专利名称：组合螺杆式挤压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合螺杆式挤压装置，具体地说是采用三螺杆的挤压机和配套的 挤出、切割成型、涂覆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 备的从谷物粉碎一预处理一与营养素混合一挤压一切割成型一干燥一筛选一按比例配 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(W001/72151)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勻程度，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
本发明提供了一种组合螺杆式挤压装置，依次包括进料装置(20)，螺杆挤压机 (10)，挤出模具(40)，切割装置(30)，回转马达箱(50)，以及涂覆装置，其中所述进料装置(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；所述切割装置(30)，包括 切割刀(31)，切割刀移动轨道(32)，所述切割刀(31)紧贴挤出盘设置；所述的螺杆挤压机(10)的腔体内包括有三根螺杆；所述的螺杆挤压机(10)与挤出模具(40)相接临处，设有挤出连接部(60)。上述的组合螺杆式挤压装置，其中，所述的基础连接部包括上层坡面(61)，和下层 出口(62)，用于将物料集中至底部进行输送。上述的组合螺杆式挤压装置，其中，所述的三根螺杆组成三螺杆结构，且三根螺杆 分上层螺杆组与下层螺杆两层排布；上层螺杆组包括第一上层螺杆(1)和第二上层螺杆(2)，其两根上层螺杆之间无 接触，两根螺杆的转动方向相一致；下层螺杆(3)与上层螺杆(1，2)分别密闭咬合，且下层 螺杆转动方向为与上层螺杆方向相反。
上述的组合螺杆式挤压装置，其中，，所述的上层螺杆(1，2)的轴心与下层螺杆轴 心连线所成的夹角为75-85°。上述的组合螺杆式挤压装置，其中，，所述挤压机为三螺杆挤压机(10)，包括三根 构成螺杆组的挤压螺杆(1，2，3)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。上述的组合螺杆式挤压装置，其中，所述的三螺杆结构，位于下方的螺杆作为主动 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。上述的组合螺杆式挤压装置，其中，所述的三螺杆结构，螺杆组的共三根螺杆，由 驱动马达通过调速一致的齿轮驱动。上述的组合螺杆式挤压装置，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双螺杆结构，且支撑于外层腔体(7)之间。上述的组合螺杆式挤压装置，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)。上述的组合螺杆式挤压装置，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。上述的组合螺杆式挤压装置，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。上述的挤压成型装置，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。
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本发明的螺杆挤出结构图；图8本发明的组合螺杆挤压机的温控装置相对于其中一根螺杆的分布图。
具体实施例方式参见附图3及附图4，为本发明挤压装置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)，切割装置(30)，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；所述切割装 置(30)，包括切割刀(31)，切割刀移动轨道(32)，所述切割刀(31)紧贴挤出盘设置。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35RPM至85RPM之间，并且优选转速为45RPM至 55RPM。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。本发明的挤压装置中的切割装置中，切割刀(31)由移动轨道(32)引导作水平移 动，移动轨道通过安置于切割装置中的传动马达及传动带控制促使切割刀作水平横向往复移动；切割刀的往复运动平面与所述基础圆盘的圆盘面之间的距离控制在2 12毫米之 间。其中优选的范围为2 5毫米。同时，在所述的切割装置上，在切割刀上的移动轨道内 设置有抗震及缓冲结构，例如缓冲垫、缓冲弹簧，以及在所述移动轨道和切割刀之间以缓冲 材料制成的抗震槽。同时，切割刀的长度大于挤出圆盘直径，且其下端应低于圆盘底端的位 置。切割刀的长度应尽可能短，以减少震动震幅也便于切割过程流畅进行。切割刀的长度 一般为35至75厘米之间，优选为大于挤出圆盘直径8至10厘米，且下端低于挤出圆盘2 至2. 5厘米。
参见图5，为本发明优选实施例的组合螺杆式挤压机的截面视图，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)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三根螺杆组成的三螺杆结构， 且支撑于外层腔体(7)之间。且三根螺杆分上层螺杆组(1，2)与下层螺杆(3)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)，两根螺杆高度相同，相互不 接触，且转动方向相同，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(3)与上层螺杆组(1，2)分别咬合，下层螺杆(3)的转动方向 与上层螺杆组的转动方向相反。两根上层螺杆的轴心与下层螺杆轴心连线所成的夹角为 75-85°，其中优选80-83°。所属螺杆挤压机的底部设有恒温层(9)，内填充有恒温液体或 蒸汽，以保证装置的整体温度在大于40°C。因此，进入中间区域的物料由下层螺杆与第二上层螺杆(2)挤压后部分进入螺杆 组底部，其余部分进入第二上层螺杆(2)的传输轨迹中。随后，底部的物料经第一上层螺 杆(1)共同挤压后，部分进入第一上层螺杆中，再次与下层螺杆进行挤压；其余部分则进入 中间区域。进入中间区域的物料以及直接由进料槽口落入的物料，经由下层螺杆和第二上 层螺杆挤压，分别进入底部和第二上层螺杆中。值得注意的是，在此种三螺杆结构的挤压机 中，物料驻留在下层螺杆中输送挤压的时间所占比重较多，占总体的65% 80%，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三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层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，为本发明的三螺杆叠置的挤压机的内部螺杆透视图及挤出口结构视图， 其中，第二上层螺杆2与另一根第一上层螺杆1(图中未示出)处于同一水平高度，且与下 层螺杆3叠置。在螺杆挤压机的出口处，与相应的挤出模具之间，具有挤出连接部60，挤出连接部60与螺杆的内层腔体6形状匹配地形成，且其截面形状也同螺杆挤压机的截面形状 相一致，为上大下小的结构。而在水平方向上，该挤出连接部60的侧面形状如图7所示，其 上层坡面61用于将由挤压螺杆1，2挤压出的物料向底部堆积，并最终通过底部出口 62将 物料挤压进入挤出模具中。根据实践发现，本发明的三螺杆挤压机的物料挤出过程中，由于 重力左右及此种螺杆挤压机的螺杆布置方式，越70%物料将从底部最终挤出挤压机，因而， 为了使物料能够更有效地输送至挤出模具中，带有坡面和底部出口的挤出连接部60作为 中间模块设置在挤压机的出口处，以便于更有效地对挤出物料进行预收集，提高挤压效率。
参见图8，为本发明的分段加热螺杆装置的视图，如图所示，仅标识出一根下层 螺杆(3)，每根螺杆都被分为多段，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)。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 压段的附近，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两根螺杆下方中间，各自由单独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°C，其中在物料进入的第五挤压段处，温度控制在45-50°C，第四挤压段处温度为 50-55°C，第三挤压段处温度为45-55°C，第一及第二挤压段温度为55_60°C。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。本发明的组合螺杆式挤压装置，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。上述的组合螺杆式挤压装置，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。本发明的挤压成形装置，其中，所述的切割装置下方，设置有传送装置，传送装置 承接切割装置切割成型的产品，运送至一烘干处理装置。传送装置更具体地为一传送带，其 位于挤出口的正下方，且外侧包覆有漏斗状箱体，以避免产品挤出后散落于传送带外。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颗粒上。
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，也利于维持颗粒状的谷物水合物的形状。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。
权利要求
一种组合螺杆式挤压装置，依次包括进料装置(20)，螺杆挤压机(10)，挤出模具(40)，切割装置(30)，回转马达箱(50)，以及涂覆装置，其特征在于所述进料装置(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；所述切割装置(30)，包括切割刀(31)，切割刀移动轨道(32)，所述切割刀(31)紧贴挤出盘设置；所述的螺杆挤压机(10)的腔体内包括有三根螺杆；所述的螺杆挤压机(10)与挤出模具(40)相接临处，设有挤出连接部(60)。
2.如权利要求1所述的组合螺杆式挤压装置，其特征在于，所述的基础连接部包括上 层坡面(61)，和下层出口(62)，用于将物料集中至底部进行输送。
3.如权利要求1所述的组合螺杆式挤压装置，其特征在于，所述的三根螺杆组成三螺 杆结构，且三根螺杆分上层螺杆组与下层螺杆两层排布；上层螺杆组包括第一上层螺杆(1)和第二上层螺杆(2)，其两根上层螺杆之间无接触， 两根螺杆的转动方向相一致；下层螺杆(3)与上层螺杆(1，2)分别密闭咬合，且下层螺杆转 动方向为与上层螺杆方向相反。
4.如权利要求2所述的组合螺杆式挤压装置，其特征在于，所述挤压机为三螺杆挤压 机(10)，包括三根构成螺杆组的挤压螺杆(1，2，3)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。
5.如权利要求4所述的组合螺杆式挤压装置，其特征在于，所述的三螺杆结构，位于下 方的螺杆作为主动螺杆，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。
6.如权利要求4所述的组合螺杆式挤压装置，其特征在于，所述的三螺杆结构，螺杆组 的共三根螺杆，由驱动马达通过调速一致的齿轮驱动。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的组合螺杆式挤压装置，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双螺杆结 构，且支撑于外层腔体(7)之间。
8.如权利要求7所述的组合螺杆式挤压装置，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)，底部有恒温层(9)。
9.如权利要求8所述的组合螺杆式挤压装置，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。
10.如权利要求9所述的组合螺杆式挤压装置，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。
全文摘要
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)，切割设备(30)，回转马达箱(50)，以及涂覆设备，所述的多螺杆挤压机(10)的腔体内包括有三根螺杆。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)，三根螺杆组成三螺杆结构，上下分层设置，下层一根螺杆与上层两个螺杆分别密闭咬合。采用了这种三螺杆的结构，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。
文档编号A21C11/16GK101828581SQ20091004758
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者刘 英 申请人:上海亦晨信息科技发展有限公司