同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计.docx
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同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计
编号
无锡太湖学院
毕业设计（论文）
题目：
同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计
信机系机械工程及自动化专业
学号：
学生姓名：
指导教师：
（职称：
副教授）
2013年5月25日
无锡太湖学院本科毕业设计（论文）
诚信承诺书
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文）同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班级：
机械92
学号：
作者姓名：
2013年5月25日
无锡太湖学院
信机 系 机械工程及自动化 专业
毕业设计论文任务书
一、题目及专题：
1、题目 同向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计
2、专题
二、课题来源及选题依据
食品挤压技术具有加工范围广、生产效率高、产品质量好、加工过程无污染等特点。
双螺杆挤压机由于具备输送能力强、调控性能强的优点，广泛用于加工各种食品。
本课题的任务是设计一台双螺杆挤压机，其两根螺杆同向旋转，对食品物料具有强大的混合与反应作用，并能产生较好的自洁作用，并对螺杆、机筒和出料模头进行重点设计。
通过本课题的设计，有助于学生能掌握和运用专业知识，锻炼工程设计能力。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：
①查阅和整理资料，包括一篇与课题相关或相近的外文资料并进行翻译；
②确定课题的总体设计方案，进行开题报告；
③进行相关参数的选择、计算和校核；
④对同向旋转型双螺杆挤压机进行总体设计，绘制总装图；
⑤对挤压部件进行详细的结构设计，绘制部件图和典型零件图；
⑥ 对整个设计过程作出总结，撰写设计说明书。
四、接受任务学生：
机械92班 姓名陈玉
五、开始及完成日期：
自2012年11月12日至2013年5月25日
六、设计（论文）指导（或顾问）：
指导教师 签名
签名
签名
教研室主任
〔学科组组长研究所所长〕 签名
系主任 签名
2012年11月12日
摘要
本文先分析了鱼肉仿真食品市场需求和生产现状，通过对仿真虾仁的分析以及与传统加工工艺的对比从理论上来验证采用挤压机鱼肉仿真食品的工艺可行性和经济可行性。
其次，分析单螺杆挤压机与双螺杆挤压机的特点以及生产工艺的需要，确定了先通过单螺杆挤压机进行蒸煮、搅拌，再用双螺杆挤压成型机成型的生产流程。
在现有挤压机的基础上，并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法，根据鱼肉仿真食品的的特殊工艺要求，对挤压机的关键部位进行了相应的改进。
本文详细的介绍了挤压机的主要零部件分配箱、螺杆、机筒等的结构设计，并进行了相应的校核计算；对主要传动零部件如分配箱大小齿轮，带轮、从动轴、键等进行了设计和强度校核，并对轴承承载能力、寿命进行了校核计算;本文还涉及了挤压机一些辅助元件如加料系统、加热冷却装置、模头装置的选择要求,并进行了简单的设计。
最后，本文介绍了一些关于挤压机的安装、操作、控制和维护等方面的内容。
关键词：
鱼肉仿真食品；双螺杆挤压机；加料系统；传动零部件
ABSTRACT
Thisarticleanalyzedthefoodsimulationmarketdemandandtheproductionpresentsituationfirst,throughanalysistotheprawncrackerandaswellaswiththetraditionalprocessingcraftcontrastfromthetheorytousetheextrudertoproducethefoodcraftfeasibilityandtheeconomicalfeasibility.Next,analyzesthesinglescrewrodextruderwiththedoublescrewrodextrudercharacteristicaswellastheproductioncraftneed,haddetermineddigestionandagitationthroughthesinglescrewrodextruderfirst,thenusesthedoublescrewrodtoextrudetheshaperformationtheproductionprocess.Inthebaseoftheextrudersinexistence,wereferencedthematuremeansofextruderdesigninourcountryandabroadandthespecialworkingcraftworkrequiresofthesnackfoods,then,weimprovedthekeystructureofextruder.Inthistext,weintroducedthestructuredesignofextruderindetail,particulartothemajorparts:
assignmenttank,screw,barrelandsystemsanalysisandcalculating.Tothoseimportanttransmissionparts:
thebiggearandthesmallgearsinassignmenttank,stripwheel,drivingspindle,key,wemadeadesignandchecktheintensity.Andwecalculateandcheckthecarryingcapacityofthebearingparticularly.Wealsorefertothechoosingrequirementsoftheaccessories:
heatingandcoolingsystem,die,knifeequipment,andmadeasimpledesign.Intheendofthetext,theinstalling,operation,controllingandrepairingoftheextruderwerealsointroduced.
Keywords:
Fishfoodsimulation;Twin-screwExtruder；chargingsystem；Transmissionparts
1绪论
1.1项目背景及重要性
1.1.1鱼肉仿真食品的市场需求
二十一世纪是海洋的世纪，海洋占地球的总面积的百分之70以上，蕴藏的自然资源极其丰富，它是全球生命支持系统的基本组成部分，可以保证人类社会可持续发展。
当今世界越来越多的国家己将幵发海洋作为获取资源、扩大人类生存空间、推动经济发展的战略重点。
我国是一个海洋大国，海洋领域辽阔，海洋资源丰富，开发前景巨大。
海洋经济将成为21世纪中国新的支柱产业。
我国又是个淡水渔业大国，有着广阔的内陆水域，水产品资源很丰富。
1978年以后，我国淡水渔业的发展非常迅速。
1979年全国水产品总产量仅为470万吨，1989年增至1150万吨，到1993年的1500万吨，香港回归时己达3206万吨。
海洋资源与淡水资源中，又数鱼类产量最为丰富。
仅淡水鱼产量而言，1990年的产量己达523万吨，1995年为1078万吨,1997年更是达到1425万吨。
鱼类食品是公认的优质保健食品，它富含蛋白质，并且其蛋白质易被人体消化吸收，利用率高，鱼类不仅脂肪含量少而且多由不饱和酸组成，其营养价值远远髙于其它动物脂肪，鱼肉中的钙、锌、磷等无机盐比畜禽肉类高，经常食用鱼肉，可以促进人们膳食结构的合理性，促进少年儿童骨骼生长，加快青少年的身体发育，预防中老年人因缺钙而引起的骨质疏松症。
鱼体内还含有丰富的亚油酸、亚麻酸和一定量的二十碳五烯酸，二十二碳六烯酸。
它们是构成人脑极为重要的营养素，决定人的智力水平，在国际上被誉为“能使人聪明的食品”。
日本有一种说法“食鱼能使头脑变得聪明”，它还具有降低血脂、抗血栓和健脑益智的功效。
因此对现代人类来说，鱼肉不仅可以提供维持身体机能的不可缺少的营养物质，而且能起到强身健体、延年益寿的作用，因而，鱼肉食品在人们生活中不可或缺。
鱼类中有价值较高的经济鱼类，同时也有数量可观的低值鱼类，随着海洋渔业的生产发展，经济鱼类产量逐年减少，小杂鱼、低值鱼的产量逐年增多。
淡水养殖鱼类中鲢鱼等低值鱼产量非常庞大，举个实例在浙江省千岛湖水库、河流中数鲢鱼产量为最大。
但这些低值鱼由于食用不便、口感不佳，根本没有得到很好的利用，产区中有大量的低值鱼不是被低价抛售，就是因为无人问津而腐烂掉，这就导致优质鱼肉蛋白的浪费，不仅渔民的收入降低，还造成对环境的污染。
如何加工低值小杂鱼，充分开发这些无人问津的蛋白质资源，已引起了世界各国的关注。
在利用这些低值鱼方面，将其加工成鱼糜制品是最有效的途径。
目前鱼糜的生产工艺己经非常熟练，江苏省就有几家较大的鱼糜生产企业：
中外合资舟山兴业有限公司、中外合资龙生水产制品有限公司玉环分公司等，鱼糜生产能力较大，但仅作为鱼丸等初级鱼糜制品的原料，所以造成了幵工的不足、设备浪费。
大力开发鱼肉仿真食品，是积极消化井增加鱼糜产量的最佳方法。
鱼肉仿真工程食品《简称仿真食品》[2]，是符合国际发展趋势的新一类鱼糜制品，具有代表性的制品有模拟虾仁、模拟蟹腿等。
仿真食品以鱼糜为主要原料，辅助添加一些营养配料，通过特殊的加工工艺和手段生产成某种生物体的仿真制品，除了要求制品外形逼真，最重要的是制品品质要与被仿生物体相一致。
仿真食品由于附加营养值高、外形美观、营养丰富、使用起来方便，被广大人们接受，特别适宜未成年人和老年人。
基于我国对仿真食昴研究落后现状和美好前景，中国食品工业协会于1996年制定出《“九五”全国食品工业科技发展纲要建议》[3]中把“应用低值鱼为原料加工鱼糜的科技成果，并进一步加大仿真工程食品的新技术的推广应用，提高产品技术含量和附加值”列为食品工业水产品行业的重点发展方向。
仿真食品的研究开发，由于制品外形与品质要一致的特殊要求，只能将加工工艺与加工设备作为一个有机整体来研究，再加上研究方面的基础研究没有跟上，因此难度较大。
不过一旦研究取得成功，必将会带来良好的经济效益和社会价值。
目前，我国水产品加工量仅占总产量的百分之十。
大部分水产品的销售以鲜活为主，而领国日本的水产品加工量达到了70%。
鲜活的水产品，由于存在保活运输、保鲜储存等关键技术难点，所以市场难以全面长期提供，为了提高水产品附加值、防止水产品的早期腐败，进行水产品的加工以及对加工品废弃物的综合利用是必由之路。
由于水产品生产的集中性、季节气候性以及原料的易腐性，对应的水产品加工要求必须提高，也为水产品加工提供更为广阔的发展平台。
一.水产品加工内容
水产品加工与综合利用的研究内容：
研究开发出丰富多样、适应最广大人民多种消费多种层次需求的系列化加工产品，以及完成水产生物活性物质的提取、加工。
水产加工品包括食品、药品、工农业用品以及生活用品。
大部分是食品，包括水产冷冻食品、水产腌制品、水产干制品、水产罐头以及鱼糜制品，水产综合利用加工品大多作为农业用品（如鱼粉饲料、肥料等〕、药品（如鳖甲胶）、工业，生活用品（如鱼皮胶、鱼肝油）
水产加工方法可分为传统加工和现代加工两大类。
传统加工主要指腌制、干制、熏制、糟制和天然发酵。
不过随着制冷技术的出现，冷库的普及，水产品传统加工被现代加工所取代，即使传统加工也釆用新技术，出现了罐头食品、鱼糜制品等，水产加工对象已经涵盖了海藻类、贝类与棘皮动物、虾蟹类、鱼类与爬行类等各种主要水产品甚至是海洋食品。
二．水产品加工研究
水产品加工与综合利用研究，重点硏究方向是水产品的精深加工以及养殖技术，特别是低值海淡水产品的加工增值技术。
国际社会上普遍的水产品加工研究方向是方便水产食品、风味水产食品、保健水产食品、美容养颜食品。
研究低值海淡水产品的加工增值技术，开发出低值海淡水产品的方便水产食品、风味水产食品、美容水产食品，以满足消费者对日常生活、食品爱好、保健美容等需要，发展前景广阔。
国内针对海藻类、贝类与棘皮动物、虾蟹类水产食品的研究，已经取得了一些成果，开发了许多新的水产食品，如最新研究幵发的水产加工品有混合发酵海带饮料，螺旋藻保健食品，翡翠贻贝肉海鲜调味料，冷冻虾、蟹、贝肉系列产品，蟹酱、虾酱、虾油等发酵制品，翡翠贻贝肉海鲜调味料，等等。
三.鱼肉制品加工
鱼类加工品种也很多，形成形态各异的鱼肉制品。
鱼肉制品按加工过程可以分为两大类，一类属于非鱼糜制品，另一类就是鱼糜制品。
非鱼糜制品，是将鱼原料经过一些常规处理后，将连鱼皮、鱼刺的鱼肉进行冷冻、腌制、干燥、调味、发酵等一系列方法加工而成。
包括有冷冻鱼肉制品、干制鱼肉制品、调味鱼肉罐头制品、发酵鱼肉制品及鱼肉综合利用制品等。
冷冻鱼肉制品是将鱼原料进行形态处理更或者同时添加一些辅料后冷冻起来的一类制品，由于加工处理较简单，这类制品不但种类全数量多也便于购买，制品有冻带鱼、冻黄鱼等。
不过由于贮存占用冷库空间较大，所以产量受限。
干制鱼肉制品属于传统加工品，包括腌干制品、淡干制品和调味干制品，其中调味干制品的开发是近年来的加工新品，开发的品种有鱼松（鱼绒）、鱼片等。
调味鱼肉罐头制品，是经预处理、调理、杀菌的熟食品，幵罐即可食用，在日本以及现在许多中国城市普遍喜爱的豆豉鲮鱼罐头就是这类制品。
发酵鱼肉制品是釆用生物化学技术研制的一类制品属于水产调味类，如鱼露（鱼酱油）。
鱼肉综合利用制品是利用加工鱼骨刺、内脏、皮、鳞生产的鱼粉、鱼油、鱼胶等制品。
日本鱼类的消费量有所下降，原因主要是三个方面：
鱼有独特的鱼臭味，所以女性有人不喜欢；鱼刺取出困难，食用不便，使用不注意会有生命安全问题；烹调困难，特别是年轻人几乎不会烹调。
如果把鱼肉中骨刺预先剔除，又经过调味，作成只要简单烹调即可食用的方便食品，这样就会有更多的青少年喜欢这种食品，这种食品就是鱼糜制品。
鱼糜制品，即鱼肉练制品，是将鱼原料经过一系列清洗、分割、采肉、漂脱水洗、添加辅料、擂溃等处理后形成的粘稠鱼肉糊，再进行成型、加热制成的鱼肉食品。
由于釆肉过程中鱼肉与鱼皮、鱼骨剌分离，制品就没有鱼骨剌了，方便食用。
鱼糕、竹轮、鱼肉丸子等龟糜制品在制造过程中，还保留了鱼肉的营养成分和保健功能成分，鱼糜制品不仅有较髙的营养价值，而且分离下来的下脚料鱼皮、鱼骨刺也可以通过综合利用，生产免皮胶高钙鱼骨粉，进而开发新食品，如钼鱼骨粉和大米制成膨化即食鱼羹。
四．鱼肉仿真工程食品[4]
鱼肉仿真工程食品（仿真食品），也有人称之为模拟食品、人造食品、仿生食品、仿造工程食品等。
仿真食品是将鱼原料经处理加工成鱼糜后进一步加工成模仿天然食品的新型鱼糜制品。
仿真食品是低值鱼类深精加工的最佳途径，符合国际水产品加工的潮流发展，也被中国食品工业协会确定为食品工业的重点发展方向之一。
日本、美国、韩国等重视水产加工理论与应用的研究，尤其在仿真食品研究方面走在前列，研究开发的模拟蟹肉、模拟虾仁等仿真食品已达到了工业规模化生产的水平。
目前己开发或者正在研究的品种有仿生（模拟）蟹肉、仿生〔模拟〕虾仁、模拟贝肉、模拟干虾仁、模拟火腿、模拟南瓜、模拟鲍鱼肉、久仿生墨鱼、仿生海胆、海味牛排阅、海洋牛肉等。
不过，我国这些仿真食品的研究，只是停留在工艺研究或探讨阶段，离产业化、工业化生产还有一段很大距离。
我国在该方面硏究相对落后，虽然有吴光宏、张金亮等专家在进行淡水鱼模拟蟹腿肉的工艺研究试验，不过自主开发仿真食品的生产设备几乎没有。
虽然仿真食品发展迅速，然而由于仿真食品生产技术研究不足，开展时间短等问题。
影响了我国仿真食品产业的发展。
1.1.2鱼肉仿真工程食品加工现状及分析
1.鱼肉仿真工程食品的加工原理
日本式鱼糜制品的主要品种是模拟蟹腿等仿真食品，通过四种加工方法获得，即压模型、纤维型、复合压模型和乳化型。
压模型是通过单挤压或共挤压将鱼糜糊压制成需要形状，并使其凝固，形成弹性凝胶体。
纤维型是将鱼糜糊通过有窄的开口的长方形喷嘴挤压成薄片，然后将薄片加热凝固，切成所需宽度的条，将条状物经过成形机拧成绳状。
复合压模型是将肉条与鱼糜糊混合后挤压成所需的形状，制成咀嚼感较好、组织结构均匀、弹性较高的制品。
乳化型是加入油脂乳化后的鱼糜糊灌入包衣中加热凝固。
2.鱼肉仿真工程食品的加工工艺流程
仿真食品的质量可以分解为三部分质量，它们是：
口味、口感和外形。
加工工艺也可分解为调味部分工艺、配合部分工艺和成形部分工艺。
调味部分工艺
该部分工艺保证制品的口味与被仿真对象相似。
例如，模拟蟹肉制品要有蟹肉的风味，模拟虾仁制品应有天然虾仁独特的风味；而鱼肉风味存在着一些不足，而且作为多次漂洗的鱼糜，漂洗过程中呈味液流失，致使鲜味不足，通常要在成形前在鱼糜中添加鲜味剂，高质量鱼糜制品要加特殊风味调味料。
在日式鱼糜制品板式鱼糕、鱼肉汉堡、烤章鱼风味鱼糕、鱼卷中添加不同风味的调味料，而在模拟虾仁、模拟蟹肉等仿真食品中要添加前文所介绍的虾蟹风味的海鲜调味料。
配合部分工艺
该部分工艺确保了制品的组织质地相似于被仿真食品。
例如，模拟虾仁制品应有天然虾仁独特的纤维组织、强劲的弹性和咀嚼性。
在鱼糜糊中加入适量的食用纤维是模拟虾仁生产的关键，同时加入少量真虾肉糜及虾汁提取液或虾味素可使模拟虾仁产品更加完善。
由于鱼肉弹性主要源于鱼肉肌原纤维的凝胶强度，尽量提高鱼肉蛋白凝胶强度，可以得到较好的弹性。
然而，鱼肉纤维较短，难以形成类似虾仁的纤维结构和咀嚼性。
美国专利介绍，用鱼肉模拟虾、对虾、尨虾肉时，一份鱼糜中要加入0.2〜2.5份具有三维网状结构的可食性纤维。
最理想的方法是将鱼肉蛋白纤维--组织化鱼肉蛋白作为可食性纤维添加到以低值鱼类加工的仿真食品中，组织化鱼肉蛋白可以被大量的添加到鱼糜糊中，从而保证成品中流失的蛋白质。
在后釆用物理化学方法使鱼肉蛋白质变成纤维状。
目前鱼肉蛋白纤维制作方法有单向冷冻法、压延切丝法、纺丝粘结法（喷丝法）、挤压膨化法、高压组织化法、挤压喷丝凝胶法（注射挤出法〉）等。
本文中的研究方法为挤压膨化法。
a.挤压膨化法工艺流程
原料-预处理-进料-挤压-在加工-成型-包装
b.挤压膨化法工艺特点
挤压膨化法是利用原料蛋白质（变性或没变性的）在高温、高压及剪切力的作用下，使蛋白质发生定向排列形成组织结构，最后由于温、压突降而产生膨化，获得组织化蛋白。
挤压膨化是生产的关键工序，喷爆机或称挤出机是生产的主要设备
3．国内生产现状
仿真食品的生产工艺与设备，由于制品品种的有所区别，在如何使制品成形、如何保证制品品质等方面存在一些共性问题。
因此本次的研究思路是，通过其典型制品一模拟虾仁的生产工艺和设备研究为模板，从而进行仿真食品的研究。
鱼糜糊是形成模拟虾仁质地、口味的基础。
鱼糜糊可按成熟的鱼糜糊工艺获得，其工艺为:
原料鱼一预处理〔去鳞、内脏、头尾、主骨刺〉一釆肉--漂洗一脱水一碎肉（精滤）一配料一擂溃（斩拌〉―鱼糜糊。
也可以用冻鱼糜，经解冻一碎肉一配料一擂溃一鱼糜糊。
模拟虾仁制品应该有逼真的虾仁外形模具，需要进行成形。
美国专利介绍的方法：
虾仁成形方法大致有以下几种：
冲压成形、滚切成形、浇注成形这三种方法。
鱼糜糊只有通过加热凝胶后才能定形，因此要求鱼糜糊能保持在一定形腔中进行加热凝胶。
浇注成形较容易实现，可以设想有一副可开合的模具，闭合后的模具内有大虾仁形状的内腔，将鱼糜糊浇注到模具内腔中，再将模具进行加热，等凝胶可脱模后，打开模具，成形后的虾仁落下。
浇注成形方法也可以应用于模拟蟹肉、模拟贝肉的成形。
1、仿真食品应用基础研究
研究影响仿真食品生产工艺、生产设备、制品质量等基础问题，主要是对鱼肉特性以及鱼肉特性与仿真食品工程技术关系的研究。
在鱼肉特性研究方面，对鱼肉的研究成果很多可以借鉴；在制定仿真食品工艺时，可以参考或采用国外研究的鱼肉凝胶体弹性、强度提高措施。
鱼肉流变特性虽然有人作过研究，但针对鱼糜糊特性的流变测量方法还有待探讨，具体的流变特性系数有待进一步确定。
在鱼肉特性（主要是鱼肉流变特性）与仿真食品工程技术的关系研究方面，经文献检索尚未见完整报道。
由于仿真食品加工中涉及鱼糜糊的输送流动，而流动过程的压力、流量，乃至生产能力、设备功率等都与鱼糜的流变特性有关系。
找出它们之间的关系，用于指导食品食品工程技术的研究，是本文的研究内容。
2、仿真食品生产工艺研究
仿真食品质量主要表现在口味、口感和外形上，通过鱼糜糊工艺、鱼丝工艺、仿真食品成形工艺反映出来。
目前鱼糜糊工艺已比较成熟，包括配方和工艺流程。
从而适合机械化生产。
3、仿真食品生产设备研究
仿真食品生产设备是仿真食品产业化的关键，虽然国外有仿真食品成形设备的报道，但国产化而且符合国情的中小型仿真食品成形设备还没有大批成型。
研究中小型仿真食品生产设备，在国内推广的使用，也是本文的研究内容之一。
1.2研究的主要内容
利用双螺杆挤压机压缩得到的鱼肉膨化食品具有禽肉的咀嚼感，可以作为基料生产出各种不同口味的模拟肉食品，可以有效合理的开发利用各种低值动物性蛋白源，可以生产出高附加值的产品及相关新型产品；另外由于原料处理只需去除鱼头和内脏、无需剔除鱼骨，不仅提高了营养价值，而且更加高效、简单。
便于工业化生产。
改变了单螺杆挤压机不能对湿料进行挤压处理的缺陷，为高湿的蛋白原料如鱼类、家畜和家禽碎肉下脚料的组织化提供了可行途径。
通过查阅资料确定设计的基本参数，如产量、物料的含水量、螺杆的转速范围、加热的温度和出料的含水量及状态等。
通过双螺杆挤压机来改善单螺杆挤压机不能对湿物料进行加工处理的缺陷。
提供一种简单高效、可模拟出禽肉咀嚼感的鱼肉挤压膨化食品加工方法。
鱼肉加工双螺杆挤压机膨化机的设计包括机筒、与动力装置连接的第一螺杆、第二螺杆，传动系统和加热出料系统的设计和绘制。
2双螺杆挤压机设计
2.1双螺杆挤压机的工作原理
⑴强制输送
根据双螺杆的旋转方向，啮合程度和螺纹参数的不同，双螺杆的啮合部分可构成在横向和长度方向是全开的全闭的，或半开半闭，因而形成的C形小室可以是相互连通的，也可以是完全封闭的。
全啮合同向旋转的双螺杆，由于两根螺杆在啮合处的螺纹相反，螺槽中的物料可以通过啮合螺纹间的通道进入另一根螺杆的螺槽，啮合螺纹对螺槽中物料的阻力同样有推进物料的作用。
⑵混合作用
图2-1同向旋转，物流在双螺杆螺槽中的流动情况
由于同向旋转双螺杆在啮合处的速度方向相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆（如图1所示），呈“∞”型前进，料流的方向改变，有助于物料的混合和均化。
⑶自洁性能
同向旋转的双螺杆，在啮合处
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