螺旋式连续榨汁机的设计

螺旋式连续榨汁机的设计

摘 要：螺旋式连续榨汁机是采用压缩体积的方式使果料的固体与液体成分分离，榨取汁液。

本文的螺旋连续榨汁机介绍了以压缩体积为基础的榨汁机的设计要点、工作原理和设备组成。设计通过研究榨汁机的变径、断续、变螺距螺杆，使果料得到充分压榨，从而达到提高出汁率的目的。也更能提高工厂生产率，降低成本，提高效益。

关键词：螺旋连续榨汁机；分离；压榨；出汁率；

The Design Of The Spiral Continuous Juicer Abstract: The spiral continuous juicer isolates the solid and liquid components from the fruit, and then squeezes the juice by the method of compressing

volume. This paper mainly introduces the design features, works and equipment of the Juicer, which is based on compressing volume. By researching the Variable diameter, intermittent, variable pitch screw of the juicer, the design can help the fruit to be fully squeezed, and then the goal that improving the juice yield will be achieved. It also helps to improve plant productivity, reduce costs and improve efficiency.

Key words: spiral continuous Juicer；separate ；press ；juice yield

目 录

摘要 .................................................................... 2

关键词 .................................................................. 2

1 前言 ................................................................. 2

2 研究现状 ............................................................. 1

3 作用原理 ............................................................. 2

4 影响出汁率的因素 ..................................................... 2

5 总体方案设计 ......................................................... 2

5.1 整体布局设计 .................................................... 2

5.2 工作原理 ........................................................ 3

5.3 螺杆部设计 ...................................................... 3

5.4 螺杆螺旋直径和螺距的设计 ........................................ 4

5.4.1 螺杆转速的确定 ............................................ 4

5.4.2 螺距的确定 ................................................ 4

5.5 功率计算 ........................................................ 5

6 选择电动机 ........................................................... 7

6.1 选择电动机功率 .................................................. 7

6.2 确定电动机转速 .................................................. 7

7 计算总传动比和分配传动比 ............................................. 8

8 计算传动装置的运动和动力参数 ......................................... 8

8.1 各轴转速 ........................................................ 8

8.2 各轴的输入功率 .................................................. 9

8.3 各轴转矩 ........................................................ 9

9 设计V 带 . .......................................................... 10

9.1确定计算功率P ca ................................................. 10

9.2 选择V 带的型号 ................................................. 10

9.3 确定带轮基准直径D 1和D 2 ....................................... 10

9.3.1 初选主动轮的基准直径D 1 .................................... 10

9.3.2 验算带的速度V ............................................ 10

9.3.3 计算从动轮直径D 2 ........................................ 10

9.4 确定传动的中心距a 和带长L d .................................... 10

9.5 验算主动轮的包角a 1 . ............................................ 11

9.6 确定V 带的根数Z ............................................... 11

9.7 确定带的初拉力F 0 .............................................. 12

9.8 求带传动作用在轴上的压力Q ..................................... 12

9.9 V带设计计算 ................................................... 12

10 带轮的设计 ......................................................... 13

10.1 材料 .......................................................... 13

10.2 带轮的形式 .................................................... 13

10.3 带轮尺寸设计计算 .............................................. 13

11 联轴器的选用 ....................................................... 15

12 螺旋轴的设计 ....................................................... 16

12.1 材料的选取 .................................................... 16

12.2 拟订轴上零件的装配方案 ........................................ 16

12.3 初步确定轴的最小直径 .......................................... 16

12.4 根据轴上定位的要求确定轴的各段直径和长度 ...................... 17

12.5 轴上零件的周向定位 ............................................ 17

12.6 定圆角半径值 .................................................. 17

12.7 按弯扭合成条件校核轴的强度 .................................... 17

12.7.1 轴的计算 ................................................ 17

12.7.2 求轴上所受作用力的大小 .................................. 19

12.7.3 轴垂直面内所受支反力 .................................... 19

12.7.4 作弯矩图 ................................................ 19

12.7.5 作扭矩图 ................................................ 19

12.7.6 作当量弯矩图 ............................................ 19

12.8 校核轴的强度 .................................................. 19

13 筛筒部设计 ......................................................... 19

14 轴承端盖的设计 ..................................................... 20

14.1 材料 .......................................................... 20

14.2 凸缘式轴承端盖各尺寸计算 ...................................... 20

15 总结 ............................................................... 21

参考文献 ............................................................... 22

致 谢 ............................................................... 22

1 前言

所谓榨汁，就是推进一个物体（挤压面），把由固体、液体和气体物质所组成的混

合物中的液体和气体物质从一个有限的空间（挤压室）中挤压出去的过程。如果挤压设备合理，就可以只把气体和液体物质从挤压室中挤压出去，而把固体物质仍然留在挤压室中。

传统的螺旋榨汁机主要工作部件为螺旋杆，采用不锈钢材料铸造、再精加工而成。

其直径沿废渣排出方向从始端向终端逐渐增大，螺距逐渐减小，因此，它与圆筒筛相配合的容积也越来越小。果浆所受压力越来越大. 压缩比可达1：20. 果蔬汁通过回简筛的孔眼流出口圆筒筛常用两个半圆筛合成。外加两个半圆形加张骨架。通过螺栓紧固成一体，螺旋杆终端成锥形，与调压头内锥形相对应。废渣从两者锥形部分的环状空隙排出。通过调整空隙大小. 即可改变出汁率。可根据物料性质和工艺要求。调整挤压压力，以保证设备正常工作。

螺旋式榨汁机虽然结构简单，故障少，生产效率高，但所制得的果蔬汁中混浊物

含梦高，果蔬汁氧化剧烈，出汁率低。

进入21世纪后，随着我国水果产量的大幅度提高和鲜销市场的逐渐饱和，“卖果

难”愈演愈烈。另外，由于我国经济实力的增强及人民生活水平的提高，果汁加工业又进入一新的发展时期。榨汁机是果品行业的重要组成部分。。因此，对榨汁机设备的研究势在必行。要求设计研究出结构简单、成本低、效率高的榨汁设备。

2 研究现状

根据研究工厂所使用的榨汁机一般是以下两种：

1、螺旋榨汁机，在我国广泛应用，结构简单、故障少、生产效率比较高。但出汁

率低，大多情况下40-60%，浑浊物>3%;

2、带式榨汁机，连续作业，工作效率高，适合大规模生产。出汁率高，78%左右。

带式榨汁机是国内外果汁生产最先进的榨汁设备。

螺旋式连续榨汁机以其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点而得到广泛应用。

就目前来讲, 螺旋式连续榨汁机主要应用在食品方面, 用于榨取苹果、梨、番茄、菠萝、桔子、胡萝卜等果蔬的汁液。而本设计的研究意义在于改进螺旋榨汁机的生产效率，提高处置率。

由于在初榨汁中含有较多的浑浊物，影响果汁的浓缩和最终产品质量，需要对初

榨汁进行净化处理，主要用各种分离超滤设备，并在分离时进行澄清处理，以提高分

离因数和效率。

3 作用原理

将输送来的浆料浓缩到适合热分散的浓度，主要是依靠旋转的螺旋将浆料输送到

出料端，依靠锥开的轴及逐渐缩小的螺旋叶片的节距，浆料被挤压，压力逐渐增大，滤液则分别通过轴内脱水装置进入滤液槽。

4 影响出汁率的因素

1、挤压力：在一定压力范围内，出汁率同挤压力成正比。但这个范围很关键。

2、果浆泥的破碎程度

3、挤压层的厚度

4、预排汁

5、榨汁的助剂，有无助剂，影响出汁率最多达11.7%。

所以在本设计中应当选择合适的压力，加大果浆泥的破碎程度，适当增加挤压层

的厚度。

5 总体方案设计

5.1 整体布局设计

螺旋压榨机主要有：压榨装置，传动装置，进料装置，电机，出料装置，机座组成。本设计在布局上采用折叠式, 即螺杆、减速器在一个水平面上, 将电机置于另一个水平面上(见图

1) 。这样布置, 一是较大幅度减少了整机长度, 提高了设备刚度, 节省了原材料, 降低了成本; 二是电机与减速器之间采用三角带传动, 起到了缓冲作用, 可避免故障的发生; 三是由于电机位置较低、以及在电机与减速器之间原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时, 烧坏电机或损坏减速器等，故采用三角带传动, 极大地降低了机械振动与噪声[1]。

基本结构螺旋式连续榨汁机基本结构如图1。

1 电机 2 三角带 3 减速器 4 联轴器 5 进料斗 6 螺杆 7 筛筒 8 出料斗 9 集液盘 10 机架

图1 螺旋式连续榨汁机结构简图

Fig.1 Spiral continuous juicer structure diagram

5.2 工作原理

该机构由机架、螺杆、筛筒、减速器、电机等组成。其工作原理为电机1通过三角带2带动减速器3转动, 减速器3通过联轴器4带动螺杆6转动, 物料由进料斗5喂入, 在螺杆6的作用下, 受到挤压, 物料中的水分通过筛筒7流出, 经集液盘9排出机外, 物料在强大的挤压作用下, 汁液越来越少, 最后经出料斗8排出。

5.3 螺杆部设计

通常螺旋式连续榨汁机是靠螺杆在筛筒内旋转, 对物料产生压力，从而使物料中的汁液被强制挤出。螺旋式连续榨汁机螺杆按不同的分类方法有多种型式。如按螺杆螺纹直径分类有等径与变径之分，按螺杆螺距分类有等距与变距之分；按螺杆螺纹型式分有连续与断续之分等。针对本设计加工对象综合考虑, 确定采用变径、断续、变螺距螺杆。变径和变螺距可以通过减小容积而逐步增大压力，断续可增加果浆泥的破碎程度，螺杆上的螺旋共分四段(如图2) 。第一段为喂料螺旋，主要作用是有利于输送物料使物料能顺利的进入挤压腔；第二段是预压螺旋，主要作用是其直径不变而螺距逐渐缩小, 以增加对物料的挤压程度使物料进一步破碎。；第三段、第四段是为变径等距螺旋, 主要作用是增加对物料的进一步挤压, 强制挤出水分。是不断增加对物料的进一步挤压，使水果的果汁被强制挤出。特别是第四段具有增压作用, 进一步提高出汁率。

图2 螺旋轴

Fig.2 screw axis

5.4 螺杆螺旋直径和螺距的设计

螺杆螺旋结构简图如图3[2]。

图3 螺杆螺旋结构简图

Fig.3 Screw spiral structure design

5.4.1 螺杆转速的确定

由于本螺杆工作性质属于压榨范畴，故转速较低。参照榨油机、油料化机、食品榨汁机，决定选用n=130r/min。

5.4.2 螺距的确定

初选螺距，第一段t=50mm，其他各段螺距依次递减。

物料移动速度(m/s)计算：

nt 130⨯0. 05v 0===1.08m/s 6060

螺旋式连续榨汁机的生产能力公式如下：

G=3600F0v 0ρ1Φ (kg/h) （1） 式中:：G —生产率, 本设计取G=1000kg/h；

F 0—螺杆螺旋送料的断面面积(m2) ；

ρ1—物料容积密度，本设计取ρ1=400kg/m；

Φ—充填系数, 本设计取Φ=0.2。

将参数代入得：

1000=3600×F 0×1.08×400×0.2 3

解得：F 0≈0.0321(m2)

根据螺杆螺旋送料的断面面积计算公式：

F 0=π(d02-d 12)

4 （2）

式中：d 0—螺杆螺旋送料的断面大径(m)；

d 1—螺杆螺旋送料的断面小径(m)；本设计根据强度计算得d 1=0.09m； 将有关数据代入得，则可求得：

d 0≈0.2213m

取螺杆螺旋送料的断面大径d 0=0.24 m。

5.5 功率计算

榨汁机的功率消耗包括两方面：压缩物料所消耗的功率；使物料移动消耗的功率。在这里，把轴与轴承摩擦等所消耗的功率算入机械效率中[3]。

设压缩物料所消耗的功率为P 1：

P 1=π(d02-d 12)

4 ⨯n ∆s p max ⨯(1+2+3+„+Z)（W ） （3） 60

130⨯0. 005⨯0. 83⨯106⨯10 60

=2891.5W =0.0321⨯

式中：∆s ——相邻螺距大小之差，m ；