基于UG技术的双螺旋固液分离机构造型设计*

孙 挥

(江苏省宜兴中等专业学校，江苏宜兴 214206)

1 引言

双螺旋固液分离技术是一种在传统加工工艺基础上优化的一种分离方法。相互齿合的双螺旋结构具有极强的正向输送特性，能改善压榨物料过程中引起的滑移或随轴转动。可省去繁琐的油料预处理工序并节约精练成本。双螺旋结构的应用使螺旋压榨的机械性能得到了改善。为了使该产品快速发展为规模生产，拟订设计与制造小型模拟机，完成高含油率油料脱皮(壳)后的冷榨，干饼残油率与同生产能力的单螺旋油机相比要低1%～2%，同时节能效果好。该型固液分离机构能适用于不同油料的榨油处理，特别适宜脱皮或脱壳油料的冷热榨，以及含油率高油料脱皮或脱壳后的冷榨，也适用于食品、轻工、医药、石油化工和环卫工业中的固液分离［1］。

在UG软件下对双螺杆的各个部分进行计算，使各部分能更好的配合，提高机器的工作效率，减少能量的损耗。重新设计的双螺旋轴的创新点在于:更为合理的榨螺榨圈结构，增大压缩比和榨膛内的压力，提高出油率，降低干饼残油率。重新设计的榨笼壳的创新点在于:优化改良了的榨笼壳设计，避免油料的堆积，同时新的结构设计也使得机器的安装、后期维修等更加方便。排渣及排油机构的优化设计使得总体结构紧促并美观。

2 螺旋榨油机榨油原理分析［1］

(1)压缩取油的基本过程

在螺旋榨油机中，压榨取油的传统过程可分为3个阶段，即进料(预压段)，主压段(出油段)，成饼段(重压沥油段)。

进料段:进料段榨料在送料前进的同时，开始受到紧压作用，使之排出空气与少量的水，形成”松饼”

主压榨段:此阶段是形成高压并且大量排油的阶段。这时由于榨膛空间迅速有规律的减小，使个别粒子间开始互相结合，榨料在榨膛内挤压后成为连续的多孔榨料并且不再松散。

成饼段:榨料已形成瓦饼，成为完整的可塑体，几乎呈整体式推进，因而也产生了较大的压缩阻力(主要产生轴向力)。

(2)榨膛压力的形成

榨膛空间内的压力是由于榨料受压力后，对榨机结构相应部分产生反作用所致。这些反作用大致归纳为两方面:

①榨膛空余体积的缩小，迫使榨料压缩而形成压力:空余体积系指榨膛内每一导程榨螺所包容的空余体积(亦称空膛容积)。榨膛空余体积和沿轴向缩小情况有两种原因:导程(螺距)依次缩小而根径不变或榨螺跟圆直径逐渐增大及榨笼内径的依次缩小。

②缩小出饼圈缝宽，增大对榨料的反压力:调节出饼厚度在一定程度上可以改变榨膛内压力大小。一旦调至某一限度，压力即主要取决于榨料所产生抵抗力的大小。此时，对于一定结构的螺旋榨油机，其最大压力值主要取决于榨料结构的机械特性。也就是说可以通过备料来调整榨膛压力大小。

(3)压力的大小与变化规律

①榨膛压力变化规律:榨膛压力一般指径向压力，因为径向压力很容易利用应变等方法进行测定，榨膛内压力变化的实际情况基本上等到反映。轴向压力目前还没有很好的测定方法，根据有关文献介绍，其变化规律与径向压力的变化规律相似，且略大一些。

②最大压力值:实际中以螺旋榨油机的最大榨膛径向压力衡量榨料受压情况。由于影响因素较多，压力值变化范围很大。因此，实际应用中会有一个确定合理压力值(即临界压力)的影响。

压力值可以测定，那么设计时就必须以最佳条件下的测定值作参考。此外，压力值也可通过实际经验公式进行测定和计算得出。

3 整体方案的设计［2-4］

双螺旋轴的布置方式:初步分析双螺旋的布置形式主要有两螺杆水平布置和竖直布置，甚至还可以倾斜布置，如图1所示。因为倾斜布置的受力等方面都比较复杂，有很多影响受力的不确定因素，所以倾斜布置的方式不在讨论范围，主要讨论水平和竖直两种方式。

图1 双螺旋轴的布置方式

4 双螺旋轴的机构造型设计

考虑到固液分离机的使用性:①植物油料的冷、热榨以及提高出油率，降低干饼残油率;②适用于其他行业的固液分离，故设计为2级九节榨螺，如图2所示，各节榨螺螺距依次减小，采用七次压缩七次膨胀。总压缩比为17.02，根据双螺旋轴理论压缩比设计计算、作用在榨螺上各力的计算、榨螺轴强度校核、榨笼强度计算等设计参数。得到双螺旋结构图2和榨螺结构图3。

图2 双螺旋轴结构图

图3 榨螺结构图

5 基于UG NX三维造型［5-6］

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一体的设计软件，它可用于整个产品的开发过程，包括产品建模、零部件装配、数控加工、运动分析、有限元分析以及工程图生成等。UGSNX是目前市场上功能极致的产品设计工具。它不但拥有现今CAD/CAM软件中功能最强大的实体建模核心技术，且具有高效能的曲面建构能力，能够完成最复杂的造形设计。图4由UG生成的双螺旋挤压机固液分离机构实体图形。

图4 UG生成实体

6 基于UG NX零件的装配

UG装配过程是在装配过程中建立各部件之间的链接关系，UG装配图如图5所示。UG NX具有设计复杂装配件的功能，在各种机器的设计虚拟装配中得到广泛应用，它是通过关联条件在部件间建立约束关系，进而确定部件在产品中的位置，形成产品的集体结构。

图5 UG装配图

7 UG到AutoCAD的快速数据转换［7］

在国内众多企业中二维设计软件应用最广泛之一的是AutoCAD，UG具有转化成工程图的功能，但是UG生成的工程图是基于欧洲标准设计的，国内使用的国际标准，有的用户需要借用AutoCAD输出工程图;在某些数控系统中，由于所带的编程系统需要用AutoCAD作源图，用户也需要进行格式转换，因此，在工程设计中，二维图形文件不可缺少，所以UG三维图形文件转换成AutoCAD图形文件，然后由AutoCAD输出工程图，不但能提高设计、绘图和修改等工作的效率还能提高设计的质量。

8 结语

基于一种双阶九级压榨的原理，设计并研制了一种新型双螺旋固液分离结构，新型双螺旋固液分离机新颖的创新设计:双螺旋轴的创新设计，使榨螺榨圈的结构更为合理，增大压缩比和榨膛内的压力，提高出油率，降低干饼残油率;双螺旋机构的创新和优化设计;使得总体结构紧促且美观。

UG不但拥有现今CAD/CAM软件中功能最强大的实体建模核心技术，更提供高效能的曲面建构能力，能够完成最复杂的造形设计。在设计过程中有着AUTOCAD无法完成的功能，如在榨螺的设计中，螺纹的扫描形成过程。同时UG还有转化成二维图的功能。在设计中，即减短了设计时间，又提供较精确而形象的图形［7］。

［1］ 耿孝正.双螺杆挤出机及其应用［M］.北京:中国轻工业出版社，2003.

［2］ 黄 梦(编译).双螺杆挤出机［J］.橡塑化工时代，2006，18(4):18-19.

［3］ 思 语(编译).双螺杆挤出机［J］.橡塑化工时代，2006，18(10):14-15.

［4］ 汪 虹，张永林.浅析双螺杆榨油机［J］.中国油脂，2005，30(8):26-27.

［5］ 刘海军，狄忠德，田 伟，等.基于UG食品挤压机中螺杆的三维参数化造型设计［J］.计算机应用技术，2008，8(35):31-32.

［6］ 陆龙福，罗进生.UG NX 8.0案例教程——基于工作过程［M］.北京:清华大学出版社，2012.

［7］ 李华川.基于UG的三维CAD同步建模技术研究［J］.机械研究与应用，2010(4):102-104.