雙軸同轉凸輪螺旋式低溫榨油機的設計原理

岳　巍

(山西省農產品加工裝備技術管理站，太原　030031)

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雙軸同轉凸輪螺旋式低溫榨油機的設計原理

岳巍

(山西省農產品加工裝備技術管理站，太原030031)

摘要：根據螺桿式榨油機存在的問題，設計了一種雙軸同轉凸輪螺旋式榨油機。利用雙凸輪形成的油料壓榨腔，使油料作物在腔體內完成擠壓、松弛、碾磨、破碎和混合。經過多腔壓榨，多次重復，使得油料作物獲得充分壓榨，降低了油餅中的殘油率。整個壓榨過程壓力小、溫度低，符合目前低溫冷榨制油技術理念，生產出的油脂品質好，油餅蛋白質含量高。該榨油機的主要零部件可單獨加工制造，組合安裝，使得整個加工工藝簡單，加工成本低。

關鍵詞：雙軸同轉榨油機；凸輪壓榨腔；低溫

0引言

山西是特種油料種植大省，分布著大量的特種小棕油料作物，如亞麻、紫蘇、核桃、小麻籽、黃芥、油葵等，是當地百姓食用油的主要來源。長期以來，農村油坊主要使用的是液壓榨油機和單螺桿榨油機，在使用時都存在著不少缺點。最早使用的液壓式榨油機結構復雜、不能連續工作、效率低、殘油率高、占地面積大、維護保養不方便，已不適應農村油坊來料加工服務。目前普遍使用的是單螺桿式動力榨油機，也存在著缺點：一是由于其設計結構的原因，限制了油料在榨籠內部的輸送效率，而且對油料的破碎和混合也很不充分，存在著榨膛長徑比和理論壓縮比偏小、對被榨油料的物理特性要求較高的問題[1]。二是在壓榨油料作物時，為減少殘油率而需要很大的擠壓力，所以容易產生過熱和高耗能，甚至常常出現油餅的焦糊現象，導致油脂中營養成分含量的降低。三是現有的單螺桿榨油機對物料壓榨前的預處理要求嚴格，所以多以熱榨為主，基本不適合油脂冷榨新工藝的發展要求。

目前，低溫冷榨食用油由于營養成分高而受到營養界的推崇，原滋原味、綠色、活性的冷榨油脂將是未來發展的方向。為解決單螺桿榨油機壓力過大、溫度過高、不易冷榨的問題，德國凱姆瑞亞·斯凱特公司與埃森綜合大學合作，最早開發了雙螺桿冷榨機，較好地解決了單螺旋榨油機存在的問題。其生產出的冷榨油為綠色食品，銷售價格也為普通油脂的3～5倍[2]。隨后我國武漢也有一些制造企業自行生產了多種型號的雙螺桿冷榨機，并投入使用。

雖然這些雙螺桿榨油機在使用時很好地解決了單螺桿榨油機的缺點，但也存在著一些問題。為此，設計了一種雙軸同轉凸輪螺旋式榨油機，符合目前低溫冷榨技術理論，生產出的油脂品質好，油餅蛋白含量高。

1雙軸同轉凸輪式低溫榨油機的研制

1.1　設計方案

改螺桿式榨油機用螺旋強力擠壓的出油原理為兩步出油方法：一是先利用雙凸輪型破碎器組成的體積變化的擠壓腔對被榨油料進行多次擠壓出油；同時利用凸輪接觸原理，破碎和碾磨擠壓腔所形成的油餅塑形塊，將塑形塊中心部分未被擠壓干凈的油料攪拌混合后，在送入其它擠壓腔內繼續重復進行破碎并碾磨。二是將擠壓腔已擠壓多次的硬質油餅送入最后邊的榨油螺旋內進行最后的壓榨，通過螺旋最后的大力擠壓將其殘油盡量榨出，從而解決了螺桿式榨油機壓力過小、油滴難以從油料細胞中被擠壓出來，壓力過大時又容易將油料很快壓實、油滴同樣難以從油料中流出的問題[3]。

1.2　壓榨流程

喂料→螺旋推進輸送→進入雙凸輪擠壓腔(通過擠壓腔空間體積的變化→實現壓力的變化)→擠壓→松弛→出油→破碎油餅→碾磨混合→螺旋推送→多次循環→最后送入螺旋壓榨將油餅中的殘油擠出→低殘油油餅。

1.3　主要部件

榨油機的主要部件為凸輪、螺旋套及漏油器。通過凸輪的同向轉動形成容積變化的擠壓腔，完成多級壓縮、緩沖、破碎、碾磨和腔內清理。榨油機前部螺旋套起推進輸送作用，最后3組螺旋套螺距變得越來越小，起壓榨作用，完成油餅的薄料層壓榨。漏油器由多個漏油擋片安裝而成，然后與機體連接，主要用于流油和分離油渣。

1.4　技術特點

在兩根軸徑相同、轉向相同的軸上，安裝多組凸輪和螺旋套組件；兩軸旋軸時，雙凸輪形成容積和壓力變化的擠壓腔，油料在空間變化的擠壓腔內，實現擠壓、松弛、破碎、碾磨、混合和攪拌的出油過程。主要部件以鍵連接方式固定于軸上，加工工藝簡單、安裝方便、制造加工和維護保養容易、動力消耗少、使用成本低，適合農村三相電要求，不需要增容。

2結構及工作原理

2.1　結構

榨油機機體剖面圖如圖1所示。

1.傳動軸　2.進料口　3.機體　4.箱體　5.內腔空間

2.2　工作原理

榨油機的機體由帶進料口2的組件3，與進料口連接的錐形料斗27，箱體的組件4、6、10，漏油器組件7、11組成。漏油器是用來流油和分離油渣，固定安裝大箱體上。機體尾部為出渣板12，用于排出油餅。機體組件互相之間靠端面連接，在連接位置形成了內腔空間5。漏油器7和11由漏油擋片構成，彼此之間有一定間隙，保證了榨油能流出。擋片間隙大小由所壓榨的油料而定，作物不同，間隙不同。

從外面看，組件4、6、10的箱體外圍有電加熱元件9固定，接在調節電源上。電源控制口接著熱電偶的溫度傳感器8，固定在漏油器7的末端，靠近組件10。其目的是對剛開始壓榨的油料加熱，進行調質。經過加熱的油料，在壓榨過程中，便于油料作物的油路打開，降低了油脂的粘稠度，使油脂容易流動，提高出油率。

機體的內腔空間5內有兩個直排螺旋軸，向同一方向旋轉。傳動軸1并排安裝，中間隔著帶有減速電機傳動的減速分軸器。每個螺旋軸由帶鍵槽的10個螺旋套和4組凸輪刀。螺旋套有同一個方向的螺紋，相同的外徑和一定的螺距。油料行進到內腔空間5，作用在油料上的擠壓力大小應是一定的。為此，每個接下來的螺旋套25、23、22、20、19,17、15、14、13，除了22、23，每個螺距要比前一個小。

凸輪刀16、18、21、24，從剖面看，垂直于軸的軸線，在中間帶有孔的等邊三角形(見圖2)。

圖2　凸輪刀安裝剖面圖

榨油機工作方式：電加熱組件通電，箱體加熱到一定的溫度，開啟電機，讓軸1旋轉，把扭力傳導給螺旋軸；通過料斗27和2向組件3中裝入含水率6%～9%的油料籽；螺旋26將油料籽推到內腔空間5，直到螺旋套25；螺旋套把油料籽向前推進運送到凸輪刀附近，接近凸輪刀組件24。

凸輪刀移動油料籽的過程中，雙凸輪刀與腔體內壁形成了空間體積變化的擠壓腔，實現對油料籽的擠壓。靠每對凸輪刀之間的壓力形成的大小變化的擠壓空間，完成破碎、擠壓、混合和松弛工作。此時，凸輪刀的凸出邊沿和切口之間相互接觸，即形成了密閉的擠壓腔，又能幫助刮清附著在腔壁和凸輪弧面上的油料。

組件4快速移動油料和對其的擠壓，形成巨大向前的推動力，有效地破碎油料；同時，油料籽的外皮也可以相互助力粉碎，堅硬的外皮具有很好的磨碎功能。

油料經過24組凸輪刀的螺旋道組件后，螺旋套23把它們推送到密閉組件6，組件6與組件4直接相連；之后，油料被螺旋套組22推到21組凸輪刀處，繼續粉碎。

在組件6中，油料在擠壓、移動和粉碎過程中再次被加熱，隨后螺旋套20把充分粉碎的油料推送到漏油器7中；此時，漏油器已有合適的溫度，同時油料擠壓的程度也足夠高，便于流油通過漏油器7的縫隙。需要注意的是，此時不能對油料過度加熱，以免影響油品質量。

在漏油器7中，用螺旋套19、20完成了對油料的擠壓流油。油料從漏油器7推進到組件10，組件10的壁通過加熱元件9加熱。在組件10中，油料開始被組件18凸輪刀粉碎，之后由螺旋套推送到組件16凸輪刀，此處完成油料的最后粉碎。由于凸輪刀16安裝的方向與前面不同，阻止了油脂的回流。但是，鑒于前一個螺旋套和凸輪刀產生的擠壓力顯著高于回流壓，所以油料還將繼續沿著之前的方向移動。

螺旋套15將油料推送到漏油器11，此處由螺旋套13、14、15完成對油料的最后擠壓。由于絕大多數的活性油脂已從漏油器7中流出，在最后擠壓的油餅中，殘油已不多，所以需要用較大擠壓力的螺旋套來進行最后的擠壓。

最后，殘油很低的油餅從榨膛末端出渣板9排出。此時，油餅的殘余油量不超過于10%。油料解壓的時間在45～60s之間。

2.3　凸輪刀與腔體壁形成的擠壓空間體積變化規律

圖3為上部擠壓腔空間體積變化最大值位置示意圖。當兩軸逆時針同向旋轉30°、凸輪頂點從A轉到了A1時(見圖4)，上部擠壓腔空間體積會逐漸縮小，下部擠壓腔空間體積逐漸增大。當逆時針旋轉60°凸輪頂點從A轉到A2時，上部擠壓腔體積達到最小值，下部腔體積則變成最大，如圖5所示。當凸輪頂點從A轉到A3位置時，即旋轉90°，擠壓腔腔體體積將重復以前的變化規律，如圖6所示。

圖3　擠壓腔最大空間位置

圖4　逆時針旋轉30°，空間體積變小

圖5　逆時針60°，空間體積最小

圖6　逆時針90°，空間體積變大

3結論

雙軸同向凸輪螺旋式低溫冷榨機以其有別于現有單、雙螺桿式榨油機的設計，實現了油料的低溫壓榨，生產出綠色營養的活性油脂和高蛋白的餅粕。其獨特的凸輪破碎壓榨技術，很好地解決了螺桿式榨油機壓實油餅內部油脂無法流出和油脂營養成分低的問題，使得油餅殘油率更低，壓榨壓力更小，出油溫度符合低溫冷榨油要求。此外，該機在制造時，制造工藝簡單，加工成本低，易損件更換便宜，非常適合山西省農村油坊和小型油脂加工企業更新換代使用。

參考文獻：

[1]黃鳳洪.雙螺桿冷榨機的研制與應用 [J].農業工程學報,2006,22(6):11-16.

[2]忻耀年.油料冷榨的概念和應用范圍 [J].中國油脂,2005,3(2):20-22.

[3]阮競蘭.雙螺旋榨油機榨螺參數與榨膛內壓力的關系研究[J].中國油脂,2013,38(9):12-15.

Abstract ID:1003-188X(2016)08-0117-EA

Design Principle of Biaxial Cam Spiral Low-temperature Oil Pressllation

Yue Wei

(Shanxi Agro-processing Equipment and Technology Management Station, Taiyuan 030031, China)

Abstract：According to the present problems of screw oil presses, a dual-axis rotating cam spiral oil press is designed in this paper. Using the biconvex cam formed oil press chamber, the extrusion, relaxation, grinding, crushing and mixing of the oil crops are completed in the chamber. Through the multi-chamber press and repeating processes, the oil crops are fully squeezed which reduces the residual oil ratio in the oil cake. The entire process has advantages of low press pressure and low temperature, which are consistent with the development trend of current cold pressed oil technology. This type of oil press is able to produce high quality oil and protein-rich oil cakes. The major components of this oil press could be manufactured separately and then combined for installation, which simplifies the entire process and reduces the processing cost.

Key words：dual-axis rotating cam spiral oil press; biconvex cam press chamber; low-temperature

中圖分類號：TS223.3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0117-03

作者簡介：岳巍(1961-)，男，太原人，高級工程師，(E-mail)ncpjgzbjs@163.com。

基金項目：山西省科技產業化環境建設項目(2009071050)

收稿日期：2015-09-22