文佳星 李 維

（西京學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安710123）

食用油是人們的生活必須品，隨著近年來植物油產(chǎn)量下降，原料供應(yīng)不足，榨油機(jī)械設(shè)備的落后成為制約食用油量產(chǎn)和高質(zhì)量的重要原因之一。就目前為止，壓榨法和浸出法為主要制油工藝。即1900 年，美國生產(chǎn)第一臺連續(xù)式螺旋榨油機(jī)后，制油方式從傳統(tǒng)間歇式變?yōu)檫B續(xù)式榨油。為提升生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)，大力發(fā)展榨油機(jī)至關(guān)重要。

螺旋式榨油機(jī)通過榨膛內(nèi)受到剪切力和擠壓力，油料在榨螺的帶動下轉(zhuǎn)動并最終取出。在此過程中螺旋榨油機(jī)由于壓榨出油率高且節(jié)能并保持高天然性的特性，已經(jīng)成為目前廣泛采用的榨油方式。

1 螺旋榨油機(jī)械研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

在國外，對于榨油機(jī)的研究已經(jīng)有了上百年的歷史，并對螺旋榨油機(jī)出油率的各個主要因素進(jìn)行測試與分析。其中，尼日利亞學(xué)者T-O-Omobuwajo 對壓力與油流速率進(jìn)行考證并作出理論預(yù)計(jì)模型[1]。美國公司Vicent 工作人員對雙螺桿壓榨機(jī)的研究，利用兩根互相嚙合的螺桿設(shè)計(jì)出反向旋轉(zhuǎn)的平行雙螺桿壓榨機(jī)。此項(xiàng)發(fā)明在降低滑移和加強(qiáng)物料正向位移上有了明顯效果。通過在榨籠上固定齒狀刮刀插入螺旋隔圈內(nèi)，達(dá)到攪拌和防止阻塞的效果。

1936 年，由美國人ANDREAS HARTNER HANS 研制出雙螺桿榨油機(jī)，此雙螺桿長度相等，提高了油料入口處的壓榨效率。壓榨過程中油料在榨膛內(nèi)受到強(qiáng)力的擠壓和剪切作用而變形破裂，為了提高壓縮比，使油料在壓榨壓力逐漸增大到壓榨點(diǎn)，ANDREAS HARTNER HANS 設(shè)置兩螺桿的螺距逐漸減小，從而達(dá)到更好壓榨效率，提高出油率[2]。

日本第一臺雙螺旋榨油機(jī)研制于1990 年。法國Speichim公司設(shè)計(jì)出的壓榨生產(chǎn)裝置，其加工速度可達(dá)到12t*-1。英國Simo-Rosedowns 通過螺旋滲氮技術(shù)和利用鎢鉻鈷硬質(zhì)合金處理螺旋榨油機(jī)[3]，使其可承受高壓力。

對螺旋榨油機(jī)進(jìn)行水冷處理。防止榨膛內(nèi)因高溫灼燒出現(xiàn)有害物質(zhì)，有效提高了油品。而采用的雙螺旋進(jìn)料裝置為強(qiáng)制喂料，壓榨能力可達(dá)到40～65t/d。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對于螺旋榨油機(jī)榨油的研究已經(jīng)有了至少70 年的歷史。李詩龍等人以雙底油菜籽脫皮籽仁為基礎(chǔ)，在冷榨過程中提出了關(guān)鍵技術(shù)，即雙階多級壓榨的冷榨結(jié)構(gòu)模型。在H,J 拉澤洪等人的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了壓縮腔內(nèi)數(shù)次擠壓和松弛，增大主要壓榨段的壓力，有效提高出油率。為我國榨油機(jī)技術(shù)做出重要貢獻(xiàn)。

而北京食糧科學(xué)研究所與核工業(yè)天津理化工程研究院協(xié)作研制出YZYXD 型螺旋榨油機(jī)。該機(jī)器利用水冷技術(shù)與溫度傳感器的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對壓榨過程中溫度變化的實(shí)時監(jiān)控，而出油溫度低于70℃。武漢糧農(nóng)機(jī)械制造和武漢工業(yè)學(xué)院合作開發(fā)出LYZX 系列螺旋榨油機(jī)，其第二次壓榨殘油率不超過8%。

2 螺旋榨油機(jī)主要部件研制問題

2.1 單螺桿主壓榨段

榨油機(jī)通過榨螺推進(jìn)物料并產(chǎn)生擠壓和摩擦作用?？刹捎锰籽b式結(jié)構(gòu)，以便更換。如圖1，榨籠包裹螺桿部分，由聯(lián)軸器將入料端與減速機(jī)連接，出餅端主軸與冷卻部件連接。物料經(jīng)過錐底螺旋后壓力得到釋放，內(nèi)部形成新油路。就目前市場使用情況可以看出，由于設(shè)計(jì)簡單且價格便宜而廣泛使用。但由于輸送物料方式主要通過摩擦，使其加料性受到限制，且無機(jī)填料、玻璃纖維等類似物料難以加入。當(dāng)機(jī)頭壓力較高時，逆流增加，使生產(chǎn)率降低。單螺桿排氣基礎(chǔ)有機(jī)物料在排氣區(qū)表面更新作用小，不適于聚合物著色等加工工藝[4]。

圖1 榨螺部件示意圖

2.2 雙螺桿榨油機(jī)機(jī)構(gòu)

由于對出油品質(zhì)的要求提高，雙螺桿榨油機(jī)的發(fā)明逐漸符合了社會的要求。對于小型雙螺旋低溫榨油機(jī)，通過主傳動系統(tǒng)、扭矩分配機(jī)構(gòu)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、壓榨機(jī)構(gòu)及機(jī)架等組成，如圖2 所示。其壓榨機(jī)構(gòu)由兩根平行布置的榨螺組成且逆向旋轉(zhuǎn)。剪切環(huán)形狀為曲邊三角環(huán)，通過改變鍵槽與三角頂點(diǎn)之間角度，錯位安裝成刀刃螺旋，此方法提升了油料的壓榨效果[5]。

圖2 小型雙螺桿低溫榨油機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

普通中大型雙螺旋低溫榨油機(jī)的榨螺長徑比一般為12～25個，由6～8 節(jié)螺旋組成，小型雙螺旋低溫榨油機(jī)相對于傳統(tǒng)雙螺旋榨油機(jī)結(jié)構(gòu)，增加了剪切環(huán)，減少了螺旋數(shù)量，只有4 節(jié)螺旋，榨螺長度縮短，簡化了榨螺結(jié)構(gòu)。剪切環(huán)需成組使用，每組的個數(shù)為3～5 個，理論上各剪切環(huán)之間的錯位角度與輸送能力成反比，綜合剪切作用與增壓作用。在油料壓榨過程中，剪切環(huán)主要作用為破壞油料顆粒、增加壓力、打開油路。

由于在榨油過程中，容易出現(xiàn)前級榨螺出油率高而后級出油率低的狀況，其主要原因是原材料中含水量不合適。因此為達(dá)到更高的出油標(biāo)準(zhǔn)，可通過逐漸增加可塑性，當(dāng)水分含量達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)值時，出油情況最佳。對于油料作物，在達(dá)到壓榨效果較好情況下，出現(xiàn)臨界水分范圍，該范圍受到溫度影響。溫度升高則可塑性提高，溫度降低則可塑性降低[6]。

增加過濾裝置，在榨油過程中，由于有料渣飛濺進(jìn)入油槽，倒置油品內(nèi)混油雜質(zhì)，因此，需要考慮后期過濾問題，增加濾網(wǎng)篩選油品，或在濾網(wǎng)上增加濾布。為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)，如圖3。

圖3 雙螺桿榨油機(jī)濾油系統(tǒng)及總體結(jié)構(gòu)圖（去除外罩及半個殼體）

3 三級螺旋榨油機(jī)

榨膛和榨桿是榨油機(jī)出油率高低和油料壓榨過程中穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在，也是三級螺旋旋榨油機(jī)的核心部件，由于榨條式榨膛的榨圈數(shù)量多，導(dǎo)致加工難度大，組裝麻煩且成本高，存在嚴(yán)重問題，出油率偏低。為此榨筒式榨油機(jī)在普通榨油機(jī)的基礎(chǔ)上，采用多個榨圈或者榨條，榨筒與榨膛連接一體。使榨筒外表面與榨膛連接成圓弧面，通過緊密連接，加熱部件熱量傳導(dǎo)速度快且分布均勻。對比而言，榨筒式三級螺旋榨油機(jī)比普通榨條式三級螺旋榨油機(jī)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，出油率高，干餅殘油率也更低[7]，如圖4。

圖4 榨膛部分零件圖

4 結(jié)論

不管是單螺桿還是雙螺桿榨油機(jī)都存在各種問題，對油料水分及溫度的控制是重中之重，需要從機(jī)械設(shè)計(jì)與材料使用調(diào)節(jié)的角度進(jìn)行改正。

隨著社會的發(fā)展，人們?yōu)榱双@得更多更好的食用油，機(jī)器制造業(yè)逐漸成為熱門行業(yè)。為解決現(xiàn)存在的各種必要問題，必須積極改進(jìn)，提高風(fēng)險(xiǎn)意識。在今后過程中，上述問題也會在工作中進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。