針對(duì)目前雙螺桿榨油機(jī)冷榨技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究中存在的一些問題，以SSYZ120/12雙螺桿榨油機(jī)為研究對(duì)象設(shè)計(jì)出一種雙螺桿榨油機(jī)膛內(nèi)壓力測(cè)試系統(tǒng)。通過在SSYZ120/12雙螺桿榨油機(jī)榨條上開孔安裝高溫熔體壓力傳感器測(cè)得膛內(nèi)壓力，同時(shí)采用電阻應(yīng)變片電測(cè)法，根據(jù)粘貼在榨條外表面上的電阻應(yīng)變片輸出的應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算出膛內(nèi)壓力。選用油菜籽和花生仁進(jìn)行壓榨實(shí)驗(yàn)，將兩種方法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，能較好地反映出榨油機(jī)膛內(nèi)的壓力分布情況，兩種方法所得結(jié)果的相對(duì)誤差分別是18.85%、11.52%。此測(cè)試系統(tǒng)有助于螺桿榨油機(jī)壓榨過程的理論研究。
榨油機(jī)工作時(shí)，榨籠上榨條受到的力是很復(fù)雜的，有油料在被擠壓推進(jìn)時(shí)作用在其上的摩擦力pf和軸向力px，又有徑向壓力pr，還有切向力pt，同時(shí)榨條在支點(diǎn)處還受到直接剪切力ps。然而徑向壓力pr是通常所稱的膛內(nèi)壓力，也是導(dǎo)致榨條斷裂的主要因素。因此，螺桿式榨油機(jī)膛內(nèi)徑向壓力的大小和分布直接對(duì)生產(chǎn)率和油品質(zhì)量造成影響，因而是設(shè)計(jì)螺桿榨油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的依據(jù)。
前人嘗試在螺旋擠壓機(jī)安裝高溫熔體壓力傳感器測(cè)試膛內(nèi)壓力，可以直接得出膛內(nèi)壓力值，但無法判斷數(shù)據(jù)采集的真實(shí)性。故作者針對(duì)這一問題設(shè)計(jì)了一種雙螺桿榨油機(jī)膛內(nèi)壓力測(cè)試系統(tǒng)。在特定的榨條上進(jìn)行開孔，安裝高溫熔體壓力傳感器測(cè)試徑向壓力；此外還在裝有高溫熔體壓力傳感器的同一徑向位置的榨條上粘貼電阻應(yīng)變片，根據(jù)測(cè)得的應(yīng)變值求出該截面處的榨膛內(nèi)的壓力，將測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。此方法可在盡量降低損壞榨油機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下獲得膛內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，能較準(zhǔn)確地測(cè)出榨油機(jī)膛內(nèi)壓榨壓力，并可推廣應(yīng)用于其他螺桿擠壓加工機(jī)械膛內(nèi)壓力的測(cè)試。
材料與方法
1.實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)原料為本地某農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)采購(gòu)的油菜籽和花生仁。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得油菜籽和花生仁的含水率分別為6.78%、4.98%，含油率分別為30.93%、40.49%。
SSYZ120/12雙螺桿榨油機(jī)，TS3862靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，WDW-300E微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī),PT124G-111高溫熔體壓力傳感器，PY500-V智能數(shù)字壓力表，BX120-10AA電阻應(yīng)變片（敏感柵尺寸10mm×2mm,基底尺寸14.5mm×4.5mm，電阻值為（120±0.1）Ω,靈敏系數(shù)(2.08±1)%）。
實(shí)驗(yàn)的測(cè)試對(duì)象為武漢糧農(nóng)機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的SSYZ120/12雙螺桿榨油機(jī)，該榨油機(jī)的兩螺桿以相同方向旋轉(zhuǎn)，榨油機(jī)的擠壓筒由若干個(gè)榨條疊加組合而成，每根榨條之間都放有特制墊片，根據(jù)壓榨實(shí)驗(yàn)的油料不同，選取的墊片也會(huì)不一樣。在雙螺桿榨油機(jī)的榨籠上，選取與雙螺桿榨油機(jī)的進(jìn)料口至出餅口的軸向方向平行的任意一榨條，依次等間距間隔并排開設(shè)10個(gè)探孔，在與開設(shè)有10個(gè)探孔的榨條上下相鄰的上榨條和下榨條的外壁上，分別對(duì)應(yīng)10個(gè)探孔一一粘貼10個(gè)上電阻應(yīng)變片和10個(gè)下電阻應(yīng)變片，并將10個(gè)上電阻應(yīng)變片和10個(gè)下電阻應(yīng)變片均電連接至靜態(tài)電阻應(yīng)變儀；在10個(gè)探孔內(nèi)均安裝高溫熔體壓力傳感器，其探頭端朝向雙螺桿榨油機(jī)的膛內(nèi)一側(cè)，10個(gè)壓力傳感器均通過數(shù)據(jù)線連接至數(shù)字壓力表。
2.實(shí)驗(yàn)方法
（1）將高溫熔體壓力傳感器安裝在特制榨條（榨條變厚，開孔）上，然后將高溫熔體壓力傳感器上的導(dǎo)線連接到數(shù)字壓力表上，并進(jìn)行調(diào)試使其讀數(shù)為零。
（2）將電阻應(yīng)變片上延伸出的導(dǎo)線連接在靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，在榨油機(jī)穩(wěn)定工作后對(duì)其進(jìn)行調(diào)零。
（3）開機(jī)，投放油料進(jìn)行壓榨，壓榨的初期由于膛內(nèi)溫度較低且油料未將榨膛填滿，未能看到或只有少量油滴從榨條縫隙中滲出，出餅端的油料餅也是未成形的粉末狀。當(dāng)運(yùn)行穩(wěn)定，膛內(nèi)溫度升到一定值，油液正常滲出。
（4）出餅端正常出餅后，同時(shí)記錄數(shù)字壓力表上的壓力值和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上的應(yīng)變值。
結(jié)果與分析
1.電阻應(yīng)變片標(biāo)定
由于雙螺桿榨油機(jī)在壓榨過程中，榨條沿軸向方向所受到的擠壓彎曲力并不是均勻分布，故將每個(gè)榨條所受到的擠壓彎曲力近似考慮成集中載荷。
將貼有電阻應(yīng)變片的榨條近似處理成簡(jiǎn)支梁,通過測(cè)試應(yīng)變方法確定每根榨條上的徑向壓力。將所有粘貼有電阻應(yīng)變片的榨條置于材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，壓力機(jī)控制方式為等速加載，v=0.2mm/min。電阻應(yīng)變片伸出的導(dǎo)線連接著靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。壓力機(jī)開始加載的同時(shí)記錄靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的應(yīng)變值，將壓力機(jī)采集的數(shù)據(jù)和同一時(shí)間記錄的應(yīng)變值進(jìn)行比對(duì)，整理數(shù)據(jù)。
試件的標(biāo)定采用圖2所示的加載裝置,試件可簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁,在試件的中間位置豎直向下加載，試件發(fā)生純彎曲,該裝置近似模擬了榨條的實(shí)際支撐狀態(tài)。采用式（1）可求出試件受到的彎曲正應(yīng)力。
通過圖3測(cè)得榨條的幾何尺寸a=30mm,b=11mm，h=18.5mm;完全是按榨籠尺寸確定的。由此可以得出電阻應(yīng)變片電測(cè)法中榨條受到的徑向壓力。
2.榨膛內(nèi)的受力情況分析
榨油機(jī)在正常工作時(shí)整個(gè)榨膛內(nèi)的溫度分布的情況。油料在壓榨過程中膛內(nèi)溫度逐漸升高，基本呈線性關(guān)系。油菜籽和花生仁在壓榨過程中沿著螺桿推送的過程中受到的擠壓力是逐漸增大，在第8號(hào)點(diǎn)時(shí)壓力******，接近出餅端的位置開始泄壓，壓力又會(huì)迅速減小。油料從進(jìn)料口進(jìn)入榨膛后會(huì)隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)而向前推進(jìn)。由于螺桿的螺距是逐漸縮小的，而且螺桿的直徑在逐漸增加，故油料會(huì)被擠壓破碎重疊。榨膛內(nèi)空間縮小，油料對(duì)榨條擠壓會(huì)越來越大，膛內(nèi)的壓力也會(huì)越來越大，會(huì)有油液不斷從榨條縫隙中滲出，此刻榨膛內(nèi)的溫度逐漸升高，油料從原有的散體形態(tài)慢慢變成餅狀。油料餅隨著螺桿的推進(jìn)到接近出餅端的位置時(shí)，便會(huì)泄壓。
3.兩種測(cè)試方法的對(duì)比分析
采取高溫熔體壓力傳感器測(cè)試徑向壓力和在同一徑向位置的榨條上粘貼電阻應(yīng)變片測(cè)試榨條彎曲變形獲得壓力值的方法是可行的，而且能較準(zhǔn)確地測(cè)出榨油機(jī)在壓榨過程中油料在膛內(nèi)的徑向壓力的分布情況。油菜籽壓榨和花生仁壓榨在高溫熔體壓力傳感器測(cè)出的壓力值與電阻應(yīng)變片電測(cè)法測(cè)出的壓力值之間的平均相對(duì)誤差分別為18.85%、11.52%。
4.膛內(nèi)壓力回歸分析
運(yùn)用Origin軟件分別對(duì)油菜籽和花生仁在壓榨過程中高溫熔體壓力傳感器測(cè)得的壓力值進(jìn)行回歸分析，獲得膛內(nèi)壓力經(jīng)驗(yàn)公式：
式中:p0=2.05，A=32.73，xc=9.93，ω=2.37(油菜籽)；p0=2.33，A=32.5，xc=9.60，ω=3.73（花生仁）。油菜籽和花生仁壓榨實(shí)驗(yàn)中高溫熔體壓力傳感器測(cè)得膛內(nèi)沿螺桿軸向方向的徑向壓力實(shí)測(cè)值與曲線擬合值之間的平均相對(duì)誤差分別為13.59%、10.05%，且擬合曲線的相關(guān)性達(dá)到0.90以上。式（2）能較好地?cái)M合油菜籽和花生仁在榨油機(jī)中沿軸向方向上膛內(nèi)徑向壓力的分布情況。
油菜籽和花生仁兩種油料在進(jìn)行壓榨的過程中高溫熔體壓力傳感器與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀所測(cè)得的膛內(nèi)壓力值曲線是相互交錯(cuò)的，某些測(cè)試點(diǎn)高溫熔體壓力傳感器測(cè)得的壓力值大于靜態(tài)電阻應(yīng)變儀所測(cè)得的壓力值，某些測(cè)試點(diǎn)高溫熔體壓力傳感器測(cè)得的壓力值小于靜態(tài)電阻應(yīng)變儀所測(cè)得的壓力值。分析可知這是由于隨機(jī)誤差造成的，高溫熔體壓力傳感器和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的選用和安裝對(duì)測(cè)試的結(jié)果會(huì)有一定影響。
為了測(cè)出雙螺桿榨油機(jī)膛內(nèi)的徑向壓力分布情況，設(shè)計(jì)出一種雙螺桿榨油機(jī)膛內(nèi)壓力測(cè)試系統(tǒng)。通過在SSYZ120/12雙螺桿榨油機(jī)榨條上開孔安裝高溫熔體壓力傳感器測(cè)得膛內(nèi)壓力，并采用電阻應(yīng)變片電測(cè)法，將電阻應(yīng)變片粘貼在榨條外表面上，測(cè)出榨條在壓榨過程所產(chǎn)生的擠壓彎曲變形應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過標(biāo)定得出壓力值。
采用油菜籽和花生仁進(jìn)行壓榨實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，通過高溫熔體壓力傳感器測(cè)出的沿螺桿軸向方向膛內(nèi)徑向壓力和電阻應(yīng)變片電測(cè)法得出的膛內(nèi)徑向壓力數(shù)據(jù)基本一致，兩者之間的平均相對(duì)誤差分別為18.85%、11.52%。通過兩種方法所測(cè)結(jié)果相互比對(duì)分析可知，此測(cè)試系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確地測(cè)試出膛內(nèi)的徑向壓力的實(shí)際分布情況。
由壓力-距離曲線進(jìn)行分析，油料在榨油機(jī)的喂料段的位置，膛內(nèi)壓榨壓力值基本呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，當(dāng)進(jìn)入壓榨段后，膛內(nèi)壓榨壓力值呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)進(jìn)入出餅段時(shí)壓榨壓力也呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都是按照正常生產(chǎn)加工的工藝完成，能真實(shí)地反映出實(shí)際壓榨取油過程中榨油機(jī)膛內(nèi)的壓力分布情況。
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