1、名稱：對轉雙螺桿擠出機帶擠壓件的設計概括本文首先分析了膨化食品的市場需求和生產現狀，初步探討了擠壓機生產膨化食品的技術可行性；提出了雙螺桿膨化機生產膨化食品的工藝流程。在現有膨化機的基礎上，參照國外比較成熟的膨化機設計方法，根據膨化食品的特點和生產膨化食品的特殊工藝要求，對膨化機的關鍵部件進行了相應的設計。詳細介紹了擠出機主要部件的結構設計，如傳動箱、螺桿、機筒等，并進行了相應的校核計算； 、鍵等進行了設計和強度校核，并進行了承載能力校核計算；本文還涉及了擠出機的一些輔助部件如喂料系統、加熱和冷卻裝置、模具的選擇要求，并進行了簡單的設計。最后，本文提供了有關擠出機的安裝、操作、控制和維護的一些

2、信息。關鍵詞：膨化食品；擠壓捏合；反向旋轉雙螺桿擠出機目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc29027 摘要 PAGEREF _Toc29027 三 HYPERLINK l _Toc26023 摘要 PAGEREF _Toc26023 四 HYPERLINK l _Toc19444 目錄 PAGEREF _Toc19444 六 HYPERLINK l _Toc19631 1 簡介 PAGEREF _Toc19631 1 HYPERLINK l _Toc30924 1.1擠壓技術介紹 PAGEREF _Toc30924 1 HYPERLINK l _Toc19962 1

3、.1.1擠壓技術在食品生產中的應用 PAGEREF _Toc19962 1 HYPERLINK l _Toc21649 1.1.2 擠壓技術在食品生產中的發展現狀 PAGEREF _Toc21649 1 HYPERLINK l _Toc13913 1.1.3 膨化食品擠出機 PAGEREF _Toc13913 1 HYPERLINK l _Toc22666 1.1.4 擠壓原理 PAGEREF _Toc22666 2 HYPERLINK l _Toc25287 1.2擠壓機的發展 PAGEREF _Toc25287 2 HYPERLINK l _Toc23381 1.2.1 國外擠出機發展現狀

4、 PAGEREF _Toc23381 2 HYPERLINK l _Toc11983 1.2.2 雙螺桿擠出機的前景與未來 PAGEREF _Toc11983 2 HYPERLINK l _Toc13349 1.3本主題應滿足的要求 PAGEREF _Toc13349 3 HYPERLINK l _Toc16200 2 反向旋轉雙螺桿擠出機介紹 PAGEREF _Toc16200 4 HYPERLINK l _Toc15649 2.1對轉雙螺桿擠出機的特點及應用 PAGEREF _Toc15649 4 HYPERLINK l _Toc21437 2.1.1 對轉雙螺桿擠出機特點 PAGEREF

5、 _Toc21437 4 HYPERLINK l _Toc21923 2.1.2 雙螺桿擠出機在食品行業的應用 PAGEREF _Toc21923 4 HYPERLINK l _Toc23606 2.2雙螺桿擠出機工作原理 PAGEREF _Toc23606 5 HYPERLINK l _Toc19289 2.2.1擠壓 PAGEREF _Toc19289 原理5_ _ HYPERLINK l _Toc15946 2.2.2 擠壓系統 PAGEREF _Toc15946 6 HYPERLINK l _Toc2464 2.3整體結構設計 PAGEREF _Toc2464 6 HYPERLINK

6、l _Toc19344 3反向旋轉雙螺桿擠出機的設計 PAGEREF _Toc19344 8 HYPERLINK l _Toc10389 3.1螺桿8的設計計算 PAGEREF _Toc10389 HYPERLINK l _Toc15610 3.1.1 螺桿結構設計 PAGEREF _Toc15610 8 HYPERLINK l _Toc417 9的相關計算 PAGEREF _Toc417 HYPERLINK l _Toc24985 3.1.3螺釘13的強度校核 PAGEREF _Toc24985 HYPERLINK l _Toc23961 3.2 16筒設計計算 PAGEREF _Toc23

7、961 HYPERLINK l _Toc25810 3.2.1桶結構 PAGEREF _Toc25810 16 HYPERLINK l _Toc12454 3.2.2 進料口結構設計 PAGEREF _Toc12454 16 HYPERLINK l _Toc28448 3.2.3 料筒材質的選擇 PAGEREF _Toc28448 16 HYPERLINK l _Toc14984 3.2.4 槍管的連接 PAGEREF _Toc14984 17 HYPERLINK l _Toc15806 3.3傳輸系統的簡單設計 PAGEREF _Toc15806 17 HYPERLINK l _Toc220

8、14 3.3.1 傳輸系統設計 PAGEREF _Toc22014 18 HYPERLINK l _Toc28931 3.3.2 電機選型 PAGEREF _Toc28931 18 HYPERLINK l _Toc22612 3.3.3 螺桿推力的傳遞及拉桿強度校核 PAGEREF _Toc22612 18 HYPERLINK l _Toc3633 3.4輔助部件的設計計算 PAGEREF _Toc3633 19 HYPERLINK l _Toc10847 3.4.1 供料系統設計計算 PAGEREF _Toc10847 19 HYPERLINK l _Toc22774 3.4.2 加熱和冷卻

9、系統的設計 PAGEREF _Toc22774 22 HYPERLINK l _Toc20089 3.4.3 模具組件的設計 PAGEREF _Toc20089 24 HYPERLINK l _Toc2571 3.4.4 潤滑油的選擇 PAGEREF _Toc2571 25 HYPERLINK l _Toc25398 3.5雙螺桿擠出機輔助系統設計 PAGEREF _Toc25398 25 HYPERLINK l _Toc21377 3.5.1 計量系統 PAGEREF _Toc21377 25 HYPERLINK l _Toc28907 3.5.2 恒溫系統 PAGEREF _Toc2890

10、7 26 HYPERLINK l _Toc26815 3.5.3 冷卻系統 PAGEREF _Toc26815 26 HYPERLINK l _Toc60 3.5.4 真空排氣系統 PAGEREF _Toc60 26 HYPERLINK l _Toc12104 3.5.5 電氣控制系統 PAGEREF _Toc12104 26 HYPERLINK l _Toc10828 4 擠壓加工系統的安裝、運行和維護 PAGEREF _Toc10828 28 HYPERLINK l _Toc9909 4.1擠壓加工系統的安裝 PAGEREF _Toc9909 28 HYPERLINK l _Toc5962

11、 4.1.1 擠出機的安裝基礎 PAGEREF _Toc5962 28 HYPERLINK l _Toc18831 4.1.2 調整擠出機液位 PAGEREF _Toc18831 28 HYPERLINK l _Toc18019 4.1.3 槍管的安裝 PAGEREF _Toc18019 28 HYPERLINK l _Toc30189 4.1.4 螺釘 PAGEREF _Toc30189 28的裝卸 HYPERLINK l _Toc4718 4.1.5 模頭安裝 PAGEREF _Toc4718 28 HYPERLINK l _Toc9213 4.2擠壓加工系統的操作 PAGEREF _To

12、c9213 28 HYPERLINK l _Toc16586 4.2.1 擠出機的啟動 PAGEREF _Toc16586 28 HYPERLINK l _Toc8678 4.2.2 開機操作注意事項 PAGEREF _Toc8678 28 HYPERLINK l _Toc5182 4.3擠壓機的維護保養 PAGEREF _Toc5182 28 HYPERLINK l _Toc1952 28的保養 PAGEREF _Toc1952 HYPERLINK l _Toc27622 4.3.2 槍管的維護 PAGEREF _Toc27622 28 HYPERLINK l _Toc27326 4.3.3

13、 擠出機其他部件的維護 PAGEREF _Toc27326 29 HYPERLINK l _Toc30316 4.4設計中的幾個問題 PAGEREF _Toc30316 29 HYPERLINK l _Toc22834 5 總結與展望 PAGEREF _Toc22834 30 HYPERLINK l _Toc7066 5.1總結 PAGEREF _Toc7066 30 HYPERLINK l _Toc5787 5.2展望 PAGEREF _Toc5787 30 HYPERLINK l _Toc667 至 PAGEREF _Toc667 31 HYPERLINK l _Toc834 參考文獻 P

14、AGEREF _Toc834 32 HYPERLINK l _Toc24648 附錄 PAGEREF _Toc24648 331 簡介1.1擠壓技術介紹1.1.1擠壓技術在食品生產中的應用1930年代，擠壓技術開始用于食品加工。它具有集混合、輸送、加熱、剪切、加壓時間短等特點，因此在食品工業中得到廣泛應用。該擠出機可用于谷物和植物組織蛋白食品的生產、奶酪的風味開發、寵物食品的生產等。螺桿擠出機可以將一系列化學基本單元過程集中在擠出機中。螺桿擠出機已經連續生產而不是間歇生產。它必須具有更高的生產率和更低的能耗。它也已實現自動化。攪拌行業通過將這些因素加在一起來提高混合質量，避免降低生產成本。作為

15、一種經濟實用的新型加工方法，擠壓技術得到了迅速發展，并在食品生產中得到應用。在沒有擠壓技術之前，谷類食品的加工過程一般需要粉碎、混合、成型、烘烤或油炸、殺菌干燥等，每個過程都需要不同的設備，更長的生產線，更大的占地，高勞動強度大，需要更多的設備。隨著擠壓技術的發展和成熟，原料經過初步混合后，可以用擠壓機完成上述繁瑣的食品生產過程，生產出品種繁多、口味獨特的各種產品。經油炸或微波、烘干、調味后即可上市銷售。只要簡單地更換擠壓模板，就可以輕松改變產品的形狀。與傳統工藝相比，擠壓技術具有諸多優勢。它改變了糧食食品的加工工藝，大大縮短了工藝流程，豐富了食品的風格，降低了產品的生產成本，減少了設備的占地

16、面積，降低了生產勞動強度，在同時改變了產品的形狀和味道，從而提高了產品的質量。1.1.2擠壓技術在食品生產中的發展現狀1930年代，人們首次使用膨化機生產方便食品；到1940年代末，擠壓機在食品領域的應用進一步擴大； 1950年代初，蒸煮擠壓機基本取代了蒸煮擠壓機。1960年代以后，擠壓機的技術和理論發展迅速。對該擠出機的結構設計、工藝參數、擠出工藝機理進行了研究。通過對擠壓機理的探討，谷物和蛋白質食品的擠壓過程發生了一系列變化，擠壓食品的營養和吸收問題；現階段，隨著控制技術的發展，新材料的發現和擠壓技術的應用的發展，生產能力越來越大，生產出來的產品也越來越符合人們的期望。精確控制擠壓過程。利

17、用擠壓技術加工食品在我國歷史悠久，但直到1970年代仍處于爆米花的手工業狀態。自1970年代中期以來，特別是近十年來，擠壓法生產食品在中國有了很大發展。隨著生活水平的提高和膳食結構的變化，膨化食品的品種和產量日益增加。 .1.1.3生產膨化食品的擠壓機目前國外主要生產膨化食品的公司普遍采用擠壓法生產食品。擠壓過程一般說是把食品原料置于擠壓機的高壓和適當溫度下，然后突然釋放到擠壓機中。在常壓下，充分滲透、混合和輸出物料和各種調味料和香料的過程。因此，蒸煮擠壓法可以達到更好的混合效果，原料利用率高，營養損失小，生產出來的食物比傳統的加工方法具有更好的口感和持久力?？偟膩碚f，擠壓生產膨化食品是當前的

18、發展趨勢。1.1.4擠壓膨化原理擠出機套筒內的物料受到螺桿的推力和加熱作用，與卸料模板和反推力作用。在38MPa和200e左右的高溫高壓下。物料中的水分不會沸騰蒸發，會出現熔融狀態的物料。在出模過程中，壓力迅速降至常壓，水分迅速蒸發，溫度降至80 左右，使物料成為具有多孔結構的膨化食品。1.2擠壓機的發展1.2.1國外擠出機發展現狀作為擠壓加工技術的關鍵，擠壓機得到了廣泛的應用。擠出過程主要由一臺擠出機一步完成，包括：原料的混合、固化、粉碎、成型等過程。只需更換擠壓模具，即可生產出不同款式的產品。1879年，英國人獲得了第一個螺桿擠出機專利，擠出機開始生產。到1930 年代，用于谷物加工的單螺

19、桿擠壓機被引入并開始用于生產膨化玉米。 1960年代，雙螺桿擠出機逐漸出現在食品加工領域。 1970年代以來，我國開始研究食品擠壓技術和擠壓加工機械。吸收國外理念和技術，國內很多廠家為了提高生產效率，引進了世界各大公司的先進擠壓設備。世界上具有代表性的擠出機制造商有：德國WP公司、日本Kaneo Foods 、 dafs al機械公司、dswrf r食品機械公司、MAP機械制造公司、瑞士dafsfa食品機械公司等。生產不同型號的擠出設備，單螺桿設備較多。用于食品生產的螺桿擠出機具有工藝簡單、一機多用、連續性好、效率高、能耗低、成本低、利潤高的特點。生產出來的食品口感好、易吸收、營養流失少、保質

20、期長、食用方便。目前，擠壓技術已發展成為最常用的膨化食品生產技術之一。我們對擠出機的研發也勢在必行。1.2.2雙螺桿擠出機的前景和未來近年來，雙螺桿擠出技術發展迅速。研究表明，雙螺桿擠出技術與單螺桿擠出技術相比具有不可比擬的優勢，物料的混合和捏合更充分、更徹底。機器運轉時，由于雙螺桿相互嚙合并具有自清潔功能，因此在單螺桿擠出機內不會出現被螺桿堵塞的物料在套筒表面的結焦現象。同時雙螺桿擠出機的優點是可以適應更多的原料，解決了單螺桿擠出機不能加工高水分、高脂肪物料的問題。雙螺桿擠出機因其高性能、高效率而受到食品工業和橡塑工業的高度重視。根據相關文獻解讀，國外雙螺桿擠出機的發展前景，雙螺桿擠出機在食

21、品橡膠生產中的應用，雙螺桿擠出機的重要結構，參數擠出機合成。希望對我國雙螺桿食品擠壓的研發有所幫助。1.3本課題應滿足的要求了解螺桿擠出機的擠出膨化原理和結構特點，了解對轉雙螺桿擠出機的工作原理，研究對轉雙螺桿擠出機的主要結構參數，進行對轉雙-螺桿擠出機。擠出機的設計，對轉雙螺桿擠出機的擠出部件的設計。了解雙螺桿擠出機的保養維修及使用注意事項。2 異向雙螺桿擠出機介紹2.1對轉雙螺桿擠出機特點及應用2.1.1對轉雙螺桿擠出機的特點反向旋轉雙螺桿擠出機一般使用兩個尺寸完全相同但螺紋方向相反的螺桿。反向旋轉可分為兩種形式：反向旋轉和向外反向旋轉。兩者的主要區別在于壓力區的位置不同。反向旋轉的雙螺桿

22、在上部進入嚙合形成高壓區，雙螺桿在下部脫開形成低壓區。物料在通過雙螺桿時受到擠壓，但螺桿嚙合緊密，會導致入口壓力極高，導致進料困難。因此，這種反向旋轉式目前很少使用，僅用于非嚙合雙螺桿擠出機。外向反轉式特別適用于干粉物料的加工，也得到了廣泛的應用。這種回轉式建立的高壓區在下部，低壓區在上部，有利于進料。在擠壓過程中，材料受到類似于滾輪產生的擠壓和捏合作用。與同向旋轉不同，物料會在螺桿中形成C形截面。由于兩根螺桿的旋轉方向相反，因此只有一根螺桿可以軸向移動到排料口，不可能從一根螺桿移動到另一根螺桿。直到它從出料口被擠出為止的螺桿。牽引產生的正流和背壓產生的逆流只能在C型腔內進行。卡在嚙合區的物料

23、在一個螺紋的頂面和另一個螺紋的根部和嚙合螺紋的側面進行滾揉。 .因此，同向旋轉生產的物料的混合程度大于對向旋轉的雙螺桿擠出機。2.1.2雙螺桿擠出機在食品工業中的應用2.1.2.1 組織蛋白生產的應用在一定的高溫高壓下，植物蛋白會變得有質感。在雙螺桿擠出機螺桿槽與機筒壁之間的剪切力作用下，物料中的蛋白質強烈膨脹，呈現出比較直的形狀。展開后，分子鏈變得自由，可以重新定向并重新組裝形成纖維狀態。與瘦肉類似，吸水后有一定彈性，口感好。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，還能降低膽固醇、降低血糖。但纖維素相對難溶，不易被人體吸收，味道不好，開發利用受到限制。但是，采

24、用雙螺桿擠壓技術可以提高膳食纖維的溶解度，生產出口感更好的膳食纖維。2.1.2.3 在浸油中的應用采用雙螺桿擠壓技術對油浸原料進行膨化預處理，可獲得較好的效果。當物料被輸送到擠壓腔時，通過擠壓、摩擦和加熱產生高溫高壓，對物料進行剪切和熔化，從而改變物料的組織結構。當物料從高溫高壓擠壓到常壓狀態時，物料中的水分蒸發產生巨大的壓力，膨脹形成，產生許多細孔。此時的材料對油的浸出非常有利。目前，更多的研究是從葵花籽、花生、芝麻中提取油脂。2.1.2.4 在零食即食食品加工中的應用目前市場上雙螺桿擠出機生產的食品主要原料是谷物，如大米、大豆、小麥等。雙螺桿膨化機可以使用少量的能量來加工糧食食品，其次可以

25、添加更多的原料進行加工，因此可以生產出不同口味的食品，從而不斷創新，更好地滿足市場需求和更大的創造力經濟價值。2.1.2.5 在高蛋白谷類食品加工中的應用由谷物生產的高蛋白產品主要經過蒸煮和脫水加工，使其更容易食用和消化。目前，擠壓技術已成功應用于高蛋白谷物的生產。2.2雙螺桿擠出機工作原理2.2.1擠壓原理 強制運輸根據螺桿旋轉方向的不同，雙螺桿擠出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，雙螺桿的嚙合部可配置為橫向和縱向全開全閉，或半開全閉。半封閉，因此形成的C形單元可以相互連接或完全封閉。全嚙合反向旋轉雙螺桿理想的C型腔體是完全封閉的，腔體內的物料隨腔體

26、向前運動，在輸送過程中不存在逆流或滯流現象，因此具有最大的強輸送。由于口香糖膠基的高粘度，為減少物料與螺桿、機筒的摩擦，使物料更容易上料，本設計采用外向反轉雙螺桿。 混合效果圖 2.1 反轉，雙螺桿螺槽內物料的流動由于反向旋轉的雙螺桿在嚙合點與螺紋螺紋和螺紋槽的速度方向相同，但存在速度差，螺紋帶入嚙合間隙的孔會被擠壓和磨削。螺旋螺紋和螺旋槽，從而獲得材料?；旌虾腿嗄蟆?自潔性能反向旋轉的雙螺桿在嚙合處的螺紋與槽之間存在速度差。在相互磨擦的過程中，附著在螺絲上的鉆頭相互剝落，從而使螺絲自潔。 壓光效果反方向旋轉的螺桿擠出機由于物料向上移動的趨勢，沒有明顯的壓延效果。2.2.2擠壓加工系統機筒擠壓

27、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的鏈圖如圖1.2所示，擠壓加工系統的典型支鏈圖包括進料裝置、預調質裝置、傳動、擠壓、加熱和冷卻、成型、切割、控制等部分。2.3整體結構設計螺桿擠出機的整體結構對整機性能影響很大。整體結構包括擠壓系統、傳動系統和驅動源之間的相互位置關系。由于這些差異，形成了各種差異：（見表2-1）表2-1 整體結構設計分析表整體型不同種類優勢缺點外觀形式臥式螺桿擠出機螺絲水平放置在空間中，大小影響地面空間，但對空間高度影響不大計量段螺桿、機筒易磨損立式螺桿擠出機螺絲在空間上是垂直的變速箱選型和結構設計有限，空間和高度要求高連接形式整體螺桿擠出機袖珍的加

28、工、拆裝、維修不便電源和傳輸位置電機放置在機器旁邊易于電機和機器維護大面積電機置于齒輪箱前部和擠壓系統下部該機結構緊湊，外觀整潔要求設計皮帶等傳動系統，傳動效率低電機置于齒輪箱后部，與機器一體成型與機器形成一個整體，有利于標準減速機的選用，有利于互換性，符合加工要求軸向長度更長，占地面積相應增加電機置于減速機頂部占地面積小由于振動問題，要求支架有足夠的剛度結論：通過以上分析，結合本課題實際情況，建議采用水平分段式結構，動力源和傳動裝置選擇位于減速箱前部的電機，下部的擠壓系統。3反向旋轉雙螺桿擠出機的設計3.1螺桿設計計算3.1.1螺桿結構設計螺桿是擠出機最重要的關鍵部件之一，其結構及其幾何參數

29、的合理設計與擠出工藝有關。3.1.1.1 螺桿結構設計要點(1)生產能力：生產能力是螺桿設計的主要指標之一。不同規格螺桿的生產能力是不同的。同一規格的螺桿也因結構和幾何尺寸的不同或因螺桿轉速的不同而有所不同。通常我們取生產能力Q與螺桿轉速n的比值，稱為“比流量”。相同規格的螺桿在加工同一種材料時的具體流量，在一定程度上說明了螺桿的結構和幾何參數是否合理。對于85機器，一般認為Q/n1 （ kg/h/r/min ）是同規格機器中較好的比流量值。本設計中，根據生產口香糖的工藝要求，設定生產能力Q =/h，螺桿轉速150kgn = 40min ，則比流量Q/n = 1 50 / 40 = 3.75，

30、比較合理。 耗電量：從能量平衡的角度看，物料消耗的能量應等于物料在擠壓系統中的熱能與螺桿輸入功率之和。習慣上測量螺桿加工不同材料所消耗的機械功率。如果料筒的外部加熱功率相同，則以螺桿單位生產能力消耗的機械功率為計量標準，稱為螺桿消耗量N/Q 。在保證物料膠化的前提下，螺桿單耗低為好。(3)擠出物質量 擠出物質量包括外觀質量、混合質量、擠出溫度、軸向和徑向溫差、溫度隨時間波動的軸向溫差、擠出壓力的波動等。由于壓力波動p ，直接影響產能的穩定性。溫度波動會通過粘度 的波動影響Q 的穩定性。根據與擠壓生產口香糖的比較，料筒的溫度和壓力對擠壓生產的口香糖的質量影響很大。溫度的升高有利于提高材料混合的速

31、度和程度，但也會減少模頭。地方的壓力。因此，應根據溫度和壓力對口香糖的影響程度，選擇合理的控制，避免兩者出現較大的波動。螺絲的加工制造是否容易，使用壽命是否長。螺桿加工制造困難，影響螺桿壽命。3.1.1.2 絲桿傳動系統反向旋轉雙螺桿的傳動系統比較復雜，一般采用外嚙合傳動。 （如圖 3.1 所示）圖 3.1 絲桿傳動系統3.1.2雙螺桿的相關計算螺桿的主要結構參數有：螺桿直徑、長徑比、螺桿各截面的主要參數、螺紋形狀、螺紋牙數。圖 3.2 等深變螺距螺釘3.1.2.1 螺桿結構和嚙合方式的確定在本次設計中，螺桿的設計依然按照普通螺桿的方法進行設計和改進。普通螺桿按其螺紋提升角和螺槽深度可分為三種

32、形式： 1、等深變螺距螺桿； 2 、等深變螺距螺桿； 3.變深變螺距螺桿?？紤]到螺桿的強度要求和設計較大的壓縮比，我們計劃使用等深變螺距螺桿。等深變螺距螺桿是指螺槽的深度不變，螺距從進料段的第一個螺槽到均化段的末端由寬變窄。結構如圖 3.2 所示。為使進料均勻，協調螺桿槽輸送物料和熔體的能力，螺桿采用單螺紋，部分嚙合，使物料受到較大的剪切和混合，有利于生化反應的進展。3.1.2Ds的測定螺桿直徑是螺桿的主要參數之一。在設計螺桿時，一般根據生產能力和理論公式計算螺桿直徑。這種方法比較困難。因此，可以采用以下計算方法進行計算。生產能力和轉速確定后，根據經驗生產能力公式初步確定螺桿直徑：(3.1)式

33、中Q生產能力， kg/h螺桿直徑， cm螺桿轉速， r/min經驗流量系數，一般取= 0.0030.007在本設計中， （工作速度） ，由公式（3.1）我們得到取標準螺桿直徑。3.1.2.3 長徑比L/Ds的測定在擠壓理論的其他條件不變的情況下，增大長徑比會增加物料在螺桿中的停留時間，保證物料更好的融合，但過大的長徑比會導致停留時間過長.分解熱敏材料。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。為了使物料和調味料充分混合，延長熔體在機筒內的停留時間，保證其均勻性，參考相關資料，初步選擇長徑比，螺紋段的總長度。取標準長度L = 1200mm ，正確3.1.2.4 螺桿各截面主要幾何參

34、數的確定物料在螺桿中的擠壓經過固體輸送、熔融和均化的過程。因此，整個螺桿的設計通常分為三個部分。以下具體計算確定各段的幾何參數。1 螺紋槽深度H由于螺桿采用等深變螺距的形式設計，因此采用了均勻的槽深。取H = 15 mm ，則螺釘的根部直徑.2 間距S沿輸送段到均化段的方向，將螺桿按階梯狀分成三段，螺距分別為54mm、 48mm、 36mm。3 每段長度L根據經驗數據，每個段的長度確定如下：進料段，取螺距的整數倍，熔化部分。取音高的整數倍，均質化部分3螺紋段實際總長度m4螺紋導程角，參考公式螺釘外徑處的螺紋導程角螺釘根部直徑處的螺紋導程角計算各段的起線角, ，列表如下：（表 3-1）表 3-1

35、 各段螺紋升角表第一段第二段第三段11.43210.197.67817.35515.5311.773.1.2.5 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游隙的要求。一般為單螺紋雙螺桿，螺桿為部分嚙合，需要有較大的游隙，應滿足，即取A =80mm2 螺桿與機筒的配合間隙游隙主要由被加工材料的性質和加工條件決定。作為參考，一般取擠出機的配合間隙。圖 3.3 梯形螺紋截面圖3.4 開槽螺紋3.1.2.6 螺紋斷面形狀的測定對于小直徑的螺桿，一般采用梯形螺紋，因為它的前后邊緣有較大的傾角，有利于物料的流動，對物料的混合和均質效果更好。其橫截面形狀如圖 3.

36、3 所示。在這個設計中，每個部分的螺紋都是統一的。傾角拐角半徑, 取R =5mm螺旋頂寬，取為了使物料在料筒內流動順暢，減少流動阻力，降低模頭壓力，避免堵塞，保持其均勻性和連續性，我們在均化段的螺紋上開一個半圓形槽。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螺距螺槽體積與擠出段一螺距螺槽體積之比，忽略不計過渡弧，其計算公式如下：(3.2)式中， 分別為進料段和擠出段的螺距, 分別為進料段和擠出段的螺紋數, 分別為進料段和擠壓段平均直徑處螺紋的軸向厚度D和d分別是螺桿的外徑和根部直徑, 分別為進料段和擠壓段嚙合面積的一半由于螺桿深度相同，截面形狀相同，且

37、為單頭螺紋， , , , ,忽略嚙合面積, 壓縮比由式(3.2)初步估算。3.1.3螺絲強度校核3.1.3.1 材料選擇螺桿材質為38CrMoAlA ，經氮化處理，綜合性能好，應用廣泛。主要性能參數見表3-2。表3-2 我國常用螺桿、機筒材質材料類別表現45 #40Cr鋼鍍鉻38CrMoAlA屈服極限（Mpa）360800 850最高工作溫度（ ）500500熱處理硬度(HRC)底座45，鍍鉻 55 65HCL腐蝕不好更好的中等的熱處理工藝簡單的更復雜復雜的線膨脹系數（ 10-6/ ）12.1基層13.8 ，鍍鉻層8.29.214.8相對價格11.52.53.1.3.2 連接方式螺桿的連接方式

38、根據螺桿與傳動軸在減速機中的固定方式不同，一般可分為緊固式和浮動式。本設計中會采用浮動式，即螺桿和傳動軸是兩個不同的零件，采用松配合連接，擠壓時可以在機筒內浮動，整個螺桿可以近似為實際計算中的單個部分。懸臂梁。3.1.3.3 力分析圖 3.5 螺桿受力示意圖螺釘的受力狀態如圖 3.5 所示。它主要受材料的壓力p 、克服材料阻力所需的扭矩和自重G的影響。根據圖3.5，螺桿上的徑向壓力p大小相等方向相反，所以他們可以互相抵消。計算中只考慮了 p 對螺桿軸向的影響（即軸向力）。分析可知，螺桿的強度計算是在彎曲、壓縮和扭轉的綜合作用下進行的。一般來說，螺桿根部直徑處的承載能力較差，因此可以歸結為上述復

39、合應力的影響。下螺桿根部直徑截面的強度計算。3.1.3.4 雙螺桿的檢查對螺釘進行強度校核計算。(1)軸向力引起的壓應力(3.3)取螺桿最大軸向壓力、螺桿外徑，將直徑代入式（3.3），得(2)扭矩引起的剪應力(3.4)根據(3.5)對于擠出機，取K = 0.00354 ，取n為螺桿的最大轉速，然后計算擠出機驅動功率取傳動效率，電機輸出功率選用YCT 315-4A電磁調速電機。通過電機調速，可以方便地調節螺桿轉速，進而靈活改變運行參數，滿足膨化食品生產的控制要求。YCT 315-4A電機如下表3-3所示。表3-3 YCT250-4B電機主要技術參數標稱功率（千瓦）輸出扭矩（牛米）額定減速速度范圍

40、（ r/min ）速度變化率不大于%372321320132 _2.5取擠出機主電機的最大傳動功率 ，可由式（3.4）求得螺釘自重G引起的彎曲應力(3.6)L = 1.5 m代入 (3.6)，我們得到( 3 )螺桿復合應力根據材料力學，采用第三強度理論計算塑性材料的合成應力，即(3.7)在公式（3.7）中螺釘材料的許用應力： ，取， ，則所以復合應力螺絲強度足夠。3.2機筒設計計算擠出機的擠出系統由螺桿和機筒組成。傳熱的穩定性和均勻性與其結構形式有關。在設計槍管時，必須考慮槍管結構形式的選擇。桶上的喂料口的形式、桶與機頭的連接方式、桶的加工等都必須研究。3.2.1筒體結構由于嚙合反向旋轉平行雙

41、螺桿擠出機對機筒要求高，密封性好，機筒一般為整體式，整體式的缺點是機筒過長，加工清洗困難。圖 3.6 進料口剖視圖3.2.2料口結構設計進料口的結構必須與物料的形狀相適應，使被加工的物料可以不間斷地從料斗或進料器自由流入螺桿，并能很好地適應各種粉狀顆粒和帶狀物料，如圖所示在圖 3.6 中。3.2.3料筒材質的選擇為節約貴金屬，在滿足性能要求的前提下，槍管材質為40Cr，表面鍍鉻，以提高其耐磨性和耐腐蝕性。圖 3.7 一體式槍管3.2.4如何連接桶槍管的結構有整體式、分段式等。在本設計中，槍管結構采用整體式。一體式槍管具有長度大、加工要求高的特點；易于保證加工精度和裝配精度，也可簡化裝配工作；筒

42、體上設有外置加熱器，不易受限制，筒體受熱均勻；更容易輸送材料。作為參考，槍管的壁厚為45mm 。桶強度檢查被省略。3.3傳輸系統的簡單設計傳動系統是擠出機的主要部件之一。螺桿的驅動使螺桿在特定的工藝條件下獲得必要的扭矩并勻速旋轉，從而完成物料的輸送和塑化。3.3.1傳動系統設計圖 3.8 傳動系統示意圖擠出機的傳動路徑初步確定如圖3.8所示。3.3.2電機的選擇螺桿轉速的調節是食品生產的關鍵操作參數，所以在本次設計中，我們將采用無級調速電機和有級減速機的組合。使用無級調速電機主要是因為它的工作特性曲線與擠出機相似，所以用它作為原動機可以保證較高的功率因數和效率（cos = 0.60.96 ,

43、= 5060% ) ，啟動性能好，運行穩定，可以合理使用。為使螺桿獲得足夠的扭矩，電機轉速不宜過低，應控制在1000 r/min左右。采用階梯式減速器承擔大部分傳動比即可滿足這一要求。為減小機器整體尺寸，使結構緊湊，電機置于下方，減速機由皮帶輪驅動。皮帶輪不僅可以分擔一定的傳動比，還能穩定整個系統的傳動，起到過載保護的作用。 YCT 315-4A電磁調速電機選用前置電機。3.3.3螺桿推力的傳遞和拉桿強度的檢查螺桿推力的傳遞是擠出機驅動系統設計中最重要的問題之一。在本設計中，物料壓力的傳遞路徑為：一方面，物料對螺桿的推力從螺桿開始，依次通過套筒-聯軸器-套筒-軸承支架，傳遞給螺桿。到傳動箱的從

44、動軸，通過止推軸承傳到傳動箱，傳動箱通過拉桿固定在車架上；框架，從而形成一個“封閉的受力系統”。通過以上分析可以看出，物料對螺桿的推力最終通過拉桿傳遞到機架上，所有的軸向力都作用在拉桿上，這對拉力的強度提出了很高的要求竿。本設計中拉桿螺紋規格為M 30，數量為4，安裝時預緊。以下是拉桿抗拉強度的校核計算過程（拉桿視為螺栓，靜載荷） 。計算項目計算能力計算結果計算拉桿力從上述計算可知端蓋上的最大壓力拉桿工作載荷（公式 6.13 ）F = 11350.475。 殘余預緊力（見6.3.1章節）拉桿最大拉力（表6.5 ）計算拉桿應力拉桿直徑已知， d = 30 mm螺紋段的幾何尺寸見手冊表5-2 。p

45、 = 3.5mm, H = 0.866 p =3.031mm拉桿危險截面積選擇拉桿材質45鋼選擇拉桿性能等級4.6，然后安全系數Ss = 2.5拉桿許用應力拉桿應力結論： ，拉桿強度足夠且安全3.4輔助部件的設計計算3.4.1供料系統設計計算為了向擠出系統連續供應材料，必須在擠出機上安裝進料系統。喂料裝置的設計是否合適，直接關系到擠出機的產量和產品的質量。 飼養基本要求設備設計根據實際需要和設計的具體條件確定 重力喂料物料在料斗內靠自身重力進入擠壓系統，料斗上方設有喂料機，將物料均勻喂入。并且可以控制加料量，滿足各種物料的加工需要，避免出現加料不均現象，提高產品質量和產量。3.4.1.1 供料

46、系統的組成圖 3.9 供料系統組成示意圖在本設計中，上料系統計劃采用上料裝置上料斗+上料系統+桶裝料斗方案，見圖3.9。給料系統主要由調速電機和水平螺旋輸送機組成。使用螺旋輸送機，不僅方便控制和調整進料量，而且在輸送的同時對物料進行進一步的攪拌、捏合和混合，保證物料的均勻性和穩定性。3.4.1.2 水平螺旋輸送機設計綜上所述，本設計將采用螺旋輸送的進料方式。設計計算時，首先要確定設計的原始條件，包括輸送能力、物料性能、工作環境、布置形式等。3.4.1.3 螺旋直徑和轉速的測定以下計算參考查表1-15和1-16，得到物料填充系數=0.15，綜合特性系數K =0.0710， B =20，傾角系數C

47、 = 1.0（水平，傾角0 ） ，采用皮帶面螺旋表面螺旋，則螺距t =D。還已知生產能力G = 0.15 和材料密度，根據公式（1-39）(3.8)由式（3.8）得到螺旋線的D ，我們得到四舍五入到標準直徑，取D = 0.09 m(3.9)由公式（3.9）計算極限速度修圓為標準轉速，取n = 60 r/min填充因子的檢查公式為：(3.10)根據公式（ 3.10 ）檢查填充系數由于計算值在推薦值范圍內，計算結果合格。3.4.1.4 確定螺旋的主要結構參數圖 3.10 螺旋幾何如圖3.10所示，螺旋的主要結構參數有外徑D 、根部直徑d 、螺距t 、葉片厚度、螺旋頂部的上升角和根部的上升角。外徑D

48、 = 90 mm ，已知。間距t = D = 90 mm取葉片厚度根據(3.11)根直徑= 0.0 9 2 - 0.1 5 / (0. 7 15 3.142 0. 0.12823 0.0 9 90 ) 1/2 =0.049m圓形，取d = 50 mm ，然后螺旋角(3.12) (3.13)3.4.1.5 絲杠傳動方案的確定為了增強輸送和混合效果，本設計采用雙螺旋，同向旋轉，部分嚙合。雙螺旋中心距a ( 9+ d) /2= ( 90 +50 ) / 2= 38mm ，取嚙合間隙= 2mm ，則a =72mm 。螺桿傳動方案如圖3.11所示。由于中心距小，對應絲杠上的齒輪直徑小，所以用分配齒輪（直

49、徑較大）同時帶動兩個小齒輪，從而帶動絲杠轉動。為了不影響電機的調速范圍，我們在設計中將配電箱的增速比控制在1.5。圖 3.11 螺旋進給傳動方案3.4.1.6 電機選擇加料量的調整是擠壓生產過程中一個重要的操作參數。基于此考慮，我們在設計中采用機械無級調速電機驅動螺桿，通過調節轉速來改變進給量。所選電機類型為MBW-0.8 Y - 0.7 5- D C5 （ MBN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電機技術參數額定輸入功率輸入速度齒輪減速比變速允許輸出扭矩0.75kW_ _1500轉/分鐘540 200r/min4 8 30牛米_3.4.2加

50、熱和冷卻系統的設計3.4.2.1 加熱和冷卻系統在擠壓理論中，溫度控制是擠壓過程進行的必要條件之一。設置擠出機加熱和冷卻系統以確保這一必要條件。加熱和冷卻裝置及其控制系統設計是否合理，將直接關系到擠出機的生產能力、產品質量和能耗。因此，擠出機的加熱和冷卻系統是擠出機的重要組成部分。3.4.2.2 料筒溫度分布對物料的影響機筒溫度的分布控制是擠出過程中的關鍵操作參數。根據對物料流動特性的分析可知，溫度對擠出物料的粘度影響很大。隨著溫度的升高，材料的粘度會降低。在相同產量Q的情況下，當物料粘度減小時，擠出機模頭處的壓力也會同時減小。機筒溫度的升高使物料活性失效，削弱了物料密閉連續釋放調料混合的特性

51、，同時也削弱了擠出機的模頭壓力。因此，我們應該考慮溫度和壓力對生化反應的影響。料筒溫度嚴格控制和調節，以利于正常反應，保證產品質量。在物料的擠壓過程中，開始的機筒溫度被加熱，使物料和調味料開始吸收，然后進行一個較長的捏合區。此時溫度低于48，壓力提高到2MPa，促進共混。使材料獲得足夠的成型力，最后通過模具擠出。3.4.2.3 擠出機加熱方式的選擇目前，擠出機的加熱方式主要有加熱介質加熱、電阻加熱和電感應加熱三種常見形式。在本設計中，考慮到筒體壁厚較大（ 45mm） ，可能會出現壁溫分布不均、溫度滯后等現象，不利于精確控制和調節。因此，料筒的加熱方式為電感應加熱。電感應加熱是一種通過電磁感應在

52、槍管內產生渦流對槍管進行加熱的加熱方式。圖 3.12 顯示了電感應加熱器的示意圖。圖 3.12 電感應加熱器及示意圖硅鋼片1 與 主 線圈 5以 一定 間隔 在 筒體 外壁 .當交流電通入主線圈時，產生如圖所示方向的磁力線，在硅鋼片與筒體之間形成閉合磁環。由于硅鋼片的高磁導率，磁力線可以以最小的阻力通過。作為閉環的一部分，槍管的阻力要大得多。閉環中磁力線的頻率與交流電源的頻率相同。當磁通量發生變化時，會在閉環中產生感應電動勢，從而產生二次感應電壓和感應電流，即圖中所示的環形電流，也稱為渦流。渦流在機筒內遇到阻力時會產生熱量，從而加熱機筒。與電阻絲加熱相比，電感應加熱具有以下特點：它與加熱材料相

53、連，因此預熱和加熱時間短（約7分鐘）。筒體徑向的溫度梯度很小。2、具有以上特點，該加熱器對溫度調節比電阻加熱更敏感，因此具有更大的溫度穩定性，對產品質量非常有利。溫度不會超過機筒溫度等原因，比電阻加熱器更省電（有數據顯示可省電30%左右）。在正確冷卻和使用的情況下，感應加熱器的壽命比較長，其數值見表3-6。表 3-6 感應加熱器壽命溫度/加熱器壽命/ h20045000250300003001100035075003.4.2.4 冷卻裝置設計由于螺桿的直徑不是很大，而且螺桿的扭矩很大，所以在螺桿的中心開一個水管進行冷卻，勢必會嚴重削弱螺桿的強度。由于口香糖擠出加工所需的溫度不能很高，一般控制在

54、70以下，只有機筒設計才能完全滿足要求，所以這種設計只會對機筒進行水冷。在本設計中，冷卻水管繞鑄成鋁塊，安裝在機筒表面進行冷卻。其結構如圖 3.13 所示。這種結構的特點是冷卻水管也做成了分體式，拆裝方便，冷沖擊小。由于加熱和冷卻在設計上相對獨立，制造簡單。為防止進水管堵塞，可在進水管上加裝過濾網。圖 3.13 筒式冷卻裝置3.4.3模具設計3.4.3.1 模板單元設計的基本要求模板設計原則是：熔料的流道非常流暢和流線型，不能有突變，更不能有死角和停滯區；保證模板有足夠的壓縮比，使材料在模板內形成必要的壓力；它結構緊湊，易于加工、制造和組裝、拆卸和維護。同時，結構盡量對稱，使傳熱均勻；選材合理

55、。對模板材料的要求：耐腐蝕、耐磨；在模板的壓力下有足夠的強度和剛度；高溫下不變形，模板各部件可根據位置和工作要求選用不同的材料。模板的加工裝配要求：模板的裝配要求高，各部分的加工因功能而異。因此，選用材料為：38CrMoAl氮化處理。3.4.3.2 模具結構對食品生產的影響分析實驗研究表明，模具結構參數K是影響擠出機生產過程的關鍵結構參數，因為擠出模具孔是對最終擠出壓力的抵抗。對于產品而言，擠出機最終產生的模頭壓力對物料與調味劑的均勻混合，以及調味劑的保質時間有很大影響。 K值主要與擠壓?？椎闹睆胶烷L度有關。由于本設計中模具孔的直徑是固定的，因此只考慮了擠壓模具孔的長度。長度太長，模頭壓力P太

56、高，熔體段太長，長度太短，同等產量下壓力P高于Small，通過增加產量， P可以增加，但會影響產品特性和擠出機主機的功耗和螺桿的工作狀態。3.4.3.3 模具結構根據模板設計原則，熔融物料在擠出時，流道的變化應非常流暢、流線型，不應有突變、無死角或滯流。材料的粘度越大，流道變化的角度越尖銳，同時要保證足夠的壓縮比，使材料在模板上形成必要的壓力。由于每個產品的形狀和尺寸不同，本設計的出?？谠O計為寬5mm長6cm的長方形。圖 3.14 模頭結構示意圖為了保證足夠的反應時間，料筒在出口處加長，以延長膠基面團熔體在熔化段的停留時間。加長方式及模具結構見圖3.14。由于模頭處的壓力較高，因此要求模頭端蓋

57、具有足夠的強度和剛度，以及耐磨性和耐腐蝕性。本設計中端蓋材質為40Cr ，調質HRC2832 。 .3.4.4潤滑油的選擇3.4.4.1 滾動軸承的潤滑合理的潤滑對于提高軸承性能、延長軸承使用壽命具有重要意義。滾動軸承的潤滑方式可根據速度因子值進行選擇，參考文獻14的表18.17 。本設計中，dn=4040=1600 mm r/min ，故采用脂潤滑。根據大負荷、低速、高溫等工況，本設計采用鈣鈉基潤滑脂（ZBE 36001-88） ，代號ZGN-2 。推力球軸承采用頂部進油，由分油器強制潤滑。潤滑油等級與齒輪傳動相同。3.5雙螺桿擠出機輔助系統設計3.5.1加藥系統定量加料系統由電機、減速箱、

58、加料螺桿和加料斗組成。進料螺桿實行無級調速，螺桿轉速取決于雙螺桿轉速。也就是說，它隨著雙螺桿轉速的增加而增加。一旦建立平衡，進料螺桿的進料量就等于擠出量，也就是工作量。進料螺桿和擠出螺桿可實現同步調速，速度可直接從儀表顯示。將30號油加入齒輪箱進行潤滑。此外，CJ-3磁力架附在進料斗上，可有效防止鋼螺桿和鐵屑與塑料原料混入擠出機螺桿。防止螺釘損壞環。3.5.2恒溫系統恒溫系統由安裝在機身內的油箱、電動機高溫齒輪泵、電加熱器和水冷卻器組成。該部分可用于根據設定溫度對螺桿進行加熱或冷卻。冷車行駛時，引入的高溫油起到加熱螺桿的作用。工作一段時間后，由于塑料的混合和剪切，螺桿的溫度不斷升高。為了不使螺

59、桿過熱，此時高溫油起到冷卻螺桿的作用。通過該裝置可以使塑化溫度均勻，物料不易分解，從而提高塑料制品的質量。該部分的油溫可以自動控制和檢測。它的溫度值可以顯示在儀表上。油箱油質采用250芐基硅油，并配有液位報警裝置。3.5.3冷卻系統冷卻系統由安裝在機身上的環形油箱、電動機和水冷卻器組成。這部分的主要作用是對槍管進行冷卻，與槍管上的電熱圈配套使用。冷卻油的通斷由電磁閥控制。該部分裝有兩個電磁閥，分別控制槍管第二段（第二段和第三段）的冷卻。這部分實現了自動熱電偶控制。油箱油質采用250芐基硅油。3.5.4真空排氣系統真空排氣系統由水環真空泵、粉末氣體分離器、電磁閥和連接管路組成。在材料的擠出塑化過

60、程中，常會夾帶空氣、吸附的水分和成型溫度下產生的揮發物。這些混合氣體混合在材料中。如果不及時排出，會影響塑料制品的質量，制品表面和部位會出現氣孔、氣泡、傷痕。該系統的作用是通過水環真空泵將桶體排氣口中的混合氣體吸出并排放到外部，從而保證產品的質量。真空度可通過旋塞閥調節，一般可控制在-0.075MPa以下，或根據擠出工藝要求選擇。該系統還在真空泵的進水管上裝有電磁閥。它的作用是在真空泵工作時打開閥門。當真空泵停止工作時，閥門關閉，可通過旋塞閥調節進水量。3.5.5電氣控制系統電控部分由直流調速和加熱控制系統兩部分組成，分別組裝在機身一側的電控箱內。主螺桿電機和進料螺桿電機調速范圍寬，調速精度高