您好,欢迎来到中国油脂网 !

登录| 注册| 我的订单| 我的购物车(0)| 帮助中心
微信公众号

029-88626849

双螺杆榨油机膛内压力分布测试及研究

发布日期:2017-11-06 中国油脂网

 任小聪,陈戈,郑晓,林国祥
 
(武汉轻工大学机械工程学院,武汉430023)
 
摘要:针对目前双螺杆榨油机冷榨技术的理论和实验研究中存在的一些问题,以SSYZ120/12双螺杆榨油机为研究对象设计出一种双螺杆榨油机膛内压力测试系统。通过在SSYZ120/12双螺杆榨油机榨条上开孔安装高温熔体压力传感器测得膛内压力,同时采用电阻应变片电测法,根据粘贴在榨条外表面上的电阻应变片输出的应变数据,计算出膛内压力。选用油菜籽和花生仁进行压榨实验,将两种方法测得的结果进行对比分析,能较好地反映出榨油机膛内的压力分布情况,两种方法所得结果的相对误差分别是18.85%、11.52%。此测试系统有助于螺杆榨油机压榨过程的理论研究。
 
关键词:双螺杆榨油机;测试系统;膛内压力;压榨实验
 
中图分类号:TS223;TQ643文献标识码:A
 
文章编号:1003-7969(2016)04-0100-05

Test and research on chamber pressure distribution of twin-screw press
REN Xiaocong,CHEN Ge,ZHENG Xiao, LIN Guoxiang
(School of Mechanical Engineering, Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)
 
 
Abstract:Aiming at some present problems existing in the theory and experimental research on cold pressing technology of twin-screw press, a kind of chamber pressure test system of twin-screw press was designed with SSYZ120/12 twin-screw press as research object. The chamber pressure was determined by a high-temperature melt pressure sensor installed in a hole opening on the cage bar of SSYZ120/12 twin-screw press, and according to the strain data output through electric resistance strain gauge pasted onto the outer surface of the cage bar, the chamber pressure was calculated using electric resistance strain gauge electrometric method. The press experiments were conducted with rapeseed and walnut kernel as materials, and the results determined by the two methods were analyzed comparatively, which could well reflect the chamber pressure distribution in twin-screw press. The relative errors of results of the two methods were 18.85% and 11.52%,respectively. The test system was helpful to the theory research on press process of screw press.
Key words:twin-screw press; test system; chamber pressure; press experiment

连续螺旋式压榨取油是当今世界上提取植物油所采用最广泛的一种方法[1-3]。螺杆式榨油机与螺杆式挤压机[4-5]的基本结构和工作原理大致相同,都是在榨膛内用螺杆向前推送物料。由于螺杆的螺距是逐渐缩小的,而且螺杆的直径在逐渐增加,故油料在被推送的同时受到挤压和破碎,油脂便从油料中被挤出。榨油机膛内的压力大小和分布与诸多因素有关。日本学者Shirato[6-7]曾尝试采用压力传感器测试挤压机膛内的压力,但没有具体到植物油料在榨油机中的压力分布情况;江南大学范本隽等[8]曾提出电测法计算大豆在单螺杆榨油机的膛内压力;武汉轻工大学林国祥等[9-10]也提出了计算膛内径向压力的方法和测试方案;河南工业大学阮竞兰等[11]运用有限元ANSYS软件对双螺旋榨油机榨螺参数与榨膛内压力的关系进行研究。
 
榨油机工作时,榨笼上榨条受到的力是很复杂的,有油料在被挤压推进时作用在其上的摩擦力pf和轴向力px,又有径向压力pr,还有切向力pt,同时榨条在支点处还受到直接剪切力ps。然而径向压力pr是通常所称的膛内压力[4],也是导致榨条断裂的主要因素。因此,螺杆式榨油机膛内径向压力的大小和分布直接对生产率和油品质量造成影响,因而是设计螺杆榨油机结构参数的依据。
 
前人尝试在螺旋挤压机安装高温熔体压力传感器测试膛内压力,可以直接得出膛内压力值,但无法判断数据采集的真实性。故作者针对这一问题设计了一种双螺杆榨油机膛内压力测试系统。在特定的榨条上进行开孔,安装高温熔体压力传感器测试径向压力;此外还在装有高温熔体压力传感器的同一径向位置的榨条上粘贴电阻应变片,根据测得的应变值求出该截面处的榨膛内的压力,将测试的结果进行比对分析。此方法可在尽量降低损坏榨油机结构的前提下获得膛内压力数据,能较准确地测出榨油机膛内压榨压力,并可推广应用于其他螺杆挤压加工机械膛内压力的测试。
 
1材料与方法
 
1.1实验材料
 
实验原料为本地某农贸市场采购的油菜籽和花生仁。通过实验测得油菜籽和花生仁的含水率分别为6.78%、4.98%,含油率分别为30.93%、40.49%。
 
SSYZ120/12双螺杆榨油机,TS3862静态电阻应变仪,WDW-300E微机控制电子万能材料试验机,PT124G-111高温熔体压力传感器,PY500-V智能数字压力表,BX120-10AA电阻应变片(敏感栅尺寸10mm×2mm,基底尺寸14.5mm×4.5mm,电阻值为(120±0.1)Ω,灵敏系数(2.08±1)%)。
 
实验的测试对象为武汉粮农机械制造有限公司生产的SSYZ120/12双螺杆榨油机,该榨油机的两螺杆以相同方向旋转,榨油机的挤压筒由若干个榨条叠加组合而成,每根榨条之间都放有特制垫片,根据压榨实验的油料不同,选取的垫片也会不一样[12]。如图1所示在双螺杆榨油机的榨笼上,选取与双螺杆榨油机的进料口至出饼口的轴向方向平行的任意一榨条,依次等间距间隔并排开设10个探孔,在与开设有10个探孔的榨条上下相邻的上榨条和下榨条的外壁上,分别对应10个探孔一一粘贴10个上电阻应变片和10个下电阻应变片,并将10个上电阻应变片和10个下电阻应变片均电连接至静态电阻应变仪;在10个探孔内均安装高温熔体压力传感器,其探头端朝向双螺杆榨油机的膛内一侧,10个压力传感器均通过数据线连接至数字压力表。榨油机的基本参数见表1。
 
 
 
 
 
 
 
1.2实验方法
 
(1)将高温熔体压力传感器安装在特制榨条(榨条变厚,开孔)上,然后将高温熔体压力传感器上的导线连接到数字压力表上,并进行调试使其读数为零。
 
(2)将电阻应变片上延伸出的导线连接在静态电阻应变仪上,在榨油机稳定工作后对其进行调零。
 
(3)开机,投放油料进行压榨,压榨的初期由于膛内温度较低且油料未将榨膛填满,未能看到或只有少量油滴从榨条缝隙中渗出,出饼端的油料饼也是未成形的粉末状。当运行稳定,膛内温度升到一定值,油液正常渗出。
 
(4)出饼端正常出饼后,同时记录数字压力表上的压力值和静态电阻应变仪上的应变值。
 
2结果与分析
 
2.1电阻应变片标定
 
由于双螺杆榨油机在压榨过程中,榨条沿轴向方向所受到的挤压弯曲力并不是均匀分布,故将每个榨条所受到的挤压弯曲力近似考虑成集中载荷。
 
将贴有电阻应变片的榨条近似处理成简支梁,通过测试应变方法确定每根榨条上的径向压力。将所有粘贴有电阻应变片的榨条置于材料试验机上进行弯曲实验[13-14](如图2所示),压力机控制方式为等速加载,v=0.2mm/min。电阻应变片伸出的导线连接着静态电阻应变仪。压力机开始加载的同时记录静态电阻应变仪的应变值,将压力机采集的数据和同一时间记录的应变值进行比对,整理数据,表2为电阻应变片标定数据。
 
 
 
 
 
试件的标定采用图2所示的加载装置,试件可简化为一简支梁,在试件的中间位置竖直向下加载,试件发生纯弯曲,该装置近似模拟了榨条的实际支撑状态。采用式(1)可求出试件受到的弯曲正应力[13]。
 
 
 
 
通过图3测得榨条的几何尺寸a=30mm,b=11mm,h=18.5mm;完全是按榨笼尺寸确定的。由此可以得出电阻应变片电测法中榨条受到的径向压力。
 
 
2.2榨膛内的受力情况分析
 
表3、表4分别为沿着SSYZ120/12双螺杆榨油机螺杆进料端到出料端的10个测试点的高温熔体压力传感器的测定值和电阻应变片测试对应标定后的压力值。
 
 
 
图4和图5反映的是油菜籽和花生仁压榨过程中,榨油机在正常工作时整个榨膛内的温度分布的情况。由图4和图5可知,油料在压榨过程中膛内温度逐渐升高,基本呈线性关系。由表3和表4可以明显地看出,油菜籽和花生仁在压榨过程中沿着螺杆推送的过程中受到的挤压力是逐渐增大,在第8号点时压力最大,接近出饼端的位置开始泄压,压力又会迅速减小。油料从进料口进入榨膛后会随着螺杆的旋转而向前推进。由于螺杆的螺距是逐渐缩小的,而且螺杆的直径在逐渐增加,故油料会被挤压破碎重叠。榨膛内空间缩小,油料对榨条挤压会越来越大,膛内的压力也会越来越大,会有油液不断从榨条缝隙中渗出,此刻榨膛内的温度逐渐升高,油料从原有的散体形态慢慢变成饼状。油料饼随着螺杆的推进到接近出饼端的位置时,便会泄压,也就会看到表3和表4中压力迅速减小的情况。
 
 
 
2.3两种测试方法的对比分析
 
图6和图7为电阻应变片标定以后将静态电阻应变仪测得值换算成压力值后与高温熔体压力传感器测得值的对比情况。
 
 
 
 
由图6和图7可知,采取高温熔体压力传感器测试径向压力和在同一径向位置的榨条上粘贴电阻应变片测试榨条弯曲变形获得压力值的方法是可行的,而且能较准确地测出榨油机在压榨过程中油料在膛内的径向压力的分布情况。油菜籽压榨和花生仁压榨在高温熔体压力传感器测出的压力值与电阻应变片电测法测出的压力值之间的平均相对误差分别为18.85%、11.52%。
 
 
 
 
2.4膛内压力回归分析
 
图8和图9是运用Origin软件分别对油菜籽和花生仁在压榨过程中高温熔体压力传感器测得的压力值进行回归分析,获得膛内压力经验公式:
 
 
 
式中:p0=2.05,A=32.73,xc=9.93,ω=2.37(油菜籽);p0=2.33,A=32.5,xc=9.60,ω=3.73(花生仁)。油菜籽和花生仁压榨实验中高温熔体压力传感器测得膛内沿螺杆轴向方向的径向压力实测值与曲线拟合值之间的平均相对误差分别为13.59%、10.05%,且拟合曲线的相关性达到0.90以上。式(2)能较好地拟合油菜籽和花生仁在榨油机中沿轴向方向上膛内径向压力的分布情况。
 
 
 
 
由图6和图7可以看出,油菜籽和花生仁两种油料在进行压榨的过程中高温熔体压力传感器与静态电阻应变仪所测得的膛内压力值曲线是相互交错的,某些测试点高温熔体压力传感器测得的压力值大于静态电阻应变仪所测得的压力值,某些测试点高温熔体压力传感器测得的压力值小于静态电阻应变仪所测得的压力值。分析可知这是由于随机误差造成的,高温熔体压力传感器和静态电阻应变仪的选用和安装对测试的结果会有一定影响。为了更好地反映双螺杆榨油机榨膛的径向压力分布,将上述所得到的两种测试结果取平均值得表5数值。
 
 
 
 
3结论
 
(1)为了测出双螺杆榨油机膛内的径向压力分布情况,设计出一种双螺杆榨油机膛内压力测试系统。通过在SSYZ120/12双螺杆榨油机榨条上开孔安装高温熔体压力传感器测得膛内压力,并采用电阻应变片电测法,将电阻应变片粘贴在榨条外表面上,测出榨条在压榨过程所产生的挤压弯曲变形应变数据,通过标定得出压力值。
 
(2)采用油菜籽和花生仁进行压榨实验。结果表明,通过高温熔体压力传感器测出的沿螺杆轴向方向膛内径向压力和电阻应变片电测法得出的膛内径向压力数据基本一致,两者之间的平均相对误差分别为18.85%、11.52%。通过两种方法所测结果相互比对分析可知,此测试系统能够较准确地测试出膛内的径向压力的实际分布情况。
 
(3)由压力-距离曲线进行分析,油料在榨油机的喂料段的位置,膛内压榨压力值基本呈现一定的线性关系,当进入压榨段后,膛内压榨压力值呈指数函数关系,当进入出饼段时压榨压力也呈现出一定的线性关系。
 
(4)整个实验过程都是按照正常生产加工的工艺完成,能真实地反映出实际压榨取油过程中榨油机膛内的压力分布情况。

参考文献:
[1] KHAN L M,HANNA M A.expression of oil from oilseeds: a review [J].J Agric Eng Res,1983,28(6):498-503.
[2] 雕鸿荪.油料预处理及压榨工艺学[M].南昌:江西科学出版社,1985.
[3] 朱大沛,石铁铮.油脂制取工艺学[M].郑州:河南科学技术出版社,1991:143-157.
[4] 朱复华.挤出理论及应用[M].北京:中国轻工业出版社,2001.
[5] 耿孝正.双螺杆挤出机及应用[M].北京:中国轻工业出版社,2003.
[6] SHIRATO M.Pressure profiles in constant-pitch,straighttaper and decreasing-pitch screw extruders[J]. Int Chem Eng, 1982,23(2):323-332.
[7] SHIRATO M.Fundamental studies on continuous extrusion using a screw press[J].Int Chem Eng, 1978,18(4):680-688. 
[8] 范本隽,彭蕙苓. 螺杆式榨油机膛内压力的测试[J].江南大学学报(自然科学版), 2003(2):164-166.
[9] 林国祥,郑晓,何东平.双螺杆榨油机测试装置设计[J].中国油脂,2009,34(9):65-67.
[10] 林国祥,郑晓.计算膛内径向压力的实验法[J].中国油脂,2009,34(10):70-72.
[11] 阮竞兰,张学阁,杨丽彦.双螺杆榨油机榨螺参数与膛内压力的关系研究[J].中国油脂,2013,38(9):89-92.
[12] 赵国志.油脂螺旋压榨机技术的进展[J].中国油脂,1999,24(3):6-8.
[13] 刘鸿文.材料力学[M].5 版.北京:高等教育出版社,2010.
[14] 王从曾.材料性能学[M].北京:北京工业大学出版社,2010.

上一篇:基于三维CAD软件螺旋榨油机理论压榨比的计算 下一篇:国产大型输送设备改进