【正文】 作者姓名： 20xx 年 5 月 25 日 I 無錫太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 題目 反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機及擠壓部件設計 專題 二、課題來源及選題依據(jù) 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(chǎn)代替間歇生產(chǎn)，必然有較高的生產(chǎn)率和較低的能耗，也已實現(xiàn)自動化，同時螺桿的攪拌作用業(yè)提高了混合質(zhì)量這些因數(shù)加在一起，避讓降低生產(chǎn)成本。擠壓加工技術作為一種經(jīng)濟實用的新型加工方法廣泛應用于食品生產(chǎn)中，并得到迅速的發(fā)展。 四、接受任務學生： 機械 94 班 姓名 沈杰 五、開始及完成日期： 自 20xx 年 11 月 12 日 至 20xx 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔 學科組組長研究所所長 〕 簽名 系主任 簽名 20xx 年 11 月 12 日 III 摘 要 本文先分析了膨化食品的市場需求和生產(chǎn)現(xiàn)狀，并初步探討了擠壓機生產(chǎn)膨化食品的工藝可行性；提出了用雙螺桿擠壓機生產(chǎn)膨化食品的工藝流程。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(nèi)容。作為一種經(jīng)濟實用的新 型加工方法 從而被應 用于食品生產(chǎn)中 的擠壓技術 得到 了 迅速的發(fā)展。 擠壓技術在食品生產(chǎn)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(chǎn)中 。 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(chǎn)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(jié)構的變化，擠壓食品的品種和產(chǎn)量日益增多。 擠壓膨化原理 物料在擠壓機套筒內(nèi)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 。 擠壓機的發(fā)展 國內(nèi)外擠壓機的發(fā)展狀況 擠壓機 作為 擠壓加工技術的關鍵 得到了廣泛應用 。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(chǎn)膨化玉米。 國際上有代表性的擠壓機生產(chǎn)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 食品機械 公司 , MAP 機械制造 公司 ,瑞士的dafsfa 食品機械 公司等。目前 ,擠壓技術已經(jīng)發(fā)展成為最常用的膨化食品生產(chǎn)技術之一。 機器運行時 , 由于雙螺桿互相嚙合而具有自行擦凈的功能 , 所以不會出現(xiàn) 單螺桿擠出機 中 螺桿堵塞的物料在套筒內(nèi)表面結(jié)焦 。 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(jié)構特點，了 解反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機的工作原反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計 3 理，進行反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機 主要 結(jié)構參數(shù)研究，進行反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機的設計，反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機擠壓部件的設計。向內(nèi)反向旋 轉(zhuǎn)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)。這種旋轉(zhuǎn)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。因此，同向旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生其物料產(chǎn)生的混合程度比反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠壓機的混合程度要大。 類似瘦肉維組織結(jié)構 , 吸收水分后具有一定的彈性 , 口感較好 。 在浸油中的應用 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。目前研究較多的是從葵花籽、花生、芝麻中提取油。目前 , 擠壓技術已成功地應用于高蛋白質(zhì)谷物類食品的生產(chǎn)中。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(zhuǎn)式雙螺桿。 無錫太湖學院學士學位 論文 6 擠壓加工系統(tǒng) 圖 典型食品擠壓加工系統(tǒng)鏈圖 如圖 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(diào)質(zhì)裝置、傳動、擠壓、加熱與冷卻、成型、切 割、控制等部分組成。 螺桿結(jié)構設計要點 ⑴ 生產(chǎn)能力：生產(chǎn)能力是設計螺桿的主要指標之一，不同規(guī)格的螺桿生產(chǎn)能力是不同的，同一規(guī)格的螺桿，由于結(jié)構和幾何尺寸的差異或由于螺桿轉(zhuǎn)速的差異也不同 。本設計中，生產(chǎn)能力定為 Q＝ 150kg/h,螺桿轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)口香糖的工藝要求取為 n＝ 40min，則比流量 Q/n＝150/40＝ ，較合理。 ⑶ 擠壓物的質(zhì)量 擠出物的質(zhì)量包括外觀質(zhì)量、混合質(zhì)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(nèi)容。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。（如圖 所示） 反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計 9 圖 螺桿傳動系統(tǒng) 雙螺桿的有關計算 螺桿主要結(jié)構參數(shù)有：螺桿直徑，長徑比，螺桿各段主要參數(shù)，螺紋形狀，螺桿的螺紋頭數(shù)。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(jié)構形式如圖 所示。因此，應根據(jù)被加工物料的物理性能和產(chǎn)品質(zhì)量的要求來考慮。 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 0 . 1 5 0 . 2 1 1 2 . 7 1 7 . 8 5H D D m m?? 取 H＝ 15mm，則螺桿根徑 2 85 30 55bsD D H m m? ? ? ? ?。 176。 176。其斷面 形狀如圖 所示。 表 32 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) 360 800 ＞ 850 最高使用溫度 (℃ ) — 500 500 熱處理硬度 (HRC) — 基體≥ 45， 鍍鉻層＞55 ＞ 65 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(shù)（ 106/℃） 基體 ，鉻層~ 相對價格 1 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。 根據(jù) 圖 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 zp ）。 N k w?? ? ? 選用 YCT315— 4A 電磁調(diào)速電機 ??11 。 m） 額定轉(zhuǎn)速下調(diào)速范圍 （ r/min） 轉(zhuǎn)速變化率δ不大 于 % 37 232 1320— 132 取擠壓機主電機最大傳動功率 max 37N kW? ，由式（ ）得 ? ?4 3 74 . 9 6 1 0 3 7 0 . 8 0 1 0 0 0 . 0 5 5 8 . 8 2 4 4 1 0 8 8 . 2 4 4P a M P a? ? ? ? ? ? ? ? ? 由螺桿自重 G 產(chǎn)生的彎應力 b? 22633()21032b s sb b ssLGM L D dW ddgsp+= = = （ ） 將 L＝ ， 10 kg m? ?? 代入（ ），得 ? ? ? ?22 3 6 31 . 5 0 . 0 8 5 0 . 0 5 5 7 . 8 5 1 0 1 0 0 . 0 5 5 2 . 0 8 0 7b M P a? ? ? ? ? ? ? (3) 螺桿的復合應力 r? 根據(jù)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 ? ?2 4r? ? ? ?? ? ? （ ） 式（ ）中 M Pa? ? ?? ? ? ? ? 螺桿材料許用應力： ? ? yyn??? ，取 850y MPa? ? ， 3yn? ，則 無錫太湖學院學士學位 論文 16 ? ? 8 5 0 3 2 8 3 .3 3 3 M P a? ?? 所以復合應力 ? ? ? ?1225 9 . 4 0 2 7 4 8 8 . 2 4 4 1 8 6 . 2 1 6 2 8 3 . 3 3 3r M P a M P a??? ? ? ? ? ? 螺桿強度足夠 ??8 。 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(nèi)表面鍍鉻，以提高其抗磨性和耐腐蝕性。 機筒強度校核略。 采用無級調(diào)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 (cosρ＝ ~，η＝ 50~60%)，且啟動性能好，運行穩(wěn)定，可得到較合理的使用。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。 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。 ⑴ 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 ⑵ 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(xiàn)象，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。 水平螺旋輸送器設計 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(zhì)、工作環(huán)境、布置形式等。 螺旋主要結(jié)構參數(shù)確定 圖 螺旋幾何形狀 如圖 所示，螺旋的主要結(jié)構參數(shù)有外徑 D、根徑 d、節(jié)距 t、葉片厚 ? 、螺旋頂部升角 s? 和根部升角 b? 。 。 節(jié)距 t＝ D＝ 90mm 取葉片厚 8mm?? 根據(jù) ? ?226 0 4Q D d t n??? ? ? ? （ ） 得根徑 ? ? 122 15d D Q tn???????? ＝ [－ ／ ( 15 90)]1/2＝ 圓整，取 d＝ 50mm，則螺旋升角 ? ? ? ?a r c t a n a r c t a n 9 0 3 . 1 4 2 9 0 1 9 . 6 1 8s tD?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ）? ? ? ?9 0 a r c t a n a r c t a n 9 0 3 . 1 4 2 5 0 3 3 . 1 2 3b td? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 無錫太湖學院學士學位 論文 22 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(zhuǎn)，部分嚙合。 )，采用帶式面型螺旋面螺旋，則節(jié)距 t＝ D。其中喂料系統(tǒng)主要由調(diào)速電機、水平螺旋輸送器組成。以下是參考 ??14 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 )。 螺桿推力的傳遞和拉桿強度校核 螺桿推力的傳遞是擠壓機傳動系統(tǒng)設計中最須解決的問題之一。采用有級減速機，承擔大部分的傳動比，可滿足這一要求。 無錫太湖學院學士學位 論文 18 傳動系統(tǒng)設計 圖 傳動系統(tǒng)示意圖 初步確定擠壓機傳動路線如圖 所示。 本設計中機筒結(jié)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。 機筒結(jié)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。 YCT315— 4A 電機的基本技術參數(shù)如下表 33 所示。 雙螺桿的校核 對螺桿進行強度校核計算 ??9 。 受力分析 無錫太湖學院學士學位 論文 14 PL圖5 螺 桿受力示意圖GM t 圖 螺桿受力示意圖 螺桿的受力狀態(tài)如圖 所示。 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 ??5 ，其