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UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計
題目：雙螺旋冷軋茶油專用榨油機(jī)設(shè)計與研究
學(xué) 院：工學(xué)院
姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
年 級：
指導(dǎo)教師： 職 稱：
二0一二年 五 月
II
摘要
當(dāng)前食用油制油技術(shù)很多,有機(jī)械壓榨法、溶劑浸出、壓榨與溶劑浸提相結(jié)合法、水劑法、超臨界流體萃取法等。其中運(yùn)用最普遍的是壓榨法和溶劑浸提法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,但壓榨法和溶劑浸提法有許多不足之處，所以人們正在尋找一種新型的榨油技術(shù)，因此冷榨制油技術(shù)走進(jìn)人們的視野。冷榨制油技術(shù)以其特有的優(yōu)勢在特種油料(如橄欖油、芝麻油和茶籽油等)的加工領(lǐng)域越來越受到人們的重視。本文介紹了茶油的一些重要價值和加工發(fā)展?fàn)顩r以及雙螺旋冷軋榨油機(jī)的研制過程和主要結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)。該榨油機(jī)的設(shè)計的處理量為10t /d，在油料不經(jīng)蒸炒情況下兩次壓榨餅粕殘油率為10%左右。
關(guān)鍵詞: 茶油 ；雙螺旋；冷軋；榨油機(jī)
Abstract
The technology of producting oil on cooking oil have many at current,such as method of mechanical squeezing 、method of solvent extraction 、and combined squeezing with solvent extraction、Agent method 、Supercritical fluid extraction and so on.The most common of producting oil are squeezing and solvent extraction. With the development of science and technology and people living standard rise ceaselessly ,But squeezing method and the formulation of leaching solvent has many shortcomings, so people are looking for a new type of press technology ,Cold pressing oil technology are more and more attented by people rely on special advantage at special oil grain(such as olive oil 、sesame oil、camellia oil ) in processing the field .This paper introduces some importance value and processing development status、the development process of double helix oil press and the main struture 、performance 、characteristcs.The treatment capacity of this oil press design is about 10t/d，The cypress bread residual oil rate is about 10% through two Squeezing in the oilgrain no cooking situation.
Keywords ：camellia oil；double helix；cold rolling；oil experlle
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 國內(nèi)外榨油機(jī)的發(fā)展 1
1.2 油料冷榨的概念 1
1.3 茶油的簡介 2
1.4 茶油傳統(tǒng)制油工藝的不足 2
1.5 冷榨制油工藝 2
1.6 冷榨的優(yōu)缺點(diǎn) 2
1.7 冷榨技術(shù)在油茶加工中的應(yīng)用前景 3
2 雙螺旋榨油機(jī)的工作原理 4
2.1 單螺桿榨油機(jī)存在的問題 4
2.2 雙螺桿冷榨機(jī)的設(shè)計 4
2.2. 1 設(shè)計方案 4
2.3 雙螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理 5
2.3.1 整體結(jié)構(gòu) 5
2.3.2工作原理 5
3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
3.1 榨膛的選擇 6
3.2 榨螺及嚙合型式 8
3.2.1 榨螺 8
3.3 榨籠 9
3.4 傳動系統(tǒng) 9
3.5 喂料裝置 11
3.6 夾餅裝置 12
4 主要零部件及參數(shù)確定 12
4.1 壓縮比及壓力 12
4.1.1 壓縮比ε的計算 12
4.1.2 料坯實際壓縮比 13
4.1.3 榨膛壓力 13
4.2 電動機(jī)選擇 13
4.3 榨膛設(shè)計 14
4.4 榨螺軸設(shè)計 15
4.5 榨圈設(shè)計 16
4.6 傳動比確定 17
4.6.1 總傳動比 17
4.6.2 V帶的傳動比與設(shè)計 17
4.6.3 帶輪設(shè)計 19
4.6.4 減速器 19
30
4.7 軸的計算 20
4.8 齒輪的計算 21
4.9 其他零件的選擇 26
5 參考文獻(xiàn) 27
6 設(shè)計總結(jié) 28
7 致謝 29
1 緒論
1.1 國內(nèi)外榨油機(jī)的發(fā)展
盡管螺旋榨油機(jī)用于制油工業(yè)已有100 多年的歷史，但至今仍然是油脂加工行業(yè)中最主要的機(jī)械之一，被廣泛地應(yīng)用于各大油脂生產(chǎn)。然而，隨著油脂工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的螺旋榨油機(jī)凸現(xiàn)越來越多的缺陷，特別是對于一些易揮發(fā)的、珍貴的特種油料。為了防止油料中營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，要求采用低溫壓榨工藝，即冷榨技術(shù)，也就是入榨料不經(jīng)軋坯和蒸炒等工序直接進(jìn)入螺旋榨油機(jī)中壓榨制油。由于沒有軋坯和蒸炒油料細(xì)胞破壞不完全細(xì)胞中的脂類體和蛋白結(jié)合緊密同時低溫壓榨蛋白變性小油脂黏度較高，流動性較差 因此采用普通的螺旋榨油機(jī)難以建立適宜的壓力和有效的疏通油路，無法滿足工藝要求。因此低溫螺旋榨油機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生，其具有毛油色澤淺，餅粨變性小，以及能耗低等特點(diǎn)。雙螺旋榨油機(jī)由于其顯著的正向輸送特性和強(qiáng)烈的混合魚碾壓作用為壓榨方法提供了一種新思路。1990年, 日本Isobe[1]等人開發(fā)了一種部分嚙合異向旋轉(zhuǎn)的平行雙螺桿榨油機(jī), 并分別用脫殼的葵花籽仁和未脫皮的油菜籽在該機(jī)上與單螺桿榨油機(jī)進(jìn)行了對比壓榨試驗, 結(jié)果表明：未經(jīng)預(yù)處理的脫殼葵花籽仁(水分3. 2%, 含油58. 6%)用雙螺桿榨油機(jī)壓榨，出油效率達(dá)到93. 7%，而單螺桿榨油機(jī)只能達(dá)到20%；壓榨未脫皮的油菜籽(水分7. 94%, 含油40. 70%)，雙螺桿榨油機(jī)的出油效率為71%， 雖然其出油效率與單螺桿榨油機(jī)相當(dāng)，但榨籠溫度低， 油和餅質(zhì)量高，能耗低。法國Clextral公司開發(fā)了一種完全嚙合同向旋轉(zhuǎn)的平行雙螺桿榨油機(jī)，1994年Guyomard利用這種榨油機(jī)對脫皮油菜籽仁進(jìn)行了壓榨試驗， 獲得了75%~80%的出油效率。1999年Dufaure等人利用經(jīng)過改進(jìn)的Clextral BC45型擠壓機(jī)對葵花整籽(水分6. 2%， 含油50. 9%， 干基)進(jìn)行了壓榨試驗， 出油效率可達(dá)到80%，所得到的油脂和餅的質(zhì)量大大優(yōu)于單螺桿壓榨產(chǎn)物[2-5]。
在我國，現(xiàn)代榨油機(jī)的發(fā)展已五十多年，從傳統(tǒng)的榨油設(shè)備，到現(xiàn)在先進(jìn)的榨油機(jī)器，中國榨油市場到了翻天覆地的變化，隨著市場上的食用油品種增多，榨油機(jī)的種類也在增加，壓榨方式也各不相同，物理壓榨，化學(xué)壓榨，還有兩者結(jié)合壓榨?；厥走^去，榨油了油品的業(yè)在中國從無到有，有弱小逐漸強(qiáng)大的過程?，F(xiàn)在市面上食用油分成浸出油和壓榨油兩種。浸出油是用化學(xué)溶劑浸泡油料，再經(jīng)過復(fù)雜的工藝提煉而成，提煉過程中流失營養(yǎng)成分，而且有化學(xué)溶劑的有毒物質(zhì)殘留。所以大眾逐漸遠(yuǎn)離。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平提高，大眾已經(jīng)不是是以前那樣只解決溫飽了，吃出營養(yǎng)，吃出健康才是現(xiàn)代人的追求，所以對榨油機(jī)提出了更高的要求，2005年，李文林等[6]人為了解決雙底油菜籽脫皮后低溫壓榨制油的難題，研制出雙螺桿冷榨機(jī)，生產(chǎn)試驗得到的冷榨油接近三級菜籽壓榨油國家標(biāo)準(zhǔn)，冷榨餅殘油率在15%，獲得了較好的出油率。由此而知設(shè)計研究一種專用制取茶油的榨油機(jī)-雙螺旋冷榨茶油專用榨油機(jī)。
1.2 油料冷榨的概念
油料冷榨是指原料不經(jīng)過常規(guī)熱榨工藝中的蒸炒過程,直接進(jìn)行壓榨的一種制油方法。它之所以叫冷榨,是因為加工的油料沒有經(jīng)過傳統(tǒng)熱榨工藝中的蒸炒處理,這時原料中的油脂還是以分散狀分布于原料的未變形蛋白細(xì)胞中。油料冷榨對機(jī)器的要求比熱榨時要高。
1.3 茶油的簡介
茶油是我國南方特有的一種山茶屬油料木本植物油，一般又稱山茶籽油、茶籽油等。主要分布于我國的湖南、江西、廣西、云南等地。茶油具有食療雙重功效。如在《農(nóng)息居飲食譜》中有茶油潤燥、清熱、息風(fēng)和利頭目；《綱目拾遺》有茶油可潤腸、清胃和解毒殺菌；據(jù)《中國中醫(yī)藥大辭典》記載，茶油不僅營養(yǎng)豐富，而且具有重要的藥用價值。如：增強(qiáng)血管彈性和韌性,延緩動脈粥樣硬化，促進(jìn)內(nèi)分泌腺體激素分泌，防治神經(jīng)功能下降,提高人體免疫力等等。
茶油的主要成分是不飽和脂肪酸油酸(C18:1)和亞油酸(C18:2)，其中油酸(C18:1) 含量81. 91 %，亞油酸(C18:2)含量8.05%，亞麻酸(C18:3)含量0.51%，棕櫚酸(C16:0)含量8.03%，維生素A和維生素E的含量分別為112.55μg/ 100g20.28mg/ 100g，一般不含對人體有害的芥酸(C22:1) ，營養(yǎng)比例構(gòu)成合理，是食用植物油中的佼佼者。有資料報道,茶油和橄欖油中都含有一種生理活性成分角鯊烯，茶油中的單不飽和脂肪酸———油酸，比橄欖油中的油酸含量還要高。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果表明，富含單不飽和脂肪酸———油酸的茶油在防治心血管硬化性疾病，調(diào)節(jié)多種膽固醇、血脂，降低血小板聚集率，降低患腫瘤機(jī)會，降低血栓形成和動脈粥樣硬化斑塊形成的危險性，調(diào)節(jié)人體機(jī)能等方面有明顯功效。
此外,茶油還可用于防治支氣管炎、肌肉痛、扭傷、毒蟲叮咬或皰疹、水火燙傷、牙齦炎等,還有滋養(yǎng)皮膚、防治皸裂、殺菌止癢、烏發(fā)護(hù)發(fā)等多種功效。由于它的營養(yǎng)豐富，易于被人體吸收，許多中成藥、膏、丸和化妝品都用茶油加工，一些油劑針劑和魚肝油也用茶油作稀釋劑等[1]。
1.4 茶油傳統(tǒng)制油工藝的不足
目前我國茶油的制備主要是采用熱榨和浸提法相結(jié)合的方式進(jìn)行。在民間土榨和傳統(tǒng)壓榨法還較為普遍。加工技術(shù)的落后,致使茶油中的許多“寶貴”物質(zhì)白白流失，降低了茶油的使用價值，也使我國的油茶資源一直沒有得到較合理的充分利用，阻礙了我國油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
1.5 冷榨制油工藝
油料冷榨工藝流程為：油料→清選→殼仁分離→籽仁→油料低溫干燥→破碎→調(diào)質(zhì)→軋坯→油料的冷榨→精濾→冷榨成品油[10]。
1.6 冷榨的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
（1）產(chǎn)品冷榨油是綠色有機(jī)無污染的食用油脂產(chǎn)品：由于在生產(chǎn)過程中采用在低溫下進(jìn)行冷榨的工藝，使得所獲得的冷榨油不再需要進(jìn)行進(jìn)一步的常規(guī)油脂精煉工序，從而避免了該冷榨油在精煉過程中與堿液，脫色白土，磷酸等的直接接觸可能帶來的污染和精煉時的高溫對油脂可能造成的穩(wěn)定性的破壞，最大限度地保存了油中各種其他脂溶性營養(yǎng)成分如維生素E，A和菜籽油的獨(dú)特風(fēng)味。同時由于冷榨油是直接將油料通過壓榨方法制得的，因此還回避了常規(guī)油脂提取過程中的溶劑浸出過程，從而避免了油脂與石化類溶劑油的直接接觸。
（2）冷榨工藝是一種對環(huán)境影響最小的制油工藝：由于在冷榨的工藝中采用了低溫冷榨的技術(shù)，所獲得的冷榨油滿足直接食用的要求，而不需進(jìn)行進(jìn)一步的油脂精煉。因此避免了各類化工原料的消耗（如堿，酸，白土），各種反應(yīng)廢料對環(huán)境的污染（如皂腳，水洗廢水），以及在精煉過程中所進(jìn)行的加熱，真空等各項能量的消耗和由此對環(huán)境所造成的污染。雖然對于未變性蛋白原料的冷榨法提油會提高榨油機(jī)的能耗，但由于在前處理工序中不需要像常規(guī)工藝那樣對原料進(jìn)行蒸炒和對產(chǎn)品的精煉，因此冷榨工藝總的能源消耗遠(yuǎn)低于常規(guī)法制油。
（3）為消費(fèi)者提供了一種新的，高營養(yǎng)價值的，綠色有機(jī)無污染的新油脂品種：雖然常規(guī)制取的精煉食用色拉油為消費(fèi)者提供了一種高甘油三酯純度的食用油脂，但由于其在高油脂提取率的同時，使得所獲得的油脂品質(zhì)降低，因此必須通過對毛油進(jìn)行精煉方可食用。而在精煉過程中所使用的酸，堿，白土，高溫等處理在去除油脂中雜質(zhì)的同時，也將油脂中所含有的大量對人體有益的脂溶性成分如磷脂，維生素E，A和油脂的獨(dú)特風(fēng)味進(jìn)行了去除。而該冷榨油具有天然無污染，富含脂溶性營養(yǎng)成分和天然風(fēng)味的優(yōu)點(diǎn)。為目前人們所推崇的食用天然有機(jī)無污染食品的理念提供了一種新的可選擇的食用油脂產(chǎn)品。
缺點(diǎn)：
（1）冷榨餅殘油高：一般而言，冷榨餅的殘油約為12-20%，為熱榨餅的2-3倍。雖然加大冷榨壓力或增加壓榨次數(shù)可降低冷榨餅的殘油，但該調(diào)整是以犧牲冷榨溫度和冷榨油的品質(zhì)來實現(xiàn)的，這樣的調(diào)整無疑會葬送整個冷榨工藝的原始目的，顯然是不可采用的。
（2）能耗比高：由于冷榨是對未蛋白變性的油料進(jìn)行的壓榨，對相同裝機(jī)容量而言，冷榨機(jī)的處理量僅為約熱榨機(jī)的一半，所得的冷榨餅殘油還高于熱榨餅2-3倍，這無疑會造成大量的資源浪費(fèi)和降低工廠的經(jīng)濟(jì)效益。但該缺點(diǎn)可由于生產(chǎn)工藝步驟的節(jié)省而得以彌補(bǔ)。
1.7 冷榨技術(shù)在油茶加工中的應(yīng)用前景
油茶(Camelliaoleifera)是我國主要的木本食用油料樹種之一，全國栽培面積約400萬hm2,年生產(chǎn)茶油約20萬t。湖南省現(xiàn)有油茶林面積約118萬hm2，約占全國油茶林面積的近1/ 3。湖南全省2004年產(chǎn)茶油達(dá)8.9萬t，而精制茶油年產(chǎn)量僅8550t ，還不到年加工總量的1/ 10。大部分油茶籽被農(nóng)村土作坊用作生產(chǎn)毛茶油。目前湖南省共有油茶加工專業(yè)廠大約十余家(不包括油榨坊、榨茶籽油點(diǎn)) ,主要分布在湘南、湘中地區(qū)。加工工藝相對比較落后。油茶產(chǎn)品還主要集中在中低檔水平的食用油上，品種結(jié)構(gòu)單一。在高等級保健茶油的研制、化妝品茶油的開發(fā)以及醫(yī)療注射用茶油的生產(chǎn)等方面還基本沒有涉及，產(chǎn)品市場競爭力不強(qiáng)。進(jìn)行技術(shù)改造，與國際接軌，用高檔優(yōu)質(zhì)來增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力，打入國際市場，從而拉動我國的油茶產(chǎn)業(yè)建設(shè)，是當(dāng)務(wù)之急。產(chǎn)品的價格優(yōu)勢、綠色食品的優(yōu)良品質(zhì)以及綠色環(huán)保決定了冷榨技術(shù)將成為油茶加工中的熱點(diǎn)。綜合以上油料冷榨技術(shù)制油的各種優(yōu)勢，我們認(rèn)為冷榨技術(shù)在油茶加工中的應(yīng)用前景十分廣闊[1]。
2 雙螺旋榨油機(jī)的工作原理
2.1 單螺桿榨油機(jī)存在的問題
根據(jù)傳統(tǒng)的ZX10型、ZX18型、ZY24型單螺桿榨油機(jī)進(jìn)行了脫皮菜籽仁的冷態(tài)壓榨試驗，結(jié)果表明油料在榨膛內(nèi)難以推進(jìn)、餅粕不成型、出油很少或不出油。分析原因可能有：首先, 菜籽脫皮后仁中含油上升到45%左右，粗纖維含量大幅減少至3%～5%，使得榨料的物理特性，如密度、摩擦因素、彈性模量等，與未脫皮的油菜籽有明顯不同，尤其是榨料粒子間、榨料與榨籠內(nèi)壁的摩擦系數(shù)大為減小，使得油料在榨膛內(nèi)輸送困難，因而在整個壓榨過程中壓力難以建立；其次，脫皮后的菜籽仁在冷榨時，入機(jī)油料未經(jīng)過軋坯和蒸炒等預(yù)處理，油料細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)基本完整，脂類體與蛋白質(zhì)的親合力仍很強(qiáng)，要有更大的壓力才能將油脂壓榨出來。因此，傳統(tǒng)的單螺桿榨油機(jī)難以實現(xiàn)油菜籽脫皮后的冷態(tài)壓榨。分析目前國內(nèi)生產(chǎn)的單螺桿榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)，對于油菜籽脫皮冷榨，存在榨膛長徑比過小，總理論壓縮比偏小，送料螺旋覆蓋長度過短，輸送能力弱等問題，現(xiàn)有的單螺桿榨油機(jī)的榨膛結(jié)構(gòu)不適宜冷態(tài)壓榨取油。因此，要實現(xiàn)油菜籽脫皮后的冷榨，必須增強(qiáng)榨油機(jī)的物料輸送螺旋的推進(jìn)能力，增大壓榨力和延長壓榨時間[6]。
2.2 雙螺桿冷榨機(jī)的設(shè)計
2.2. 1 設(shè)計方案
針對單螺桿榨油機(jī)在菜籽脫皮冷榨中存在的問題，設(shè)計了新型的雙螺桿榨油機(jī)，設(shè)計方案為：
1) 針對目前單螺桿榨油機(jī)油料輸送螺旋軸向推進(jìn)能力較弱的缺陷，采用雙螺桿原理極大提高輸送螺推進(jìn)能力，從根本上解決脫皮山茶籽仁易滑膛的問題。雙螺桿的設(shè)計采用嚙合式與非嚙合式組合型方案，第一段螺桿左右榨螺相互嚙合， 即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽內(nèi)，周圍留有一定的間隙，產(chǎn)生強(qiáng)大的物料軸向推進(jìn)能力；第二段螺桿左右榨螺外徑相切，即所謂非嚙合式，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的物料軸向推進(jìn)能力，而且在結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)多級壓縮與松馳及薄料層壓榨，榨膛壓力及分布方便進(jìn)行調(diào)整。該方案的特點(diǎn)是軸向推進(jìn)力大，榨膛內(nèi)壓力與榨螺及榨圈各段壓縮比能夠方便地進(jìn)行調(diào)整。
2) 榨籠和榨螺軸是榨油機(jī)的心臟，針對單螺桿榨油機(jī)榨螺長徑比和總理論壓縮比偏小的缺陷，在設(shè)計原理和結(jié)構(gòu)上(如圖1所示)，榨螺軸總長增加，為多節(jié)榨螺與榨圈的組合形式，通過在兩榨螺之間插入多個錐形榨圈，實現(xiàn)多級壓縮與松弛，增大總理論壓縮比和長徑比；在主壓榨段，榨螺根徑沿榨軸縱向逐漸增大的同時，榨螺螺旋齒頂?shù)烬X根的深度逐漸減小，實現(xiàn)物料的薄料層壓榨：使排油路程縮短，有利于提高出油率。榨籠為軸向剖分式，采用條排排油，與現(xiàn)有的單螺桿榨油機(jī)榨籠結(jié)構(gòu)相同。榨籠和榨螺軸共同形成雙螺桿榨油機(jī)的榨膛。榨油機(jī)榨膛為二段直徑不同的榨籠機(jī)，即所謂二階壓榨式，第一段榨膛螺桿外徑比第二段螺桿外徑大，在榨膛的兩段內(nèi)，螺桿根莖由小變大，螺距由大變小。
3) 榨油機(jī)采用端部出餅方式，頂餅頭與榨螺軸尾軸既同步旋轉(zhuǎn)，又可實現(xiàn)軸向位移。出餅厚度的調(diào)節(jié)，由螺桿、螺母等組成的調(diào)節(jié)裝置完成。為達(dá)到調(diào)節(jié)榨油機(jī)產(chǎn)量的目的，除采用水平和垂直絞籠組合喂料外，水平絞籠驅(qū)動電機(jī)還采用變頻控制，使其喂料量在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。
2.3 雙螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理
2.3.1 整體結(jié)構(gòu)
雙螺旋榨油機(jī)由機(jī)架、喂料裝置、傳動裝置、雙螺旋壓榨裝置、調(diào)餅裝置和電氣控制系統(tǒng)組成，見圖1[11]。
1. 電動機(jī) 2. V型帶 3 . 減速器 4. 聯(lián)軸器 5. 水平輸送電機(jī) 6. 水平輸送籠
7. 進(jìn)料斗 8. 垂直輸送電機(jī) 9. 垂直輸送籠 10. 榨籠 11. 榨籠 12. 抵餅頭 13. 調(diào)節(jié)螺桿 14. 調(diào)節(jié)螺母 15. 機(jī)架
圖1 雙螺桿榨油機(jī)結(jié)構(gòu)
2.3. 2 工作原理
啟動主電機(jī)及潤滑系統(tǒng)電機(jī)，動力及運(yùn)動經(jīng)型帶傳動， 并經(jīng)減速器、聯(lián)軸器傳至第一和第二齒輪軸的輸出端作異向旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)聯(lián)軸器將動力和運(yùn)動傳遞至雙螺旋軸。喂料裝置的驅(qū)電機(jī)已在主電機(jī)啟動前開動，打開喂料閘板，料斗的油料在水平絞龍和垂直絞龍的推動下，快速進(jìn)雙螺旋軸的輸送段，在榨螺、榨圈、條排和刮刀等件的綜合作用下，油料不斷被壓縮擠壓，剪切在榨膛內(nèi)經(jīng)過輸送段的預(yù)榨和高壓段的連續(xù)壓油不斷流出，榨料中的殘油愈來愈少，最后經(jīng)出餅構(gòu)形成瓦片狀餅排出機(jī)外。
高油份油料或特種油料的一次性壓榨的首要問題就是如何增強(qiáng)喂料段螺旋的正向輸送能力，提高預(yù)壓榨的起始壓力，確保壓榨的順利進(jìn)行。兩螺桿在喂料段上的螺旋采用縱向開放橫向封閉的部分嚙合的形式（圖5A），與現(xiàn)有的雙螺桿榨油機(jī)縱橫向皆開放的部分嚙合的形式相比，這種結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)大的輸送特性和理想的自清能力，能有效阻止入榨油料在輸送過程中由于喂料段末端的背壓而產(chǎn)生的回流和隨軸轉(zhuǎn)動，有利于壓榨初期榨膛內(nèi)壓力的快速形成，提高生產(chǎn)能力；而在主壓榨段上的螺旋為縱橫向皆開放的非嚙合形式（如圖5B 所示），與現(xiàn)有的雙螺桿榨油機(jī)縱向完全封閉的形式相比，這種結(jié)構(gòu)使得上下螺旋之間沿徑向和軸向形成更加復(fù)雜的空間間隙，在間隙區(qū)產(chǎn)生更多的漏流。油料在壓榨過程中，由于下游的背壓作用，榨膛中的榨料粒子通過這些間隙形成相對滑移或斷裂混合等現(xiàn)象，迫使壓實的榨料不斷打開新的油路，延長榨料在榨膛中的停留時間。隨著榨料向出餅端逐級壓榨，殘油量也越來越小，榨料也逐漸被擠壓得越來越密實，形成所謂的“固體塞”。此時出油毛細(xì)孔被封堵，油脂的擠出也變得越來越困難，油脂穿過榨料基質(zhì)的滲透能力大大降低，因此提高壓榨能力和縮短油路就變得越來越重要。通過在主壓榨段的榨螺之間設(shè)置5個增壓圈，可實現(xiàn)榨料的5級壓縮與松弛以及薄料層壓榨。當(dāng)榨料穿過錐圈時，間隙逐漸減小，此時錐圈就相當(dāng)于它上游榨螺要克服的一個節(jié)流元件。這樣上游榨螺就不得不產(chǎn)生較高的壓力，并迫使餅胚變薄，從而碾壓出更多的油。榨料在不斷瞬時的壓縮與松弛壓榨過程中，不僅改善了榨料基質(zhì)的油脂滲流能力，而且實現(xiàn)了“先輕后重、輕壓勤壓”的壓榨規(guī)律。當(dāng)榨料不斷地越過一級級錐圈時，受榨料層越來越薄，使得排油路徑逐漸縮短，油脂提取能力進(jìn)一步增強(qiáng)，從而改善壓榨特性，提高出油率，降低餅中殘油。在成餅段，壓實的榨料已形成瓦狀餅，成為連成一體的可塑體，幾乎呈整體式推進(jìn)，并通過兩個彼此分離的獨(dú)立環(huán)形出口排除。這種分離式出口結(jié)構(gòu)不僅有利于榨餅迅速壓縮成形，而且使得高壓區(qū)螺旋的周向壓力呈對稱分布，消除了傳統(tǒng)雙螺桿榨油機(jī)中典型的非對稱磨損[11]。
3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 榨膛的選擇
圖2 為一種一階式榨膛的典型結(jié)構(gòu)。從進(jìn)料至出料段,螺桿外徑相等,根徑由小變大,螺距變小。榨籠為多段式榨籠圈組合體榨膛內(nèi)油兩榨籠圈接合面上的齒形縫隙中流出。
圖2 一階式榨膛[12]
圖3為另一種一階式榨膛。從進(jìn)料段至出料段,螺桿外徑相等,根徑由小變大，螺距由大變小榨籠分為四段，第一段為進(jìn)料及電加熱段,該段為整體式第二段為軸向剖分式，采用條排排油第三段為整體式第四段為軸向剖分式，亦采用條排排油。
圖3 一階式榨膛[12]
圖4 為雙階式榨膛。從進(jìn)料段至出料段,整體式榨膛分為兩段，第一段螺桿外徑比第二段螺桿外徑大。在榨膛的兩段內(nèi),螺桿根徑由小變大,螺距由大變小。榨籠為軸向剖分式，采用條排排油。
圖4 雙階式榨膛[12]
榨膛是榨油機(jī)的“心臟”，榨油效果的優(yōu)劣，關(guān)鍵取決于榨膛原理的確定與結(jié)構(gòu)設(shè)計。由圖2可看出,榨籠采用多段組合，制造工藝好，但榨膛“8”字形內(nèi)孔易磨損，且難于修復(fù)。此外,螺桿軸僅為多節(jié)榨螺構(gòu)成，沒有設(shè)置榨圈,榨膛內(nèi)壓力分布調(diào)整不方便。圖3的榨膛構(gòu)造稍顯復(fù)雜,制造不方便。此外,螺桿軸雖然采用了榨螺和異形控合塊元件的組合型式，但榨油工藝效果未必理想。由圖4可看出,榨膛壓榨原理和構(gòu)造與單螺桿榨油機(jī)基本相似，榨籠為軸向剖分式,采用條排排油，螺桿軸為多節(jié)榨螺與榨圈的組合式，榨膛內(nèi)壓力分布可較為方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)的榨油機(jī)既繼承了單螺桿榨油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了雙螺桿榨油機(jī)的獨(dú)特長處。所以本次榨油機(jī)的榨膛選擇雙階式榨膛，如圖5。
圖5 榨膛結(jié)構(gòu)
3.2 榨螺及嚙合型式
3.2.1 榨螺
榨螺軸式榨油機(jī)的關(guān)鍵部分，榨螺軸結(jié)構(gòu)一般可分為二種①整體式，這種結(jié)構(gòu)加工和安裝都比較方便，但當(dāng)螺齒磨損后，只能將整個榨螺軸更換，這種結(jié)構(gòu)多用于小型榨油機(jī)。
②套裝式：榨螺分段制造然后裝配在軸上，這種結(jié)構(gòu),制造與安裝不如整體式，但當(dāng)螺齒磨損后可以更換，可以節(jié)省材料也便于熱處理。套裝式榨螺又可分為二種①連續(xù)螺旋式，工作時回料少，榨膛壓力大，壓榨時間較短,適于冷榨或整籽壓榨小型榨油機(jī)。
②配有襯圈結(jié)構(gòu)的斷續(xù)螺旋式，榨料不隨軸轉(zhuǎn)動，壓榨時間較長，可提高出油率。套裝式又可設(shè)計成變速螺旋式，即將榨螺軸的進(jìn)料段設(shè)計成高速，壓榨段設(shè)計成低速。這樣設(shè)計，可以提高進(jìn)料段的處理量和起到預(yù)壓作用，從而防止了反壓所造成的回料或榨料隨軸轉(zhuǎn)動，提高了最初的壓縮比，有利于延長壓榨段的出油[13]。
由圖2和圖3可知，在榨膛內(nèi)，兩根螺桿異向旋轉(zhuǎn)，兩根左右螺旋軸上的各段螺旋相互嚙合，即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽內(nèi)，且周圍還留有一定間隙。又由圖4可知,在榨膛內(nèi)雙螺桿既有‘相互嚙合部分，也有非嚙合部分。無論是一階式榨膛還是雙階式榨膛，雙螺桿總有相互嚙合的螺旋部分，正因為此種結(jié)構(gòu)型式，在榨膛的油料輸送段或壓榨段，物料將被強(qiáng)制向前輸送，即使脫皮或脫殼后的菜籽仁、花生仁甚至核桃仁，盡管油料與榨膛內(nèi)構(gòu)件的摩擦系數(shù)很小，物料仍能向前運(yùn)動，不會產(chǎn)生“滑膛”，從而順利實現(xiàn)油的榨取。兩螺桿在喂料段上的螺旋采用縱向開放橫向封閉的部分嚙合的形式（如圖6A所示），與現(xiàn)有的雙螺桿榨油機(jī)縱橫向皆開放的部分嚙合的形式相比，這種結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)大的輸送特性和理想的自清能力，能有效阻止入榨油料在輸送過程中由于喂料段末端的背壓而產(chǎn)生的回流和隨軸轉(zhuǎn)動，有利于榨初期榨膛內(nèi)壓力的快速形成，提高生產(chǎn)能力；而在主壓榨段上的螺旋為縱橫向皆開放的非嚙合形式（如圖6B所示），與現(xiàn)有的雙螺桿榨油機(jī)縱向完全封閉的形式相比，這種結(jié)構(gòu)使得上下螺旋之間沿徑向和軸向形成更加復(fù)雜的空間間隙，在間隙區(qū)產(chǎn)生更多的漏流。油料在壓榨過程中，由于下游的背壓作用，榨膛中的榨料粒子通過這些間隙形成相對滑移或斷裂混合等現(xiàn)象，迫使壓實的榨料不斷打開新的油路，延長榨料在榨膛中的停留時間。
A 喂料段（部分嚙合） B壓榨段（非嚙合）
注： n：螺桿旋向 v：榨料回流方向
圖6不同嚙合形式螺旋的物料回旋形式[11]
綜上所述該榨油機(jī)選擇榨螺垂直異向轉(zhuǎn)動套裝式連續(xù)螺旋式的二階多級式榨膛。
3.3 榨籠
螺旋榨油機(jī)的榨籠結(jié)構(gòu)型式可分為榨條型、圓排型和組合型三種[14]。榨條型榨籠加工容易、出油縫隙可以調(diào)整方便，故應(yīng)用廣泛。但用于大型榨油機(jī)比較笨重、裝拆較費(fèi)工。圓排型榨籠裝拆方便，使用壽命長，但制造復(fù)雜，限于小型榨油機(jī)使用。組合榨籠兼有上述兩種特點(diǎn)，一般進(jìn)料端由于不磨損，不經(jīng)常裝拆，可以采用榨條，壓榨段則用圓排。榨籠內(nèi)經(jīng)應(yīng)保證與榨螺外徑之間有合適的間隙，一般為1~5mm，根據(jù)制油要求（油餅品種、回料、壓榨時間等）而定。
3.4 傳動系統(tǒng)
雙螺桿榨油機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)主要由電機(jī)、減速器組成,它是雙螺桿榨油機(jī)極其重要的組成部分。實現(xiàn)異向轉(zhuǎn)動的兩種方式如圖7。
外嚙合齒輪傳動 內(nèi)嚙合齒輪傳動
圖7 兩種傳動方式
外嚙合齒輪傳動結(jié)構(gòu)比較簡單安裝維修比較方便，內(nèi)嚙合齒輪傳動結(jié)構(gòu)比較緊湊 承載能力較高，傳動效率較高 、噪聲較低 、使用壽命較長、具有誘導(dǎo)法曲率小 、重合度大、磨損較輕、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。雙螺桿榨油機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)主要由電機(jī)、減速器和扭矩分配器組成，它是雙螺桿榨油機(jī)極其重要的組成部分。單螺桿榨油機(jī)原屬低速重載機(jī)器，與單螺桿榨油機(jī)相比，雙螺桿榨油機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計、制造要復(fù)雜和困難得多。這是因為第一，雙螺桿榨油機(jī)所承受的負(fù)載及扭矩比單螺桿榨油機(jī)要大得多，而且這種扭矩是在有限的中心距內(nèi)傳遞的第二，榨油機(jī)壓榨過程中，螺桿軸要產(chǎn)生很大的軸向力，其軸向力要用止推軸承承受,軸向力越大，選用的止推軸承的外徑就越大,但雙螺桿中心距被限定，為此只能采用串聯(lián)止推軸承組來解決問題。雙螺桿榨油機(jī)的機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)在于合理解決減速箱與扭矩分配箱兩個部件的設(shè)計與制造。目前，設(shè)計中有兩種方案，第一，減速部分，選用標(biāo)準(zhǔn)減速器，設(shè)計與制造專用扭矩分配箱，第二，減速箱和扭矩分配箱專門設(shè)計與制造，一般將扭矩分配箱疊置在減速箱上。第一種方案設(shè)計與制造工作量較小，第二種方案構(gòu)造緊湊，占地面積較小，外形美觀，但制造成本要高一些。
圖8 兩箱兩軸式
如圖8所示，兩箱兩軸式傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)是，減速器和扭矩分配器兩部分獨(dú)立設(shè)計，結(jié)構(gòu)較簡單二者用Y聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，通過采用標(biāo)準(zhǔn)減速器可以減少扭矩分配部分的設(shè)計和制造工作量，也可以加大減速部分以提高承載力。缺陷在于裝配難度和占用的空間體積都很大，由于輸出軸中心距比較小的緣故，承受軸向力的兩個推力調(diào)心滾子軸承或軸承組需錯列布置這會導(dǎo)致兩根輸出軸一長一短， 并且長輸出軸的受力扭轉(zhuǎn)角和撓度會增加。
最終選擇的傳動系統(tǒng)為為嚙合異向旋轉(zhuǎn)的兩箱兩軸式傳動，如圖9：
1. 電動機(jī) 2小帶輪 3. V帶 4.大帶輪 5.減速器 6. 聯(lián)軸器 7. 齒輪軸
8.榨膛
圖9 傳動系統(tǒng)
3.5 喂料裝置
在螺旋榨油機(jī)的進(jìn)料裝置中，少數(shù)小型榨油機(jī)采用自然進(jìn)料。多數(shù)采用強(qiáng)制喂料，主要型式有a）開式料斗槳葉喂料器；b）封閉直立式蝶形槳葉喂料器；c）變速螺旋輸送器喂料器（有垂直與水平側(cè)面兩種選擇）。該雙螺旋茶油榨油機(jī)選擇變螺旋輸送喂料器如圖10。喂料裝置主要有料斗、閘門、水平輸送籠、垂直輸送籠、水平絞龍驅(qū)動電機(jī)及擺線針輪減速器和垂直絞龍驅(qū)動電機(jī)及擺線針輪減速器等組成。
1.水平輸送電機(jī)2.水平輸送籠 3.進(jìn)料斗 4垂直輸送籠 5垂直輸送籠
圖10 進(jìn)料機(jī)構(gòu)
3.6 夾餅裝置
夾餅機(jī)構(gòu)用以調(diào)節(jié)出餅厚薄并相應(yīng)改變榨膛壓力的機(jī)構(gòu)。調(diào)餅機(jī)構(gòu)由出餅座、支架、尾軸、抵餅頭、推力軸承、調(diào)節(jié)螺桿和鎖緊螺母等組成， 如圖11所示。通過擰動調(diào)節(jié)螺桿，推動抵餅頭移動，即可實現(xiàn)餅塊厚度的調(diào)節(jié)。
1. 末端榨螺 2. 出餅座 3. 尾軸 4. 支架 5. 抵餅頭 6. 推力軸承 7. 調(diào)節(jié)螺桿 8. 鎖緊螺母
圖11 夾餅機(jī)構(gòu)
4 主要零部件及參數(shù)確定
4.1 壓縮比及壓力
4.1.1 壓縮比ε的計算
榨膛容積比ε 也稱榨膛壓縮比，ε是進(jìn)、出口端 導(dǎo)程段內(nèi)榨膛容積的比值，即;
(4-1)
式中、----進(jìn)出口端一個導(dǎo)程或一節(jié)榨螺的榨膛容積（cm3）
ε值的確定與榨膛結(jié)構(gòu)有關(guān)，須根據(jù)油料含油率、榨螺軸轉(zhuǎn)速以及料坯在榨膛內(nèi)停留時間的合理要求選擇，高油分榨料壓榨時ε比低油分大些，高油分中硬質(zhì)油料的ε比軟質(zhì)油料大些，通常ε=16-20。由于茶籽含油率低，這里取ε=16[17]。
4.1.2 料坯實際壓縮比
為料坯在榨膛內(nèi)實榨料際被壓縮的程度，它與榨料性質(zhì)、榨膛結(jié)構(gòu)、榨膛壓力等因素有關(guān)。與ε值相比，其值范圍：=1.5~4.5。
對于榨螺軸上,任何一節(jié)榨螺的理論壓縮比εm 與實際壓縮比εn的關(guān)系為：
(4-2)
式中γ 為榨料的容重；的變化范圍為2.72~10.4。
4.1.3 榨膛壓力
榨膛壓力是影響出油效果的重要因素。榨膛壓力主要是靠榨膛空余體積的逐步縮小，迫使榨料壓縮而形成的；其次還有縮小出餅圈縫隙等因素?？沼囿w積的縮小是通過榨螺根圓直徑的逐漸增大、螺距和榨籠內(nèi)徑的依次縮小而實現(xiàn)的。一般情況下，榨膛壓力越大，越容易克服榨料粒子變形時的阻力，將其油脂盡量擠出，因此為解決脫皮茶籽仁低溫壓榨的難題，必須采用更大的榨膛壓力。然而在一定條件下，榨料的壓縮是有限的，即存在一個榨料不可壓縮點(diǎn)的“臨界壓力”，并不是越高越好，過高的壓力是多余的，并有害無益。設(shè)計的依據(jù)通常是理論總壓縮比， ，該機(jī)還采用了增大進(jìn)料預(yù)壓段的摩擦系數(shù)，減小榨螺頂圓與榨籠內(nèi)徑的間隙，選擇適宜的各段排油縫隙等手段，來保證榨油效果。越大,作用在熱坯料上的單位壓力P也大而榨油機(jī)的生產(chǎn)率也高。
P的計算式為:
(MPa) (4-3)
式中：§取決于熱坯水分和溫度的系數(shù)， w為榨料的水分，
通過查相關(guān)資料得知§=0.00045，W=8%，λ=2.1，所以：
P=104 MPa
4.2 電動機(jī)選擇
根據(jù)設(shè)計要求，參考國內(nèi)外雙螺旋榨油機(jī)的經(jīng)驗，選取的電動機(jī)參數(shù)如下：
Y系列三相異步電動機(jī)
型號：Y180l-6 額定電流：31 A
額定功率：15 kW 效率：89.5%
滿載同步轉(zhuǎn)速：970 r/min
榨螺軸的旋轉(zhuǎn)速度：17 r/min
垂直喂料電機(jī)： 1.1 kW
水平喂料電機(jī)： 0.37 kW
4.3 榨膛設(shè)計
在設(shè)計中，榨油機(jī)采用了雙螺桿雙階五級壓榨的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，如圖12所示。兩根螺桿布置在沿縱向大小孔徑不等的“8”字形榨籠腔室內(nèi)，一根左旋，另一根右旋，呈上下水平行布置，在喂料段螺旋部分嚙合而在主壓榨段和成餅段上不嚙合，相向旋轉(zhuǎn)。榨籠沿縱向垂直剖分，可繞兩端鉸鏈張開與合攏，一方面方便安裝與維修，另一方面又能克服榨籠頂部餅屑堆積，增大排油面積。在進(jìn)料口的底部還設(shè)置了可拆卸的條排式過濾裝置，有利于喂料中的空氣和積液能及時排出，克服榨膛內(nèi)物料的滑膛和爆鳴。
1.1榨螺 2.2榨螺 3.3榨螺 4.榨籠 5.1錐圈 6.4榨螺 7.2錐圈 8.5螺 9.3錐圈 10.6榨螺 11.4圈 12.7榨螺 13.5錐圈 14.8榨螺 15.抵餅錐
圖12 榨膛結(jié)構(gòu)[16]
榨籠在喂料段的內(nèi)徑為122mm，而在主壓榨段和成餅段的內(nèi)徑為102mm，總長徑比為11.6。榨籠沿縱向分成4段不同濾油縫隙的排油區(qū)。榨籠內(nèi)從進(jìn)料段共設(shè)置4段條排，每段條排間縫隙不同，其墊片厚度不相同。縫隙寬度通過榨條與榨條之間采用不同厚度的墊片形成，視不同的入榨油料而有所不同，如表一所示。由于大量排油的區(qū)域主要位于喂料段的末端，所以油脂應(yīng)通過較寬的縫隙盡快逸出，以免累積和向喂料段回流。因此這種布置是必需的。
表一 各段條排墊片厚度(mm)[11]
原料名稱
第一段
第二段
第三段
第四段
菜籽
1.22
0.91
0.38
0.60
花生
1.42
1.0
0.51
0.81
大豆
1.02
1.0
0.38
0.60
棉籽
1.22
0.91
0.31
0.56
葵花籽
1.5
1.2
0.8
0.9
菜籽
1.5
1.2
0.8
0.6
芝麻
1.41
0.91
0.38
0.60
4.4 榨螺軸設(shè)計
1 榨螺軸的材料：榨螺的材料除應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)具有很好的耐磨性。目前不少榨油機(jī)的榨螺采用40Cr 調(diào)質(zhì)鋼，它具有很好的綜合機(jī)械性能，其強(qiáng)度比40 鋼高20%，為提高其耐磨性，調(diào)質(zhì)加工后應(yīng)再進(jìn)行表面淬火和化學(xué)熱處理。
2進(jìn)料端榨膛容積 ， 根據(jù)設(shè)計能力Q(kg/h)等參數(shù)，新榨油機(jī)進(jìn)料端榨膛可按下式計算：
(cm3) (4-4)
式中 B------出坯率，一般為0.8~0.95；
--坯料充滿系數(shù)，一般為0.4~0.65,對于自然進(jìn)料、單頭螺旋或ε值較大時取小值；
---與油料品種有關(guān)的系數(shù)；
----入榨料坯容積密度（kg/cm3）；
n------榨螺軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
所以計算得： Vj=2.1cm3
3 出料端榨膛容積：
（cm3） (4-5)
代入數(shù)據(jù)計算得=0.13（cm3）
4 榨螺軸的壓榨級數(shù)與榨螺節(jié)數(shù)（或?qū)С虜?shù)n）及夾距圈的數(shù)量。一般參考現(xiàn)有機(jī)型或按如下經(jīng)驗：
(4-6)
式中 n----總導(dǎo)程或理論導(dǎo)程序號
K-----指數(shù)常數(shù)，對于預(yù)榨取 K=1.145， 壓榨 K=1.3
參考經(jīng)驗和現(xiàn)有機(jī)型取 n=8
5 榨螺齒形
錐形根圓榨螺
榨螺齒形尺寸α＝30°；
β=15～45°,取β=15°；
γ<10°；
4.5 榨圈設(shè)計
雙階多級壓榨的結(jié)構(gòu)模型簡圖錐圈的設(shè)計依據(jù)其上游的榨螺及其體積排量而定，其間距依次逐級增大，小端直徑與上游榨螺根徑相同，大端外徑按下式確定：
d= (4-7)
式中：d——錐圈大端外徑，cm；
D——榨籠內(nèi)孔直徑，cm；
V——錐圈上游榨螺的體積流量，cm3/s；
——榨料通過錐圈外徑與榨籠內(nèi)徑形成的環(huán)形面積的平均極限速度，一般取=3 cm/s。
很顯然，就整個榨膛而言，沿出餅口方向，隨著錐圈的間距逐漸增大，錐圈大端與榨籠內(nèi)壁間隙逐漸減小，以及榨螺空余體積的逐級減小，榨料通過錐圈的阻力也就越大，這樣每一個榨螺就必需產(chǎn)生一個更高的推力才能推動“固體塞”沿著軸向進(jìn)入下一個榨螺。針對不同性質(zhì)的油料，還可以通過調(diào)整錐圈的間距來實現(xiàn)壓榨力大小的改變。一般來說，對于軟質(zhì)油料，榨螺之間應(yīng)具有較寬的間距，而對于硬質(zhì)油料則相反。
經(jīng)計算榨螺和榨圈的尺寸如表2：
序號
名稱
外徑mm
根徑mm
螺距mm
長度mm
空余體積
每轉(zhuǎn)體積排量
壓縮比ε
1
1榨螺
120
80
176
310
2117
1200
1
2
2榨螺
120
80
112
170
1007
615
1.95
3
3榨螺
100
80
112
146
420
316
3.78
4
1榨圈
80
30
79
5
4榨螺
100
82
88
95
242
222
5.41
6
2榨圈
82
35
82
7
5榨螺
100
84
72
80
180
160
7.5
8
3榨圈
84
40
83
9
6榨螺
100
86
64
70
139
125
9.6
10
4榨圈
86
45
81
11
7榨螺
100
88
56
65
110
92
13.04
12
5榨圈
88
52
83
13
8榨螺
100
90
56
73
119
80
15
4.6 傳動比確定
4.6.1總傳動比
總傳動比為i=970/17=57。采用V帶與減速器來實現(xiàn)，由于V帶具有緩和載荷沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)、過載時能引起打滑從而保護(hù)其他零件損壞等優(yōu)點(diǎn)，所以電動機(jī)出來采用皮帶帶動減速器，然后通過減速器帶動齒輪軸從而實現(xiàn)異向榨螺軸旋轉(zhuǎn)。
4.6.2 V帶的傳動比與設(shè)計
根據(jù)經(jīng)驗V帶傳動比≤7 ，這里取=2。選擇普通V帶的，計算如下：
工況系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計表11.5得取 =1.2
計算功率 ==151.2=18 kW
選擇帶型 C型
小帶輪直徑 由表查 =200 mm
大帶輪直徑
396 mm
大帶輪轉(zhuǎn)速
=485 r/min
計算帶長
求 =
=298 mm
求 =
=98 mm
初取中心距 =700 mm
帶長 L=
基準(zhǔn)長度 由圖11.4 查的 =2355 mm
求中心角和包角
中心距
=
= 702.8 mm
取 mm
小輪包角
=
求帶根數(shù)
帶速 =
=10.15 m/s
傳動比 =2
帶根數(shù) 由表11.8 4.66 kW；
由表11.7 =0.965
由表11.12 =0.85
由表11.10 =0.83 kW
=3.97
取z=4
張緊力
=362.6 N
軸上載荷
=
=2870 N
V帶主要尺寸： 頂寬b=22 mm 節(jié)寬=19 mm 高度h=14 mm
4.6.3 帶輪設(shè)計
（1） 帶輪由三部分組成：輪緣（用以安裝傳動帶）；輪轂（用以安裝在軸上）；輪輻或腹板（鏈接輪緣和輪輻）。通過查《機(jī)械設(shè)計》得知D型V到帶所對應(yīng)的帶輪尺寸：
=5 mm =15 e=25.5 f=17 =10
帶輪外徑： (4-8)
通過計算：小帶輪外徑=200+10=210 mm
大帶輪直徑=396+10=406 mm
齒寬 B=（z-1）e+2f (4-9)
=110.5 mm
4.6.4 減速器
減速器的傳動比i=28.5，故采用二級圓柱齒輪減速器即可。在二級減速器中有三種形式，分別為展開式、分流式、和同軸式，由于展開式最簡單，所以選擇展開式二級減速器。
通常=（1.2~1.3），所以=5 =5.7,通過查《機(jī)械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊》選擇減速器的型號為:ZLY 500-28.5-I ZBJ19004-88。
4.7 軸的計算
（1）經(jīng)查手冊得到V帶、齒輪、軸承、聯(lián)軸器的傳動效率分別為0.96、0.97、0.99、0.99，電機(jī)（功率為=15 kW ），按照許用切應(yīng)力計算如下：
1軸： 設(shè)軸1的功率為，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)矩為，所以：
功率 =13.97kw
轉(zhuǎn)速 ==485 r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=275040 n/mm
軸 1的材料選擇常用的45#鋼，調(diào)制處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，選取C=112
軸的最小直徑>=34.3mm； 取d=35mm：
2軸：功率 ==13.14 kW
轉(zhuǎn)速 ===97 r/min
轉(zhuǎn)矩 =950000=1293680 N/mm
最小直徑 >=57.5；取=58 mm；
3軸：功率 ==12.62 kW
轉(zhuǎn)速 ==17 r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=7089470 N/mm
最小直徑>=101.4 mm 取d3=102 mm；
4軸： 功率==12.12 kW
轉(zhuǎn)速=17 r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=6808588 N/mm
軸4 、5材料選擇為40cr，取C=98，所以
最小直徑>=87.5mm 取=86 mm；
5軸： 功率==11.88 kW
轉(zhuǎn)速=17r/mm
轉(zhuǎn)矩=9550000=6673765 N/mm
取 =86 mm ；
（2） 齒輪軸的分析
圖13 軸的載荷分析圖
4.8 齒輪的計算
（1）選用直齒圓柱齒輪傳動，7級精度。
已知輸入功率=13.97 kW ；
小齒輪轉(zhuǎn)速=485 r/min ；
齒數(shù)比u==5
條件：動力機(jī)為電動機(jī)，工作平穩(wěn)，傳動不逆向。
（2）材料選擇
1軸上的小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為241～286HB,取硬度為260HB，嚙合的中齒輪材料為45#鋼(調(diào)質(zhì))，硬度229～286HB,硬度取為240HB。
（3） 計算
（I） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
轉(zhuǎn)矩 =275040 N/mm
齒寬系數(shù) =1.0
接觸疲勞強(qiáng)度 = 710 MPa
= 580 Mpa
初步計算的許用接觸應(yīng)力 []=0.9=639
[]=0.9=522
取=83
初步計算小齒輪直徑 ≥83=88.5
取=90
齒寬b b==90 mm
計算圓周速度
V =
=
=2.3 m/s
齒數(shù)與模數(shù) 初取齒數(shù)=18；==90
m==5
載荷系數(shù)
根據(jù)=2.3 m/s , 選擇齒輪為7級精度，
由機(jī)械設(shè)計查得動載系數(shù)=1.25.
使用系數(shù) =1.5
=6112 N
=84.9 n/mm <100 n/mm
由表查得：=1.3 ;
載荷系數(shù)K==2.7
ε=[1.88-3.2()]cosβ
=1.68
==0.88
彈性系數(shù)=189
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.5
接觸最小安全系數(shù) =1.05
由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1 = 60
= 60×485×1×4000= 1.2×108
N2 =0.24×108
接觸壽命系數(shù) =1.15 =1.25
許用接觸應(yīng)力[] : [] =777.6 MPa
[]= 690 MPa
驗算=ZEZHZε=650 MPa <[]
計算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整
確定傳動主要尺寸
==185=90
==905=450
中心距 a==270 mm
齒寬 b==1*90=90 mm
（II）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
重合度=0.25+=0.7
齒向載荷分配系數(shù) ==1.43 =1.35
載荷系數(shù) K==3.62
= Mpa
= Mpa
查取齒形系數(shù)
=2.4 =2.1
應(yīng)力修正系數(shù) =1.63 =1.75
彎曲疲勞極限 =600 MPa =450 MPa
最小安全系數(shù) =1.25
由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
= 60
= 60×485×1×4000= 1.2×108
=0.24×108
彎曲壽命系數(shù) =0.85 =0.92
尺寸系數(shù) =1.0
許用彎曲應(yīng)力[] []==408 MPa
[]==331.2 MPa
驗算 ==114.6 MPa <[]
==107.5 MPa <[]