基于SolidWorks的食品双螺杆膨化机三维实体建模

    对于食品机械而言，由于原料来源广泛、种类繁多、成分多样，加工过程多发生复杂的化学反应，导致传统看重产量、稳定性和磨损率等指标的机械设计不能充分发挥原料的特点。随着食品加工条件对温度、压力、湿度等环境操作参数的高精度要求，物理环境对化学反应的影响愈来愈大，仅仅改变机械参数已不能满足生产和行业迅猛发展的要求。因此，寻找一种新的途径，用于构建食品物料在机械内部的加工环境显得十分迫切。以食品膨化加工过程为例，由于膨化过程封闭，直接分析此段极为不便，若将其环境特征进行建模，再分析压力、热量、黏度、剪切力等指标的流场规律，将有助于分析物料的物理性质、化学结构及产品品质改变的机理。

    考虑到三维造型设计软件具有呈现机械外观造型、技术性能及特点的强大功能，可通过拉伸、旋转、扫描、放样、特征阵列、打孔、薄壁特征以及高级抽壳等操作，定义零部件的形状特征，并依照同心、重合、距离、角度、相切等约束关系对其进行组合，可实现零部件设计、参数化建模及机构的装配。便于从食品加工的角度建立起双螺杆膨化机三维模型，研究对原料运动轨迹及其引起的化学变化，为分析高温高压环境下食品物料的流动状态提供基础。

1 食品膨化机概述

    食品挤压膨化机短时间内，高温高压条件下，经螺杆的推动作用形成一种质地松脆、网状多孔的膨化食品。膨化机理比较复杂，但其主要作用原理包括热效应和机械效应。热效应是在高温高压蒸汽作用下，物料熔化和高温水解，氢键断裂而吸水。机械效应是螺杆与物料的挤压、摩擦、剪切与膨化机出口处突然减压将物料高速喷射而出，致使物料组织爆破伸张。膨化技术涉及数学、物理、化学、热学、电学、机械学、计算机、流变学等多门学科。

图1为 2007软件生成的同向啮合双螺杆膨化机实体模型，主要结构配置包括双螺杆、机筒、模板、电加热片、温度感应器、模头压力感应器和进料口。三段独立的电加热片为热力来源，将热量从机筒外壁传导至机筒内壁，再经过螺杆的充分混合而均匀地分布在物料中，同时每段物料配有一个温度感应器。在模板腔内、靠近两螺杆出料末端处有一个压力感应器，指示模头压力。膨化工艺分为加料输送、压缩糅合、熔融熟化和计量均化四段，前三段在密封腔内，末段为脱离模头进入空气。

图1 膨化机主体外观

2 膨化工艺

    2.1 加料输送段