榨汁机的设计

基于Pro/E螺旋榨汁机的设计

于俊波

（河北科技师范学院机械电子系）

摘要：Pro/ENGINEER Wildfire野火版2.0以其易学易用、功能强大和互连互通的特点，推动了整个产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。它既能节省时间和成本，又能提高产品质量。基于Pro/E的强大功能，本设计利用Pro/E完成了螺旋式连续榨汁机的设计，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。

关键字：Pro/E；榨汁机；螺旋

前言

传统的通用机械产品的设计是首先将产品以平面的形式表达出来，然后进行反复校核和修改，最后由加工者把图样上的内容转化为成形的产品，这样不仅设计周期长，成本高，而且当产品制造出来后，经常会出现零部件之间相互干涉，无法安装和装配到位等重大设计失误，如此反复修改也延长了产品投放市场的周期。鉴于通用机械的使用范围广，设计行业多，这就对通用机械的可靠性、稳定性和通用性提出了较高的要求。目前世界上应用最为泛的高档三维商业软件Pro/E就可以很好地解决这些问题。Pro/E直接采用三维设计，使设计者能了解产品的每一个细节，并利用其参数化设计的思想，使零件的设计、修改变得简单易行，同时还可以完成产品的系列化设计。另外利用Pro/E的分析功能，可以完成机构运动学、动力学仿真和有限元分析。

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。基于Pro/E的强大功能，本设计利用Pro/E完成了螺旋式连续榨汁机其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点的设计。

1 总体方案设计

1.1 整体布局设计

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,可避免因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采用三角带传动,极大地降低了机械振动与噪声。

基本结构螺旋式连续榨汁机基本结构如图1。

螺旋式连续榨汁机三维结构图如图2。

图1 螺旋式连续榨汁机结构简图

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2 螺旋式连续榨汁机三维结构图

1.2 工作原理

由图2可知：该机由机架、螺杆、筛筒、减速器、电机等组成。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。

1.3 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。螺杆上的螺旋共分四段(如图3)。第一段为喂料螺旋，主要作用是输送物料；第二段是预压螺旋，主要作用是对物料进行初步挤压，并开始挤出水分；第三段、第四段是压榨螺旋，主要作用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3 螺旋轴

1.4 螺杆螺旋直径和螺距的设计[2]

螺杆螺旋结构简图如图4。

图4 螺杆螺旋结构简图

1.4.1 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。

1.4.2 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：

v 0=

60

nt

=

60

05

.0

130⨯

=1.08m/s

螺旋式连续榨汁机的生产能力公式如下：

G=3600F

0v

ρ

1

Φ(kg/h)

式中:：G—生产率,本设计取G=1000kg/h；

F

—螺杆螺旋送料的断面面积(m2)；

ρ

1

—物料容积密度，本设计取ρ1=400kg/m3；

Φ—充填系数,本设计取Φ=0.2。

将参数代入得：

1000=3600×F

×1.08×400×0.2

解得：F

≈0.0321(m2)

根据螺杆螺旋送料的断面面积计算公式：

F 0=

4

) (d2

1

2

d

-

π

式中：d

—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

≈0.2213m

取螺杆螺旋送料的断面大径d

=0.24 m。

1.5 功率计算[9]

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。

设压缩物料所消耗的功率为P

1

：