【文章內容簡介】 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。相對于傳統工藝， 擠壓技術有很多的有點 ，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。 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)與吸收問題 ?，F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。 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的加工方法好。 無錫太湖學院學士學位 論文 2 總的來說，用擠壓法生產膨化食品是現今的發(fā)展趨勢。 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。 擠壓機的發(fā)展 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。 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。 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反向旋轉型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計 3 理，進行反向旋轉型雙螺桿擠壓機 主要 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。 無錫太湖學院學士學位 論文 4 2 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的簡介 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的特點及應用 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。 雙螺桿擠壓機在食品工業(yè)中的應用 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 。 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。 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。 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。 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 ,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。 反向旋轉型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計 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。 雙螺桿擠壓機的工作原理 擠壓原理 ⑴ 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。 ⑵ 混合作用 圖 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。 ⑶ 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。 ⑷ 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，因此沒有明顯的壓延效應。 無錫太湖學院學士學位 論文 6 擠壓加工系統 圖 典型食品擠壓加工系統鏈圖 如圖 所示 ,典型的擠壓加工系統支鏈圖 ,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。 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，傳動系統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 21） 表 21 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，擠壓系統下部 機器結構緊湊，外觀整齊 要求設計帶等傳動系統，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 料 倉 喂料裝置 機筒擠壓 成型 加熱與冷卻 反向旋轉型雙螺桿擠壓機及擠壓部件的設計 7 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，擠壓系統下部。 無錫太湖學院學士學位 論文 8 3 反向旋轉型雙螺桿擠壓機的設計 螺桿的設計及計算 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。 螺桿結構設計要點 ⑴ 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φ 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 Q＝ 150kg/h,螺桿轉速根據生產口香糖的工藝要求取為 n＝ 40min，則比流量 Q/n＝150/40＝ ，較合理。