同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计(编辑修改稿)

同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

禽肉的咀嚼感，可以作为生产原料生产出各种不同口味的模拟仿真食品，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，而且高效、简单，利于工业化生产。 同向双螺杆挤压机弥补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。 对于本课题而言，我们需要根据模拟虾仁生产的工艺要求来设计一台专门用于生产加工鱼肉的双螺杆挤压机。 根据要求，我们做出了一些创新，首先选用了较小长径比的螺杆，采用较深的螺距，来保证物料在机筒内不至停留时间过长，保持产品的口味。 为调节产品的口味，生产过程中操作参数经常需要改变，因此螺杆转速调节以及进料量调节是必不可少的，在设计中我们都考虑到了这一点，在实际设计中单螺杆送料挤压机跟双螺杆成型挤压机都采用了调速电机控制，并严格控制了传动比范围，在满足输出 转矩的前提下，使电机的调速范围尽量落在实际生产要求转速的调节区域内，充分发挥调速电机的调速优势。 通过对挤压机关键结构参数和操作参数的分析，我们发现压力和温度对产品的质量有较大的影响。 因此我们专门对模头处的加热冷却系统进行了设计。 在均化段采用加热冷却系统来较好的控制温度，使从模头出来的条状物料的物理性能能满足下一工序 —— 成型 —— 的需要。 双螺杆中心距限制，给分配箱内轴承的选用和布置提出了较高的要求。 在本次设计中，我们设置了推力轴承组了分担载荷，同时设置碟性弹簧以缓冲吸振。 在分配箱箱体形式的选择方面，最终采用了组 合式箱体结构，这样在维修时，拆装推力轴承组以及齿轮轴都很方便。 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。 无锡太湖学院学士学位论文 4 国内外的发展概况 日本、美国、韩国等比较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工业化规模化生产的水平，他们 生产的仿 真食品设备已远销我国。 目前己开发或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，对这些仿真食品多数品种的研究，仅停留在工艺研究或探讨阶段，离产业化、工业化生产还有很大距离。 我国在该方面硏究相对落后，虽然有吴光宏、张金亮等进行淡水鱼模拟蟹腿肉的工艺研究试验，但自主开发仿真食品生产设备几乎空白。 虽然仿真食品发展前景十分诱人，然而由于仿真食品生产技术研究不足，影响了我国在仿真食品产业领域的发展。 仿真食品的生产工艺与设备，将随制品品种有所区别，但在如何使制品成形、如何保证制品品质等方面存在一些共性问题。 因此本研容思路是，通过其典型制品一模拟虾仁的生产工艺和设备研究为蓝本，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。 鱼肉模拟虾仁制品应该有逼真的虾仁外形，需要进行外形的成形。 虾仁外形的 成形方法大致有以下几种：滚切成形、冲压成形、浇注成形等方法。 由于鱼糜糊只有通过加热凝胶后才能定形，因此要求鱼糜糊能构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可合的模具，而模具内有大虾仁形状的内腔，将鱼糜糊注塑到模具内腔中，再对模具进行加热，等凝胶可脱模后，打开模具，成形后的虾仁落下，美国专利 〖 139】 介绍的方法就是如此。 浇注成形方法也适用于模拟蟹肉、模拟贝肉等鱼肉仿真食品的成形，因此有着广泛的应用。 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、制品质量的基础问题 ，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，鱼肉凝胶特性研究成果较多，在制定仿真食品工艺时，可以参考或采用前人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，解决这些问题是本文的研究内容。 在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，以及生产能力、设备功率等都和鱼糜的流变特性有着一定联 系系。 找出它们之间的关系，把它们用于指导食品食品工程技术的研究，是本文的研究 内容。 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。 而适合机械化生产、工艺简单的鱼丝工艺、仿真食品成形工艺，还有待研究。 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计 5 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，但国产化且符合国情的中小型仿真食品成形设备尚未见。 研究中小型仿真食品生产设备，在国内推广使用 ，也是本文的研究内容。 我国在双螺杆挤 压 机的设计制造及应用方面与发达国家相比存在很大的差距。 由于 国内双螺杆挤 压 机开发 与 研究工作起步较晚，因此产品档次较低，系列化程度低，多数产品的螺杆、技术水平、机筒的精度、整机性能和质量与目前发达国家的 现有 水平有一定差距。 目前，我国生产的异向旋转双螺轩挤出机多为锥形 异向 双螺杆挤出机， 而 平行异向双螺杆挤出机 还 很少，并且多为中、小型机，国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依赖进口。 在双螺杆挤出机的设计、计算以及制造技术方面 尚 有 很多 难点需要克服，这些都 限制了我国 在 双螺杆 挤出技术与装备 领域 的发展。 随着 我国 国民经济的发展，大型塑料管材、板材在石化、建筑、型材、国防等领域的应用日渐广泛。 大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制 也 必将受到越来越多的重视。 本课题应 达到的要求 本课题主要研究同向双螺杆挤压机及其传动系统设计，因此双螺杆中心距限制，给分配箱内轴承的选用和布置提出了较高的要求。 在本次设计中，我们设置了推力轴承组了分担载荷，同时设置碟性弹簧以缓冲吸振。 在分配箱箱体形式的选择方面，最终采用了组合式箱体结构，这样在维修时，拆装推力轴承组以及齿轮轴都很方便。 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 国产化且符合国情的中小型仿真食品成形设备尚未见。 研究中小型仿真食品生产设备，在国 内推广使用，也是本文的研究内容。 双螺杆挤压机作为一种多输入多输出的新型生化反应器，研究其设计的方法、模型、手段及实验的理论根据等都是十分有意义的。 研究双螺杆挤压机需要比较全面的机械、食品、化学、传热学、六边学、流体力学、电子、自动控制等丰富的知识结构。 国外的研究趋势表明，需要研制生产能力大，系统稳定性好，产品质量稳定，自动化程度高的挤压设备。 本设计中采用单螺杆 输料，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。 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，而且高效、简单，利于工业化生产，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。 无锡太湖学院学士学位论文 6 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。 同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计 7 2 双螺杆挤压机设计 双螺杆挤压机的工作原理 ⑴ 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。 ⑵ 混合作用 图 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 所示），呈“∞ ”型前进，料流的方向改变，有助于物料的混合和均化 [7]。 ⑶ 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 [4]。 ⑷ 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。 挤压加工系统 挤压加工系统组成 加热与冷却 成型 机筒 预处理 喂料装置 挤压 混合料仓原料 无锡太湖学院学士学位论文 8 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。 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。 双螺杆挤压机零部件结构设计 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。 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 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 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 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。 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同向旋转型双螺杆挤压机及传动系统设计 9 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 65 挤出机来说，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＝120kg/h， 螺杆转速根据生产虾片的工艺要求取为 n＝ 60r/min，。