1.2 国内研究现状

我国关于螺旋榨油机榨油的研究已经有 70 年的历史。从最初的小产能机型发展成小产能、大产能和智能型机型并 存，国内的相关研究学者对榨油机的研究也变得更加系统。随着计算机科技的快速发展，关于榨油机的关键机理部分的 研究成果颇丰。

李诗龙等人针对双低油菜籽脱皮籽仁在冷榨过程中存 在的一些关键技术问题，提出了双阶多级压榨的冷榨结构 模型[15] 。通过对 95 型螺旋榨油机进行试验，发现在压榨过 程中的饼松散、油料在榨膛内前进困难问题。根据常见的 螺旋榨油机结构形式和 H.J 拉泽洪等人[16] 的研究基础上，将 榨膛结构改为双阶多级压榨，在分段榨螺之间加装锥形榨 圈，实现在压缩腔内数次挤压和松弛，增大了主压榨段的压 榨压力，提高了出油率，为粗纤维含量少的油料压榨提供了 借鉴意义。

李文林等人针对脱皮冷态压榨需要研制出了具备自清 理功能的 SSYZ50 型双螺杆榨油机，解决了脱皮菜籽仁在榨 膛中输送困难的问题[17] 。SSYZ50 型双螺杆榨油机利用双螺 杆压榨的原理提升了榨螺的喂入能力，避免了脱皮油料光滑 导致的滑膛问题。该机型为条排排油的方式，端部出饼有利 于实现饼粕厚度的按需调节。SSYZ50 型的理论压缩比为 23.0，实际生产活动反馈出来的数据显示冷榨后饼粕的含水 率为 4%~6%、出饼的温度在 55℃左右、工作能力在 45 t/d 左 右。该机型在提高产能、降低能耗方面具有很好的借鉴作 用。螺旋榨油机在国内的发展十分迅速，2006年后有很多优 秀机型问世，如湖北天星粮油机械设备有限公司推出的 LYZX 系列低温螺旋榨油机、河北南皮机械制造有限责任公 司的 ZY338 型螺旋榨油机和李诗龙等人为满足含油量高的 油料设计的双阶多级压榨 SZX12X2型双螺杆榨油机等[18-20] 。LYZX型低温螺旋预榨机通过适当降低主轴转速和增大长径 比使榨料行程更长，压榨和排油更彻底。河北南皮机械制造 有限责任公司生产的 ZY338 型螺旋榨油机采用自由喂料机 构，料胚相对疏松不易堵塞。

李诗龙等人为了适应含油率高的油料压榨，设计了一款 两根榨螺上下平行分布的 SZX12X2 型双螺杆榨油机[20] 。该 机的榨笼腔呈“8”字形，正向输送能力强，在压榨过程中不断 打开新的油路，油料在榨膛内停留的时间长，压榨较为彻底。对样机进行试验，结果表明该机不仅适合压榨预处理过的油 料，也可以对未进行预处理过的油料进行冷榨。产能符合设 计要求，单位能耗低于传统机型，干饼残油率最低可达到 3.5%，实现了节能且高产能的效果。

通过调整榨油机结构或参数来提升榨油机的效率一直 是国内外的研究重点，在实际设计榨油机时，大多依据前人 生产经验进行优化，缺乏对榨油机工作过程的机理研究。郑 晓等人[21] 在 Mrema 和 Bargale 等人的研究基础上综合油料在 压榨时出现的可变性和流变性，根据有限差分法和有限元法 对渗流场和流变场进行交替求解，将模型求出的数值解与实 测值比较发现基本一致。刘汝宽等人[22] 利用渗流模型计算出出油率模型，得出了料筒半径与出油率的关系。经过多次 改变料筒内径计算出来的出油率与实际试验得出来的结果 对比，误差均在 2.1%以下，这为榨油机的改进提供了数据方 面的理论依据。计算机仿真软件的发展给榨油机的理论研 究提供了新的方案，张强等人[23] 利用 EDEM 软件对压榨腔的 工作性能进行了仿真，用 BPM 模型建立花生颗粒的仿真模 型，通过分析颗粒黏结键的破碎比率和出油率来讨论压榨腔 的优劣。以榨螺转速、喂入量和榨螺螺距为 3个因素设计三 因素三水平的正交试验。对 EDEM 的工作仿真结果分析得 出 3个因素中榨螺转速对工作性能的影响最为显著，且在矩 阵分析得到的最优工作参数下花生出油率为 45.20%。压榨 模型和实际情况相比还有一定误差，分析的影响因素不全 面，但该研究对以后榨油机机理分析具有很好的借鉴作用。

螺旋榨油机在使用过程中榨螺的螺旋面所受到的冲击 力较大，所以对榨螺的强度、表面硬度和耐磨性都有很高的 要求[24] 。张麟等人[25] 以材质为20钢的榨螺为基体，用丙酮清 洗基体表面并做粗化处理，然后利用爆炸喷涂技术将 WC12%Co 这种金属陶瓷涂层材料对榨螺进行喷涂。将喷涂后 的榨螺外表面珩磨抛光后进行耐磨性试验。经过爆炸喷涂 后的榨螺表面的涂层厚度是0.3 mm，经过传统渗碳淬火后的 榨螺的渗碳深度为 0.2 mm。在相同的试验条件下进行耐磨 性试验得出同等情况下经过 WC-12%Co 爆炸喷涂后的榨螺 使用寿命是经过渗碳淬火榨螺的4.2倍。

2 螺旋榨油机械研制存在的问题

近年来，我国在螺旋榨油机械的低温压榨技术、榨螺与 榨膛结构优化、油料渗透模型、油料压榨模型等方面的研究 已经取得了一定的进展，但整体来看，还存在很多问题且没 有形成系统的研究方法。现阶段，螺旋榨油机械的研究主要 有以下3个方面的问题。

2.1 关键部件磨损严重

榨螺是螺旋榨油机磨损最严重的部分，其作为螺旋榨油 机械最关键的部件之一，其螺距、螺沟牙深等参数设计较为 精密。螺旋榨油机在工作时，榨膛榨螺各处受到连续摩擦、 高压及高温，在使用一段时间后，螺旋榨油机榨螺部件会出现表面磨损与螺齿断裂等现象。对榨螺表面进行检查和对 磨损面进行SEM微观分析，发现榨螺主要的磨损失效形式为 磨料磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损[26-27] 。如今，螺旋榨油机榨螺 的磨损严重制约了榨油机榨油效率和出油率。

2.2 压榨效率低、油品差

油料在螺旋榨油机榨膛内的压榨时间和压榨温度是决 定压榨效率的重要参数。压榨时间过长会降低榨油效率和 产量，压榨时间短会导致油料经压榨后产生的饼粕含油率 高、整体出油率较低。压榨温度是指油料在榨膛内被压榨时 的温度，其影响油料的可塑性、油液黏度及流动性，对压榨效 率也会产生影响。螺旋榨油机在压榨过程中，油料受到的强 烈的挤压与摩擦，导致榨膛内温度过高，造成油脂中所含的 蛋白质变性及不饱和脂肪酸被破坏等问题，导致油品降低。

2.3 微观机理研究不足

目前，榨油机的设计主要依托于经验与试验的方法，对 微观机理方面的研究还十分匮乏。榨油机工作时机器内部 油料是渗流场与流变场耦合渗流变化，应力—应变表现为明 显的非线性特征。内部流场变化复杂，很难通过试验提供一 套完整且可靠的设计依据。目前对榨油机的数值分析与模 拟多集中于榨螺本身，但榨油是榨膛内部物料流体与榨螺相 互作用的过程。由于缺乏具体理论指导与参考，榨螺转速、 物料投放量和榨螺的螺距等参数确定困难，因此出现榨油机 压榨过程中物料压榨不彻底的现象，制约了榨油机械的发 展。

3 螺旋榨油机械发展建议

3.1 提高关键部件的耐磨性

长久以来，螺旋榨油机榨螺的磨损与腐蚀均出现在零件 表面部分，但我们的设计优化集中于强度、刚度、抗疲劳强度 及结构等方面，忽视了零件表面性能的研究。利用有限元分 析的方法对分段的榨螺进行变形及应力计算，对有限元分析 得出的结果进行分析，确定变形及受力较大的部分。结合国 内实际情况，利用目前先进的堆焊、熔覆等表面工程抗磨技 术对关键位置进行耐磨性强化，提高其使用寿命。

3.2 提高工作性能

可利用ANSYS软件对榨笼内、外表面热分析并进行瞬时 仿真计算。热分析仿真结果与红外测温仪测得的实际温度 做对比，系统地探究榨笼温度的变化规律。针对压榨过程中 温度过高导致的油品下降问题，可在满足要求的情况下采用 榨螺内部增加水冷等技术，加强压榨过程中的降温能力。对 榨油机的榨笼长度、导程、压缩比和出饼缝宽进行探究，改善 干饼残油率及整体出油率。

3.3 加强对微观机理的研究

应加大对国外相关理论研究成果的吸收，结合目前先进 的计算机技术建立与压榨技术相关的数学模型与物理模型。综合考虑流体和固体对榨油过程中的变化与影响，进行流固耦合分析，更加真实的反映榨油机压榨过程，将试验结果与 计算机模拟结果相互对比，充分了解榨油机完整的榨油流 程，使研究更加系统可靠。

4 结束语

螺旋榨油机械的发展是对我国粮油产业的重要支撑，对螺旋榨油机械及其相关技术的充分了解至关重要。本文总 结了国内外榨油机械的研究现状，分析了榨油机械现阶段存 在的问题并提出了一些发展建议。在国家的大力支持下，榨 油机械的研究必然会上升到一个更高的层次。

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转自：农业装备，第1期（总第373期） 2021年1月

作者：魏文波1 ，韩 鹏2 ，张经宇3 ，李建昌1 ，赵晓顺1 ，郝建军1

1.河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071000；

2.河北省农业技术推广总站，河北 石家庄 050011；

3. 河北凯阔食品集团股份有限公司，河北 康保 076650）

魏文波（1995-），男，河南人，在读研究生，研究方向：农业机械与装备工程研究。

郝建军，E-mail：[email protected]。

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