植物油在日常生活中發(fā)揮著(zhù)重要作用。近年來(lái)，植物油 產(chǎn)量下降，除原料供應不足外，榨油機械的落后也是制約食 用油產(chǎn)量的一個(gè)重要原因 。壓榨法和浸出法是 2 種常見(jiàn) 的食用油制備工藝，其中壓榨法制油是用物理的方法對油料 進(jìn)行擠壓，油脂從油料中分離出來(lái)，該過(guò)程不添加化學(xué)藥劑， 深受消費者喜愛(ài)。1900 年第一臺連續式螺旋榨油機在美國 問(wèn)世，制油方法從傳統間歇式榨油變?yōu)榱诉B續式榨油 。如今，螺旋榨油機制油已成為提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)的重要 方式。

螺旋榨油機工作時(shí)油料在榨膛內受到剪切力和擠壓力， 隨著(zhù)榨螺的旋轉，靠近榨螺螺紋處的油料隨榨螺一起轉動(dòng)， 榨籠的內表面與榨螺的外表面所圍成的空余體積順著(zhù)榨螺 前進(jìn)方向容量由大到小的變化，此過(guò)程油料受到擠壓作用， 從而把油脂從油料內擠出來(lái)，并從榨條縫隙和榨圈油槽中排 出 。因螺旋榨油機壓榨出油率高、節能省工且保持了油液的天然特性，是目前廣泛采用的榨油方式。

1 螺旋榨油機械研究現狀

1.1 國外研究現狀

國外對螺旋榨油技術(shù)的研究已經(jīng)有 120多年的歷史，經(jīng) 過(guò)長(cháng)時(shí)間的經(jīng)驗積累，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。目前，國外 對榨油機的研究更多側向于工業(yè)級榨油機，除對具體機型的 研究外，還對榨螺轉速、物料投放量和榨螺螺距等壓榨條件 對出油率影響、壓榨方式對油脂理化指標影響和壓榨過(guò)程中 油料的流變特性等方面進(jìn)行研究。

英國的Simo-Rosedowns是一家著(zhù)名的螺旋榨油機廠(chǎng)商， 該公司利用對螺旋滲氮技術(shù)和利用鎢鉻鈷硬質(zhì)合金處理技 術(shù)對機內表面進(jìn)行處理研制出了可承受較高壓力的螺旋榨 油機 。Simo-Rosedowns公司的大多數螺旋榨油機產(chǎn)品對 榨螺進(jìn)行水冷處理，防止餅粕在榨膛內因高溫灼燒而出現有 害物質(zhì)的現象發(fā)生。采用雙螺旋進(jìn)料裝置利于強制喂料，加大喂入量，壓榨能力達到40~65 t/d。

美國Vicent公司的Johnston根據前人對雙螺桿壓榨機的 研究經(jīng)驗，利用 2根互相嚙合的中斷螺棱螺桿原理設計了可 反向旋轉的平行雙螺桿壓榨機 。雙嚙合螺旋機構在降低 滑移與加強物料正向位移能力方面效果顯著(zhù)。在榨籠上固 定的突齒刮刀可插入到螺旋的隔圈內，充當攪拌與防止阻塞的功能。

Bargale 針對油料在壓榨過(guò)程中出現的油料餅滲透率可 變性問(wèn)題，探究了滲透率與時(shí)間之間的變化規律。假設 油料層內油脂從上至下的一維流動(dòng)，經(jīng)過(guò)滲透率試驗分別建 立了以時(shí)間為變量的滲透率經(jīng)驗公式和油液體積流率的數 學(xué)模型，并求出了解析解。相比較 Darcy 的滲流定律與 Terzaghi的固結理論而言，Bargale將壓榨過(guò)程中的滲透率以可變 的特性進(jìn)行研究更加貼合實(shí)際壓榨情況。

1.2 國內研究現狀

我國關(guān)于螺旋榨油機榨油的研究已經(jīng)有 70 年的歷史。從最初的小產(chǎn)能機型發(fā)展成小產(chǎn)能、大產(chǎn)能和智能型機型并 存，國內的相關(guān)研究學(xué)者對榨油機的研究也變得更加系統。隨著(zhù)計算機科技的快速發(fā)展，關(guān)于榨油機的關(guān)鍵機理部分的 研究成果頗豐。

李詩(shī)龍等人針對雙低油菜籽脫皮籽仁在冷榨過(guò)程中存 在的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提出了雙階多級壓榨的冷榨結構 模型 。通過(guò)對 95 型螺旋榨油機進(jìn)行試驗，發(fā)現在壓榨過(guò) 程中的餅松散、油料在榨膛內前進(jìn)困難問(wèn)題。根據常見(jiàn)的 螺旋榨油機結構形式和 H.J 拉澤洪等人 的研究基礎上，將 榨膛結構改為雙階多級壓榨，在分段榨螺之間加裝錐形榨 圈，實(shí)現在壓縮腔內數次擠壓和松弛，增大了主壓榨段的壓 榨壓力，提高了出油率，為粗纖維含量少的油料壓榨提供了 借鑒意義。

李文林等人針對脫皮冷態(tài)壓榨需要研制出了具備自清 理功能的 SSYZ50 型雙螺桿榨油機，解決了脫皮菜籽仁在榨 膛中輸送困難的問(wèn)題 。SSYZ50 型雙螺桿榨油機利用雙螺 桿壓榨的原理提升了榨螺的喂入能力，避免了脫皮油料光滑 導致的滑膛問(wèn)題。該機型為條排排油的方式，端部出餅有利 于實(shí)現餅粕厚度的按需調節。SSYZ50 型的理論壓縮比為 23.0，實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)反饋出來(lái)的數據顯示冷榨后餅粕的含水 率為 4%~6%、出餅的溫度在 55℃左右、工作能力在 45 t/d 左 右。該機型在提高產(chǎn)能、降低能耗方面具有很好的借鑒作 用。螺旋榨油機在國內的發(fā)展十分迅速，2006年后有很多優(yōu) 秀機型問(wèn)世，如湖北天星糧油機械設備有限公司推出的 LYZX 系列低溫螺旋榨油機、河北南皮機械制造有限責任公 司的 ZY338 型螺旋榨油機和李詩(shī)龍等人為滿(mǎn)足含油量高的 油料設計的雙階多級壓榨 SZX12X2型雙螺桿榨油機等 。LYZX型低溫螺旋預榨機通過(guò)適當降低主軸轉速和增大長(cháng)徑 比使榨料行程更長(cháng)，壓榨和排油更徹底。河北南皮機械制造 有限責任公司生產(chǎn)的 ZY338 型螺旋榨油機采用自由喂料機 構，料胚相對疏松不易堵塞。

李詩(shī)龍等人為了適應含油率高的油料壓榨，設計了一款 兩根榨螺上下平行分布的 SZX12X2 型雙螺桿榨油機 。該 機的榨籠腔呈“8”字形，正向輸送能力強，在壓榨過(guò)程中不斷 打開(kāi)新的油路，油料在榨膛內停留的時(shí)間長(cháng)，壓榨較為徹底。對樣機進(jìn)行試驗，結果表明該機不僅適合壓榨預處理過(guò)的油 料，也可以對未進(jìn)行預處理過(guò)的油料進(jìn)行冷榨。產(chǎn)能符合設 計要求，單位能耗低于傳統機型，干餅殘油率最低可達到 3.5%，實(shí)現了節能且高產(chǎn)能的效果。

通過(guò)調整榨油機結構或參數來(lái)提升榨油機的效率一直 是國內外的研究重點(diǎn)，在實(shí)際設計榨油機時(shí)，大多依據前人 生產(chǎn)經(jīng)驗進(jìn)行優(yōu)化，缺乏對榨油機工作過(guò)程的機理研究。鄭 曉等人 在 Mrema 和 Bargale 等人的研究基礎上綜合油料在 壓榨時(shí)出現的可變性和流變性，根據有限差分法和有限元法 對滲流場(chǎng)和流變場(chǎng)進(jìn)行交替求解，將模型求出的數值解與實(shí) 測值比較發(fā)現基本一致。劉汝寬等人利用滲流模型計算出出油率模型，得出了料筒半徑與出油率的關(guān)系。經(jīng)過(guò)多次 改變料筒內徑計算出來(lái)的出油率與實(shí)際試驗得出來(lái)的結果 對比，誤差均在 2.1%以下，這為榨油機的改進(jìn)提供了數據方 面的理論依據。計算機仿真軟件的發(fā)展給榨油機的理論研 究提供了新的方案，張強等人利用 EDEM 軟件對壓榨腔的 工作性能進(jìn)行了仿真，用 BPM 模型建立花生顆粒的仿真模 型，通過(guò)分析顆粒黏結鍵的破碎比率和出油率來(lái)討論壓榨腔 的優(yōu)劣。以榨螺轉速、喂入量和榨螺螺距為 3個(gè)因素設計三 因素三水平的正交試驗。對 EDEM 的工作仿真結果分析得 出 3個(gè)因素中榨螺轉速對工作性能的影響最為顯著(zhù)，且在矩 陣分析得到的最優(yōu)工作參數下花生出油率為 45.20%。壓榨 模型和實(shí)際情況相比還有一定誤差，分析的影響因素不全 面，但該研究對以后榨油機機理分析具有很好的借鑒作用。

螺旋榨油機在使用過(guò)程中榨螺的螺旋面所受到的沖擊 力較大，所以對榨螺的強度、表面硬度和耐磨性都有很高的 要求 。張麟等人以材質(zhì)為20鋼的榨螺為基體，用丙酮清 洗基體表面并做粗化處理，然后利用爆炸噴涂技術(shù)將 WC12%Co 這種金屬陶瓷涂層材料對榨螺進(jìn)行噴涂。將噴涂后 的榨螺外表面珩磨拋光后進(jìn)行耐磨性試驗。經(jīng)過(guò)爆炸噴涂 后的榨螺表面的涂層厚度是0.3 mm，經(jīng)過(guò)傳統滲碳淬火后的 榨螺的滲碳深度為 0.2 mm。在相同的試驗條件下進(jìn)行耐磨 性試驗得出同等情況下經(jīng)過(guò) WC-12%Co 爆炸噴涂后的榨螺 使用壽命是經(jīng)過(guò)滲碳淬火榨螺的4.2倍。

2 螺旋榨油機械研制存在的問(wèn)題

近年來(lái)，我國在螺旋榨油機械的低溫壓榨技術(shù)、榨螺與 榨膛結構優(yōu)化、油料滲透模型、油料壓榨模型等方面的研究 已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但整體來(lái)看，還存在很多問(wèn)題且沒(méi) 有形成系統的研究方法?，F階段，螺旋榨油機械的研究主要 有以下3個(gè)方面的問(wèn)題。

2.1 關(guān)鍵部件磨損嚴重

榨螺是螺旋榨油機磨損最嚴重的部分，其作為螺旋榨油 機械最關(guān)鍵的部件之一，其螺距、螺溝牙深等參數設計較為 精密。螺旋榨油機在工作時(shí)，榨膛榨螺各處受到連續摩擦、 高壓及高溫，在使用一段時(shí)間后，螺旋榨油機榨螺部件會(huì )出現表面磨損與螺齒斷裂等現象。對榨螺表面進(jìn)行檢查和對 磨損面進(jìn)行SEM微觀(guān)分析，發(fā)現榨螺主要的磨損失效形式為 磨料磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損。如今，螺旋榨油機榨螺 的磨損嚴重制約了榨油機榨油效率和出油率。

2.2 壓榨效率低、油品差

油料在螺旋榨油機榨膛內的壓榨時(shí)間和壓榨溫度是決 定壓榨效率的重要參數。壓榨時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )降低榨油效率和 產(chǎn)量，壓榨時(shí)間短會(huì )導致油料經(jīng)壓榨后產(chǎn)生的餅粕含油率 高、整體出油率較低。壓榨溫度是指油料在榨膛內被壓榨時(shí) 的溫度，其影響油料的可塑性、油液黏度及流動(dòng)性，對壓榨效 率也會(huì )產(chǎn)生影響。螺旋榨油機在壓榨過(guò)程中，油料受到的強 烈的擠壓與摩擦，導致榨膛內溫度過(guò)高，造成油脂中所含的 蛋白質(zhì)變性及不飽和脂肪酸被破壞等問(wèn)題，導致油品降低。

2.3 微觀(guān)機理研究不足

目前，榨油機的設計主要依托于經(jīng)驗與試驗的方法，對 微觀(guān)機理方面的研究還十分匱乏。榨油機工作時(shí)機器內部 油料是滲流場(chǎng)與流變場(chǎng)耦合滲流變化，應力—應變表現為明 顯的非線(xiàn)性特征。內部流場(chǎng)變化復雜，很難通過(guò)試驗提供一 套完整且可靠的設計依據。目前對榨油機的數值分析與模 擬多集中于榨螺本身，但榨油是榨膛內部物料流體與榨螺相 互作用的過(guò)程。由于缺乏具體理論指導與參考，榨螺轉速、 物料投放量和榨螺的螺距等參數確定困難，因此出現榨油機 壓榨過(guò)程中物料壓榨不徹底的現象，制約了榨油機械的發(fā) 展。

3 螺旋榨油機械發(fā)展建議

3.1 提高關(guān)鍵部件的耐磨性

長(cháng)久以來(lái)，螺旋榨油機榨螺的磨損與腐蝕均出現在零件 表面部分，但我們的設計優(yōu)化集中于強度、剛度、抗疲勞強度 及結構等方面，忽視了零件表面性能的研究。利用有限元分 析的方法對分段的榨螺進(jìn)行變形及應力計算，對有限元分析 得出的結果進(jìn)行分析，確定變形及受力較大的部分。結合國 內實(shí)際情況，利用目前先進(jìn)的堆焊、熔覆等表面工程抗磨技 術(shù)對關(guān)鍵位置進(jìn)行耐磨性強化，提高其使用壽命。

3.2 提高工作性能

可利用ANSYS軟件對榨籠內、外表面熱分析并進(jìn)行瞬時(shí) 仿真計算。熱分析仿真結果與紅外測溫儀測得的實(shí)際溫度 做對比，系統地探究榨籠溫度的變化規律。針對壓榨過(guò)程中 溫度過(guò)高導致的油品下降問(wèn)題，可在滿(mǎn)足要求的情況下采用 榨螺內部增加水冷等技術(shù)，加強壓榨過(guò)程中的降溫能力。對 榨油機的榨籠長(cháng)度、導程、壓縮比和出餅縫寬進(jìn)行探究，改善 干餅殘油率及整體出油率。

3.3 加強對微觀(guān)機理的研究

應加大對國外相關(guān)理論研究成果的吸收，結合目前先進(jìn) 的計算機技術(shù)建立與壓榨技術(shù)相關(guān)的數學(xué)模型與物理模型。綜合考慮流體和固體對榨油過(guò)程中的變化與影響，進(jìn)行流固耦合分析，更加真實(shí)的反映榨油機壓榨過(guò)程，將試驗結果與 計算機模擬結果相互對比，充分了解榨油機完整的榨油流 程，使研究更加系統可靠。

4 結束語(yǔ)

螺旋榨油機械的發(fā)展是對我國糧油產(chǎn)業(yè)的重要支撐，對螺旋榨油機械及其相關(guān)技術(shù)的充分了解至關(guān)重要。本文總 結了國內外榨油機械的研究現狀，分析了榨油機械現階段存 在的問(wèn)題并提出了一些發(fā)展建議。在國家的大力支持下，榨 油機械的研究必然會(huì )上升到一個(gè)更高的層次。