3462 雙螺旋冷軋茶油專用榨油機設計與研究

3462 雙螺旋冷軋茶油專用榨油機設計與研究,雙螺旋,冷軋,茶油,專用,榨油機,設計,研究,鉆研 UNIVERSITY本 科 畢 業(yè) 設 計題目：雙螺旋冷軋茶油專用榨油機設計與研究學 院：工學院 姓 名： 學 號： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化年 級： 指導教師： 職 稱： 二 0 一二年 五 月I摘要當前食用油制油技術很多,有機械壓榨法、溶劑浸出、壓榨與溶劑浸提相結合法、水劑法、超臨界流體萃取法等。其中運用最普遍的是壓榨法和溶劑浸提法。隨著科學技術的不斷發(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，因此冷榨制油技術走進人們的視野。冷榨制油技術以其特有的優(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)展狀況以及雙螺旋冷軋榨油機的研制過程和主要結構、性能和特點。該榨油機的設計的處理量為 10t /d，在油料不經蒸炒情況下兩次壓榨餅粕殘油率為 10%左右。關鍵詞: 茶油 ；雙螺旋；冷軋；榨油機 IIAbstract 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 .................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II1 緒論 ............................................................................................................................11.1 國內外榨油機的發(fā)展 ......................................................................................11.2 油料冷榨的概念 ..............................................................................................11.3 茶油的簡介 ......................................................................................................21.4 茶油傳統制油工藝的不足 ..............................................................................21.5 冷榨制油工藝 ..................................................................................................21.6 冷榨的優(yōu)缺點 ..................................................................................................21.7 冷榨技術在油茶加工中的應用前景 ..............................................................32 雙螺旋榨油機的工作原理 ........................................................................................42.1 單螺桿榨油機存在的問題 ..............................................................................42.2 雙螺桿冷榨機的設計 ......................................................................................42.2. 1 設計方案 ...............................................................................................42.3 雙螺旋榨油機的結構與原理 ..........................................................................52.3.1 整體結構 ................................................................................................52.3.2 工作原理 .................................................................................................53 主要結構設計 ............................................................................................................63.1 榨膛的選擇 ......................................................................................................63.2 榨螺及嚙合型式 ..............................................................................................83.2.1 榨螺 ........................................................................................................83.3 榨籠 ..................................................................................................................93.4 傳動系統 ..........................................................................................................93.5 喂料裝置 ........................................................................................................113.6 夾餅裝置 ........................................................................................................124 主要零部件及參數確定 ..........................................................................................124.1 壓縮比及壓力 ................................................................................................124.1.1 壓縮比 ε 的計算 ..................................................................................124.1.2 料坯實際壓縮比 ..................................................................................134.1.3 榨膛壓力 ..............................................................................................134.2 電動機選擇 ....................................................................................................134.3 榨膛設計 ........................................................................................................144.4 榨螺軸設計 ....................................................................................................154.5 榨圈設計 ........................................................................................................164.6 傳動比確定 ....................................................................................................174.6.1 總傳動比 ..............................................................................................174.6.2 V 帶的傳動比與設計 ...........................................................................174.6.3 帶輪設計 ..............................................................................................194.6.4 減速器 ..................................................................................................194.7 軸的計算 ........................................................................................................204.8 齒輪的計算 ....................................................................................................214.9 其他零件的選擇 ............................................................................................265 參考文獻 ..................................................................................................................276 設計總結 ..................................................................................................................287 致謝 ..........................................................................................................................2911 緒論1.1 國內外榨油機的發(fā)展盡管螺旋榨油機用于制油工業(yè)已有 100 多年的歷史，但至今仍然是油脂加工行業(yè)中最主要的機械之一，被廣泛地應用于各大油脂生產。然而，隨著油脂工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統的螺旋榨油機凸現越來越多的缺陷，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)物質的損耗，要求采用低溫壓榨工藝，即冷榨技術，也就是入榨料不經軋坯和蒸炒等工序直接進入螺旋榨油機中壓榨制油。由于沒有軋坯和蒸炒油料細胞破壞不完全細胞中的脂類體和蛋白結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便應運而生，其具有毛油色澤淺，餅粨變性小，以及能耗低等特點。雙螺旋榨油機由于其顯著的正向輸送特性和強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的平行雙螺桿榨油機, 并分別用脫殼的葵花籽仁和未脫皮的油菜籽在該機上與單螺桿榨油機進行了對比壓榨試驗, 結果表明：未經預處理的脫殼葵花籽仁(水分 3. 2%, 含油 58. 6%)用雙螺桿榨油機壓榨，出油效率達到 93. 7%，而單螺桿榨油機只能達到 20%；壓榨未脫皮的油菜籽(水分 7. 94%, 含油 40. 70%)，雙螺桿榨油機的出油效率為 71%， 雖然其出油效率與單螺桿榨油機相當，但榨籠溫度低， 油和餅質量高，能耗低。法國 Clextral 公司開發(fā)了一種完全嚙合同向旋轉的平行雙螺桿榨油機，1994 年 Guyomard 利用這種榨油機對脫皮油菜籽仁進行了壓榨試驗， 獲得了 75%~80%的出油效率。1999 年 Dufaure 等人利用經過改進的 Clextral BC45 型擠壓機對葵花整籽(水分 6. 2%， 含油 50. 9%， 干基)進行了壓榨試驗， 出油效率可達到 80%，所得到的油脂和餅的質量大大優(yōu)于單螺桿壓榨產物 [2-5]。在我國，現代榨油機的發(fā)展已五十多年，從傳統的榨油設備，到現在先進的榨油機器，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，榨油機的種類也在增加，壓榨方式也各不相同，物理壓榨，化學壓榨，還有兩者結合壓榨。回首過去，榨油了油品的業(yè)在中國從無到有，有弱小逐漸強大的過程?，F在市面上食用油分成浸出油和壓榨油兩種。浸出油是用化學溶劑浸泡油料，再經過復雜的工藝提煉而成，提煉過程中流失營養(yǎng)成分，而且有化學溶劑的有毒物質殘留。所以大眾逐漸遠離。隨著經濟的發(fā)展，人們的生活水平提高，大眾已經不是是以前那樣只解決溫飽了，吃出營養(yǎng)，吃出健康才是現代人的追求，所以對榨油機提出了更高的要求，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，生產試驗得到的冷榨油接近三級菜籽壓榨油國家標準，冷榨餅殘油率在 15%，獲得了較好的出油率。由此而知設計研究一種專用制取茶油的榨油機-雙螺旋冷榨茶油專用榨油機。1.2 　油料冷榨的概念油料冷榨是指原料不經過常規(guī)熱榨工藝中的蒸炒過程,直接進行壓榨的一種2制油方法。它之所以叫冷榨,是因為加工的油料沒有經過傳統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胞中。油料冷榨對機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《農息居飲食譜》中有茶油潤燥、清熱、息風和利頭目；《綱目拾遺》有茶油可潤腸、清胃和解毒殺菌；據《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：增強血管彈性和韌性,延緩動脈粥樣硬化，促進內分泌腺體激素分泌，防治神經功能下降,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。據有關研究結果表明，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，調節(jié)多種膽固醇、血脂，降低血小板聚集率，降低患腫瘤機會，降低血栓形成和動脈粥樣硬化斑塊形成的危險性，調節(jié)人體機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合的方式進行。在民間土榨和傳統壓榨法還較為普遍。加工技術的落后,致使茶油中的許多“寶貴” 物質白白流失，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→調質→軋坯→油料的冷榨→精濾→冷榨成品油 [10]。1.6 冷榨的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）產品冷榨油是綠色有機無污染的食用油脂產品：由于在生產過程中采用在低溫下進行冷榨的工藝，使得所獲得的冷榨油不再需要進行進一步的常規(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3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 和菜籽油的獨特風味。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，所獲得的冷榨油滿足直接食用的要求，而不需進行進一步的油脂精煉。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)工藝那樣對原料進行蒸炒和對產品的精煉，因此冷榨工藝總的能源消耗遠低于常規(guī)法制油。（3）為消費者提供了一種新的，高營養(yǎng)價值的，綠色有機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降低，因此必須通過對毛油進行精煉方可食用。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 和油脂的獨特風味進行了去除。而該冷榨油具有天然無污染，富含脂溶性營養(yǎng)成分和天然風味的優(yōu)點。為目前人們所推崇的食用天然有機無污染食品的理念提供了一種新的可選擇的食用油脂產品。缺點：（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可降低冷榨餅的殘油，但該調整是以犧牲冷榨溫度和冷榨油的品質來實現的，這樣的調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行的壓榨，對相同裝機容量而言，冷榨機的處理量僅為約熱榨機的一半，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和降低工廠的經濟效益。但該缺點可由于生產工藝步驟的節(jié)省而得以彌補。1.7 冷榨技術在油茶加工中的應用前景油茶(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,年生產茶油約 20 萬 t。湖南省現有油茶林面積約 118 萬 hm2，約占全國油茶林面積的近 1/ 3。湖南全省 2004 年產茶油達 8.9 萬 t，而精制茶油年產量僅 8550t ，還不到年加工總量的 1/ 10。大部分油茶籽被農村土作坊用作生產毛茶油。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4油點) ,主要分布在湘南、湘中地區(qū)。加工工藝相對比較落后。油茶產品還主要集中在中低檔水平的食用油上，品種結構單一。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等方面還基本沒有涉及，產品市場競爭力不強。進行技術改造，與國際接軌，用高檔優(yōu)質來增強產品的市場競爭力，打入國際市場，從而拉動我國的油茶產業(yè)建設，是當務之急。產品的價格優(yōu)勢、綠色食品的優(yōu)良品質以及綠色環(huán)保決定了冷榨技術將成為油茶加工中的熱點。綜合以上油料冷榨技術制油的各種優(yōu)勢，我們認為冷榨技術在油茶加工中的應用前景十分廣闊 [1]。2 雙螺旋榨油機的工作原理2.1　 單螺桿榨油機存在的問題根據傳統的 ZX10 型、ZX18 型、ZY24 型單螺桿榨油機進行了脫皮菜籽仁的冷態(tài)壓榨試驗，結果表明油料在榨膛內難以推進、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、榨料與榨籠內壁的摩擦系數大為減小，使得油料在榨膛內輸送困難，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，入機油料未經過軋坯和蒸炒等預處理，油料細胞組織結構基本完整，脂類體與蛋白質的親合力仍很強，要有更大的壓力才能將油脂壓榨出來。因此，傳統的單螺桿榨油機難以實現油菜籽脫皮后的冷態(tài)壓榨。分析目前國內生產的單螺桿榨油機的結構，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，現有的單螺桿榨油機的榨膛結構不適宜冷態(tài)壓榨取油。因此，要實現油菜籽脫皮后的冷榨，必須增強榨油機的物料輸送螺旋的推進能力，增大壓榨力和延長壓榨時間 [6]。2.2 　雙螺桿冷榨機的設計2.2. 1 　設計方案針對單螺桿榨油機在菜籽脫皮冷榨中存在的問題，設計了新型的雙螺桿榨油機，設計方案為：1) 針對目前單螺桿榨油機油料輸送螺旋軸向推進能力較弱的缺陷，采用雙螺桿原理極大提高輸送螺推進能力，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，周圍留有一定的間隙，產生強大的物料軸向推進能力；第二段螺桿左右榨螺外徑相切，即所謂非嚙合式，不僅產生強大的物料軸向推進能力，而且在結構上容易實現多級壓縮與松馳及薄料層壓榨，榨膛壓力及分布方便進行調整。該方案的特點是軸向推進力大，榨膛內壓力與榨螺及榨圈各段壓縮比能夠方便地進行調整。2) 榨籠和榨螺軸是榨油機的心臟，針對單螺桿榨油機榨螺長徑比和總理論壓縮比偏小的缺陷，在設計原理和結構上(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5增大的同時，榨螺螺旋齒頂到齒根的深度逐漸減小，實現物料的薄料層壓榨：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，與現有的單螺桿榨油機榨籠結構相同。榨籠和榨螺軸共同形成雙螺桿榨油機的榨膛。榨油機榨膛為二段直徑不同的榨籠機，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，螺桿根莖由小變大，螺距由大變小。3) 榨油機采用端部出餅方式，頂餅頭與榨螺軸尾軸既同步旋轉，又可實現軸向位移。出餅厚度的調節(jié)，由螺桿、螺母等組成的調節(jié)裝置完成。為達到調節(jié)榨油機產量的目的，除采用水平和垂直絞籠組合喂料外，水平絞籠驅動電機還采用變頻控制，使其喂料量在較大的范圍內實現無級調節(jié)。2.3 雙螺旋榨油機的結構與原理2.3.1 整體結構雙螺旋榨油機由機架、喂料裝置、傳動裝置、雙螺旋壓榨裝置、調餅裝置和電氣控制系統組成，見圖 1[11]。1. 電動機 2. V 型帶 3 . 減速器 4. 聯軸器 5. 水平輸送電機 6. 水平輸送籠 7. 進料斗 8. 垂直輸送電機 9. 垂直輸送籠 10. 榨籠 11. 榨籠 12. 抵餅頭 13. 調節(jié)螺桿 14. 調節(jié)螺母 15. 機架 圖 1 雙螺桿榨油機結構2.3. 2
工作原理
啟動主電機及潤滑系統電機，動力及運動經型帶傳動， 并經減速器、聯軸器傳至第一和第二齒輪軸的輸出端作異向旋轉，再經聯軸器將動力和運動傳遞至雙螺旋軸。喂料裝置的驅電機已在主電機啟動前開動，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，剪切在榨膛內經過輸送段的預榨和高壓段的連續(xù)壓油不斷流出，榨料中的殘油愈來愈少，最后經出餅構形成瓦片狀餅排出機外。6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喂料段螺旋的正向輸送能力，提高預壓榨的起始壓力，確保壓榨的順利進行。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） ，與現有的雙螺桿榨油機縱橫向皆開放的部分嚙合的形式相比，這種結構具有更強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生的回流和隨軸轉動，有利于壓榨初期榨膛內壓力的快速形成，提高生產能力；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） ，與現有的雙螺桿榨油機縱向完全封閉的形式相比，這種結構使得上下螺旋之間沿徑向和軸向形成更加復雜的空間間隙，在間隙區(qū)產生更多的漏流。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置 5 個增壓圈，可實現榨料的 5 級壓縮與松弛以及薄料層壓榨。當榨料穿過錐圈時，間隙逐漸減小，此時錐圈就相當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的油脂滲流能力，而且實現了“ 先輕后重、輕壓勤壓 ”的壓榨規(guī)律。當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，油脂提取能力進一步增強，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，并通過兩個彼此分離的獨立環(huán)形出口排除。這種分離式出口結構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，消除了傳統雙螺桿榨油機中典型的非對稱磨損 [11]。3 主要結構設計3.1 榨膛的選擇圖 2 為一種一階式榨膛的典型結構。從進料至出料段,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油兩榨籠圈接合面上的齒形縫隙中流出。7圖 2 一階式榨膛 [12]圖 3 為另一種一階式榨膛。從進料段至出料段,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,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]榨膛是榨油機的“ 心臟 ”，榨油效果的優(yōu)劣，關鍵取決于榨膛原理的確定與結構設計。由圖 2 可看出,榨籠采用多段組合，制造工藝好，但榨膛“8”字形內孔易磨損，且難于修復。此外,螺桿軸僅為多節(jié)榨螺構成，沒有設置榨圈,榨膛內壓力分布調整不方便。圖
3 的榨膛構造稍顯復雜 ,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,榨膛壓榨原理和構造與單螺桿榨油機基本相似，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，榨膛內壓力分布可較為方便地進行調節(jié)，這種結構的榨油機既繼承了單螺桿榨油機的優(yōu)點，又發(fā)揮了雙螺桿榨油機的獨特長處。所以本次榨油機的榨膛選擇雙階式榨膛，如圖 5。8圖 5 榨膛結構3.2 榨螺及嚙合型式3.2.1 榨螺榨螺軸式榨油機的關鍵部分，榨螺軸結構一般可分為二種①整體式，這種結構加工和安裝都比較方便，但當螺齒磨損后，只能將整個榨螺軸更換，這種結構多用于小型榨油機。②套裝式：榨螺分段制造然后裝配在軸上，這種結構,制造與安裝不如整體式，但當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。②配有襯圈結構的斷續(xù)螺旋式，榨料不隨軸轉動，壓榨時間較長，可提高出油率。套裝式又可設計成變速螺旋式，即將榨螺軸的進料段設計成高速，壓榨段設計成低速。這樣設計，可以提高進料段的處理量和起到預壓作用，從而防止了反壓所造成的回料或榨料隨軸轉動，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，兩根螺桿異向旋轉，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，且周圍還留有一定間隙。又由圖 4 可知,在榨膛內雙螺桿既有‘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，正因為此種結構型式，在榨膛的油料輸送段或壓榨段，物料將被強制向前輸送，即使脫皮或脫殼后的菜籽仁、花生仁甚至核桃仁，盡管油料與榨膛內構件的摩擦系數很小，物料仍能向前運動，不會產生“滑膛” ，從而順利實現油的榨取。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） ，與現有的雙螺桿榨油機縱橫向皆開放的部分嚙合的形式相比，這種結構具有更強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生的回流和隨軸轉動，有利于榨初期榨膛內壓力的快速形成，提高生產能力；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） ，與現有的雙螺桿榨油機縱向完全封閉的形式相比，這種結構使得上下螺旋之間沿徑向和軸向形成更加復雜的空間間隙，在間隙區(qū)產生更多的漏流。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。9A 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]綜上所述該榨油機選擇榨螺垂直異向轉動套裝式連續(xù)螺旋式的二階多級式榨膛。3.3 榨籠螺旋榨油機的榨籠結構型式可分為榨條型、圓排型和組合型三種 [14]。榨條型榨籠加工容易、出油縫隙可以調整方便，故應用廣泛。但用于大型榨油機比較笨重、裝拆較費工。圓排型榨籠裝拆方便，使用壽命長，但制造復雜，限于小型榨油機使用。組合榨籠兼有上述兩種特點，一般進料端由于不磨損，不經常裝拆，可以采用榨條，壓榨段則用圓排。榨籠內經應保證與榨螺外徑之間有合適的間隙，一般為 1~5mm，根據制油要求（油餅品種、回料、壓榨時間等）而定。3.4 傳動系統雙螺桿榨油機的機械傳動系統主要由電機、減速器組成,它是雙螺桿榨油機極其重要的組成部分。實現異向轉動的兩種方式如圖 7。外嚙合齒輪傳動 內嚙合齒輪傳動圖 7 兩種傳動方式外嚙合齒輪傳動結構比較簡單安裝維修比較方便，內嚙合齒輪傳動結構比10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、具有誘導法曲率小 、重合度大、磨損較輕、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。雙螺桿榨油機的機械傳動系統主要由電機、減速器和扭矩分配器組成，它是雙螺桿榨油機極其重要的組成部分。單螺桿榨油機原屬低速重載機器，與單螺桿榨油機相比，雙螺桿榨油機的機械傳動系統的設計、制造要復雜和困難得多。這是因為第一，雙螺桿榨油機所承受的負載及扭矩比單螺桿榨油機要大得多，而且這種扭矩是在有限的中心距內傳遞的第二，榨油機壓榨過程中，螺桿軸要產生很大的軸向力，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，為此只能采用串聯止推軸承組來解決問題。雙螺桿榨油機的機械傳動系統設計制造的關鍵技術在于合理解決減速箱與扭矩分配箱兩個部件的設計與制造。目前，設計中有兩種方案，第一，減速部分，選用標準減速器，設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。第一種方案設計與制造工作量較小，第二種方案構造緊湊，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的特點是，減速器和扭矩分配器兩部分獨立設計，結構較簡單二者用 Y 聯軸器聯結，通過采用標準減速器可以減少扭矩分配部分的設計和制造工作量，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心滾子軸承或軸承組需錯列布置這會導致兩根輸出軸一長一短， 并且長輸出軸的受力扭轉角和撓度會增加。最終選擇的傳動系統為為嚙合異向旋轉的兩箱兩軸式傳動，如圖 9：111. 電動機 2 小帶輪 3. V 帶 4.大帶輪 5.減速器 6. 聯軸器 7. 齒輪軸8.榨膛 圖 9 傳動系統3.5 喂料裝置在螺旋榨油機的進料裝置中，少數小型榨油機采用自然進料。多數采用強制喂料，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（有垂直與水平側面兩種選擇） 。該雙螺旋茶油榨油機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、水平絞龍驅動電機及擺線針輪減速器和垂直絞龍驅動電機及擺線針輪減速器等組成。1.水平輸送電機 2.水平輸送籠 3.進料斗 4 垂直輸送籠 5 垂直輸送籠圖 10 進料機構123.6 夾餅裝置夾餅機構用以調節(jié)出餅厚薄并相應改變榨膛壓力的機構。調餅機構由出餅座、支架、尾軸、抵餅頭、推力軸承、調節(jié)螺桿和鎖緊螺母等組成， 如圖 11所示。通過擰動調節(jié)螺桿，推動抵餅頭移動，即可實現餅塊厚度的調節(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. 調節(jié)螺桿 8. 鎖緊螺母圖 11 夾餅機構4 主要零部件及參數確定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、出口端 導程段內榨膛容積的比值，即;(4-1)Vchj??式中 、 ----進出口端一個導程或一節(jié)榨螺的榨膛容積（cm 3）jchε 值的確定與榨膛結構有關，須根據油料含油率、榨螺軸轉速以及料坯在榨膛內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，高油分中硬質油料的 ε 比軟質油料大些，通常 ε=16-20。由于茶籽含油率低，這里取ε=16[17]。134.1.2 料坯實際壓縮比 ?n為料坯在榨膛內實榨料際被壓縮的程度，它與榨料性質、榨膛結構、榨?n膛壓力等因素有關。與 ε 值相比，其值范圍： =1.5~4.5。?n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 的關系為：(4-2)1)-(n????m式中 γ 為榨料的容重； 的變化范圍為 2.72~10.4。?n4.1.3 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、螺距和榨籠內徑的依次縮小而實現的。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。設計的依據通常是理論總壓縮比 ， ，該機還采用了增大進料預壓段的摩擦系?Vchj?數，減小榨螺頂圓與榨籠內徑的間隙，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 也大而榨油機的生產率也高。P 的計算式為 :(MPa) (4-3)Wne02.5.47???式中： §取決于熱坯水分和溫度的系數， w 為榨料的水分，通過查相關資料得知§=0.00045，W=8%，λ=2.1，所以：P=104 MPa4.2 電動機選擇根據設計要求，參考國內外雙螺旋榨油機的經驗，選取的電動機參數如下：Y系列三相異步電動機14型號：Y180l-6 額定電流：31 A額定功率：15 kW 效率： 89.5%滿載同步轉速：970 r/min榨螺軸的旋轉速度：17 r/min垂直喂料電機： 1.1 kW水平喂料電機： 0.37 kW4.3 榨膛設計在設計中，榨油機采用了雙螺桿雙階五級壓榨的復合式結構，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，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。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。在進料口的底部還設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 榨膛結構 [16]榨籠在喂料段的內徑為122mm，而在主壓榨段和成餅段的內徑為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)。榨籠內從進料段共設置4段條排，每段條排間縫隙不同，其墊片厚度不相同?？p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，如表一15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 0.604.4 榨螺軸設計1 榨螺軸的材料：榨螺的材料除應滿足強度和剛度外，還應具有很好的耐磨性。目前不少榨油機的榨螺采用 40Cr 調質鋼，它具有很好的綜合機械性能，其強度比 40 鋼高 20%，為提高其耐磨性，調質加工后應再進行表面淬火和化學熱處理。 2 進料端榨膛容積 ， 根據設計能力 Q(kg/h)等參數，新榨油機進料端榨Vj膛 可按下式計算：j(cm3) (4-4)nKBQVefmj ?60?式中 B------出坯率，一般為 0.8~0.95；--坯料充滿系數，一般為 0.4~0.65,對于自然進料、單頭螺旋或 ε 值較f大時取小值；---與油料品種有關的系數；e----入榨料坯容積密度（kg/cm 3） ；?n------榨螺軸轉速（ r/min） 。所以計算得： Vj=2.1cm33 出料端榨膛容積 ：Vch16（cm 3） (4-5)?Vjch?代入數據計算得 =0.13（cm 3）4 榨螺軸的壓榨級數與榨螺節(jié)數（或導程數n）及夾距圈的數量。一般參考現有機型或按如下經驗：(4-6)??K式中 n----總導程或理論導程序號K-----指數常數，對于預榨取 K=1.145， 壓榨 K=1.3參考經驗和現有機型取 n=85 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 =34.3mm； 取 d=35mm：d31nPC2 軸：功率 = =13.14 kW297.06?轉速 = = =97 r/minn2i1548轉矩 =950000 =1293680 N/mmT2P2最小直徑 > =57.5；取 =58 mm；d32nCd23 軸：功率 = =12.62 kWP39.072?轉速 = =17 r/mini3轉矩 =9550000 =7089470 N/mmTn3最小直徑 > =101.4 mm 取 d3=102 mm；d33pC4 軸： 功率 = =12.12 kW49.07?P轉速 =17 r/minn轉矩 =9550000 =6808588 N/mmT44軸 4 、5 材料選擇為 40cr，取 C=98，所以21最小直徑 > =87.5mm 取 =86 mm； d434nPCd45 軸： 功率 = =11.88 kW59.0?轉速 =17r/mm轉矩 =9550000 =6673765 N/mmT5nP5取 =86 mm ；d（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 ； P1小齒輪轉速 =485 r/min ； n齒數比 u= =5 i1條件：動力機為電動機，工作平穩(wěn)，傳動不逆向。（2）材料選擇　221 軸上的小齒輪材料為 40cr（調質） ，硬度為 241～286HB,取硬度為260HB，嚙合的中齒輪材料為 45#鋼(調質)，硬度 229～286HB, 硬度取為240HB。（3） 計算（I） 按齒面接觸強度設計轉矩 =275040 N/mmT1齒寬系數 =1.0?d接觸疲勞強度 = 710 MPa?1mHl= 580 Mpa2li初步計算的許用接觸應力 [ ]=0.9 =6391H?1ml[ ]=0.9 =52222li取 =83Ad初步計算小齒輪直徑 ≥83 =88.5 d1321][?????HdT取 =90d1齒寬 b b= =90 mmd1?計算圓周速度V = 061?n?= 4859.3=2.3 m/s齒數與模數 初取齒數 =18； = =90Z12Zi1?m= =5d1載荷系數23根據 =2.3 m/s , 選擇齒輪為 7 級精度，v由機械設計查得動載系數 =1.25.KV使用系數 =1.5A=6112 NdTFt12??=84.9 n/mm <100 n/mmbKtA由表查得： =1.3