基于UG技術(shù)的雙螺旋固液分離機構(gòu)造型設(shè)計*

孫 揮

(江蘇省宜興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇宜興 214206)

1 引言

雙螺旋固液分離技術(shù)是一種在傳統(tǒng)加工工藝基礎(chǔ)上優(yōu)化的一種分離方法。相互齒合的雙螺旋結(jié)構(gòu)具有極強的正向輸送特性，能改善壓榨物料過程中引起的滑移或隨軸轉(zhuǎn)動?？墒∪シ爆嵉挠土项A(yù)處理工序并節(jié)約精練成本。雙螺旋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使螺旋壓榨的機械性能得到了改善。為了使該產(chǎn)品快速發(fā)展為規(guī)模生產(chǎn)，擬訂設(shè)計與制造小型模擬機，完成高含油率油料脫皮(殼)后的冷榨，干餅殘油率與同生產(chǎn)能力的單螺旋油機相比要低1%～2%，同時節(jié)能效果好。該型固液分離機構(gòu)能適用于不同油料的榨油處理，特別適宜脫皮或脫殼油料的冷熱榨，以及含油率高油料脫皮或脫殼后的冷榨，也適用于食品、輕工、醫(yī)藥、石油化工和環(huán)衛(wèi)工業(yè)中的固液分離［1］。

在UG軟件下對雙螺桿的各個部分進行計算，使各部分能更好的配合，提高機器的工作效率，減少能量的損耗。重新設(shè)計的雙螺旋軸的創(chuàng)新點在于:更為合理的榨螺榨圈結(jié)構(gòu)，增大壓縮比和榨膛內(nèi)的壓力，提高出油率，降低干餅殘油率。重新設(shè)計的榨籠殼的創(chuàng)新點在于:優(yōu)化改良了的榨籠殼設(shè)計，避免油料的堆積，同時新的結(jié)構(gòu)設(shè)計也使得機器的安裝、后期維修等更加方便。排渣及排油機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計使得總體結(jié)構(gòu)緊促并美觀。

2 螺旋榨油機榨油原理分析［1］

(1)壓縮取油的基本過程

在螺旋榨油機中，壓榨取油的傳統(tǒng)過程可分為3個階段，即進料(預(yù)壓段)，主壓段(出油段)，成餅段(重壓瀝油段)。

進料段:進料段榨料在送料前進的同時，開始受到緊壓作用，使之排出空氣與少量的水，形成”松餅”

主壓榨段:此階段是形成高壓并且大量排油的階段。這時由于榨膛空間迅速有規(guī)律的減小，使個別粒子間開始互相結(jié)合，榨料在榨膛內(nèi)擠壓后成為連續(xù)的多孔榨料并且不再松散。

成餅段:榨料已形成瓦餅，成為完整的可塑體，幾乎呈整體式推進，因而也產(chǎn)生了較大的壓縮阻力(主要產(chǎn)生軸向力)。

(2)榨膛壓力的形成

榨膛空間內(nèi)的壓力是由于榨料受壓力后，對榨機結(jié)構(gòu)相應(yīng)部分產(chǎn)生反作用所致。這些反作用大致歸納為兩方面:

①榨膛空余體積的縮小，迫使榨料壓縮而形成壓力:空余體積系指榨膛內(nèi)每一導(dǎo)程榨螺所包容的空余體積(亦稱空膛容積)。榨膛空余體積和沿軸向縮小情況有兩種原因:導(dǎo)程(螺距)依次縮小而根徑不變或榨螺跟圓直徑逐漸增大及榨籠內(nèi)徑的依次縮小。

②縮小出餅圈縫寬，增大對榨料的反壓力:調(diào)節(jié)出餅厚度在一定程度上可以改變榨膛內(nèi)壓力大小。一旦調(diào)至某一限度，壓力即主要取決于榨料所產(chǎn)生抵抗力的大小。此時，對于一定結(jié)構(gòu)的螺旋榨油機，其最大壓力值主要取決于榨料結(jié)構(gòu)的機械特性。也就是說可以通過備料來調(diào)整榨膛壓力大小。

(3)壓力的大小與變化規(guī)律

①榨膛壓力變化規(guī)律:榨膛壓力一般指徑向壓力，因為徑向壓力很容易利用應(yīng)變等方法進行測定，榨膛內(nèi)壓力變化的實際情況基本上等到反映。軸向壓力目前還沒有很好的測定方法，根據(jù)有關(guān)文獻介紹，其變化規(guī)律與徑向壓力的變化規(guī)律相似，且略大一些。

②最大壓力值:實際中以螺旋榨油機的最大榨膛徑向壓力衡量榨料受壓情況。由于影響因素較多，壓力值變化范圍很大。因此，實際應(yīng)用中會有一個確定合理壓力值(即臨界壓力)的影響。

壓力值可以測定，那么設(shè)計時就必須以最佳條件下的測定值作參考。此外，壓力值也可通過實際經(jīng)驗公式進行測定和計算得出。

3 整體方案的設(shè)計［2-4］

雙螺旋軸的布置方式:初步分析雙螺旋的布置形式主要有兩螺桿水平布置和豎直布置，甚至還可以傾斜布置，如圖1所示。因為傾斜布置的受力等方面都比較復(fù)雜，有很多影響受力的不確定因素，所以傾斜布置的方式不在討論范圍，主要討論水平和豎直兩種方式。

圖1 雙螺旋軸的布置方式

4 雙螺旋軸的機構(gòu)造型設(shè)計

考慮到固液分離機的使用性:①植物油料的冷、熱榨以及提高出油率，降低干餅殘油率;②適用于其他行業(yè)的固液分離，故設(shè)計為2級九節(jié)榨螺，如圖2所示，各節(jié)榨螺螺距依次減小，采用七次壓縮七次膨脹?？倝嚎s比為17.02，根據(jù)雙螺旋軸理論壓縮比設(shè)計計算、作用在榨螺上各力的計算、榨螺軸強度校核、榨籠強度計算等設(shè)計參數(shù)。得到雙螺旋結(jié)構(gòu)圖2和榨螺結(jié)構(gòu)圖3。

圖2 雙螺旋軸結(jié)構(gòu)圖

圖3 榨螺結(jié)構(gòu)圖

5 基于UG NX三維造型［5-6］

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一體的設(shè)計軟件，它可用于整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，包括產(chǎn)品建模、零部件裝配、數(shù)控加工、運動分析、有限元分析以及工程圖生成等。UGSNX是目前市場上功能極致的產(chǎn)品設(shè)計工具。它不但擁有現(xiàn)今CAD/CAM軟件中功能最強大的實體建模核心技術(shù)，且具有高效能的曲面建構(gòu)能力，能夠完成最復(fù)雜的造形設(shè)計。圖4由UG生成的雙螺旋擠壓機固液分離機構(gòu)實體圖形。

圖4 UG生成實體

6 基于UG NX零件的裝配

UG裝配過程是在裝配過程中建立各部件之間的鏈接關(guān)系，UG裝配圖如圖5所示。UG NX具有設(shè)計復(fù)雜裝配件的功能，在各種機器的設(shè)計虛擬裝配中得到廣泛應(yīng)用，它是通過關(guān)聯(lián)條件在部件間建立約束關(guān)系，進而確定部件在產(chǎn)品中的位置，形成產(chǎn)品的集體結(jié)構(gòu)。

圖5 UG裝配圖

7 UG到AutoCAD的快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換［7］

在國內(nèi)眾多企業(yè)中二維設(shè)計軟件應(yīng)用最廣泛之一的是AutoCAD，UG具有轉(zhuǎn)化成工程圖的功能，但是UG生成的工程圖是基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，國內(nèi)使用的國際標(biāo)準(zhǔn)，有的用戶需要借用AutoCAD輸出工程圖;在某些數(shù)控系統(tǒng)中，由于所帶的編程系統(tǒng)需要用AutoCAD作源圖，用戶也需要進行格式轉(zhuǎn)換，因此，在工程設(shè)計中，二維圖形文件不可缺少，所以UG三維圖形文件轉(zhuǎn)換成AutoCAD圖形文件，然后由AutoCAD輸出工程圖，不但能提高設(shè)計、繪圖和修改等工作的效率還能提高設(shè)計的質(zhì)量。

8 結(jié)語

基于一種雙階九級壓榨的原理，設(shè)計并研制了一種新型雙螺旋固液分離結(jié)構(gòu)，新型雙螺旋固液分離機新穎的創(chuàng)新設(shè)計:雙螺旋軸的創(chuàng)新設(shè)計，使榨螺榨圈的結(jié)構(gòu)更為合理，增大壓縮比和榨膛內(nèi)的壓力，提高出油率，降低干餅殘油率;雙螺旋機構(gòu)的創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計;使得總體結(jié)構(gòu)緊促且美觀。

UG不但擁有現(xiàn)今CAD/CAM軟件中功能最強大的實體建模核心技術(shù)，更提供高效能的曲面建構(gòu)能力，能夠完成最復(fù)雜的造形設(shè)計。在設(shè)計過程中有著AUTOCAD無法完成的功能，如在榨螺的設(shè)計中，螺紋的掃描形成過程。同時UG還有轉(zhuǎn)化成二維圖的功能。在設(shè)計中，即減短了設(shè)計時間，又提供較精確而形象的圖形［7］。

［1］ 耿孝正.雙螺桿擠出機及其應(yīng)用［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2003.

［2］ 黃 夢(編譯).雙螺桿擠出機［J］.橡塑化工時代，2006，18(4):18-19.

［3］ 思 語(編譯).雙螺桿擠出機［J］.橡塑化工時代，2006，18(10):14-15.

［4］ 汪 虹，張永林.淺析雙螺桿榨油機［J］.中國油脂，2005，30(8):26-27.

［5］ 劉海軍，狄忠德，田 偉，等.基于UG食品擠壓機中螺桿的三維參數(shù)化造型設(shè)計［J］.計算機應(yīng)用技術(shù)，2008，8(35):31-32.

［6］ 陸龍福，羅進生.UG NX 8.0案例教程——基于工作過程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2012.

［7］ 李華川.基于UG的三維CAD同步建模技術(shù)研究［J］.機械研究與應(yīng)用，2010(4):102-104.