CN101878947A - 多螺杆挤压成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多螺杆挤压成型设备，依次包括进料设备(20)，螺杆挤压机(10)，挤出模具(40)，回转马达箱(50)，涂覆设备，以及传送设备(70)，所述传送装置(70)设置在基础盘下方，包括驱动滚轮和具有粘附性的传送带(72)。所述的多螺杆挤压机(10)的腔体内包括有四根螺杆。螺杆挤压机(10)的腔体内具有一内层腔体，同内部螺杆整体结合；此外还设有一外层腔体(7)，四根螺杆组成四螺杆结构，上下分层设置，相邻的螺杆两两互相密闭咬合。采用了这种四螺杆的结构，使得本发明的多螺杆挤压成型设备。提高挤压效率和空间的利用率，能够在不扩大设备占用面积的情况下有效增加单台挤压设备的最高产率。

Description

多螺杆挤压成型设备

技术领域

本发明涉及一种多螺杆挤压成型设备，具体地说是采用四螺杆的挤压机和配套的挤出、涂覆、传送等装置来对预混合的米粉团或面团进行加工的装置，属于食品加工技术领域。

背景技术

随着对食品的营养的要求的日益增加，各种复合营养素的谷物产品及其生产方法也迅速地发展着，从早期的酸预蒸法工艺、直接浸吸法和涂膜法等工艺，发展到如今比较完备的：从谷物粉碎→预处理→与营养素混合→挤压→切割成型→干燥→筛选→按比例配米，最后得到营养素强化复合谷物的工艺流程。

而其中的挤压-切割成型的步骤是生产过程中的重要环节，一般采取的单螺杆或者双螺杆挤压机，将谷物粉末的水合物挤压后通过一定的形状模具，经切割而得到所需要的形状、尺寸的谷物类食品，并在相应的传送带上进行输送，直至检验和包装步骤。

参见附图1，国际公开文本(WO01/72151)公开了一种一体化的复合谷物混合、挤压、成型设备。包括原料混合装置，双螺杆挤压机，挤出装置，切割成型设备。其中的原料混合装置与双螺杆挤压机，通过连通的垂直输送管道相连，并且在管道中设有控制阀，以调整预混原料进入挤压机的速度以及产品效率。双螺杆挤压机中平行布置有两个螺纹相互咬合的螺杆，相向转动，使由上而下输送的物料能够进行充分地压实和输送。在挤压机的末端具有挤出盘，挤出盘上开设有多个挤出孔，紧贴挤出孔处设置有切割装置，能够将挤压出的条状物料切割成所需要的长条状、粒状或片状产品，以符合各种谷物复合产品的需要。

参见附图2，美国专利(US5350585)公开一种挤压机的双螺杆结构。所述的双螺杆结构分为多段，其螺纹密度均不一致，以配合挤压过程中的各个阶段的需要。同时，螺杆中也开设有空洞，以便于物料在螺杆挤压机中充分混合。

然而，传统的单螺杆或双螺杆挤压机有一些不足：

1、传统的双螺杆挤压机的螺杆直接放置于椭圆形或圆形截面的腔体中，再挤压和输送过程中，物料易于在某些部位产生堆积，从而使挤压效果降低。

2、并且由于螺杆腔体内经常有堆积现象，而长期未能得到充分挤压的这些堆积物，经过一段时间后会凝结成块，从而影响整体产品产出效率以及产品的均匀程度，需要经常清理。然而传统的双螺杆挤压机的螺杆更换过程困难，且在停机之后，螺杆因相互咬合的结构，依然会产生机械转动，容易造成事故。

3、传统单螺杆或者双螺杆的挤压结构的挤压效率提高只能通过增加螺杆尺寸而得到，然而随着螺杆尺寸的增加会导致整个设备的挤压效率和挤压质量的下降。

发明内容

本发明提供了一种多螺杆挤压成型设备，采用了四螺杆的挤压挤出结构，对四根螺杆在腔体的转动模式进行了重新设计；并对螺杆的温度分段加热控制；多螺杆以及与螺杆成一体的内腔体整体更换装置；切割成型后的喷涂设备；传送带上的切割装置采用例如高压水刀等污染较小的切割工具，并且在相应的切断点处设置有碎料回收装置。

以上的各种改进，均有效地提高了谷物挤压成型装置的工作效率，对产品的质量控制得到更好的提高，同时也增强了设备的便于操作性以及整体系统设计的合理性。

本发明提供了一种复合谷物的挤压成型装置，依次包括进料装置(20)，螺杆挤压机(10)，挤出模具(40)，回转马达箱(50)，涂覆装置，以及传送装置(70)，其特征在于：所述进料装置(20)为带有流量控制阀和监测装置的进料漏斗；所述螺杆挤压机(10)包括安装螺杆的腔体，支撑支柱，以及与腔体内部相互密闭咬合的多根螺杆；所述挤出模具(40)共有两个挤出盘(41)，挤出盘为锥台形状，且挤出口分布在圆盘的外环面上；所述传送装置(70)设置在基础盘下方，包括驱动滚轮和具有粘附性的传送带(72)；

上述的多螺杆挤压机(10)的腔体内包括有四根螺杆；

所述的粘性的传送带(72)粘附挤出的物料拉伸成型；并且传送装置两端设有挡板(73)以防止物料堆积后散落离传送带。。

上述的挤压成型装置，其中，所述的四根螺杆组成四螺杆结构，且四根螺杆分上层螺杆组与下层螺杆组两层排布；

上层螺杆组相互密闭咬合，咬合处的转动方向为向下转动；下层螺杆组相互密闭咬合，咬合处的转动方向为向上转动；同时，上层螺杆组与下层螺杆组上下叠置，相邻的螺杆两两互相密闭咬合。

上述的挤压成型设备，其中，所述挤压机为四螺杆挤压机(10)，包括四根相互啮合转动的挤压螺杆(1，2，3，4)以及一个进料槽口(5)，所述进料槽口为锥顶向下的圆锥形漏斗。

上述的挤压成型设备，其中，所述的四螺杆结构，位于下方的两根螺杆作为主动螺杆，由驱动马达驱动；位于上方的两根螺杆作为从动螺杆，由相互咬合的螺纹带动转动。

上述的挤压成型设备，其中，所述的四螺杆结构，上下两组共四根螺杆，由驱动马达通过调速一致的齿轮驱动。

上述的挤压成型设备，其中，所述的螺杆挤压机(10)的腔体内具有一内层腔体，同内部螺杆整体结合；内层腔体的形状紧贴螺杆结构的边缘设置；内层腔体(6)外还设有一外层腔体(7)，所述内层腔体内密封有四螺杆结构，且支撑于外层腔体(7)之间。

上述的挤压成型设备，其中，在所述的内层腔体与外层腔体之间还设有一温度调节设备(8)。

上述的挤压成型设备，其中，所述的温度调节设备为电加热装置，且沿螺杆腔体轴向分段布置有多个分别调控的温度控制装置。

上述的挤压成型设备，其中，所述的挤压成型设备包括两组或以上的螺杆挤压机(10)，两组挤压机相向布置，共用同一个挤出模具(40)，所述的两个挤出盘(41)与螺杆挤压机正交分布。

上述的挤压成型设备，其中，所述的螺杆挤压机(10)在更换螺杆过程中，将所述的内层腔体与螺杆整体取出，实现所述螺杆组整体替换。

通过本发明所采用的技术方案，可以得到以下优点：

1、提高挤压效率和空间的利用率，能够在不扩大设备占用面积的情况下有效增加单台挤压设备的最高产率。

2、减少物料堆积现象，并且降低了螺杆清洗更换的频率。

3、便于螺杆的整体更换和修理，避免更换螺杆过程中产生的安全问题，并且可以在不停机的情况下实现对外部腔体以及温度控制、检测装置的检验检修。

4、为挤压成型的过程中的分段控制和检修，提供了可能性。

附图说明

图1现有技术的挤压机；

图2现有技术的双螺杆结构；

图3本发明挤压成型设备的水平视图；

图4本发明挤压成型设备的俯视图；

图5本发明的四螺杆挤压机截面图；

图6本发明的双挤压机正交分布图；

图7本发明的多螺杆挤压机螺杆多螺杆分段分布图；

图8本发明的多螺杆挤压机控温装置单根螺杆分布图；

图9本发明的挤出模具的内部结构图；

图10本发明的挤出模具与传送带分布关系图。

具体实施方式

参见附图3及附图4，为本发明挤压成型设备水平流程图以及设备的俯视图。包括进料装置(20)，螺杆挤压机(10)，挤出模具(40)，回转马达箱(50)，其中，所述进料装置(20)为带有流量控制阀和监测装置的进料漏斗；所述螺杆挤压机(10)包括安装螺杆的腔体，支撑支柱，以及与腔体内部相互密闭咬合的多根螺杆；所述挤出模具(40)共有两个挤出盘(41)，挤出盘为锥台形状，且挤出口分布在圆盘的外环面上。物料通过进料装置(20)进入螺杆挤压机(10)，螺杆挤压机中有双螺杆或多螺杆结构进行水平的挤压和输送，并且将所述物料最终堆积至靠近挤出模具(40)的一端，通过持续的螺杆转动过程，将物料推挤入挤出模具，并且经由模具内的挤出孔，所述挤出孔分布在圆形的挤出盘(41)上，并且将物料由此挤出。所述挤出盘，通过一转动轴，与外部的回转马达箱(50)通过转动轴(51)相连接，通过马达的转动轴的轴向传动，使挤出盘以一定的速率转动。根据马达的调速，将所述挤出盘的转速控制在10RPM至85RPM之间，并且优选转速为15RPM至35RPM。

挤出模具(40)设备共有两个挤出盘(41)，挤出盘均为锥台形状，且在挤出模具的一侧口径较小，而在远离挤出模具的一侧口径较大。且挤出盘上分布有挤出口(42)，挤出口分布在圆盘的外环面上。本发明优选的挤出孔布置方式，如图3所示的挤出圆盘(41)上，挤出口3个一组排列，且每组的3个挤出口沿圆盘切线方向布置。可相对于圆盘按一定角度分配，如90°夹角，共分配4组。或者也可以采取120°夹角分配3组或者60°夹角分配6组等其他均布方式。挤出盘(41)的直径一般选择为15至65厘米之间，优选为15厘米至30厘米直径的挤出盘。挤出口(42)的直径控制为1毫米至15毫米之间，根据不同的产品要求可选择具有不同的直径挤出孔的挤出盘作为替换。其中优选用于制造生产复原米粒设备的挤出口的孔直径为1.2毫米或3.8毫米，以使成品最终粒度能够接近天然大米。所述挤出口的形状也可采用正方形、长方形、椭圆形等其他形状。

参见图9，本发明的挤压成型装置中的挤压装置中央部分，是一个贮存腔(43)，用于贮存从挤压螺杆输送至挤出模具(40)中的物料。并且，在螺杆(1，2)与贮存腔输送的入口处两侧，另外设有挡块(44)以防止物料回流和堆积与转角处。所述的挤出盘(41)上三个一组的挤出口(42)，其形状为内大外小的锥形，利于物料在挤压出挤出盘时能够继续保持一定的密实程度。

参见图10，为本发明的挤出模具(40)与传送装置(70)处于垂直分布状态，所述传送带(72)位于挤出盘(41)的正下方，同时，传送装置两端设有挡板(73)以防止物料堆积后散落离传送带。所述传送带采用橡胶、塑料、光滑金属等具有一定粘性的材料作为表面，传送过程中，通过挤出孔(42)挤出的物料呈条状分布在传送带上。当传送带(72)传送速度大于物料挤出的产生速度的时候，由于粘性材料的拉拽作用，使产品变得直而细长；当传送带(72)的传送速度小于物料挤出的产生速度的时候，同样由于粘性材料的推移作用以及物料的自由堆积，得到的成品为具有一定扭曲程度的产品。传送带的可选速度为2至25厘米/秒，优选为5-8厘米/秒。并且，所述挤出盘的转动，也能够使产品形成缠绕、螺旋等特殊形态。

参见图5，为本发明优选实施例的多螺杆挤压机的截面视图，所述的螺杆挤压机(10)的腔体内具有一内层腔体(6)，同内部螺杆(1，2，3，4)整体结合，还包括一个进料槽口(5)，用于让预混原料进入挤压设备；内层腔体(6)的形状紧贴螺杆结构的边缘设置；内层腔体(6)外还设有一外层腔体(7)，所述内层腔体内密封有四根螺杆组成的四螺杆结构，且支撑于外层腔体(7)之间。且四根螺杆分上层螺杆组(1，2)与下层螺杆组(3，4)两层排布。其中，上层螺杆组包括第一上层螺杆(1)和第二上层螺杆(2)，两根螺杆相互咬合，相向转动，即在其咬合处的转动放下为向下转到，物料通过进料槽口(5)落入上层螺杆之间，经过螺杆挤压和碾磨进入腔体中间区域。下层螺杆组(3，4)包括第一下层螺杆(3)和第二下层螺杆(4)，两根螺杆相互咬合，并且背向转动，即在两根螺杆的咬合位置处，两根螺杆的转动方向均为向上转动。同时，第一上层螺杆(1)与第一下层螺杆(3)相互咬合，第二上层螺杆(2)和第二下层螺杆(4)相互咬合，它们咬合处的转动方向均为向外侧转动。因此，进入中间区域的物料由下层螺杆再次挤压至外侧，部分经由上层螺杆组(1，2)输送至上方进行再次挤压，其余部分则经由下层螺杆组(3，4)输送至下方并，并通过下层螺杆组(3，4)传输再次挤压传输至中间区域，并进入两侧挤压，分流上层与下层。同时，在底部易于堆积物料处，设有贴近螺杆截面外形的凸起结构，以帮助物料及时通过螺杆转动进行再次挤压。值得注意的是，在此种四螺杆结构的挤压机中，在下层螺杆中输送挤压的物料所占比重较多，占总体的65％～85％，而只有部分物料经过挤压回到上层螺杆中，同时与物料本身的粘度特性有关，粘度较大的物料，进入上层螺杆挤压的比例会较大。

因此，除了常规的利用齿轮结构达到同时驱动4根螺杆的转动驱动装置来实施挤压外，也可以通过仅驱动下方两根螺杆的方式来进行使上方两根螺杆沿螺纹从动，实现物料的挤压，并有效地减小过多空转和功率消耗，实现输出功率的最大限度的利用。

在所述的内层腔体和外层腔体之间具有固定结构，以维持两层腔体的稳定，固定结构为固定法兰、固定支架等常规机械构型；并且所述固定结构也可以为多孔材料制成的缓冲层。并且，在所述的外层腔体与内层腔体的底部空隙中，设置有温度调节装置(8)，具体来说为加热装置，可选择为电阻丝加热器或者蒸汽喷孔，并且通过设置在挤压机轴向不同位置的温度传感器来检测各段的温度。再由设置在轴向各段的加热装置，通过电热控制电路或者蒸汽阀门来调节，达到多段温度控制，便于对不同挤压程度和位置的挤压产品进行温度控制。

参见图7和图8，为本发明的分段加热螺杆装置的视图，如图所示，仅标识出上层螺杆(1，2)，每根螺杆均分别分为多段，其中第一螺杆(1)包括挤压末端(106)，沿轴向依次分布有第一挤压段(101)，第二挤压段(102)，第三挤压段(103)，第四挤压段(104)和第五挤压段(105)；第二螺杆(2)包括挤压末端(206)，沿轴向依次分布有第一挤压段(201)，第二挤压段(202)，第三挤压段(203)，第四挤压段(204)和第五挤压段(205)。每段挤压段的螺纹密度均不相同，其中最靠近末端(106)的第一挤压段螺纹密度最大，其次是第二挤压段和第四挤压段，第三挤压段及第五挤压段螺纹密度较小。并且，在相应的各挤压段的下方，也逐段分配有加热装置(8)，并且具体可根据不同的挤压段，分为第一加热装置(81)，第二加热装置(82)，第三加热装置(83)，第四加热装置(84)，第五加热装置(85)。并且，所述的加热装置处于各根螺杆相接触位置的凹陷处，各自通过独立的温度调节装置控制。在本发明中，所述的加热装置为盘绕的热电阻，并且在相应的加热装置处均设有温度传感器，以便于调节各具体点位的温度情况，可以实现阶梯状控温。螺杆挤压机的挤压温度一般控制在45-60℃，其中在物料进入的第五挤压段处，温度控制在45-50℃，第四挤压段处温度为50-55℃，第三挤压段处温度为45-55℃，第一及第二挤压段温度为55-60℃。

参见图6，为本发明的双挤压机正交分布结构图。包括两组的螺杆挤压机(10)，两组挤压机相向布置，共用同一个挤出模具(40)，所述的两个挤出盘(41)与螺杆挤压机正交分布。同时，也可以采取上下分层方式来实现两组以上的螺杆挤压机(10)共用同一挤出模具(40)，并且所述挤出模具(40)的内壁需经过扩容和结构强化，以使其能够承受多组挤压机共同产生的巨大压力。

本发明的挤压成形装置，其中，所述的挤压成型装置包括两组或以上的螺杆挤压机(10)，两组挤压机相向布置，连通至同一个挤出模具(40)，所述的两个挤出盘(41)与螺杆挤压机正交分布。

上述的挤压成形装置，其中，所述的螺杆挤压机(10)在更换螺杆过程中，通过停止螺杆驱动轴，随后将螺杆与包覆在螺杆外侧的内层腔体共同松开至一定程度，即离开驱动轴固定部位25至50厘米处，以机械臂或者吊挂系统，将螺杆内层腔体与内部的螺杆同时替换，并将新的螺杆腔体与螺杆安装至机械设备之上。

在螺杆的内层腔体上设有拆卸槽，拆卸槽沿轴向分布，位于两个螺杆接触点的切面方向上。并且，通过将拆卸槽沿其长度方向切割破坏后，可将内层腔体打开，从而取出分别包覆在腔体内的螺杆，单独清洗和维护。并可以套上新的内层腔体来循环使用。

在本发明的传送带上还设有可以定时切断长条状物料的切割装置，如高压水刀。

传送带的传送方向上，还设置有液膜涂覆系统或者喷涂系统，将可食用的涂膜、食用油、油脂等涂覆材料涂覆于产品上。

涂覆膜可以起到防止谷物水合物的相互粘连、与机器的粘连，进一步防止后续干燥过程中可能发生的开裂，也利于维持谷物水合物的形状。

上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的普通设备来予以实施。

Claims (10)

1.一种多螺杆挤压成型设备，依次包括进料设备(20)，螺杆挤压机(10)，挤出模具(40)，回转马达箱(50)，涂覆设备，以及传送装置(70)，其特征在于：所述进料设备(20)为带有流量控制阀和监测设备的进料漏斗；所述螺杆挤压机(10)包括安装螺杆的腔体，支撑支柱，以及与腔体内部相互密闭咬合的多根螺杆；所述挤出模具(40)共有两个挤出盘(41)，挤出盘为锥台形状，且挤出口分布在圆盘的外环面上；所述传送装置(70)设置在挤出盘下方，包括驱动滚轮和具有粘附性的传送带(72)；

所述的多螺杆挤压机(10)的腔体内包括有四根螺杆；

所述的粘性的传送带(72)粘附挤出的物料拉伸成型；并且传送装置两端设有挡板(73)以防止物料堆积后散落离传送带。

2.如权利要求1所述的挤压成型装置，其特征在于，所述的四根螺杆组成四螺杆结构，且四根螺杆分上层螺杆组与下层螺杆组两层排布；

上层螺杆组相互密闭咬合，咬合处的转动方向为向下转动；下层螺杆组相互密闭咬合，咬合处的转动方向为向上转动；同时，上层螺杆组与下层螺杆组上下叠置，相邻的螺杆两两互相密闭咬合。

3.如权利要求1所述的挤压成型设备，其特征在于，所述挤压机为四螺杆挤压机(10)，包括四根相互啮合转动的挤压螺杆(1，2，3，4)以及一个进料槽口(5)，所述进料槽口为锥顶向下的圆锥形漏斗。

4.如权利要求2所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的四螺杆结构，位于下方的两根螺杆作为主动螺杆，由驱动马达驱动；位于上方的两根螺杆作为从动螺杆，由相互咬合的螺纹带动转动。

5.如权利要求2所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的四螺杆结构，上下两组共四根螺杆，由驱动马达通过调速一致的齿轮驱动。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的螺杆挤压机(10)的腔体内具有一内层腔体，同内部螺杆整体结合；内层腔体的形状紧贴螺杆结构的边缘设置；内层腔体(6)外还设有一外层腔体(7)，所述内层腔体内密封有四螺杆结构，且支撑于外层腔体(7)之间。

7.如权利要求5所述的挤压成型设备，其特征在于，在所述的内层腔体与外层腔体之间还设有一温度调节设备(8)，所述温度调节设备轴向分布，对多螺杆挤压机轴向各段分别控温。

8.如权利要求7所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的温度调节设备为电加热装置，且沿螺杆腔体轴向分段布置有多个分别调控的温度控制装置。

9.如权利要求8所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的挤压成型设备包括两组或以上的螺杆挤压机(10)，两组挤压机相向布置，共用同一个挤出模具(40)，所述的两个挤出盘(41)与螺杆挤压机正交分布。

10.如权利要求1所述的挤压成型设备，其特征在于，所述的螺杆挤压机(10)在更换螺杆过程中，将所述的内层腔体与螺杆整体取出，实现所述螺杆组整体替换。

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