食品用雙螺桿擠出機主機的設計開題報告.doc

本科畢業(yè)設計開題報告題目：食品用雙螺旋擠出機主機的設計院（系）：機械工程學院班級：機制08-1班姓名：侯麗明學號：2008023312指導教師：唐慶菊教師職稱：講師黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告題目食品用雙螺旋擠出機主機的設計來源工程實際1、研究目的和意義：1.1研究的目的本題目的研究內(nèi)容為食品用雙螺旋擠出機主機的設計。品擠壓概括的說就是將食品物料置于擠壓機的高溫高壓狀態(tài)下，然后突然釋放至常溫常壓，使物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化的過程。為能使雙螺桿擠出機在滿足功能的前提下，要求結(jié)構(gòu)簡單，拆卸清理方便。同時要求造價便宜，節(jié)省空間。同時，在整個設計過程中,我們將學習到更多的知識。近年來，隨著聚合物改性材料的不斷發(fā)展，其對混煉設備的要求也越來越高。雙螺桿擠出機是連續(xù)混煉機中應用最多的一種設備，理所當然，也就受到大家的廣泛關注，圍繞它的研究也就越多。目前，根據(jù)國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，雙螺桿擠出機主要是向高速、大扭矩、大擠出量及低能耗轉(zhuǎn)方面發(fā)展。1.2研究的意義擠出技術(shù)在食品工業(yè)上的應用越來越廣泛，從較早的方便食品，休閑食品到植物組織蛋白等領域。在一些發(fā)達國家，擠出技術(shù)的理論研究越來越完善，利用擠出技術(shù)改性蛋白質(zhì)，研究淀粉、蛋白質(zhì)等在擠出過程中的變化，并進一步研究營養(yǎng)吸收等問題。工藝條件的不斷完善和工藝設備的不斷改進為擠出技術(shù)的應用開辟了廣闊的前景。隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，作為聚合物加工主要設備之一的雙螺桿擠出機在聚合物加工行業(yè)已經(jīng)得到并將進一步得到越來越廣泛的應用，而且也會衍生到其他行業(yè)。尤其在食品行業(yè)，雙螺桿擠出機被廣泛應用于淀粉膨化食品、蛋白擠壓食品、膨化飼料的生產(chǎn)。雙螺桿擠出機雖然傳動箱的設計和制造也比單螺桿擠出機的困難、復雜的多。在兩螺桿中心距確定后，要在有限的中心距內(nèi)傳遞很大的扭矩，并把這很大的扭矩相等的分配到兩根螺桿上去，在設計、制造及材質(zhì)選擇、熱處理上都遇到很多問題。自然，隨著機械設計水平、機械加工水平的提高及整體工業(yè)配套的發(fā)展，上述問題已逐漸得到解決，從而使雙螺桿擠出機得到飛速發(fā)展。2、國內(nèi)外發(fā)展情況(文獻綜述)：一個世紀以來,食品擠壓工藝在不斷的實踐中得到發(fā)展與提高。雙螺桿擠出機發(fā)展至今，已在食品加工中居重要地位，而且大有應用越來越廣泛之勢。雙螺桿擠出機是隨著聚合物加工業(yè)及食品加工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)和發(fā)展的；而在聚合物加工中真正應用的雙螺桿擠出機是在20世紀30年代，首先在意大利研制成功。第二次世界大戰(zhàn)前后，雙螺桿擠出機發(fā)展較快；現(xiàn)在雙螺桿擠出機是在20世紀60年代末和70年代初發(fā)展起來的。更準確的說，現(xiàn)代嚙合異向雙螺桿擠出機是隨RPVC制品的發(fā)展而發(fā)展的，嚙合同向雙螺桿擠出機則是在聚合物改性的推動下發(fā)展的。1935年意大利的RobertoColombo研制出世界上首個嚙合同向雙螺桿擠出機后。自從其誕生后，經(jīng)過半個多世紀的不斷改進和完善，它便以其積木式結(jié)構(gòu)帶來的多變性和適應性以及優(yōu)異的混合性能，在成型、共混、改性、反應擠出等聚合物加工過程中得到了廣泛應用。擠出機的核心部件是螺桿，嚙合同向雙螺桿擠出機一般分為固體輸送、熔融、排氣、熔體輸送等功能段。至今為止，研究主要集中在熔體輸送段，已經(jīng)有了成熟的理論體系和數(shù)理模型，有了很多有意義的研究成果；固體輸送段和熔融段由于物料在該段的狀態(tài)還不能由現(xiàn)有方程和數(shù)理模型很好的描述，所以理論研究成果較少，主要依靠經(jīng)驗設計。目前，嚙合同向雙螺桿擠出機向著高轉(zhuǎn)速、大扭矩、更高的熔融塑化效率、更優(yōu)的混合質(zhì)量、更低的能耗方向發(fā)展。也就是說，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何在更低的能耗下，獲得更高的生產(chǎn)能力，是雙螺桿擠出機制造商和用戶所共同追求的目標。20世紀80年代，我國開始較為廣泛的應用雙螺桿擠出機，相對于西方國家（美、德、意、英、日等）起步較晚。隨后，我國一些廠家開始生產(chǎn)制造雙螺桿擠出機。但是最初的設計基本是依靠引進國外技術(shù)。到20世紀90年代初，我國雙螺桿擠出機的設計制造發(fā)展很快，形成了雙螺桿擠出機制造熱。目前國內(nèi)所生產(chǎn)的雙螺桿擠出機的規(guī)格已由中小型開始向大型發(fā)展，制定了相應標準并形成系列，年產(chǎn)量達幾百臺套。但在雙螺桿擠出機的設計、制造水平和機器的整體質(zhì)量方面，與國外先進國家生產(chǎn)的雙螺桿擠出機還有不小差距，這主要表現(xiàn)在獨立設計能力較弱，不少廠家的產(chǎn)品是測繪和仿制的，設計出水平較高的機器較少。目前國內(nèi)嚙合同向雙螺桿擠出機方面研究工作做的較多的單位主要有：甘肅蘭州天華設計院，北京化工大學，SEI等單位，制造主要是大連橡塑還有南京科亞。3、研究/設計的目標：作為工業(yè)中使用的雙螺桿擠出機，在設計過程中，除了要求能夠完成固體輸送、增壓、熔融、熔體輸送和泵壓等一系列通用過程以外，還要求涉及到復合塑料與聚合物顆粒之間的混合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制則是通過控制主螺桿及其輔助喂料螺桿的轉(zhuǎn)速來完成的。同時，雙螺桿擠出機具有分布混合和分散混合效果良好、自潔作用較強、可實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點，特別適合聚合物的改性，如共混、填料、增強及反應擠出。有利于增加擠出機的擠出產(chǎn)量，提高塑化質(zhì)量。4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：本題目加工的總泵缸體零件圖如圖1所示：1連接器2過濾器3料簡4螺桿5加熱器6加料器7支座8上推軸承9減速器10電功機圖1雙螺桿擠出機示意圖雙頰桿擠出機雙螺桿擠出機是指在一根兩相連孔道組成“”截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙合或相切的螺桿所組成的擠出裝置。雙螺桿擠出機由傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾部分組成，如圖53所示。各部件的功能與單螺桿擠出機相似。但在眾多雙螺桿擠出機中，最重要的差別是螺桿結(jié)構(gòu)的設計。首先，兩根螺桿是嚙合的還是非嚙合的，其次，在嚙合型雙螺桿中，螺桿是同向轉(zhuǎn)動，還是反向轉(zhuǎn)動；第三，螺桿是圓柱形(平行雙螺桿)還是錐形；第四，實現(xiàn)壓縮比的途徑：變動螺紋的高度或?qū)С?。螺桿根徑由小變大或外徑由大變小。螺紋的頭數(shù)由單頭變成二頭或三頭；第五，螺桿是整體的還是組合的。所有這些表明，雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機的復雜得多?，F(xiàn)舉出幾種有代表性的雙螺桿以說明螺桿的幾何形狀。(1)Colombo型雙螺桿螺桿分為三段，每一分段有一混合室，加料段的外徑和螺距為最大，壓縮段次之，均化段為最小，這樣組成壓縮比但在同一段中，螺桿是等徑等距的，這種雙螺桿是早期開發(fā)的?，F(xiàn)在，根據(jù)加工硬聚氯乙烯管材的需要，已開發(fā)出具有多種功能(進料、剪切、混合、排氣和均化等)的雙螺桿擠出機(2)錐型雙螺桿如圖55所示，這類擠出機是向外反向轉(zhuǎn)動的。從加料段到計量段，螺桿的外徑和根徑均勻地由大到小。通過螺桿各部分的長度、螺紋頭數(shù)、螺槽數(shù)、螺棱寬度、螺棱形狀等的變化，實現(xiàn)對物料的輸送、壓縮、排氣、混合與塑煉。這種錐形雙螺桿擠出機具有剪切速率沿口模方向減小和安裝推力軸承的空間較大等優(yōu)點，但制造較困難。(3)組合型雙螺桿這種螺桿是由不向數(shù)目的具有不同功能的螺桿元件(輸送、剪切、混合、壓縮和捏合等元件)按一定要求和順序裝到帶導鍵或三角形芯軸上組合而成的，它可以連續(xù)輸送、塑化、均化、加壓、排氣，以靈活適應特定用途。這種配料用雙螺桿擠出機具有強大的剪切力，能剪斷和分散填料、顏料和玻璃纖維。屬于這類雙螺桿的有ZSK型配料雙螺桿擠出機。(4)非嚙合型雙螺桿在結(jié)構(gòu)上類似于兩根平行單螺桿在料筒中轉(zhuǎn)動，但兩根螺桿反向轉(zhuǎn)動并相切。按照整體結(jié)構(gòu)又可分為單階和雙階兩種形式。雙螺桿擠出機的主要技術(shù)參數(shù)螺桿直徑（D）-雙螺桿擠出機的螺桿直徑是一個基本而重要的參數(shù)，螺桿直徑的大小在很大程度上反映了擠出機規(guī)格的大小，生產(chǎn)能力的大小，因為擠出機的生產(chǎn)能力與螺桿直徑的平方成正比。其它參數(shù)也都與它有關。中心距-雙螺桿擠出機兩根螺桿之間的中心距是一個重要參量，從制定總體方案到具體結(jié)構(gòu)設計它決定了如下幾何關系，并因而決定了有關的設計參數(shù)：傳動系統(tǒng)輸出軸（與螺桿相連）及有關齒輪的尺寸；螺桿的外徑和根徑、兩螺桿的嚙合程度，螺桿槽深度和雙螺桿擠出機的最大理論輸送量。長徑比(L/D)-螺桿長度與螺桿直徑的比值，這也是一個重要的參量，在一定程度上反映出雙螺桿擠出機的規(guī)格及其性能。螺桿轉(zhuǎn)速范圍-這是一個很重要的特征參數(shù)，在一定程度上反映了雙螺桿擠出機的擠出能力和混煉能力。雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)數(shù)，除了像單螺桿擠出機那樣取決于對擠出量的要求，被加工物料的特