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小型茶油果榨油機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要:為了適應(yīng)一些高油份油料的壓榨，設(shè)計(jì)了一種雙螺桿榨油機(jī)。本文在廣泛參考國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)的雙螺桿榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并校核了有關(guān)關(guān)鍵部件。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，適合于家庭作坊及一些中小型工廠。
關(guān)鍵詞:榨油機(jī)；雙螺桿；設(shè)計(jì)；校核；
Design of Small Type Mill for Oil-tea Camellia Seed
Abstract: In order to meet some high oil oilseed squeezing, the present paper mainly is to design a twin-screw type oil expeller. In this paper, on the basis of the extensive and intensive literature references, we have designed and analyzed the twin screw oil press structure, at the same time, we have checked the relevant key components. The structure of the machine is exquisite, and suitable for family workshops and small or medium sized factories.
Key words: oil press；double screw；design；check；
1 前言
1.1 選題意義
隨著現(xiàn)代人們的生活水平不斷提高，大家對(duì)食用油的品質(zhì)和種類的選擇有了更大的選擇空間。中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與食品安全所對(duì)茶油和橄欖油進(jìn)行的對(duì)比研究表明，茶油與橄欖油的成分盡管有相似之處，但茶油的食療雙重功能實(shí)際上優(yōu)于橄欖油，也優(yōu)于其它任何油脂。橄欖油含不飽和脂肪酸達(dá)75%－90%，茶油中的不飽和脂肪酸則高達(dá)85%－97%，為各種食用油之冠[1]。茶油中含有橄欖油所沒有的特定生理活性物質(zhì)茶多酚和山茶甙，能有效改善心腦血管疾病、降低膽固醇和空腹血糖、抑制甘油三脂的升高，對(duì)抑制癌細(xì)胞也有明顯的功效。世界植物油料加工業(yè)發(fā)展迅速，油料脫皮（殼）低溫壓榨或常溫壓榨（冷榨）已成為主要發(fā)展趨勢之一。植物油料脫皮（殼）低溫壓榨和冷榨制油是當(dāng)今世界先進(jìn)的制油技術(shù)，應(yīng)用與發(fā)展這種新型制油工藝，不僅產(chǎn)品質(zhì)量好，滿足人民需求，更有利于提高人民的健康水平，而且企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益好，是一種典型的低碳經(jīng)濟(jì)。
自從1900年美國的 V.D. Anderson 發(fā)明第一臺(tái)連續(xù)式螺旋榨油機(jī)以來，螺旋榨油機(jī)已被廣泛地用于從油料中提取油脂的最主要的制油設(shè)備。目前國內(nèi)廣泛使用的榨油機(jī)主要是單螺桿榨油機(jī)，其原因在于單螺桿榨油機(jī)原理和結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，可用于不同種類油料的連續(xù)壓榨加工，基本滿足不同制油工藝的要求。但是，單螺桿榨油機(jī)也存在很多不足之處。如：技術(shù)落后、壓榨工藝性能較差等；對(duì)于植物油料脫皮（殼）低溫壓榨或冷榨制油新工藝不全不能適應(yīng)；油料軸向推進(jìn)能力差，總的理論壓縮比小；在壓榨高含油率的油料時(shí)，容易出現(xiàn)油料輸送不順暢、滑膛的現(xiàn)象。針對(duì)單螺桿榨油機(jī)在壓榨過程中出現(xiàn)的種種問題，國內(nèi)外同行開始研究雙螺桿榨油機(jī)。因?yàn)殡p螺桿榨油機(jī)盡管存在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)計(jì)制造和維修成本較高等問題，但雙螺桿榨油機(jī)克服了單螺桿榨油機(jī)存在的很多問題，它的優(yōu)勢如：壓榨油料范圍更加廣泛，入榨油料可不經(jīng)軋坯和蒸炒等預(yù)處理工序，特別適合于易揮發(fā)的特種油的制?。徽蜉斔吞匦院?，低纖維含量的油料壓榨也順暢；榨料在榨籠內(nèi)能夠得到充分破碎和混合，能有效的疏通油路；油脂和餅粕的質(zhì)量更高；特別對(duì)脫皮（殼）后的油料能夠低溫壓榨或冷榨。因此，國內(nèi)外許多油脂加工企業(yè)逐步加大了對(duì)雙螺桿榨油機(jī)的研究投入[2]。
目前，國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家也設(shè)計(jì)制造出具有雙螺桿結(jié)構(gòu)的榨油機(jī)，這些雙螺桿榨油機(jī)與傳統(tǒng)的單螺桿榨油機(jī)相比，盡管功能上有所進(jìn)步，但仍然存在如下不足：榨膛內(nèi)油料仍產(chǎn)生滑膛，實(shí)際生產(chǎn)能力比名義生產(chǎn)能力低40%到50%；雙螺桿榨油機(jī)的出油率和干餅殘油率等技術(shù)指標(biāo)與單螺旋榨油機(jī)相比改善不明顯；對(duì)于含油率特別高的一些特種油料低溫壓榨起來還是十分困難。因此，研究一種機(jī)械和工藝性能良好、既能適合冷榨和熱榨又能壓榨高含油率油料的小型螺旋榨油機(jī)就非常有必要。
1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
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，中國榨油市場有了翻天覆地的變化，隨著市場上食用油品種的增多，榨油機(jī)的種類也在增加，壓榨方式也有所不同，物理壓榨、化學(xué)壓榨，還有兩者結(jié)合壓榨。回首過去，榨油的行業(yè)在中國從無到有，從弱小逐漸強(qiáng)大的過程，現(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，人們的生活水平逐漸提高，大眾已經(jīng)不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(duì)榨油機(jī)提出了更高的要求，2005年，李文林等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了雙螺旋冷榨機(jī)，生產(chǎn)試驗(yàn)得到了冷榨油接近三級(jí)菜籽壓榨油國家標(biāo)準(zhǔn)，冷榨餅殘油率在15%左右，獲得了較好的出油率。由此而知設(shè)計(jì)研究一種專用制取茶油的榨油機(jī)-雙螺旋茶油專用榨油機(jī)已成為當(dāng)務(wù)之急[3]。
近幾年,國內(nèi)許多企業(yè)像湖北的東方紅糧食機(jī)械有限公司，武漢新概念農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造有限公司等也著力于對(duì)雙螺桿榨油機(jī)的研制和開發(fā)。2003年，武漢良龍機(jī)械制造有限公司的顧強(qiáng)華等人設(shè)計(jì)研發(fā)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SYZ系列雙螺桿榨油機(jī)。該機(jī)雙螺桿采用異向旋轉(zhuǎn)和喂料段完全嚙合而主壓榨段完全分離的雙階布置的結(jié)構(gòu)形式。另外，榨膛采用雙階結(jié)構(gòu)能夠得到很大的壓縮比和強(qiáng)大的徑向壓力，這樣油料就會(huì)得到更充分更徹底的壓榨。在相同的工藝條件下，該機(jī)的干餅殘油率比單螺桿榨油機(jī)低2%左右，出油率更高。2005年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所的李文林等人為了解決雙低菜籽脫皮后低溫壓榨制油的難題研制出一種雙螺桿冷榨機(jī)，生產(chǎn)試驗(yàn)得到的冷榨油接近菜籽三級(jí)壓榨油國家標(biāo)準(zhǔn)，冷榨餅殘油率在15%左右，獲得了較好的冷榨油效率。2007年9月,山西省太原市帥克一?？怂固卣ビ驮O(shè)備有限公司通過吸收消化烏克蘭埃克斯特魯?shù)脿柨蒲猩a(chǎn)企業(yè)的技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)出6YIS一75×1200型雙螺桿榨油機(jī)，該機(jī)采用雙螺桿同向旋轉(zhuǎn)和螺旋完全嚙合的結(jié)構(gòu)形式，可一次性熱榨，能省去脫皮、粉碎、軋坯、蒸炒和油脂凈化等工藝過程，經(jīng)過一次壓榨和自然沉淀就能獲得優(yōu)質(zhì)綠色食用油，這大大降低了生產(chǎn)周期和勞動(dòng)強(qiáng)度。不過，這種榨油機(jī)在壓榨過程中對(duì)油料水分的變化較為敏感。當(dāng)油料的水分含量在7％以下或10％以上時(shí)，電機(jī)功率就要加大，出油率也會(huì)降低[4]。
1.3 國外研究現(xiàn)狀
目前，國外生產(chǎn)雙螺旋榨油機(jī)的公司很多，并且由于國外比較早就開始研究榨油技術(shù)，所以國外的技術(shù)一般都比國內(nèi)的要先進(jìn)。國外比較有名的公司有日本SUEHIRO EPM公司。1992年，由Isobe S[5]等人開發(fā)了一種部分嚙合異向旋轉(zhuǎn)的平行雙螺桿壓榨機(jī)，主要用于葵花籽仁等脫皮（殼）油料的冷熱榨， 該機(jī)采用異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿結(jié)構(gòu)，預(yù)壓榨段完全嚙合，主壓榨段完全分離。1999年，Dufaure等人也利用改造的CLEXTRALBCA5型實(shí)驗(yàn)擠壓機(jī)進(jìn)行油料的壓榨實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響油脂質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如機(jī)筒結(jié)構(gòu)、螺桿分布、喂料速度、螺桿轉(zhuǎn)速、油料成分和壓榨溫度進(jìn)行了深入地研究，并對(duì)餅的質(zhì)量做了檢測和分析。2002年，Johnston在傳統(tǒng)的雙螺桿榨油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種反向旋轉(zhuǎn)的帶中斷螺棱的平行雙螺桿榨油機(jī)[6]，這種榨油機(jī)繼承了傳統(tǒng)單螺桿榨油機(jī)產(chǎn)量大和能耗少以及吸取了雙螺桿榨油機(jī)的正向輸送能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn),螺桿結(jié)構(gòu)和單螺桿榨油機(jī)一樣，主要用于含水物料的脫水。總之，國外對(duì)雙螺桿榨油機(jī)在雙螺桿軸的旋向、雙螺旋軸的布置形式和榨籠內(nèi)孔結(jié)構(gòu)形式等均進(jìn)行了應(yīng)用與研究[7]。
2 方案的確定
本設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):電機(jī)功率≤3kW，作業(yè)效率：0.5T/h。針對(duì)單螺桿榨油機(jī)在茶籽脫皮壓榨中存在的問題，設(shè)計(jì)了雙螺桿榨油機(jī)，設(shè)計(jì)方案為：
1)針對(duì)目前單螺桿榨油機(jī)油料輸送軸向推進(jìn)能力較弱的缺陷以及現(xiàn)行的單螺桿榨油機(jī)以熱榨為主，基本上不適合冷榨，而采用雙螺桿原理極大提高了輸送螺軸的推進(jìn)能力，從根本上解決脫皮山茶籽仁易滑膛的問題。
2)根據(jù)傳統(tǒng)的ZX10型、ZX18型單螺桿榨油機(jī)進(jìn)行了脫皮茶籽仁的壓榨試驗(yàn)，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,茶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，與未脫皮的茶油籽有明顯不同，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(gè)壓榨過程中壓力難以建立；其次，脫皮后的茶籽仁在壓榨時(shí)，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(shí)現(xiàn)油茶籽脫殼后的壓榨。分析目前國內(nèi)生產(chǎn)的單螺桿榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)于茶籽脫殼冷榨，存在榨膛長徑比過小，總的理論壓縮比偏小，送料螺旋覆蓋長度過短，輸送能力弱等問題。因此，要實(shí)現(xiàn)油菜籽脫殼后的壓榨，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(shí)間。針對(duì)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(jì)原理和結(jié)構(gòu)上，增加榨螺軸總長；在主壓榨段，榨螺根徑沿榨軸縱向逐漸增大的同時(shí)，榨螺螺旋齒頂?shù)烬X根的深度逐漸減小，實(shí)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。榨籠采用圓孔排油。榨籠和榨螺軸共同形成雙螺桿榨油機(jī)的榨膛。榨油機(jī)榨膛為兩段直徑不同的榨籠，即所謂二階壓榨式[8]，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)，螺距由大變小。
3)榨油機(jī)采用端部出餅方式，調(diào)餅頭與榨螺軸尾軸既同步旋轉(zhuǎn)，又可實(shí)現(xiàn)軸向位移。出餅厚度的調(diào)節(jié)，由螺桿、鎖緊螺母、調(diào)餅頭和方軸等組成的調(diào)節(jié)裝置完成。
3 螺旋榨油機(jī)的工作原理
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(dòng)裝置、雙螺旋壓榨裝置、出餅裝置組成,見圖1。
1 V帶；2 減速器；3、5、6 聯(lián)軸器；4 扭矩分配器；7 進(jìn)料斗；8 榨籠；9 調(diào)餅頭；10 止推軸承；11 出料板；12 機(jī)架；13 集油板；14 榨軸；15 電機(jī)
圖1 雙螺桿榨油機(jī)結(jié)構(gòu)
Fig1 Structure of double screw oil press
3.2 工作過程
首先啟動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力經(jīng)V帶傳動(dòng)，并經(jīng)減速器、聯(lián)軸器傳至扭矩分配器的第一和第二齒輪軸的輸出端，再經(jīng)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞至雙螺旋軸。其次打開喂料閘板，料斗中的油料在自身重力作用下，快速進(jìn)入雙螺旋軸的輸送段，在榨螺、榨籠的綜合作用下，油料不斷被壓縮擠壓、剪切。物料在榨膛內(nèi)經(jīng)過輸送段的預(yù)榨和高壓段的連續(xù)壓榨下使油液不斷流出，同時(shí)榨料中的殘油愈來愈少，殘?jiān)詈蠼?jīng)壓力調(diào)節(jié)裝置形成瓦片狀餅排出機(jī)外。
3.3 螺旋擠壓力的形成
本設(shè)計(jì)采用嚙合式與非嚙合式組合型方案，即第一段螺桿軸相互嚙合，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，這能產(chǎn)生強(qiáng)大的物料軸向推進(jìn)能力；第二段螺桿榨螺外徑相離，即所謂非嚙合式，這不僅能產(chǎn)生較大的物料軸向推進(jìn)能力，而且在結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)物料壓縮與松馳及薄料層壓榨。由于榨螺軸螺旋導(dǎo)程逐漸縮小，榨膛內(nèi)容積即空余體積逐漸縮小，壓縮比不斷增大，榨膛內(nèi)產(chǎn)生的壓力不斷增大。同時(shí)調(diào)節(jié)出餅裝置的鎖緊螺母也可以調(diào)節(jié)榨膛內(nèi)壓力，一旦榨膛壓力超過物料所能承載的出油壓力時(shí)，油料中的油脂就被擠壓出來。
3.4 榨螺軸的受力分析
圖2 榨螺軸上法向力分解圖
Fig2 The normal force diagram squeezer shaft
1）榨料作用在榨螺軸上的法向力：可先分解為徑向力和,再將力分解為軸向力和圓周力,如圖2。
作用在榨軸上的周向分力：當(dāng)計(jì)算及榨螺面上的摩擦力時(shí):
（1）
式中：T為扭矩， =391.55（）
求得：=7119（N）
=8303.6（N）
2）作用在榨螺軸上的徑向分力Fr
=462.26（N）
3）作用在榨螺軸上的軸向分力
=3289.1(N)
以上各式中:為榨螺齒推料面傾角,，取，為背面傾角,，取，為根錐角,，取。如圖3所示。
圖3 截面圖
Fig3 Sectional drawing
4）榨螺空腔容積計(jì)算
已知：--榨籠外徑 =+40=280mm
--榨螺內(nèi)徑 =240mm
--榨螺底徑 =60mm
t--螺距 t=100mm
榨籠的容積：
=61544100=6.1544L
榨籠內(nèi)裝滿的容積：
榨螺實(shí)心部分容積
=0.2826L
螺紋的平均直徑 =150mm
從螺紋的斷面上，以平均直徑展開的螺紋平均長度：=471mm
螺紋的總長度：=481.5mm
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
4.1 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
雙螺桿榨油機(jī)的傳動(dòng)裝置主要由電機(jī)、皮帶輪、減速器、扭矩分配器及聯(lián)軸器組成,它是雙螺桿榨油機(jī)極其重要的組成部分。
查閱農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，對(duì)于一般小型榨油機(jī)采用快速薄餅，其轉(zhuǎn)速n=60100r/min。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，壓榨時(shí)間會(huì)隨之減短，但是這個(gè)過程中不會(huì)出現(xiàn)直線變化，而是呈曲線變化的，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)壓榨速率有很大的影響，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，油料作物與榨膛內(nèi)的零部件的摩擦非常大，轉(zhuǎn)速對(duì)壓榨的效率也就減小了很多。在參考國內(nèi)外榨軸轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)中，本文選擇榨軸轉(zhuǎn)速n=60 r/min。
圖4 兩箱兩軸式示意圖
Fig4 Two cases of two shaft general sketch
如圖4所示，傳動(dòng)裝置采用兩箱兩軸式傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)比，其特點(diǎn)是：減速器和扭矩分配器兩部分獨(dú)立設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)較簡單，二者用剛性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)[8]。
4.2 喂料裝置設(shè)計(jì)
在螺旋榨油機(jī)的進(jìn)料裝置中，采用自然進(jìn)料原理。該裝置通過進(jìn)料閥控制進(jìn)料的快慢，實(shí)現(xiàn)物料的平穩(wěn)進(jìn)料。進(jìn)料筒內(nèi)設(shè)有傾斜板，實(shí)現(xiàn)物料的多級(jí)翻滾，防止物料的堵塞并控制喂入速度。與強(qiáng)制進(jìn)料原理相比，該裝置加工簡單，費(fèi)用便宜，且不需消耗額外的動(dòng)力。
1、進(jìn)料斗；2喂料閥；3、擋料板
圖5 喂料裝置
Fig5 Feeding device
4.3 壓榨裝置設(shè)計(jì)
4.3.1 電動(dòng)機(jī)的選取
根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)所設(shè)計(jì)榨軸的轉(zhuǎn)速n=60r/min,雙螺旋茶油榨油機(jī)的榨螺軸工作阻力由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大概得到F=41，從而得到=2.46,符合中小型機(jī)器[10]=2～4kw。
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-7查得：帶傳動(dòng)的效率為=0.96，雙級(jí)圓柱齒輪減速器的效率為=0.96，剛性聯(lián)軸器的效率為=0.99，球軸承的效率為=0.99（一對(duì)）。由公式： （2）
其中：為電機(jī)功率，為榨螺軸所需功率，求得：=2.98。
故選電機(jī)型號(hào)Y-132S-6[9],額定功率3,額定轉(zhuǎn)速n=960r/min；
=（最大轉(zhuǎn)矩）/（額定轉(zhuǎn)矩） = 2.0 ；
總傳動(dòng)比 =16
4.3.2 螺旋榨油機(jī)主要參數(shù)的確定
1) 榨膛容積比ε
ε＝／ （3）
由農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)[10],表23- 4-2坯壓縮比=2.30；
實(shí)際壓縮比=3.92
本次設(shè)計(jì)的螺旋榨油機(jī)對(duì)象是茶油果，其總壓縮比[10]ε＝7.5～14 ,取ε＝10
2) 進(jìn)料端榨膛容積的計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)能力等參數(shù)，按下式計(jì)算：
（4）
將數(shù)據(jù)代入公式（2）得：
=(500kg/h×0.85×1000)/(60×0.4×0.9×0.7×60r/min)= 468.5
其中:--出坯率，一般為0.80.95，取0.85；
--料坯充滿系數(shù)，一般與喂料及螺旋軸結(jié)構(gòu)有關(guān)，取0.40.65，對(duì)于自然喂料選=0.4 ；
--與油料品種（含油率）有關(guān)的系數(shù)，對(duì)茶油果選=0.9；
入榨料坯容重=0.7()；
--榨油機(jī)臺(tái)時(shí)生產(chǎn)能力（）；
--榨螺軸轉(zhuǎn)速（），取=60；
出口端榨膛容積，由公式（1）推出 =46.85 cm3。
3) 功率消耗
理論公式[10]
() （5）
式中：q—榨螺每轉(zhuǎn)一周所通過的榨料（kg/r）
n—榨螺軸的轉(zhuǎn)速（r/min）〈一般小型榨油機(jī)采用快速薄餅，其轉(zhuǎn)速n=60100r/min〉
—單位質(zhì)量的榨料壓縮功（Nm/kg）
4）榨膛壓力
() （6）
--實(shí)測系數(shù)它取決于熟胚水分和溫度（參考文獻(xiàn)8表23-4-3），取=0.00085；
W--入榨料坯水分（%），取W=3.5%；
--榨料實(shí)際壓縮比；
將數(shù)據(jù)代入公式（4）得： =26()
4.3.3 榨螺軸的確定
榨螺軸是螺旋榨油機(jī)的主要工作部件之一，榨螺軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)速、材質(zhì)的選擇對(duì)形成榨膛壓力、油與餅的質(zhì)量，生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有很大關(guān)系。
在對(duì)比已有類似產(chǎn)品中，本設(shè)計(jì)采用連續(xù)型變導(dǎo)程二級(jí)壓榨型榨螺軸，如圖6所示：
圖6 榨螺軸
Fig6 Squeezer shaft
連續(xù)型榨螺軸設(shè)計(jì)[11-12]
當(dāng)榨螺軸的支撐點(diǎn)未決定前，先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算出根圓直徑[13] ；
（7）
按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算時(shí)：
（8）
其中：，為榨螺軸工作時(shí)阻力（N），設(shè)計(jì)時(shí)由實(shí)測確定 為榨螺軸所需功率（），由公式（4）得=2.475kw，為榨螺軸工作時(shí)的轉(zhuǎn)速（）。代入公式并圓整得=60mm，由經(jīng)驗(yàn)比例確定榨螺軸的平均直徑
連續(xù)型：（mm）
因，代入上式，
可以求出榨螺軸外徑
=240（mm）
螺齒高為
=60（mm）
4.3.4 榨螺軸強(qiáng)度校核
1）耐磨性計(jì)算[15]
榨螺的磨損與螺齒工作面上的比壓，榨料在螺旋面上的滑動(dòng)速度，螺旋表面的粗糙度等因素有關(guān)，目前尚無完善的計(jì)算方法，較詳細(xì)分析，可參考文獻(xiàn)[14]。設(shè)作用在螺旋面上的軸向分力為，承壓面積為，則其校核公式為：
() （9）
式中：為榨螺軸材料的許用比壓
2）榨螺軸的強(qiáng)度校核計(jì)算[15-16]
榨螺軸工作時(shí)，既受軸向力，又受扭矩T的作用，T按螺桿實(shí)際受力情況確定。根據(jù)壓（拉）應(yīng)力和剪切應(yīng)力，按第四強(qiáng)度理論，求出危險(xiǎn)剖面上的計(jì)算應(yīng)力：
（） （10）
式中：為螺桿材料的許用應(yīng)力。
求拉伸應(yīng)力
榨螺危險(xiǎn)斷面面積：
=1913.5
軸向力=3.289 KN
拉應(yīng)力=1.72（）
確定扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力
抗扭轉(zhuǎn)斷面模數(shù)W
式中：d=55mm,b=10mm,t=2.5mm。
W=32.025
扭轉(zhuǎn)力矩 （11）
式中：--榨螺上圓周力的力矩
--榨螺上徑向力產(chǎn)生的摩擦力矩
M=24.294（）
剪應(yīng)力
=0.7585 ()
化簡應(yīng)力
=2.165 （）
材料45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，淬火處理。
3）螺齒的強(qiáng)度計(jì)算
螺齒多發(fā)生剪切和擠壓破坯。將螺旋展開，則可看作寬度為的懸臂梁。設(shè)力作用在上，則危險(xiǎn)剖面的剪應(yīng)力為:
(MPa) （12）
危險(xiǎn)剖面處彎曲應(yīng)力為：
MPa) （13）
式中：B為齒寬；為螺軸材料的許用剪應(yīng)力，一般=0.6；為螺軸材料的許用彎應(yīng)力，一般=（1.01.2）,為彎曲力臂。
4）榨螺軸穩(wěn)定性計(jì)算
對(duì)于長徑比大的受壓螺軸，當(dāng)軸向力大于某一臨界值時(shí)，螺桿會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而失去其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性與螺桿材料和柔度有關(guān)。
（14）
式中：為螺桿長度系數(shù)，取=0.5，為螺桿的工作長度=846mm；。不同，則采用不同的公式來計(jì)算臨界值。
因?yàn)?105.75≧=100，所以
(N) （15）
式中：E為螺桿材料的拉壓彈性模量，E=2.06×MPa，I為危險(xiǎn)剖面的慣性矩=448952.54。
故 =5.096KN
穩(wěn)定性校核計(jì)算應(yīng)滿足的條件為：
（16）
式中：為螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)；為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)。
對(duì)于螺桿軸=1～3。
穩(wěn)定性校核符合要求。
4.4 壓力調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
壓力調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用以調(diào)節(jié)出餅厚薄并相應(yīng)改變榨膛壓力。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由出餅座、支架、尾軸、調(diào)餅頭、推力軸承、調(diào)節(jié)螺桿和鎖緊螺母等組成，如圖5所示。通過擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿7，推動(dòng)調(diào)餅頭移動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)餅塊厚度的調(diào)節(jié)。出餅座與調(diào)餅頭的環(huán)形間隙越小，榨膛內(nèi)壓力就越大，餅塊厚度越薄。
1.末端榨螺；2.出餅座；3.尾軸；4.支架；5.調(diào)餅頭；6.推力軸承；7.調(diào)節(jié)螺桿；8鎖緊螺母
圖7 夾餅機(jī)構(gòu)
Fig7 Cake clamping mechanism
4.5 榨籠的設(shè)計(jì)
榨籠與喂料裝置相連接，并設(shè)計(jì)為內(nèi)腔從進(jìn)口到出口直徑由大到小，內(nèi)表面經(jīng)淬火處理，加強(qiáng)內(nèi)表面強(qiáng)度；籠身開有15個(gè)直徑為4的內(nèi)孔作為出油孔，若出油孔直徑太小，則容易出現(xiàn)渣餅堵塞出油孔，造成榨膛內(nèi)腔壓力增大，易損壞榨膛內(nèi)部機(jī)構(gòu)；若出油孔直徑太大，則易出現(xiàn)渣餅隨油液流出，影響油的質(zhì)量，榨膛結(jié)構(gòu)如圖8所示。
1、進(jìn)料口；2、預(yù)壓榨段；3籠身；4主壓榨段；5出油孔
圖8 榨籠
Fig8 Pressing cage
5 齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
5.1 齒輪的選用
1)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，7級(jí)精度[17]。
已知電機(jī)輸出功率=3kw；
主動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)速：
傳動(dòng)比,
條件：帶式輸送機(jī)，工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。
2)材料選擇
I軸上的小齒輪材料為45#鋼，硬度為217255HBS，嚙合的中齒輪材料為QT500-5（調(diào)質(zhì)），硬度147241HBS，硬度取為200HBS。
5.1.1 齒輪齒數(shù)的選擇
1)確定公式[18]:
≥2.32 （17）
公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
①.試選載荷系數(shù)： =1.3
②.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距：
=95.5××2.822/480
=5.62×
③.齒寬系數(shù)=0.5
=0.5138=69，取大齒輪的齒寬=70,小齒輪的齒寬=75
④.由機(jī)械設(shè)計(jì)原理，查得材料的彈性影響系數(shù)=181.4
⑤.由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)按齒面硬度查得：
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限： = 650
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：= 550
⑥.由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N= 60 j
= 60×480×1×( 2×8×300×10)
= 1.382×
⑦.接觸疲勞系數(shù) =0.9 ，=0.87
⑧.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為 1%，
安全系數(shù)為 S=1，
=·/s =0.9×650 = 585
=0.87×550 = 478.5
2)計(jì)算:
①.試算小齒輪分度圓直徑 ,
代入中較小的值
（18）
經(jīng)計(jì)算得=64.26 mm，取=65mm
②.計(jì)算圓周速度
V =π/(60×1000)
= 3.14×65×480/(60×1000)
=1.633 m/s
③.齒寬與齒高之比 b/h
模數(shù)： = 65/18 =3.6mm
齒高： h=2.25 =2.25×3.6=8.1 mm
b/h = 8.89
④.載荷系數(shù)
根據(jù)v=1.633 m/s , 7級(jí)精度，
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得動(dòng)載系數(shù) =1.08，
直齒輪，假設(shè) < 100 N/mm,
由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-3查得：齒間載荷分配系數(shù) =1.2；
由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-2查得：使用系數(shù)=1；
對(duì)7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)職承，非對(duì)稱布置時(shí)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)
=1.12+0.18(1+0.6) + 0.23×b
=1.12+0.18(1+0.6×)×+0.23××64.26=1.422
由b/h=5.778, =1.422 查得=1.420；
故載荷系數(shù)為:
=1×1.08×1.2×1.420 =1.843
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式（18）
= （19）
得 = 72.19 mm
⑤.計(jì)算模數(shù)
=72.19/18 =4.01mm
3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì):
m≥ （20）
4）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
①. 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-20查得：
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=560 ；
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=440.
②.由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：
=0.85, =0.88
③.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4
=
=
④.計(jì)算載荷系數(shù)
=1×1.08×1.2×1.52=1.97
⑤.查取齒形系數(shù)
=3.13 =2.52
⑥.應(yīng)力校正系數(shù)：
=1.48 =1.625
⑦.計(jì)算大小齒輪的并加以比較：
1==0.01362
2==0.01480
大齒輪的數(shù)值大。
5）設(shè)計(jì)計(jì)算：
由公式（33）得：
m≥=2.5 mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，取按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的，m=2.5 mm,就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=4, 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算分度圓直徑 =72.19 mm ,從而計(jì)算出
小齒輪齒數(shù) =72.19/4=18
大齒輪齒數(shù) =2.83×18=50.94 ,取=51
6）幾何尺寸計(jì)算：
1）經(jīng)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到V帶、齒輪、軸承、聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率分別為0.96、0.97、0.99、0.99，電機(jī)（功率為=3 kW ），按照許用切應(yīng)力計(jì)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 =2.7936kw
轉(zhuǎn)速==480 r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=5558.1 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(jì)手冊(cè)，選取C=110
軸的最小直徑>=19.78mm； 取d=25mm;
2軸：功率 ==2.68 kW
轉(zhuǎn)速 ===169.6r/min
轉(zhuǎn)矩 =950000=150908N/mm
最小直徑 >=27.6；取=30 mm；
3軸：功率 ==2.57kW
轉(zhuǎn)速 ==60 r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=409058 N/mm
最小直徑>=38.5 mm 取=40 mm；
4軸：功率==2.47kW
轉(zhuǎn)速=60r/min
轉(zhuǎn)矩 =9550000=393141.6 N/mm
軸4 、5材料選擇為40Cr，取C=98，所以
最小直徑>=33.8mm 取=35 mm；
5軸：功率==2.37kW
轉(zhuǎn)速=60r/mm
轉(zhuǎn)矩=9550000=377225 N/mm,
取=35 mm
5.1.2 確定大、小齒輪的齒形參數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸：
1）分度圓直徑d
=4×18=72 mm
=4×51=204 mm
2）齒頂高
ha= =1×4=4 mm
3)齒根高 =(ha*+c*)m=(1+0.25)×4=5 mm
4)齒全高 h= =(2ha*+c*)m=9 mm
5)齒頂圓直徑
= +=(z1+2ha*)m=72+2×4=80 mm
=(±2ha*)m=204＋2×4=212 mm
6)齒根圓直徑
=(－2－2c*)m
=(18－2×1－2×0.25)×4=62 mm
=214 mm
7)基圓直徑
=72×20o=67.65 mm
=214×20o=202mm
8)齒距=4π=12.56 mm
9)齒厚=4π/2=6.28 mm
10)齒槽寬=6.28 mm
11)中心距=138 mm
12)頂隙=4×0.25=1 mm
5.2 軸的計(jì)算校核
5.2.1 選材及表面預(yù)處理
1）材料:軸主要用碳鋼,本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度選用45#鋼；
2）熱處理:
高頻淬火,表面強(qiáng)化處理噴丸,提高軸的抗疲勞強(qiáng)度,45號(hào)鋼熱處理調(diào)質(zhì).軸表面淬火處理，淬硬層深度耐磨。
3）工作條件:
載荷不大,深度 0.51.5 mm。
5.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）軸肩高度
a=(0.070.1)d(其中d為軸的直徑)
軸環(huán)寬度B=1.4a
按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算
9.55×p/( 0.2n )≤ （21）
其中為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位是。
軸45#鋼 =2545 C=118107 mm3
2）軸的直徑
d≥= （22）
式中取C=110
軸傳遞的功率 p=2.822 ,
軸的轉(zhuǎn)速 n=480 r/min
∴d≥=20 mm
對(duì)于直徑d≤100 mm的軸,有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑應(yīng)增大5%7%,將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑, d=25 mm。
此處為軸1的校核圖形:
圖9 軸1的受力圖
Fig9 Force diagram of shaft
總彎矩 M==474 Nm
校核軸的強(qiáng)度,按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力
（23）
對(duì)于直徑為d的圓軸,彎曲應(yīng)力=,
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
（24）
其中,w (mm3) 為軸的抗彎截面系數(shù),
W=
=1215.7
式中 b=9,t=4,d=25 mm
則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為:
=55 Mpa
對(duì)稱循環(huán)應(yīng)變力時(shí)，軸的許用彎曲應(yīng)力經(jīng)查表得
=60 Mpa
∴< 符合強(qiáng)度要求.
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)，作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。
6 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
三角膠帶的設(shè)計(jì)
1）計(jì)算功率
其中:=1.2,n=960
故=3.6Kw
2）選擇皮帶型號(hào)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，選普通V帶傳動(dòng)，型號(hào)為A型。
3）小帶輪直徑=100mm
傳動(dòng)比
=485，=2
=960
=，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表8-8，圓整為=200 mm
4）驗(yàn)算速度
=5.01
A型膠帶最大允許范圍為25，故符合要求。
5）計(jì)算中心距和膠帶極限長度
初定中心距
所以210﹤﹤600
取=560mm
= 1595.5mm
由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，表11-2查得：=1600mm
實(shí)際中心距
所以=562mm
所以=540mm
所以=612mm
6）核算小帶輪包角
=﹥ 合格
7）膠帶根數(shù)
單根普通V帶所能傳遞的功率=1.05
= （25）
V帶根數(shù)由公式確定，其中：=0.92，=1.03,=1.2,=0.13
故=3.22，取Z=4
7 各軸承及鍵的選擇及有關(guān)校核
7.1 鍵的選擇
鍵的截面尺寸b×h由軸的直徑的d標(biāo)準(zhǔn)中選定。
鍵的長度L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度。
I軸：d=35 mm 處選用普通平鍵
鍵寬b×鍵高h(yuǎn)：b×h =6×6.
鍵=25mm,=56mm,
軸深度 t=4.0 mm
7.2 鍵的校核計(jì)算
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為
≤ （26）
T傳遞的轉(zhuǎn)矩為=19.37×N·mm
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h=0.5×8=4mm
--鍵的工作長度，平頭平鍵=32mm
d軸的直徑d=35 mm
許用擠壓應(yīng)力=100～120
查設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=110
將數(shù)值代入公式
=2×19.37××/(3×56×35)=65.88≤[]=110
符合標(biāo)準(zhǔn)。
故鍵的標(biāo)記為：鍵10×8×32 .
7.3 軸承的設(shè)計(jì)
1）軸承壽命
（27）
對(duì)于滾子軸承，ε=3,我們計(jì)算I軸的滾動(dòng)軸承為深溝球軸承6008。
已知： n=480 r/min ,預(yù)期計(jì)算壽命=5000h。
求比值 =1284.3/2966=0.43
（30）
故所選軸承為深溝球軸承6008 ,滿足壽命要求 。
8 結(jié)論
1）在設(shè)計(jì)雙螺旋榨油機(jī)的過程中，設(shè)計(jì)的對(duì)象主要是茶油果這類高油份的油料作物，適用對(duì)象是中小油廠和家庭作坊，榨螺軸的成本比較高，為了提高榨油機(jī)的工作壽命，要求配合精度高一些及制造精度高一些。。
2）本設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速器，提高了出油效率。在進(jìn)料斗和機(jī)架的設(shè)計(jì)中，通過瀏覽成品機(jī)械圖片，在不改變性能的前提下，盡量使機(jī)械靈便，占地面積小，采用自然進(jìn)料原理。在榨螺設(shè)計(jì)中，采用連續(xù)型變導(dǎo)程二級(jí)壓榨型榨螺，這比傳統(tǒng)的榨油機(jī)在性能上有了很大的改進(jìn)。
3）本榨軸設(shè)計(jì)原理為連續(xù)型，因此出渣不能成餅狀，為了降低成本，設(shè)有結(jié)渣斗，如果為節(jié)省費(fèi)用，用編織袋代替亦能滿足要求。
4）榨籠腔室為“8”字形縱向大小孔徑不等的雙階結(jié)構(gòu)，大孔段為喂料段，小孔段為主壓榨段和出餅段。為了避免在臺(tái)階處引起壓力的激劇增加，而導(dǎo)致油料的喂入困難，榨籠內(nèi)過渡處的臺(tái)階不能太大。榨籠濾油縫隙大小的布置既要保證油脂的盡快溢出，又要避免漏渣過多。
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致 謝
本論文是在謝方平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。從論文的選題、課題講解、資料收集到最后的論文初稿、圖紙完成，謝老師多次不厭其煩的講解，這讓我深深感動(dòng)，同時(shí)還有吳明亮教授給予了極大的幫助和支持。謝老師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)給我留下了深刻的印象，在此我對(duì)謝老師付出的辛勤勞動(dòng)和提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境表示衷心的感謝。
轉(zhuǎn)眼間大學(xué)四年即將過去，本學(xué)期也是我在學(xué)校求學(xué)的最后一個(gè)學(xué)期，在這最后一個(gè)學(xué)期里面，我學(xué)到了很多知識(shí)，也收獲了考研的戰(zhàn)果。這期間，非常感謝各位老師給予我的鼓勵(lì)和幫助，讓我能全力備戰(zhàn)考研及復(fù)試。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次總測試，是鍛煉也是檢驗(yàn)自己四年來所學(xué)知識(shí)和掌握、運(yùn)用知識(shí)的能力，是我們高等院校學(xué)生的最后的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，也是學(xué)到最多實(shí)際知識(shí)的時(shí)候。在此之際，我對(duì)工學(xué)院農(nóng)機(jī)系各位恩師對(duì)我的培育表示深情的感謝；同時(shí)，對(duì)幫助我的同學(xué)和室友表示非常感謝，你們無形的關(guān)心和幫助對(duì)我產(chǎn)生了巨大的影響。
本次設(shè)計(jì)也暴露了我存在的不少的缺點(diǎn)和問題：對(duì)于所學(xué)知識(shí)還沒有做到仔細(xì)、認(rèn)真消化，許多方面還是只有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，沒有深入探討，對(duì)實(shí)際失誤沒有深刻的了解，沒有做到理論聯(lián)系實(shí)際，沒有達(dá)到對(duì)所學(xué)的知識(shí)熟練運(yùn)用的水平。這也從一個(gè)側(cè)面放映出我們?cè)O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，思維不夠開拓，不夠靈活。從而我得出一個(gè)結(jié)論：無論是現(xiàn)在還是以后走上工作崗位，還是再深造，都應(yīng)該虛心向老師和前輩們學(xué)習(xí)，從而不斷完善自我，提高自我水平。
由于知識(shí)面有限，因而難免存在許多缺點(diǎn)和不足之處，還有待于改進(jìn)，希望各位老師給我提出寶貴的意見！
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