質期較長、易食用。目前,擠壓技術已經發(fā)展成為最常用的膨化食品生產技術之一。我們對擠壓機的研究與開發(fā)也勢在必行。 1.2.2 雙螺桿擠壓機的前景和未來近幾年雙螺桿擠壓技術得到了迅速地發(fā)展。通過研究表明, 雙螺桿擠壓技術與單螺桿擠出技術相比更具有無法比擬的優(yōu)越性,物料能更加充分、徹底混合揉捏。機器運行時, 由于雙螺桿互相嚙合而具

18、有自行擦凈的功能, 所以不會出現單螺桿擠出機中螺桿堵塞的物料在套筒內表面結焦。同時雙螺桿擠壓機還有的優(yōu)點就是可以適應更多的原料, 解決了單螺桿擠壓機無法對高水分和高脂肪物料進行加工的難題。雙螺桿擠出機因其工作性能高、工作效率大, 受到了食品行業(yè)和橡塑行業(yè)的較高重視。根據相關文獻的闡釋, 對雙螺桿擠壓機在國內外的發(fā)展前景、雙螺桿擠壓機在食品橡膠生產中的應用、雙螺桿擠壓機的重要構造，擠壓機的各項參數等進行綜合的分析和論述,希望對我國雙螺桿食品擠壓的研究與發(fā)展有益。1.3 本課題應達到的要求 了解螺桿擠壓機的擠壓膨化原理和結構特點，了解反向旋轉型雙螺桿擠壓機的工作原理，進行反向旋轉型雙螺桿擠壓機主要

19、結構參數研究，進行反向旋轉型雙螺桿擠壓機的設計，反向旋轉型雙螺桿擠壓機擠壓部件的設計。了解雙螺桿擠壓機的維護維修，及其使用時的注意事項。 2 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的簡介2.1 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的特點及應用 2.1.1 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的特點反向旋轉式雙螺桿擠壓機一般采用兩根尺寸完全相同的螺桿,但是其螺紋方向相反。反向旋轉可分為向內反向旋轉和向外反向旋轉兩種形式,兩者的的主要區(qū)別在于壓力區(qū)位置的不同。向內反向旋轉式雙螺桿在上部進入嚙合，建立高壓區(qū)，在下部雙螺桿脫離嚙合，形成低壓區(qū)。物料在通過雙螺桿時受到擠壓，但螺桿嚙合緊密，就會造成入口壓力極大，導致進料困難。因此，目前這種向內反向

20、旋轉式很少采用，僅用于非嚙合雙螺桿擠壓機上。向外反向旋轉式特別適用于干粉料的加工，也曾被廣為采用。這種旋轉式建立的高壓區(qū)在下部，低壓區(qū)在上部，有利于喂入物料。擠壓中，物料受到類似輾輪產生的擠壓捏合作用。和同向旋轉不同的是物料在螺桿內會形成的C形段，由于兩根螺桿旋向相反，只能在一根螺桿內向排料口作軸向平移，而不可能從一根螺桿移向另一根螺桿，直至從排料口擠出。牽引產生的正流和反壓產生的逆流只能在C型腔室內進行，被阻擋在嚙合區(qū)的物料經受一根螺桿螺紋頂面和另一根螺桿螺紋根部及嚙合螺紋側面的輾壓和捏合。因此，同向旋轉所產生其物料產生的混合程度比反向旋轉式雙螺桿擠壓機的混合程度要大。 2.1.2 雙螺桿擠

21、壓機在食品工業(yè)中的應用 2.1.2.1 在組織化蛋白質生產上的應用 在一定的高溫高壓下,植物蛋白質會變成組織化。在雙螺桿擠壓機螺槽與筒壁之間剪切力的作用下,物料中的蛋白被強烈地展開, 出現了相對地直線形狀。分子鏈展開后變得自由，能夠重新定向和再組合形成纖維狀態(tài)。類似瘦肉維組織結構, 吸收水分后具有一定的彈性, 口感較好。 2.1.2.2 在膳食纖維加工中的應用 膳食纖維可以清理腸胃、解毒等功能，還能降低體內膽固醇水平和降低血糖。但是纖維素比較難溶,人體很難吸收, 口感不好,它的開發(fā)和利用被限制了。然而, 利用雙螺桿擠壓技術可以提高膳食纖維的溶解度,生產味道更好的膳食纖維。 2.1.2.3 在浸

22、油中的應用 雙螺桿擠壓技術利用于浸油原料進行膨化預處理,可得到更佳的效果。當物料被輸送到擠壓腔后,通過擠壓、摩擦和加熱作用產生高溫高壓效果,物料被剪切、熔融,使物料的組織結構發(fā)生了變化。物料從高溫高壓下被擠出降到常壓狀態(tài)時,物料中的水蒸發(fā)產生巨大的壓力,就會膨化成型，產生許多帶細微的孔狀。此時的物料非常有利于油料的浸出。目前研究較多的是從葵花籽、花生、芝麻中提取油。 2.1.2.4 在休閑即食食品加工中的應用 現在市場上利用雙螺桿擠壓機生產的食品的主要原料是谷物,例如水稻、大豆、麥子等。采用雙螺桿擠壓機一是能運用少量能量加工谷物食品,，二是可以加入更多的配料加工,所以可以生產出不同口味的食品,

23、從而能不斷地創(chuàng)新,更好地滿足市場需求和創(chuàng)造更大的經濟價值。 2.1.2.5 在高蛋白質谷物類食品加工中的應用 用谷物生產的高蛋白質類產品主要是通過蒸煮、脫水加工而成，更易于食用和消化。目前, 擠壓技術已成功地應用于高蛋白質谷物類食品的生產中。 2.2 雙螺桿擠壓機的工作原理 2.2.1 擠壓原理 強制輸送 根據螺桿旋轉的方向不同，雙螺桿擠壓機可分為同向旋轉和反向旋轉兩大類。根據雙螺桿的旋轉方向，嚙合程度和螺紋參數的不同，雙螺桿的嚙合部分可構成在橫向和長度方向是全開的全閉的，或半開半閉，因而形成的C形小室可以是相互連通的，也可以是完全封閉的。理想的全嚙合反向旋轉的雙螺桿的C形小室是完全封閉的，小

24、室中的物料跟著小室一起前移，輸送過程中不會產生倒流或滯流，因此具有最大的強力輸送。由于口香糖膠基的粘性大，為了減少物料和螺桿、機筒的摩擦力，使物料更容易螺旋輸送，本設計采用向外反向旋轉式雙螺桿。 混合作用圖2.1 反向旋轉，物料在雙螺桿螺槽中的流動情況因為反向旋轉雙螺桿在嚙合處螺棱和螺槽的速度方向相同，但是存在速度差，所以被螺紋帶入嚙合間隙的無聊將受到螺棱和螺槽間的擠壓和研磨，使物料得到混合和混煉。 自潔性能反向旋轉的雙螺桿，在嚙合處螺紋和螺槽間，存在速度差，在相互擦離的過程中，相互剝離粘附在螺桿上的無聊，使螺桿得到自潔。 壓延效應 向外反向旋轉的螺桿擠壓機，由于有使物料向上運動的趨勢，因此沒

25、有明顯的壓延效應。 2.2.2 擠壓加工系統(tǒng)機筒擠壓成型料 倉喂料裝置 加熱與冷卻圖2.2 典型食品擠壓加工系統(tǒng)鏈圖如圖1.2所示,典型的擠壓加工系統(tǒng)支鏈圖,其中包括喂料裝置、預調質裝置、傳動、擠壓、加熱與冷卻、成型、切割、控制等部分組成。2.3 總體結構設計螺桿擠壓機總體結構對整機的性能有很大的影響，總體結構包括擠壓系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)和驅動源的相互位置關系。由于這些關系的不同，構成了種種不同差別：（見表2-1）表2-1 總體結構設計分析表總體類型不同類型優(yōu)點缺點外觀形式臥式螺桿擠壓機螺桿在空間呈水平放置，尺寸大小影響占地面積，對空間高度影響不大計量部分的螺桿和機筒易于磨損立式螺桿擠壓機螺桿在空間

26、呈豎直減速箱選型和結構設計受限制，空間高度要求高聯接形式整體式螺桿擠壓機結構緊湊不便于加工和裝拆、維修動力源和傳動裝置位置電機置于機器旁側便于電機及機器維修占地面積大電機置于減速箱前部，擠壓系統(tǒng)下部機器結構緊湊，外觀整齊要求設計帶等傳動系統(tǒng)，傳動效率低電機置于減速箱后部，與機器成一體與機器構成整體，有利于選用標準減速器，有利于互換性和滿足加工要求軸向長度較長，占地面積相應增大電機置于減速器上部占地面積小由于振動問題，要求支架有足夠剛度結論：通過以上分析，結合本課題的實際情況，擬采用臥式分段式結構形式，動力源和傳動裝置位置選用電機置于減速箱前部，擠壓系統(tǒng)下部。3 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的設計3.

27、1 螺桿的設計及計算 3.1.1 螺桿結構設計螺桿是擠壓機最重要的關鍵部件之一,其結構及其幾何參數的設計合理與否之間關系到擠壓過程。 3.1.1.1 螺桿結構設計要點 生產能力：生產能力是設計螺桿的主要指標之一，不同規(guī)格的螺桿生產能力是不同的，同一規(guī)格的螺桿，由于結構和幾何尺寸的差異或由于螺桿轉速的差異也不同。通常我們取生產能力Q與螺桿轉速n的比值，稱之為“比流量”。同規(guī)格的螺桿在加工同一種物料時的比流量，在一定程度上說明了螺桿的結構及幾何參數的合理與否。對于85機來說，一般認為Q/n1（kg/h/r/min）是同規(guī)格機臺中比較好的比流量值。本設計中，生產能力定為Q150kg/h,螺桿轉速根據

28、生產口香糖的工藝要求取為n40min，則比流量Q/n150/403.75，較合理。 功率消耗：從能量平衡來看，物料所消耗的能量應等于物料在擠壓系統(tǒng)中的加熱能量和對螺桿輸入功率的總和。習慣上為衡量螺桿加工不同物料所消耗的機械功率大小，如果機筒外加熱功率相同時，以螺桿每單位生產能力所消耗的機械功率作為衡量的標準，稱為螺桿的單耗N/Q。在保證物料膠體化的前提下，螺桿的單耗較低比較好。 擠壓物的質量 擠出物的質量包括外觀質量、混合質量、擠出溫度、軸向與徑向溫差、溫度隨時間波動的軸向溫差、擠出壓力的波動等方面的內容。由于壓力p的波動，直接影響生產能力的穩(wěn)定性。溫度的波動可以通過粘度的波動而影響Q的穩(wěn)定性

29、。根據與擠壓法生產口香糖的比較，機筒溫度和壓力的大小對擠壓生產口香糖的產品品質有著極大的影響，溫度升高有利于提高物料混合的速度和程度，但也會降低模頭處的壓力。因此，應視溫度和壓力對口香糖的影響程度，合理選取控制，避免兩者的較大波動。 螺桿的加工制造是否容易，使用壽命是否長。螺桿加工制造困難，影響螺桿的壽命。 3.1.1.2 螺桿傳動系統(tǒng)反向旋轉式雙螺桿的傳動系統(tǒng)相對來說比較復雜，一般采用外嚙合傳動。（如圖3.1所示）圖3.1 螺桿傳動系統(tǒng) 3.1.2 雙螺桿的有關計算螺桿主要結構參數有：螺桿直徑，長徑比，螺桿各段主要參數，螺紋形狀，螺桿的螺紋頭數。圖3.2 等深變距螺桿 3.1.2.1 螺桿結

30、構和嚙合方式的確定本設計中螺桿的設計仍按普通螺桿的方法進行設計改進。普通螺桿按其螺紋升角和螺槽深度可分為三種形式：1.等距變深螺桿；2.等深變距螺桿；3.變深變距螺桿。考慮到螺桿的強度要求和設計較大的壓縮比，我們擬采用等深變距螺桿。等深變距螺桿是指螺槽深度不變，螺距從加料段的第一個螺槽開始至均化段末端是從寬變窄，結構形式如圖3.2所示。為使進料均勻，協調螺槽輸送物料和熔融的能力，螺桿采用單頭螺紋，并部分嚙合，以使物料受到較大的剪切和混合，有利與生化反應的進行。 3.1.2.2 螺桿直徑Ds的確定螺桿直徑是螺桿主要的參數之一，在設計螺桿時，一般是根據生產能力和理論公式來計算螺桿直徑，這種方法是比

31、較是困難的，因此可選用下列計算方式進行計算，在初步確定螺桿的生產能力和轉速后，根據經驗的生產能力公式初步確定螺桿直徑： (3.1) 式中 Q 生產能力，kg/h 螺桿直徑，cm 螺桿轉速，r/min 經驗出料系數，一般取0.0030.007本設計中，（工作轉速），由式（3.1）得取標準螺桿直徑。 3.1.2.3 長徑比L/Ds的確定在擠出理論的其他條件一定時，增大長徑比，物料在螺桿中的停留時間變長，即保證了物料進行較好的融合，但過大的長徑比會造成停留時間過長而使熱敏性物料分解。因此，應根據被加工物料的物理性能和產品質量的要求來考慮。 為使物料和調味料的充分混合，延長熔體在機筒內的停留時間，保證

32、其均一性，參考有關資料，初步選取長徑比，則螺紋段總長取標準長L1200mm，修正 3.1.2.4 螺桿各段主要幾何參數的確定物料在螺桿中的擠壓經歷固體輸送、熔融和均化的過程。因此，整個螺桿的設計通常分為三部分。以下具體計算確定各段的幾何參數。1 螺槽深H由于螺桿設計成等深變距形式，取統(tǒng)一螺槽深 取H15mm，則螺桿根徑 。2 螺距S 沿輸送段到均化段方向，將螺桿成階梯形分成三段，螺距依次為54mm、48mm、36mm。3 各段長L根據經驗數據，確定各段長如下：加料段 ，取螺距的整倍數， 熔融段 。取螺距的整倍數， 均化段 3實際螺紋段總長 m4 螺紋升角、 參考公式 螺桿外徑處螺紋升角 螺桿根

33、徑處螺紋升角 分別計算出各段的螺紋升角、，列表如下：（表3-1）表3-1 各段螺紋升角表第一段第二段第三段11.43210.197.67817.35515.5311.77 3.1.2.5 其他參數的確定1 雙螺桿中心距A和螺桿嚙合間隙雙螺桿的中心距主要取決于螺桿的直徑和對間隙的要求，一般地單螺紋雙螺桿，螺桿部分嚙合，需要存在一定大的間隙，應滿足，即，則取A80mm2 螺桿與機筒的配合間隙間隙的選擇主要根據所加工物料的性能和機械加工條件來決定。參考，一般取擠壓機的配合間隙。圖3.3 梯形螺紋斷面圖3.4 開槽螺紋 3.1.2.6 螺紋斷面形狀的確定對于小直徑螺桿，一般選用梯形螺紋，由于其前后緣有

34、較大的傾角，有利于物料的流動，同時具有較好的混合和均化物料的作用。其斷面形狀如圖3.3所示。本設計中，各段螺紋統(tǒng)一取 傾角 圓角半徑 ，取R5mm 螺棱頂寬 ，取 為了使物料在機筒內流動順暢，減少流動阻力，減輕模頭壓力，免發(fā)生堵塞現象，并維持其均一性和連續(xù)性，我們在均化段螺紋上開半圓槽，具體結構如圖3.4所示。 3.1.2.7 壓縮比i全螺紋雙螺桿的壓縮比等于加料段一個螺距的螺槽容積與擠出段一個螺距的螺槽積之比，不計過渡圓弧的影響，其計算式如下： （3.2） 式中 、分別為加料段、擠出段的螺距 、分別為加料段、擠出段的螺紋頭數 、 分別為加料段、擠出段平均直徑處的螺紋軸向厚度 D、d 分別為螺

35、桿外徑、根徑 、分別為加料段、擠出段的嚙合面積的一半因為螺桿等深，截面形狀一樣，且是單頭螺紋，嚙合面積、忽略，由式（3.2）初步估算壓縮比 3.1.3 螺桿的強度校核 3.1.3.1 材料選取螺桿材料選用38CrMoAlA，氮化處理，其綜合性能較好，使用廣泛。主要性能參數詳見表3-2。表3-2 我國螺桿和機筒的常用材料 材料類別 性 能45#40Cr鋼鍍鉻38CrMoAlA屈服極限(Mpa)360800850最高使用溫度()500500熱處理硬度(HRC)基體45，鍍鉻層5565耐HCL腐蝕性不好較好中等熱處理工藝簡單較復雜復雜線膨脹系數（10-6/）12.1基體13.8，鉻層8.29.214

36、.8相對價格11.52.5 3.1.3.2 連接方式 螺桿的連接方式按照螺桿與減速箱中的傳動軸固定方式不同，一般可分為緊固和浮動式。本設計中將采用浮動式，即螺桿與傳動軸為兩個不同的零件，并以較松的配合連接，在擠壓時可在機筒內浮動，整個螺桿在實際計算中可近似地視為一懸臂梁。 3.1.3.3 受力分析圖3.5 螺桿受力示意圖螺桿的受力狀態(tài)如圖3.5所示。主要受到物料的壓力p，克服物料的阻力所需的扭矩和自重G的作用。根據圖3.5可知，螺桿徑向所受的壓力p大小相等方向相反，所以可以互相抵消，計算時只考慮p對螺桿軸向的影響（即軸向力）。由分析可得，對螺桿的強度計算，在彎、壓、扭聯合作用下進行復合計算，一

37、般狀況下因為螺桿根徑處的承載能力較差，因此可歸結于上面所提的復合應力的作用下螺桿根徑斷面強度的計算。 3.1.3.4 雙螺桿的校核 對螺桿進行強度校核計算。(1) 由軸向力產生的壓縮應力 （3.3）取螺桿軸向最大壓力，螺桿外徑，內徑代入式（3.3），得 (2) 由扭矩產生的剪應力 （3.4）根據 （3.5）對于的擠出機，取K0.00354，另取n為螺桿最高轉速，則計算所得擠壓機驅動功率 取傳動效率，則電機輸出功率 選用YCT3154A電磁調速電機。通過電機調速，可方便地調節(jié)螺桿轉速，繼而柔性地改變操作參數，達到生產膨化食品的控制要求。YCT3154A電機的基本技術參數如下表3-3所示。表3-3

38、 YCT2504B電機主要技術參數標稱功率 （kW）輸出轉矩 （Nm）額定轉速下調速范圍（r/min）轉速變化率不大于%3723213201322.5取擠壓機主電機最大傳動功率，由式（3.4）得 由螺桿自重G產生的彎應力 （3.6）將L1.5m，代入（3.6），得(3) 螺桿的復合應力 根據材料力學可知，對于塑性材料合成應力應用第三強度理論計算，即 （3.7）式（3.7）中 螺桿材料許用應力：，取，則所以復合應力 螺桿強度足夠。3.2 機筒的設計及計算擠壓機的擠壓系統(tǒng)由螺桿和機筒共同組成，熱量傳遞的穩(wěn)定性和均勻性都與其結構形式有關，在進行機筒設計時，機筒結構形式的選擇必須考慮，機筒上的加料口形

39、式，機筒與機頭的聯接方式以及機筒的加工等問題都要進行研究。 3.2.1 機筒結構形式由于嚙合異向平行雙螺桿擠出機對機筒的要求很高有良好的密封性等，所以機筒一般采用整體式，整體式的缺點是機筒過長，難于加工和清潔。圖3.6 喂料口斷面圖 3.2.2 料口結構設計加料口的結構必須適應物料的形狀，使被加工的物料能夠從料斗或加料器中不間斷的自由流入螺桿，能很好的適應各種粉料粒和帶狀物料，如圖3.6。 3.2.3 機筒材料的選擇為節(jié)約貴重金屬，在滿足性能要求的前提下，機筒材料選用40Cr，內表面鍍鉻，以提高其抗磨性和耐腐蝕性。 圖3.7 整體式機筒 3.2.4 機筒的連接方式機筒的結構有整體式、分段式等。

40、本設計中機筒結構采用整體式，整體式機筒的特點是長度大，加工要求高；在加工精度和裝配精度上容易的到保證，也可簡化裝配工作；在機筒上設置外加熱器不易受到限制，機筒受熱均勻；對于物料的輸送更容易。參考，機筒壁厚取45mm。機筒強度校核略。3.3 傳動系統(tǒng)的簡單設計 傳動系統(tǒng)是擠壓機的主要組成部分之一，螺桿的驅動，并使螺桿能在特定的工藝條件下獲得所必須的扭矩并且能夠進行均勻地旋轉，從而對物料完成輸送和塑化。 3.3.1 傳動系統(tǒng)設計 圖3.8 傳動系統(tǒng)示意圖 初步確定擠壓機傳動路線如圖3.8所示。 3.3.2 電動機的選用螺桿轉速的調節(jié)是生產食品的一個關鍵性操作參數，因此在本設計中，我們將采用無級調速

41、電機與有級減速機的組合。采用無級調速電機，主要是因為其工作特性曲線與擠壓機的工作特性相似，所以采用它來作原動機，能夠保證有較高的功率因素與效率(cos0.60.96，5060%)，且啟動性能好，運行穩(wěn)定，可得到較合理的使用。為使螺桿獲得足夠的轉矩，電機調速不應太低，控制在1000r/min左右。采用有級減速機，承擔大部分的傳動比，可滿足這一要求。為減小整機外形尺寸，使結構緊湊，電機置于下方，通過帶輪傳動帶動減速機。帶輪不僅可以分擔一定的傳動比，而且還可使整個系統(tǒng)傳動穩(wěn)定，并起到過載保護的作用。由前面電機選用YCT3154A電磁調速電機。 3.3.3 螺桿推力的傳遞和拉桿強度校核螺桿推力的傳遞是

42、擠壓機傳動系統(tǒng)設計中最須解決的問題之一。本設計中，物料壓力的傳遞路線是這樣的：一方面，物料對螺桿的推力由螺桿出發(fā)，依次經過套筒聯軸器套筒軸承支架，傳至傳動箱內的從動軸上，再通過推力軸承，傳到傳動箱箱體，而傳動箱又通過拉桿固接于機架；另一方面，物料對模頭的壓力通過端蓋傳至機筒，由于機筒通過螺栓固接于機架，這樣就形成了一個“封閉力系”。通過上面的分析，我們看到物料對螺桿的推力最終是通過拉桿傳遞到機架上的，全部軸力都作用于拉桿，這就對拉桿的強度提出了很高的要求。本設計中，拉桿螺紋規(guī)格為M30，數目為4，安裝時預緊。以下是參考對拉桿抗拉強度進行校核計算的過程(視拉桿為螺栓，靜載荷)。 計算項目 計算內

43、容 計算結果計 算 拉 桿 受 力端蓋承受最大壓力 上面計算已知 拉桿工作載荷 (式6.13) F11350.475.N剩余預緊力 (見6.3.1節(jié)) 拉桿最大拉力 (式6.5) 計 算 拉 桿 應 力拉桿直徑 已知 d30mm 螺紋段幾何尺寸 查手冊續(xù)表5-2得 ， p3.5mm，H0.866 p3.031mm拉桿危險截面面積 選擇拉桿材料 45鋼選擇拉桿性能等級 4.6級，則 安全系數 Ss2.5 拉桿許用應力 拉桿應力 結論：，拉桿強度足夠安全 3.4 輔助零部件設計計算 3.4.1 加料系統(tǒng)設計計算 為了將物料不斷的供給擠壓系統(tǒng)，必須在擠壓機上設有喂料系統(tǒng)，加料裝置的設計適當與否，對擠

44、壓機的產量，產品的品質等有直接的關系。 喂料基本要求 按照設計實際需要及具體條件來決定裝置設計 重力加料物料在料斗中依靠本身的重力進入擠壓系統(tǒng)，在料斗上方設置喂料器，均勻的喂料，且能控制喂料量，滿足各種不同物料加工需要，避免進料不均勻的現象，提高產品的質量和產量。 3.4.1.1 加料系統(tǒng)組成圖3.9 加料系統(tǒng)組成示意圖本設計中，加料系統(tǒng)擬采用喂料裝置進料斗喂料系統(tǒng)機筒進料斗方案，見圖3.9。其中喂料系統(tǒng)主要由調速電機、水平螺旋輸送器組成。使用螺旋輸送器，不但可以方便地控制和調節(jié)進料量，而且在運送物料的同時亦可對其進行進一步攪拌、揉捏、混合，保證物料均勻、穩(wěn)定。 3.4.1.2 水平螺旋輸送器

45、設計 由上面所知，本設計中將采用螺旋輸送的加料方式，在對其進行設計計算時，必須先確定設計的原始條件，包括輸送能力、物料性質、工作環(huán)境、布置形式等。 3.4.1.3 螺旋直徑和轉速的確定以下計算參考查表1-15和1-16得 物料填充系數0.15,綜合特性系數K0.0710，B20，傾角系數C1.0(水平，傾角0)，采用帶式面型螺旋面螺旋，則節(jié)距tD。又已知生產能力G0.15，物料密度，則根據式(1-39) (3.8)由式（3.8）計算螺旋直徑D，得圓整為標準直徑，取D0.09m (3.9)由式（3.9）計算極限轉速圓整為標準轉速，取n60r/min填充系數的校核公式為 （3.10）按式(3.10

46、)校核填充系數由于計算所得的值在推薦值的的范圍內，因此計算所得結果合格。 3.4.1.4 螺旋主要結構參數確定圖3.10 螺旋幾何形狀如圖3.10所示，螺旋的主要結構參數有外徑D、根徑d、節(jié)距t、葉片厚、螺旋頂部升角和根部升角。外徑D90mm，已知。節(jié)距tD90mm取葉片厚 根據 （3.11）得根徑 0.0920.15(0.7153.1420.0.128230.0990)1/20.049m圓整，取d50mm，則螺旋升角 （3.12） （3.13） 3.4.1.5 螺旋傳動方案確定為增強輸送和混合效果，本設計中采用雙螺旋，同向旋轉，部分嚙合。雙螺旋的中心距a(9d)2(9050)238mm，取嚙

47、合間隙2mm，則a72mm。螺旋的傳動方案如圖3.11所示。由于中心距較小，相應螺桿上的齒輪直徑很小，因此采用分配齒輪（直徑較大）同時帶動兩小齒輪，從而驅動螺旋旋轉為了不影響電機的調速范圍，設計時分配箱的增速比我們控制在1.5之內圖3.11螺旋進料傳動方案 3.4.1.6 電機選用 進料量的調節(jié)是擠壓生產過程的一個重要操作參數，基于這種考慮，設計中我們選用機械式無級調速電機驅動螺旋，通過調速，來改變進料速率。所選電機型號為MBW-0.8 Y -0.75-DC5（MBN帶一級齒輪減速）。其主要技術參數見表3-5。表3-5 MBNW-Y07-0.55-C5型電機技術參數額定輸入功率 輸入轉速齒輪減

48、速傳動比變速范圍許用輸出轉距0.75kW1500r/min540200r/min4830Nm 3.4.2 加熱與冷卻系統(tǒng)的設計 3.4.2.1 加熱和冷卻裝置系統(tǒng)由擠壓理論可知，溫度控制是擠壓過程得以進行的必要條件之一。擠壓機加熱與冷卻系統(tǒng)就是為了保證這一必要條件而設置的。加熱冷卻裝置及其控制系統(tǒng)設計是否得當，將直接關系到擠壓機的生產能力、產品的質量和能量的消耗。因此，擠壓機的加熱冷卻系統(tǒng)又是擠壓機的一個重要組成部分。 3.4.2.2 機筒溫度分布對物料的影響機筒溫度的分布控制是擠壓加工過程中一個關鍵的操作參數。根據對物料流動特性的分析，可知溫度對于擠壓物料的粘度影響很大。隨著溫度的升高，物料的粘度將會減小。在相同產量Q的情況下，當物料的粘度減小時，將同時減小擠壓機模頭處的壓力。機筒溫度的升高，使的物料活性失效，減弱了調味料混合在物料內被封閉和持續(xù)釋放的特性，同時也擠壓機的模頭壓力，因此，我們應視溫度和壓力對生化反應的影響程度，對機筒溫度進行嚴格控制和調節(jié)，以利于反應正常進行，確保產品的質量。在物料的擠壓加工工程中，剛開始段的機筒溫度加熱，使物料和調料開始吸收，接著進行一段長的捏合區(qū)，此時溫度低于48，壓力升高至2MPa,促使調并使物