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新式壓榨制油機構的設計與試驗

發布日期:2019-03-26 11:04來源:中國油脂網作者:未知點擊次數:

 劉印志1,阮海健2,任嘉嘉2,李少華1,牟仁生2

(1.中國農業機械化科學研究院,北京 100083; 2.中機康元糧油裝備(北京)有限公司,北京 100083)

 

 

摘要:針對目前國內液壓榨油機自動化程度低、操作煩瑣等情況,研制了一種壓榨制油結束后可自動復位的液壓壓榨制油機構。闡述了壓榨制油機構的總體結構和工作原理,設計了獨特的U型隔板結構以實現壓榨結束后自動復位,確定了出油縫隙截面為倒漏斗下插板以減少壓榨制油前的預榨或包餅工序。該液壓壓榨裝置通過現場試驗表明,在保壓壓力22 MPa、保壓時間35 min時,餅殘油率為11.33%、油樣含雜率為0.77%,滿足設計要求。該新式壓榨制油機構的設計為液壓榨油機的自動化提供了借鑒和基礎。

關鍵詞:壓榨制油機構;結構設計;U型隔板;液壓榨油機 

中圖分類號:TS223;TQ643   文獻標識碼:A

文章編號:1003-7969(2018)12-0152-04

 

Design and experiment of novel oil pressing mechanism

LIU Yinzhi1, RUAN Haijian2, REN Jiajia2, LI Shaohua1, MU Rensheng2

(1.Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences, Beijing 100083, China;

2.China Machinery Kangyuan Cereals and Oils Equipment (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100083, China)

 

 

Abstract:At present, the domestic hydraulic oil press has disadvantages of low degree of automation and cumbersome to operate. A kind of oil pressing mechanism that could automatically reset after pressing was development. The overall structure and working principle of the oil pressing mechanism were described, unique U-shaped partition structure for automatic reset after pressing was designed, and the cross section of the oil outlet slot was confirmed as inverted funnel insert plate for reducing the pre-pressing or cake making process before pressing oil. The field experiment of the oil pressing mechanism was performed. The results showed that under the conditions of holding pressure 22 MPa and holding time 35 min, the residue oil rate of cake was 11.33%, and impurity rate of oil sample was 0.77%, which could meet the design requirement. The novel oil pressing mechanism provided reference and foundation for the design of automation of hydraulic oil press.

Key words:oil pressing mechanism; structural design; U-shaped partition; hydraulic oil press

壓榨制油是通過機械作用將植物細胞破碎,使油脂從油料中分離出來,屬于傳統制油方法。用于壓榨制油的核心機械設備有兩種形式:螺旋榨油機與液壓榨油機。螺旋榨油機具有結構簡單、投資較少的特點,但存在油中熱敏性物質損失嚴重及壓榨核桃、芝麻等高含油油料出現“打滑”等問題。目前使用的液壓榨油機具有結構簡單、壓榨餅品質好、容易操作等特點,但是傳統液壓榨油機榨油中需間斷停機、手工操作,工作效率低、操作煩雜,勞動強度大、費力費時[1]。此外,臥式液壓榨油機使用中還存在需包餅或預榨、卸餅困難、油路長、出油率低等問題[2]。近年來,有學者圍繞液壓榨油機開展了一些研究,如王剛[3]通過拉桿與頂、底板的精密配合和頂、底板增加加強筋提高了臥式榨油機的承壓能力,提高了出油率。秦代信[4]利用單片機PC與集成控制閥解決了人工補壓的問題,實現了及時補壓,壓力均勻,出油率提高。趙玉曙[5]采用伸縮式榨圈和雙面導油隔板的配合解決了臥式液壓榨油機壓榨中需要包餅、掉渣和出油速度慢的問題,通過榨筒周圍的滑動防護罩保證了榨出的油不被二次污染,提高了出油的品質。樊祜運[6]在榨筒出料口端上方設計了一垂直運動的油缸控制出料口的開合,配合壓榨油缸使用,可實現卸餅的自動化,解決了卸餅勞動量大的問題。

     基于上述學者研究基礎,本文借鑒傳統壓榨制油設備工作原理以及實際工程經驗[7],設計了新式壓榨制油機構,以餅殘油率和油樣含雜率為考核指標,對新式壓榨制油機構進行研究,為實際生產及液壓榨油機自動化提供參考。

1 總體結構和工作原理

1.1 結構組成

     本文研制液壓榨油機壓榨機構主要由U型隔板,上、下插板,框架,動力系統等部分組成。壓榨制油機構的總體結構如圖1所示。主要技術參數如表1所示。

 

 

 

 

 

 

1.2 工作原理

     根據滲流模型的研究[8],結合壓榨制油理論[9],本文研制的臥式液壓壓榨機構借助獨特的機械結構來實現壓榨、復位工作,工作原理如圖2所示。

 

 

  由圖2可知,壓榨結構主要由3個大小不等、相互銜接的U型隔板組成,3號U型隔板上依靠導向塊可在2號U型隔板上的導向槽內沿軸向(即壓榨活塞的運動方向)做往復運動,同時U型隔板上的支撐板在框架內壁上的導向槽內同向運動,實現對榨腔(即由兩個U型隔板形成)內油料的壓榨、復位等操作。該機構既保證了壓榨制油、復位卸餅操作的自動實現,又結構簡單、便于維護。

2 主要部件設計

2.1 U型隔板的設計

     現有各種液壓榨油機的壓榨機構,榨腔內部或者不分層,或者是簡單用圓形鋼板把油料等分為幾份,這種傳統壓榨機構雖能實現較高的出油率,但是存在給料需要包餅或預榨、壓榨后難以自動復位等問題[10]。為解決這些問題,分析研究了外部導向復位壓榨機構,即U型隔板組合。

     外部導向復位壓榨機構,即U型隔板組合,主要由3個大小相互銜接的U型隔板組成。導向槽分布于U型隔板左、右側的中部,支撐板緊靠支撐槽且可沿框架的支撐槽運動,保證壓榨制油中U型隔板不變形,支撐板的厚度和導向槽的長度與壓縮比有關,導向槽的長度越長且支撐板越薄,壓縮比越大,越利于出油,但是支撐板太薄難以支撐U型隔板壓榨中不變形,結合生產實際及芝麻、花生仁等常見油料的實際壓縮比參考值(見表2),取每個U型隔板形成的榨腔厚度為100 mm,支撐板厚度為20 mm,理論壓縮比可達到5,大于等于芝麻、花生仁等高含油物料的實際壓縮比。

 

  對于3節U型隔板組成的壓榨機構,可以看作是3個小的壓榨機構,前一個U型隔板的底部軸向應力作為后一個U型隔板的端部軸向應力,為保證每節壓榨機構的出油效果最好,液壓缸推動方向應該由大的一節U型隔板推向小的一節U型隔板。這是由于當油料高度為定值時,軸向應力的損耗隨半徑的增大而減少[12]。

     U型隔板是壓榨機構的關鍵部件,主要由隔板、側板、支撐板、導向塊、濾網等組成,如圖3所示。

 

  對于傳統的液壓榨油機,料層厚度相對于徑向半徑較大,徑向出油阻力小于軸向出油阻力且在結構上其端部無出油孔,因此其出油方式主要是沿徑向流動,最后由榨腔軸向出油槽流出。

     本文設計的壓榨機構通過U型隔板將油料分為多層,料層較薄且U型隔板端部有流油槽,徑向出油阻力大于軸向出油阻力,且U型隔板與上插板所形成的榨腔壁上無出油孔,在下插板均布有出油槽,U型隔板側壁上開有出油孔,因此部分油脂將沿著軸向運動到達隔板,最后沿隔板油道向下流出。

     結合軸向出油模型,可知榨腔的半徑或者是矩形榨腔的長寬對出油速率、出油量無影響,即當油料層足夠薄且隔板開有出油槽的情況下(保持軸向出油暢通),即使上插板無出油孔也不會影響出油速率(榨油周期不會變長)和出油總量(單機生產能力不會降低),因此經濟效益不會降低。

     側板上開有出油孔,出油孔只開在靠近隔板的一端,這是由于在開始壓榨階段,油料只發生形狀的改變,并不會有液態油脂流出。由于孔深度比較大且孔徑比較小,壓榨制油過程中不會有油料被擠出。

     隔板上開有V型槽,正、反面上的V型槽錯位分布,可保證隔板擠壓中不變形。V型槽的大小應能滿足軸向流出的油在此不集聚,且V型的開口不宜過大,過大易造成油料進入,形成堵塞。V型槽上覆蓋有濾網,一方面可以防止壓榨中油料進入V型槽,造成堵塞,影響出油效果,另一方面可以對壓榨得到的毛油起到初步過濾的作用,減少油樣中雜質的含量,減少后續操作工藝。

2.2 上、下插板的設計

     上、下插板與U型隔板共同組成密閉的榨腔,是壓榨機構的重要組成部分。下插板不僅是密閉榨腔的組成部分,而且是出油機構,主要由下插板主體、螺紋塊、螺紋桿等組成,如圖4所示。

 

 

  傳統液壓榨油機壓榨機構出油孔隙較淺,為防止油料在壓榨中漏料,多采取包餅或預榨工序。文中通過加深出油縫隙深度,借鑒過濾分離機械的濾餅過濾原理,在壓榨初始階段,油料會有部分進入或在縫隙上形成“搭橋”,形成一層類似傳統壓榨機構中“布袋”或“稻草”的結構,起到既能保證液體油脂流出,又不會出現漏料的現象。出油縫隙的方向選擇為與液壓缸運動方向垂直,這樣利于油料在縫隙的淺層形成“搭橋”,而不出現“漏料”。根據不同油料的不同物質特性,設計了寬度為0.5 mm的縫隙。每條出油縫隙的截面呈倒漏斗形,這樣既可以保證出油縫隙深淺合適,即保證壓榨中液體油脂在縫隙中流動阻力較小,又可保證壓榨時下插板受側向壓力不變形。

     壓榨結束后,側向應力導致榨餅與下插板之間摩擦力較大,難以直接手動推開下插板,因此設計了螺桿傳動機構,可輕易推開下插板,完成卸餅。同時,螺桿機構還可以阻止壓榨中因油料與下插板的摩擦力而帶動下插板同時沿軸向運動。

2.3 框架結構的設計

     框架結構是壓榨機構的承壓部分,主要由前、后側板,左側板焊合,液壓缸固定板,撐條及L型板組成,如圖5所示。

     壓榨中,為保證壓榨制油效果,最后一節U型隔板底部的軸向應力應足夠大,同時,側向應力會通過U型隔板的支撐板傳遞到框架結構,因此整個框架機構需要有較大的承壓能力。這就要求前、后側板,左側板焊合及液壓缸固定板間需通過焊接固定,組成閉合框架結構。

 

 

 

  固定于前后側板上的撐條主要用于上下插板的限位及支撐,厚度過小則難以承受榨腔內產生的側向應力,導致上、下插板變形甚至破壞整個壓榨機構;厚度過大則會增大與上下插板間的摩擦力,甚至造成壓榨結束后,上下插板難以滑動打開。參考立式液壓榨油機的設計,設計的撐條厚度為25 mm。

     L型板用于遮擋U型隔板與榨膛間所形成的孔隙。這樣能避免油料不落入空隙內而阻礙U型隔板順利伸縮壓榨,同時提高整個壓榨機構的美感。

3 壓榨制油試驗

     壓榨時間、保壓壓力是影響餅殘油率及油樣含雜率的重要工藝參數。結合液壓壓榨制油實際經驗,以保壓時間35 min、保壓壓力22 MPa為壓榨工藝參數,用本文設計的液壓壓榨裝置對由滕州市鑫溢食品加工有限公司提供的山東臨沂系列品種的花生(含油率為45.2%)進行試驗。

     文中設計的壓榨機構分3個榨腔,每個榨腔由于內徑等的不同可能會出現殘油率不一致,為綜合衡量整個壓榨機構榨油中的餅殘油率,取樣中要保證每個榨腔分別取樣,然后混合均勻。餅殘油率按照GB/T 5512—2008進行測定,油樣含雜率按照GB/T 5529—1985進行測定。每組試驗重復3次,取平均值,結果如表3所示。

 

 

 

     由表3可知,餅殘油率和油樣含雜率的平均值分別為11.33%和0.77%,實際生產中可以滿足生產要求。

4 結 論

     研制的液壓壓榨制油機構與目前市場上的液壓榨油機比較,實現了壓榨后自動復位、無需包餅或預榨等操作,操作簡單、單機效率高、性能穩定可靠。壓榨制油試驗表明,通過本文設計的壓榨制油機構在保壓時間35 min、保壓壓力22 MPa條件下得到餅殘油率11.33%、油樣含雜率0.77%,達到了設計要求。由于本文設計的壓榨制油機構可實現壓榨后自動復位,為自動液壓榨油機的設計奠定了基礎,為液壓榨油機提供了大型化、自動化、現代化的發展方向。


參考文獻:

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