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[摘 要]挤压机螺杆的工作性能与挤压工艺和技术应用密切相关。为了适应我国饲料行业发展的需要，很有必要重视挤压技术的应用。为此，本文将以挤压大豆作饲料的单螺杆挤压机设计为例，介绍挤压机的主要类型、结构组成和结构参数设计，并简述一些工作原理、影响因素。
[关键词]挤压机 螺杆 参数设计
中图分类号：TS214.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0370-01
1螺杆几何参数设计
1.1确定螺杆转速
本挤压机主要用来加工大豆作饲料，因此剪切强度属于中度剪切。螺杆的转速对最终产品的质量有很大的影响，较低的螺杆转速会是均化不充分，而螺杆转速太高将导致过高的温度。由《现代饲料加工技术》一书表7-26选取转速n =240r/min。
1.2确定螺杆直径
螺杆产量的影响因素很多，但遗憾的是目前还没有成形的公式可以直接套用，来计算出一定产量下的螺杆直径。因此，在以往的经验基础上，借鉴实验数据在保证产量的前提下，保守地由《螺杆挤出》一书表3.15中选取直径D=105mm。
1.3确定长径比L/D
在其它条件一定时，增大长径比，即等于增加了螺杆的长度。因此增加物料在螺杆中的停留时间，保证物料有充分的揉合时间，但对于热敏性的物料有不利的影响。螺杆的长径比一般为5～20：1。喂料区长度L1=0.1～0.25L，通常对于熔点高、导热性差、热焓大的高聚合物，加料段的长度取大值，反之取小值。揉合区的长度L2，一般根据原料特性来选取，对于非结晶型高聚合物L2=0.5～0.6L，对于结晶型高聚合物L2=3～5D。最终熟化区的长度L3的长短对生产能力，挤出物的质量和螺杆的工作特性有一定的影响，L3加长等于减少了物料倒流和漏流的现象，在其它条件相同时，相对的提高了生产能力。根据经验一般取L3=0.2～0.25L。
根据以上的原理：初步选取L/D=7.6，则L=805mm。
1.4螺纹的形状
螺纹的形状一般有矩形、锯齿形、梯形和半圆形4种。在实际的应用中。不同的加工区段采用不同的螺纹深度。一般在供料段、喂料区螺槽的深度最大，揉合区次之，最终熟化区最小。在实际应用中，螺杆的直径和螺槽深度之比D/H为：弱剪切3.0～6.0、中度剪切5.0～9.0、强剪切8.0～18.0。
由于加工物料为大豆，因此属于中度剪切，选取D/H=8。因此H=13.125mm。又由于概念设计中已经指出了采用变螺距、局部变螺杆直径和带阻流环螺杆，因此三个加工区段螺槽的深度相同。
根据实验数据和经验数值，梯形螺纹的上底b=5mm，下底t=15mm。
1.5螺距与螺旋升角
考虑到加工的工艺性，螺距I=40mm，因此螺旋升角可以由公式算出。
1.6螺杆与机镗的配合间隙
螺杆与机镗的配合间隙十分重要。若间隙太大，挤压时易产生漏流河倒流，机镗表面上的一层物料受螺杆作用较小，移动速度慢，影响热传递，又易产生焦层，怎大了转矩和功率的消耗，还会影响到产品质量。甚至会因为焦层产生转矩和功耗增大，产生堵机、停机现象，影响生产。若间隙太小，虽可克服以上不足，但又易产生螺杆和机镗之间的磨损，缩短机器的使用寿命。由《现代饲料加工技术》表7-34选取 。
2、模具作用和对挤压机性能的影响
螺旋挤压机挤压腔必须用模具封住。模具的首要作用事限制物料的流动，以建立所需压力和产生剪切，其次模具使挤压物得到成型。模具形状也对最终产品的膨胀均匀一致和外观等产生一定影响。模具剪切速率对单模口和多模口会发生很大的差异。
最终产品所需的膨化率可由调整配方和模具的开口面积来控制。
螺旋挤压机模板的主要参数是合理的开孔面积和模孔的有效厚度（有效压距）。开孔面积过大，挤出阻力不均衡，会造成产品粒度不均匀。最好在模头的同一个圆周上开孔。
2.1模孔的有效面积
模孔的大小，在相同有效压距的情况下，直接影响到压模的阻力，从而影响到挤压机机镗内物料的充满程度和压力。在相同情况下，模孔面积大，生产的产品低膨化、高密度；模孔面积小，生产的产品高膨化率、低密度。
单个模孔的直径，参照实验数据，初步选择D=6mm。
计算模孔数N：
（2-1）
式中 N——需要的模孔数目
Q——产量（t/h）
A——一个模孔的面积（ ）
F——产品的期望面积指数
R——模孔的半径（mm）
参照《现代饲料加工技术》一书中表7-29，得到N=6.
2.2模孔的有效压距
模孔的有效压距对挤出产品的密度、挤压机的负载和挤出物料的糊化度均有影响。一般短压距的模孔挤出的产品为多孔表面，且具有球形的外形，长压距的模孔挤出的产品为表面光滑，完整的表面并且具有圆柱体外形。一般情况下，模孔直径 ，选用压距为模孔直径的1.5倍；模孔直径 ，选用压距为模孔直径的2倍。模块的设计效果。
3、加热与冷却装置设计
加热与冷却时挤压加工过程顺利进行的必要条件。随着螺杆的转速、挤出压力、外假热功率以及挤压系统周围介质温度的变化，机筒内物料的温度也会相应发生变化。为使饲料和食品原料始终能在其加工工艺要求的温度范围内挤压，通常采用蒸汽、电阻或电感应加热和水冷却装置来不断调节机筒的温度。
由于电加热具有成本低、反应快、容易控制、干净卫生等优点，因此，我们选择电热丝对机筒进行加热。电热丝采用埋入机筒内部的形式安装。同样，冷却方式采用水冷，水冷具有成本低，效果好，洁净等优点，水流通过接口与机筒内部的工艺孔连接，效果显著。
4联轴器的选用
联轴器的计算转矩：（根据《机械设计手册.第二卷》）
（3-4）
式中 T——理论转矩，
——驱动功率，kw
N——工作转速，r/min
——动力机系数
K——工况系数
——启动系数
——温度系数
——公称转矩，
查表6-2-2工况系数K=1.25
查表6-2-3温度系数 =1
启动系数 =1
动力机系数 =1.0
因此：
根據 查表选择GⅡCL5联轴器55x112 JB/T8854.2-1999。
[关键词]挤压机 螺杆 参数设计
中图分类号：TS214.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）11-0370-01
1螺杆几何参数设计
1.1确定螺杆转速
本挤压机主要用来加工大豆作饲料，因此剪切强度属于中度剪切。螺杆的转速对最终产品的质量有很大的影响，较低的螺杆转速会是均化不充分，而螺杆转速太高将导致过高的温度。由《现代饲料加工技术》一书表7-26选取转速n =240r/min。
1.2确定螺杆直径
螺杆产量的影响因素很多，但遗憾的是目前还没有成形的公式可以直接套用，来计算出一定产量下的螺杆直径。因此，在以往的经验基础上，借鉴实验数据在保证产量的前提下，保守地由《螺杆挤出》一书表3.15中选取直径D=105mm。
1.3确定长径比L/D
在其它条件一定时，增大长径比，即等于增加了螺杆的长度。因此增加物料在螺杆中的停留时间，保证物料有充分的揉合时间，但对于热敏性的物料有不利的影响。螺杆的长径比一般为5～20：1。喂料区长度L1=0.1～0.25L，通常对于熔点高、导热性差、热焓大的高聚合物，加料段的长度取大值，反之取小值。揉合区的长度L2，一般根据原料特性来选取，对于非结晶型高聚合物L2=0.5～0.6L，对于结晶型高聚合物L2=3～5D。最终熟化区的长度L3的长短对生产能力，挤出物的质量和螺杆的工作特性有一定的影响，L3加长等于减少了物料倒流和漏流的现象，在其它条件相同时，相对的提高了生产能力。根据经验一般取L3=0.2～0.25L。
根据以上的原理：初步选取L/D=7.6，则L=805mm。
1.4螺纹的形状
螺纹的形状一般有矩形、锯齿形、梯形和半圆形4种。在实际的应用中。不同的加工区段采用不同的螺纹深度。一般在供料段、喂料区螺槽的深度最大，揉合区次之，最终熟化区最小。在实际应用中，螺杆的直径和螺槽深度之比D/H为：弱剪切3.0～6.0、中度剪切5.0～9.0、强剪切8.0～18.0。
由于加工物料为大豆，因此属于中度剪切，选取D/H=8。因此H=13.125mm。又由于概念设计中已经指出了采用变螺距、局部变螺杆直径和带阻流环螺杆，因此三个加工区段螺槽的深度相同。
根据实验数据和经验数值，梯形螺纹的上底b=5mm，下底t=15mm。
1.5螺距与螺旋升角
考虑到加工的工艺性，螺距I=40mm，因此螺旋升角可以由公式算出。
1.6螺杆与机镗的配合间隙
螺杆与机镗的配合间隙十分重要。若间隙太大，挤压时易产生漏流河倒流，机镗表面上的一层物料受螺杆作用较小，移动速度慢，影响热传递，又易产生焦层，怎大了转矩和功率的消耗，还会影响到产品质量。甚至会因为焦层产生转矩和功耗增大，产生堵机、停机现象，影响生产。若间隙太小，虽可克服以上不足，但又易产生螺杆和机镗之间的磨损，缩短机器的使用寿命。由《现代饲料加工技术》表7-34选取 。
2、模具作用和对挤压机性能的影响
螺旋挤压机挤压腔必须用模具封住。模具的首要作用事限制物料的流动，以建立所需压力和产生剪切，其次模具使挤压物得到成型。模具形状也对最终产品的膨胀均匀一致和外观等产生一定影响。模具剪切速率对单模口和多模口会发生很大的差异。
最终产品所需的膨化率可由调整配方和模具的开口面积来控制。
螺旋挤压机模板的主要参数是合理的开孔面积和模孔的有效厚度（有效压距）。开孔面积过大，挤出阻力不均衡，会造成产品粒度不均匀。最好在模头的同一个圆周上开孔。
2.1模孔的有效面积
模孔的大小，在相同有效压距的情况下，直接影响到压模的阻力，从而影响到挤压机机镗内物料的充满程度和压力。在相同情况下，模孔面积大，生产的产品低膨化、高密度；模孔面积小，生产的产品高膨化率、低密度。
单个模孔的直径，参照实验数据，初步选择D=6mm。
计算模孔数N：
（2-1）
式中 N——需要的模孔数目
Q——产量（t/h）
A——一个模孔的面积（ ）
F——产品的期望面积指数
R——模孔的半径（mm）
参照《现代饲料加工技术》一书中表7-29，得到N=6.
2.2模孔的有效压距
模孔的有效压距对挤出产品的密度、挤压机的负载和挤出物料的糊化度均有影响。一般短压距的模孔挤出的产品为多孔表面，且具有球形的外形，长压距的模孔挤出的产品为表面光滑，完整的表面并且具有圆柱体外形。一般情况下，模孔直径 ，选用压距为模孔直径的1.5倍；模孔直径 ，选用压距为模孔直径的2倍。模块的设计效果。
3、加热与冷却装置设计
加热与冷却时挤压加工过程顺利进行的必要条件。随着螺杆的转速、挤出压力、外假热功率以及挤压系统周围介质温度的变化，机筒内物料的温度也会相应发生变化。为使饲料和食品原料始终能在其加工工艺要求的温度范围内挤压，通常采用蒸汽、电阻或电感应加热和水冷却装置来不断调节机筒的温度。
由于电加热具有成本低、反应快、容易控制、干净卫生等优点，因此，我们选择电热丝对机筒进行加热。电热丝采用埋入机筒内部的形式安装。同样，冷却方式采用水冷，水冷具有成本低，效果好，洁净等优点，水流通过接口与机筒内部的工艺孔连接，效果显著。
4联轴器的选用
联轴器的计算转矩：（根据《机械设计手册.第二卷》）
（3-4）
式中 T——理论转矩，
——驱动功率，kw
N——工作转速，r/min
——动力机系数
K——工况系数
——启动系数
——温度系数
——公称转矩，
查表6-2-2工况系数K=1.25
查表6-2-3温度系数 =1
启动系数 =1
动力机系数 =1.0
因此：
根據 查表选择GⅡCL5联轴器55x112 JB/T8854.2-1999。