反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计(编辑修改稿)

反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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。 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。 无锡太湖学院学士学位 论文 2 总的来说，用挤压法生产膨化食品是现今的发展趋势。 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。 挤压机的发展 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。 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。 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反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计 3 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。 无锡太湖学院学士学位 论文 4 2 反向旋转型双螺杆挤压机的简介 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用 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。 双螺杆挤压机在食品工业中的应用 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。 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。 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。 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。 反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计 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。 双螺杆挤压机的工作原理 挤压原理 ⑴ 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。 ⑵ 混合作用 图 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。 ⑶ 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。 ⑷ 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。 无锡太湖学院学士学位 论文 6 挤压加工系统 图 典型食品挤压加工系统链图 如图 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。 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 21） 表 21 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 料 仓 喂料装置 机筒挤压 成型 加热与冷却 反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计 7 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。 无锡太湖学院学士学位 论文 8 3 反向旋转型双螺杆挤压机的设计 螺杆的设计及计算 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。 螺杆结构设计要点 ⑴ 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φ 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 Q＝ 150kg/h,螺杆转速根据生产口香糖的工艺要求取为 n＝ 40min，则比流量 Q/n＝150/40＝ ，较合理。