反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要 本文先分析了擠壓機(jī)的市場需求和生產(chǎn)現(xiàn)狀，并初步探討了擠壓機(jī)生產(chǎn)食品的工藝可行性；提出了用雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)食品的工藝流程。在現(xiàn)有擠壓機(jī)的基礎(chǔ)上，并參考了國內(nèi)外比較成熟的擠壓機(jī)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)各種食品的特性和生產(chǎn)食品的特殊工藝要求，對(duì)擠壓機(jī)的關(guān)鍵部位進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)的介紹了擠壓機(jī)的主要零部件傳動(dòng)箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)筒等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相應(yīng)的校核計(jì)算；對(duì)主要傳動(dòng)零部件如傳動(dòng)箱大小齒輪，帶輪，從動(dòng)軸，鍵等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，并對(duì)軸承承載能力進(jìn)行了校核計(jì)算 ；本文還涉及了擠壓機(jī)一些輔助元件如加料系統(tǒng) ，加熱冷卻裝置，模頭的選擇要求 ,并進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)。最后，本文介紹了一些關(guān)于擠壓機(jī)的安裝，操作，控制和維護(hù)等方面的內(nèi)容。 關(guān)鍵詞 ： 傳動(dòng)系統(tǒng)；擠壓混煉；反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓機(jī) Abstract In this page, the market need of the extrusion press and the condition of the production is analyzed first. And from theoretically, we studied the technique possibility to produce the foods. We expounded the specialty and working elements of the twin-screw extruder and pointed working flow to produce the foods with twin-screw extruder. In the base of the extruders in existence, we referenced the mature means of extruder design in our country and abroad and based the characteristic of foods and the special working craftwork requires, then, we designed the key structure of extruder. In this text, we introduced the structure design of extruder in detail, particular to the major parts: assignment tank, screw, barrel and systems analysis and calculating. To those important transmission parts: the big gear and the small gears in assignment tank, strip wheel, driving spindle, key, we made a design and check the intensity. And we calculate and check the carrying capacity of the bearing particularly. We also refer to the choosing requirements of the accessories: heating and cooling system, die, knife equipment, and made a simple design. In the end of the text, the installing, operation, controlling and repairing of the extruder were also introduced. Key words： The transmission system； extrusion mixing and shaping； Counter-rotation twin -screw extruder V 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 擠壓機(jī)技術(shù)應(yīng)用及分析 . 1 1.2 國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 . 1 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展 . 1 1.2.2 國際上主要有以下方面 . 1 1.3 擠壓機(jī)生產(chǎn)食品的可行性分析 . 2 1.4 擠壓技術(shù)在口香糖加工中的應(yīng)用 . 2 1.4.1 口香糖的市場需求 . 2 1.4.2 口香糖的加工工藝 . 2 1.4.3 擠壓機(jī)生產(chǎn)口香糖的可行性 . 4 2 食品擠壓機(jī)擠壓設(shè)備簡介 . 6 2.1 雙螺桿擠壓機(jī)的工作原理 . 6 2.1.1 擠壓原理 . 6 2.1.2 擠壓加工系統(tǒng) . 7 2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 7 3 雙螺桿擠壓機(jī)擠壓設(shè)備設(shè)計(jì) . 8 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 . 8 3.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 8 3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選用 . 8 3.1.3 傳動(dòng)比分 配 . 8 3.1.4 主要傳動(dòng)零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 . 9 3.2 輔助零部件設(shè)計(jì)計(jì)算 . 20 3.2.1 加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 20 3.2.2 加熱與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 22 3.2.3 潤滑油的選用 . 24 4 擠壓加工系統(tǒng)的安裝、操作與維護(hù) . 25 4.1 擠壓加工系統(tǒng)的安裝 . 25 4.1.1 擠壓機(jī)的安裝基礎(chǔ) . 25 4.1.2 調(diào)整擠壓機(jī)水平 . 25 4.1.3 機(jī)筒的安裝 . 25 4.1.4 螺稈的裝拆 . 25 4.1.5 模頭的安裝 . 25 4.2 擠壓加工系統(tǒng)的操作 . 25 4.2.1 擠壓機(jī)的開車 . 25 4.2.2 開車操作注意事項(xiàng) . 25 4.3 擠壓機(jī)的維護(hù)保養(yǎng) . 25 4.3.1 螺桿的保養(yǎng) . 25 4.3.2 機(jī)筒的保養(yǎng) . 25 4.3.3 擠壓 機(jī)其它部分的保養(yǎng) . 26 4.4 設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題 . 26 5 總結(jié)與展望 . 27 5.1 總結(jié) . 27 5.2 展望 . 27 致 謝 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 擠壓機(jī)技術(shù)應(yīng)用及分析 擠壓加工技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型加工方法廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)中，并得到迅速的發(fā)展。谷物食品的傳統(tǒng)加工工藝一般需經(jīng)粉碎、混合、成型、烘烤或油炸、殺菌、干燥等生產(chǎn)工序，每道工序都需配備相應(yīng)的設(shè)備，生產(chǎn)流水線長，占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，設(shè)備種類多。采用 擠壓技術(shù)來加工谷物食品，在原料經(jīng)初步粉碎和混合后，即可用一臺(tái)擠壓機(jī)一步完成混煉、熟化、破碎、殺菌、預(yù)干燥、成型等工藝，制成膨化、組織化產(chǎn)品或制成不膨化的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品再經(jīng)油炸（也可不經(jīng)油炸）、烘干、調(diào)味后即可上市銷售，只要簡單地更換擠壓模具，便可以很方便地改變產(chǎn)品 的造型。與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，擠壓加工極大地改善了谷物食品的加工工藝，縮短了工藝過程，豐富了谷物食品的花色品種，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用，減少了占地面積，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也改善了產(chǎn)品的組織狀態(tài)和口感，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 1.2 國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)發(fā)展 從主機(jī)及其塑料制品區(qū)分，中國可以制造的擠出機(jī)包括單螺桿擠出機(jī)，適合于加工各種材料及各種結(jié)構(gòu)的板、片、膜、絲、棒等產(chǎn)品；平行異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)和錐形異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，適于加工溫度敏感性材料，如 PVC 板、管、異型 材等；平行同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，適于原料共混、填充、脫揮、改性、造料，增加一定裝置如熔體泵，可用于直接成型；適于高填充料生產(chǎn)的磨盤擠出機(jī)、往復(fù)螺桿擠出機(jī)等。 在我國的塑料加工中，幾乎一半的塑料都是由擠出成型來完成的。在常規(guī)但螺旋擠出機(jī)組的性能方面，我國已能生產(chǎn)螺桿直徑為 12-250 的多種規(guī)格，門類齊全的擠出機(jī)組長徑比大多為 2530。在特種擠出機(jī)的研究領(lǐng)域，經(jīng)我國廣大科技工作者的努力已經(jīng)研制出排氣擠出機(jī)，電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)，串聯(lián)式磨盤動(dòng)態(tài)擠出機(jī)，等多種型號(hào)，目前已進(jìn)入系列的研發(fā)階段。 1.2.2 國際上主 要有以下方面 新型擠出混煉技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)； 大口徑管材擠出的導(dǎo)向平行雙螺桿機(jī)出組，鋼塑復(fù)合管擠出機(jī)組和大型雙壁波紋管擠出成型機(jī)組的開發(fā)研究； 符合擠出成型和設(shè)備的開發(fā)研究； CAD/CAM/CAE 技術(shù)在塑料工業(yè)中的研究； 在線檢測(cè)機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用。 可以預(yù)測(cè)，未來擠出成型技術(shù)的發(fā)展方向是： 高速、高產(chǎn)化； 大型化和精密化；實(shí)現(xiàn)擠出成型設(shè)備的大型化可以降低生產(chǎn)成本。 模塊化和專業(yè)化；模塊化生產(chǎn)可以縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，爭取更大的市場份額；而專業(yè)化生產(chǎn)對(duì)保證整期質(zhì)量、降低成本、加速資金周 轉(zhuǎn)都非常有利。 智能化和網(wǎng)絡(luò)化；發(fā)達(dá)國家的擠出機(jī)已普遍采用現(xiàn)代電子和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，這對(duì)保證工藝條件的穩(wěn)定、提高產(chǎn)品的精度都極為有利。 高效、多功能化；塑料擠出機(jī)的高效主要體現(xiàn)在高產(chǎn)出、低能耗、低制造成本方面。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1.3 擠壓機(jī)生產(chǎn)食品的可行性分析 本世紀(jì) 30 年代，擠壓技術(shù)開始應(yīng)用于食品加工，它具有集輸送，混煉，剪切，加熱，加壓等多種化工單元操作于一體的高溫短時(shí)加工的特點(diǎn)，因此在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣泛。除了谷物及植物組織蛋白擠壓食品以外，從糖果制造到酪蛋白生產(chǎn)，從固體脂肪到風(fēng)味成分的開發(fā)， 及至飼料寵物食品加工制造都用到食品擠壓機(jī)。 擠壓加工概括的說是將食品物料置于擠壓機(jī)的高壓和適當(dāng)?shù)臏囟鹊臓顟B(tài)下，然后突然釋放到常壓，使膠基和各種調(diào)味料、香料達(dá)到充分滲透、混合和輸出的過程。所以用蒸煮擠壓法生產(chǎn)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(chǎn)出的食品的口感，香味的持久力都比傳統(tǒng)的加工方法好。 總的來說，用擠壓法生產(chǎn)是現(xiàn)今的發(fā)展趨勢(shì)，并且，傳統(tǒng)的加工方法很快也會(huì)被擠壓法所取代。 1.4 擠壓技術(shù)在口香糖加工中的應(yīng)用 1.4.1 口香糖的市場需求 口香糖是一種膠基糖（ Chewing gum） ,以白沙糖為主料，配以可食用的天藍(lán)樹膠和熱塑性樹脂等膠基制成的可咀嚼的休閑糖果?？谙闾鞘且环N目前國際上流行的低熱值食品， 被人們譽(yù)為 “美容糖果 ”。通過不斷的咀嚼，可消除口臭，加快口腔內(nèi)血液流動(dòng)，預(yù)防口腔感染，使面部肌肉增加彈性，不易產(chǎn)生皺紋等效用，因此很受人們的青睞。 研究顯示，中國糖果市場正向品味多樣化方向發(fā)展，糖果的功能的多樣化也是影響商家經(jīng)營運(yùn)作的關(guān)鍵所在，糖果正在改變著只提供熱量的單一功能，朝著具有營養(yǎng)保健作用的方向發(fā)展，口香糖也是如此，而且當(dāng)前國內(nèi)市場空白點(diǎn)還有很多，尤其是無糖領(lǐng)域， 需求量日益擴(kuò)大，利潤空間廣闊，由于我國人口眾多，同時(shí)隨著人民生活水平和生產(chǎn)質(zhì)量日益提高，人們的消費(fèi)水平也得到了極大的提高，所以口香糖的發(fā)展正朝著多功能的方向發(fā)展，目前市場出現(xiàn)的無糖木糖醇口香糖需求量正在不斷的加大。 近年來，中國的口香糖市場以每年百分之十的速度增長，目前的市場規(guī)模已超過二十億元。在樂天進(jìn)入中國之前，市場上只有口味型口香糖，但我們把功能型口香糖引入中國。事實(shí)證明隨著生活水平的提高，人們對(duì)于口香糖的要求也在逐漸變化。消費(fèi)者把注意力從追求口味的多樣化轉(zhuǎn)移到了健齒防蛀等附加功能上來，促成了口香糖由 “口味型 ”向 “功能型 ”的轉(zhuǎn)變 ,這主要?dú)w功于木糖醇的功能應(yīng)用。 在上世紀(jì) 80 年代，國外的木糖醇主要用于生產(chǎn)無糖口香糖。上世紀(jì) 90 年代后，國際市場上的木糖醇需求逐年增加，人們?cè)絹碓阶⒅乇＝?。我國的無錫利夫糖果有限公司最早將木糖醇用于口香糖中，生產(chǎn) “魄力 ”無糖口香糖。到目前為止，國內(nèi)已有廣東的 “益達(dá) ”、深圳的 “華艾康 ”等品牌。另外，在國內(nèi)近幾年許多含有木糖醇的保健品，如口服液、保齡參咀嚼片、糕點(diǎn)、餅干也大量投放市場。由于木糖醇的防齲齒作用，在牙膏行業(yè)也有一定的市場。 總之，口香糖已成為人們生活中必不可少的一種休閑食 品，且我國人口多，發(fā)展空間極大，口香糖的市場需求量會(huì)不斷的提高。 1.4.2 口香糖的加工工藝 口香糖主要是由口香糖膠姆基、精幼砂糖或其他添加劑、乳化劑和香料等原料加工而反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 成，將各種原料在約 120 溫度下加以混合，混合時(shí)依一定的次序，先投入已加熱溶解的基質(zhì)，再投入砂糖、葡萄糖、飴糖、香料等，切必須均勻的加以攪拌?；旌虾蟮脑?，其水分應(yīng)保持在 3%以下，成型后在溫度為 21 24 、相對(duì)濕度為 45%50%的調(diào)溫室中保持 68h，以后才可包裝。 現(xiàn)在主要是用擠壓加工法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工方法，事實(shí)證明，用擠壓加工的口 香糖，其清新的薄荷香味在咀嚼中可比原來多保留 50%的時(shí)間，而由于加工的連續(xù)化并且通過強(qiáng)大的功率將調(diào)料柔和進(jìn)糖和膠基內(nèi)，加工時(shí)間大大縮短，獲得較短的生產(chǎn)周期和減少停工時(shí)間。擠壓后的口香糖更有彈性并在擠出是其變性和粘性很小。在口香糖的擠壓加工中，調(diào)料必須在開始段加入，這與生產(chǎn)其他食品不同，這樣可保證其均勻地被吸收并完全與膠基相結(jié)合，以獲得最長的持續(xù)效果，另外，一些其他的活性成分，如高強(qiáng)度甜味劑、藥物成分、尼古丁、尿素、增香劑、可可、咖啡、果酸等，也應(yīng)該在開始段加入，但檸檬酸會(huì)在擠壓加工中發(fā)生變性并酸性揮發(fā)，可用 酒石酸代替使用。由于膠基在蒸煮擠壓加工中會(huì)變脆或變粘，就應(yīng)該選擇合適的增塑調(diào)料溶劑加入，為捕集口香糖內(nèi)的活性成分，可加入一些特別的結(jié)合劑，如將鈣鹽和麥芽糊精與水想調(diào)和進(jìn)行真空加熱，然后在 -10 的溫度下進(jìn)行擠壓成形成異丙醇，使用這種方法可使擠壓物固化并能被進(jìn)一步加工。如 圖 1.1 為口香糖加工工藝流程圖。 口香糖的基本組分比為： 膠基 1820 糖 60%左右 葡萄糖漿 20%左右 甘油 0.30.5% 醋酸乙烯樹脂天藍(lán)樹脂基質(zhì)聚異丁烯丁酞酰基甘醇脂乳 化 劑 碳酸鈣混合樹脂基質(zhì)砂糖、葡萄糖、飴糖、香料混合 切塊 成型整型包裝成品 圖 1.1 口香糖加工工藝流程圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 工藝及操作說明： 香口膠生產(chǎn)中多選用商品膠基，在使用時(shí)應(yīng)注意酸性膠基和非酸性膠基應(yīng)用范圍的異。 膠基啟用時(shí)先置于 75 80 下軟化，約需 2h。再生膠質(zhì)料為生產(chǎn)過程中的邊角余料，加入量為 5%左右。 將混和機(jī)加熱至 4555 ，并在鏟刀上加一些糖粉。加糖粉是為了避免粘連，故僅在第一道混合作業(yè)時(shí)采用。 混和 1 工序和混和 2 工序各 需 5min，混和 l 工序約需 3min，混和 5 工序約需 2min,過分溫和會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量與貯存壽命，混和工序保持在 4550 之間操作， 若混和機(jī)連續(xù)使用則毋須每次加熱，因?yàn)檫B續(xù)操作的摩擦熱會(huì)使混和機(jī)溫度升高。 混和時(shí)加入的糖應(yīng)為微細(xì)的糖粉，以消除口糙感，糖粉粒度要求 在 0.01mm0.05mm之間。 切割混和好的膠團(tuán)，每 塊 4kg，并在 30min60min 內(nèi)使其冷卻。 若成品要求為粒狀，則進(jìn)入造粒工序；若成品要求為片狀，則進(jìn)入壓延切片工序。 涂層 有關(guān)軟涂料的一些基本方法： 在盤內(nèi)滾動(dòng)的膠 基中，芯上加上足夠的粘性糖漿，確保所有部位均被糖漿所覆蓋，并滾動(dòng)直到均勻?yàn)橹?。加進(jìn)足夠的糖粉以吸干表層的水分。要避免糖粉放得過量，因?yàn)槎嘤嗵欠蹠?huì)與下批加入的粘性糖漿混和結(jié)塊。糖粉粘度大小要求在 0.2-0.4mm， 當(dāng)達(dá)到要求厚度后，制品必須在盤內(nèi)放置 12h。 粘性糖漿配方： a葡萄糖基粘性糖漿：將 10kg 糖溶于 4kg 水中煮沸到 107.5 ，然后加 10kg80%的葡萄糖漿 (右旋 )，不需加熱，只需混和。 b.阿拉伯樹膠基粘性糖漿：將 7kg 的阿拉伯樹膠溶于 20kg 水中，浸泡 24h 后再進(jìn)行進(jìn)濾： 將 20kg 的葡萄糖漿溶于 7kg 的水中煮沸到 107.5 ：將 10kg 的阿拉伯樹膠溶液倒入15kg 的糖漿之中。 一般廣泛應(yīng)用葡萄糖基粘性糖漿。 為了使工作方便且縮短時(shí)間，氣源必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使用的空氣越冷越干焊，則涂層越方便。要在拋光之前獲得更加光滑的表面，在最后一階段可使用稀釋的糖漿。 拋光 在準(zhǔn)備拋光盤時(shí)要在其內(nèi)表面粘貼一層帆布并且在其上覆上一層蠟基混和物，配方如下：蜂蠟 73%，滑石 9%，巴西蠟或鯨腦油脂 18%。 1.4.3 擠壓機(jī)生產(chǎn)口香糖的可行性 80 年代，研究人員開始 把擠壓機(jī)與生物，化學(xué)反應(yīng)聯(lián)系起來作為生化反應(yīng)器研究，現(xiàn)已成為擠壓技術(shù)進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展最新方向之一。擠壓機(jī)作為生化反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn) : 在生化反應(yīng)中，可以使用少量的水分進(jìn)行干法反應(yīng)，反應(yīng)后不必進(jìn)行物料與水分的分離，同時(shí)反應(yīng)過程中使用了少量的水分，因此可以節(jié)省大量的能源，減少了對(duì)環(huán)境的污染 ； 擠壓機(jī)可以作為一臺(tái)輸送高粘度介質(zhì)的穩(wěn)壓泵，保證反應(yīng)過程的連續(xù)性，獲得恒反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 定的產(chǎn)量 ； 與其他反映器相比，擠壓機(jī)的熱交換面積相對(duì)較大，其作用相當(dāng)于一臺(tái)刮板式熱交換器 ； 反應(yīng)物在擠壓機(jī)的停留時(shí)間分布窄，有利于獲得 反應(yīng)均勻的產(chǎn)品 ； 可以根據(jù)反映的要求，通過改變擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)調(diào)整反映的程度； 擠壓機(jī)作生化反應(yīng)器具有如下不足： 擠壓機(jī)的容量有限，因此要求生化反應(yīng)的時(shí)間要短，反應(yīng)速度要快，才能獲得經(jīng)濟(jì)，可行的反應(yīng)過程 ； 擠壓機(jī)作生化反應(yīng)器受反應(yīng)物的粘度限制，反應(yīng)產(chǎn)物的粘度要求也要足夠高，以保證物料的有效輸送以經(jīng)濟(jì)的利用擠壓機(jī)。 通過對(duì)前人研究成果的分析，本課題用雙螺桿擠壓機(jī)作為生化反應(yīng)器進(jìn)行口香糖的研究。 其間可能會(huì)產(chǎn)生及需解決的問題有： 擠壓機(jī)內(nèi)變化過程中以停留時(shí)間，溫度，剪切率 為主要系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行研究分析，可不可行？ 擠壓機(jī)生產(chǎn)出來的口香糖用常溫還是風(fēng)機(jī)或其他辦法冷卻？ 生產(chǎn)過程中的廢氣用何種方法解決，是否有污染問題？ 口香糖在一定溫度下將有粘壁現(xiàn)象，用何種方法解決？ 物料在機(jī)筒中輸送時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)筒產(chǎn)生磨擦，能否避免或者減少其摩擦？ 總之，本課題采用反向旋 轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)口香糖的工藝是切實(shí)可行的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 食品擠壓機(jī)擠壓設(shè)備簡介 食品混煉成形的擠壓機(jī)一般采用雙螺桿擠壓機(jī)，雙螺桿擠壓機(jī)的特征是兩根平行的螺桿裝置在具有 8 字形孔的機(jī)筒內(nèi)，螺桿旋轉(zhuǎn)，機(jī)筒加熱，完成對(duì)物料的加 工擠出。 2.1 雙螺桿擠壓機(jī)的工作原理 2.1.1 擠壓原理 強(qiáng)制輸送 雙螺桿擠壓機(jī)按螺桿旋轉(zhuǎn)的方向不同，可分為同向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)兩大類，反向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠壓機(jī)又可分為向內(nèi)和向外的兩種。根據(jù)雙螺桿的旋轉(zhuǎn)方向，嚙合程度和螺紋參數(shù)的不同，雙螺桿的嚙合部分可構(gòu)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(zhuǎn)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(huì)產(chǎn)生倒流或滯流，因此具有最大的強(qiáng)力輸送。為了減 少物料和螺桿、機(jī)筒的摩擦力，使物料更容易螺旋輸送，本設(shè)計(jì)采用向外反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿。 混合作用 圖 2.1 反向旋轉(zhuǎn)，物料在雙螺桿螺槽中的流動(dòng)情況 由于反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合處螺棱和螺槽的速度方向相同，但存在速度差，因此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。 自潔性能 反向旋轉(zhuǎn)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。 壓延效應(yīng) 向外反向旋轉(zhuǎn)的螺桿擠壓機(jī)，由于有使物料向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因此沒有明顯的壓延效應(yīng)。 反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 2.1.2 擠壓加工系統(tǒng) 圖 2.2 典型食品擠壓加工系統(tǒng)鏈圖 如圖 2.2 所示 ,典型的擠壓加工系統(tǒng)支鏈圖 ,其中包括喂料裝置、預(yù)調(diào)質(zhì)裝置、傳動(dòng)、擠壓、加熱與冷卻、成型、切割、控制等部分組成。 2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 螺桿擠壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)對(duì)整機(jī)的性能有很大的影響，總體結(jié)構(gòu)包括擠壓系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)源的相互位置關(guān)系。由于這些關(guān)系的不同，構(gòu)成了種種不同差別：（見表 2-1） 表 2-1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析表 總體類型 不同類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 外觀形式 臥式螺桿擠壓機(jī) 螺桿在空間呈水平放置，尺寸大小影響占地面積，對(duì)空間高度影響不大 計(jì)量部分的螺桿和機(jī)筒易于磨損 立式螺桿擠壓機(jī) 螺桿在空間呈豎直 減速箱選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受限制，空間高度要求高 聯(lián)接形式 整體式螺桿擠壓機(jī) 結(jié)構(gòu)緊湊 不便于加工和裝拆、維修 分段式螺桿擠壓機(jī) 能夠采用標(biāo)準(zhǔn)減速器，易于裝拆、維修 需專門設(shè)置螺桿軸承座及相應(yīng)的潤滑系統(tǒng) 動(dòng)力源和傳動(dòng)裝置位置 電機(jī)置于機(jī)器旁側(cè) 便于電機(jī)及機(jī)器維修 占地面積大 電機(jī)置 于減速箱前部，擠壓系統(tǒng)下部 機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，外觀整齊 要求設(shè)計(jì)帶等傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)效率低 結(jié)論：通過以上分析，結(jié)合本課題的實(shí)際情況，擬采用臥式分段式結(jié)構(gòu)形式，動(dòng)力源和傳動(dòng)裝置位置選用電機(jī)置于減速箱前部，擠壓系統(tǒng)下部。 機(jī)筒擠壓 加熱與冷卻 成型XXING 料倉 喂料裝置 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 雙螺桿擠壓機(jī)擠壓設(shè)備設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)是擠壓機(jī)的主要組成部分之一，它的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下 (如溫度、壓力和轉(zhuǎn)速下 )獲得所必須的扭矩且能均勻地旋轉(zhuǎn)，以完成對(duì)物料的塑化和輸送。 3.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 如圖 3.1 所示初步確定擠壓機(jī)傳動(dòng)路線 3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選用 螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是生產(chǎn)食品的一個(gè)關(guān)鍵性操作參數(shù)，因此在本設(shè)計(jì)中，我們將采用無級(jí)調(diào)速電機(jī)與有級(jí)減速機(jī)的組合。 采用無級(jí)調(diào)速電機(jī)，主要是因?yàn)槠涔ぷ魈匦郧€與擠壓機(jī)的工作特性曲線很接近，如圖 3.2 所示。采用它來作原動(dòng)機(jī)，能夠保證有較高的功率因素與效率 (cos 0.60.96， 5060%)，且啟動(dòng)性能好，運(yùn)行穩(wěn)定，可得到較合理的使用。為使螺桿獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)調(diào)速不應(yīng)太低，控制在 1000r/min 左右。采用有級(jí)減速機(jī)，承擔(dān)大部分的傳動(dòng)比，可滿足這一 要求。 為減小整機(jī)外形尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)置于下方，通過帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)減速機(jī)。帶輪不僅可以分擔(dān)一定的傳動(dòng)比，而且還可使整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)穩(wěn)定，并起到過載保護(hù)的作用。由前面電機(jī)選用 YCT3154A 電磁調(diào)速電機(jī) 3.1.3 傳動(dòng)比分配 (1) 總傳動(dòng)比 實(shí)驗(yàn)研究表明，擠壓機(jī)在螺桿轉(zhuǎn)速 40r/min 左右時(shí)，為滿足一定的螺桿輸入轉(zhuǎn)矩，初取電機(jī)工作轉(zhuǎn)速 n 電機(jī) 900r/min，擠壓機(jī)工作轉(zhuǎn)速 n 40r/min，則 總傳動(dòng)比 i 總 n 電機(jī) n 900 40 22.5 (2) 帶輪傳動(dòng)比 由 于設(shè)計(jì)中選用減速機(jī)，而分配箱內(nèi)齒輪又受螺桿中心距限制，傳動(dòng)比不大，因而減速機(jī)將承擔(dān)大部分的傳動(dòng)比，因此帶輪傳動(dòng)比可取較小值。同時(shí)，這樣也可減小機(jī)器尺寸反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 和重量，便于安裝。在設(shè)計(jì)中，我們初取帶輪傳動(dòng)比 iV 2。 (3) 減速機(jī)選用 參考 13，按強(qiáng)度選用減速機(jī)。 計(jì)算功率 Pc KAPPP1 kW 工況系數(shù) KA 按輕微沖擊查表 18-40 得 KA 1 減速機(jī)傳遞功率 P T 電 n 電 max 9550V 2321320 95500.96 33.403kW 則計(jì)算計(jì)算功率 Pc 118.179 33.403kW 選用 ZLY140 型電機(jī) 7，其許用輸入功率 PP1 35kW，傳動(dòng)比 i 減 10。 (4) 傳動(dòng)箱傳動(dòng)比 根據(jù)上面的分配情況， i 分配箱 i 總 iV i 減 22.5 2 10 1.125，即傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)為減速器。設(shè)計(jì)成這一形式，一方面主要是受雙螺桿中心距限制和出于水平平行布置時(shí)應(yīng)避免齒輪與軸發(fā)生干涉的考慮，另一方面也是為了在有限的徑向距離內(nèi)增加齒輪的模數(shù)以提高其強(qiáng)度。 3.1.4 主要傳動(dòng)零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 3.1.4.1 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 以下設(shè)計(jì)計(jì)算參考 14。 已知：電機(jī)輸出功率 P 232900 9550 21.864kW， 小帶輪轉(zhuǎn)速 n1 n 電 900r/min，初定傳動(dòng)比 iV 2，載荷變動(dòng)小，每天工作 8h，要求中心距不超過 800mm。 表 3-1 v 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 定 V 帶 輪 型 號(hào) 和 帶 輪 直 徑 工作情況系數(shù) 由表 11.5 KA 1.1 計(jì)算功率 Pc KAP 1.121.864 Pc 24.0504kW 選帶型號(hào) 由圖 11.15 選 C 型 小帶輪直徑 由表 11.6 D1 250mm 大帶輪直徑 D2 (1 )D1 iV (1 0.02)2502 490mm (設(shè) 2%) (式 11.15) 取 D2 490mm 大帶輪轉(zhuǎn)速 n2 (1 ) D1 n1 D2 (1 0.02)250900 490 n2=490r/min 計(jì) 算 帶 長 求 Dm Dm (D1 D2) 2 (250 490) 2 Dm 370 求 (D2 D1) 2 (490 250) 2 120 初取中心距 750mm 帶長 L0 Dm 2a 2 a。 (式 11.2) 370 2750 1202 750 L0 2681.6mm 基準(zhǔn)長度 由圖 11.4 Ld 2800mm 求 中 心 距 和 包 角 中心距 a a0+ (Ld L0 )/2 (式 11.3 ) 750 (2800 2681.6)/2 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 續(xù)表 3-1 809.20mm 取 a 800mm 小輪包角 1 180 (D2 D1) 60 a (式 11.4 ) 180 (490 250) 57.3 800 1 162.81 120 求 帶 根 數(shù) 帶速 v D1n1 (601000) 2501320 (601000) v 17.278m/s 傳動(dòng)比 iV (1 ) D2 D1 (1 0.02)490 250 1.9208 帶根數(shù) 由表 13 3 P0 6.635kW；由表 13 5 ka 0.96 由表 13 2 kL 0.95；由表 13 4 P0 0.96kW z Pc (P0 P0)kkL (式 11.22 ) 24.0504 (6.635 0.69)0.960.95 3.6 取 z 4 根 求 軸 上 載 荷 張緊力 F0 500Pc(2.5 Ka) (vz Ka) qv2 50024.0504(2.5 0.96) (17.27840.96) 0.1717.2782 F0 329.87N 軸上載荷 FQ 2zF0sin( 2) 24329.87sin(162.81 2) FQ 2609.323N 材 料 與 結(jié) 構(gòu) 帶輪結(jié)構(gòu) 小帶輪采用實(shí)體式，大帶輪設(shè)計(jì)成輪輻式，具體外形結(jié)構(gòu)略 帶輪材料 大、小帶輪均采用 HT200 鑄造 3.1.4.2 傳動(dòng)箱斜齒圓柱輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)箱的傳動(dòng)形式如上圖所示，大齒輪帶動(dòng)一小齒輪， 小齒輪再帶動(dòng)另一小齒輪，因大、小齒輪傳動(dòng)尺寸受限制，為提高齒輪強(qiáng)度，大小齒輪設(shè)計(jì)成齒輪軸形式，且大、小 齒輪均采用合金鋼 20Cr， 滲碳淬火低溫回火，硬度 5662HRC(取 60 HRC)。 本設(shè)計(jì)中采用硬齒面斜齒輪嚙合閉式傳動(dòng)，其主要失效形式為齒面的疲勞斷裂和磨損，因此其計(jì)算原則是：先進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，然后再按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 以下，我們參考 14進(jìn)行齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核。 已知：單個(gè)小齒輪輸入功率 P 21.864V 減速機(jī) 軸承 齒輪 21.8640.960.950.990.98 19.3457kW，轉(zhuǎn)速 n2 40r/min，傳動(dòng)比 i i 總 iV i 減 22.5 1.9208 10 1.1713，單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷變化小，轉(zhuǎn)動(dòng)較平穩(wěn)，工作時(shí)間 8 小時(shí) /天，該機(jī)器預(yù)計(jì)壽命 5 年，齒輪非對(duì)稱分布 ,精度 6 級(jí)。 表 3-2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 確 定主 要 幾 何 尺 寸 1.初步估算大齒輪直徑 d2 由于雙螺桿中心距為 80mm，兩大齒輪設(shè)計(jì)成一樣， 所 以大齒輪分度圓直徑為 d2 80mm 模數(shù) mn 由于是硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，為提高齒輪強(qiáng)度 取法向模數(shù) mn 3 大齒輪齒數(shù) z2 初估螺旋角 15，則大齒輪齒數(shù) z2 d2 cos mn 80cos15 25.929 反向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 續(xù)表 3-2 圓整取 z2 26 小齒輪齒數(shù) z1 z1 z2 i 26 1.1713 22.19 圓整取 z1 22 中心距 a mn(z1 z2) (2cos) 3(22 26) (2cos15) 73.8mm 圓整取 a 75mm 校核螺旋角 arccosmn(z1 z2) (2a) arccos3(22 26) (275) 18.066，符合 法向嚙合角 n 取 n 20 分度圓直徑 d1、 d2 d1 mn z1 cos 322 cos118.066 d1 68.75mm d2 mn z2 cos 326 cos15.359 d2 81.25mm 所以雙螺桿中心距為 A d2 81.25mm A 81.25mm 齒寬 b 為提高配比齒輪的承載能力，取 b20 mn 203 60 為提高齒輪的承載能力取 b=70mm 所以取 b1 72mm b2 70m 傳動(dòng)比 i i z2 z1 26 22 i 1.1818 大齒輪轉(zhuǎn)速 n2 450 10 1.1818 n2 38.0775r./min 圓周速度 v d2n2 (601000) 3.14281.2538.0775 (601000) v 0.162m/s 齒 面 接 觸 疲 勞 強(qiáng) 度 校 核 使用系數(shù) KA 由表 32.1 32 KA 1.35 動(dòng)載系數(shù) KV 由于 KV K b KA+ K2（ Z1 V 100）（ U2 / （ U2 +1） 1/2 其中 K1 、 K2 由表 32.133 K1 =13.3 K2=0.0087 Ft 2T2/ d2 2461880/81.25 11369.35N KA Ft b 1.3511369.35 70 219.27N/mm 100 N/mm 所以 KV 1 13.3 219.27+ 0.0087 （ 260.162 100） （ 1.17132 / （ 1.17132 +1） 1/2 1.222 KV 1.05 齒間載荷分配系數(shù) KH 由表 32.136， KH 1.1 齒向載荷分配 系數(shù) KH 由表 32.134， KH 1.11 0.18d2 1210-4b 1.11 0.18(70/81.25) 2 12 10-470 1.541 彈性系數(shù) ZE 由表 32.137 ZE 189.8MPa1/2 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH 由圖 32.113 ZH 2.23 重合度系數(shù) Z 由圖 32.114 1.88 3.2(1 z1 1 z2)cos 1.88 3.2(1 22 1 26)cos18.066 1.547 bsin/mn 70sin18.066（ 3.1423） 2.079 1 故取 1， 所以 Z (4 )(1 ) 1/2 (式 12.31) (1 )1/2 (1 1.547)1/2 0.804 Z 0.804 螺旋角系數(shù) Z Z (cos)1/2 (cos18.066)1/2 (式 12.32) Z