RU2299124C1

RU2299124C1 - Extruder

Info

Publication number: RU2299124C1
Application number: RU2005135573/12A
Authority: RU
Inventors: Евгений Геннадьевич Окулич-Казарин (RU); Евгений Геннадьевич Окулич-Казарин; Александр Николаевич Остриков (RU); Александр Николаевич Остриков; Александр Сергеевич Рудометкин (RU); Александр Сергеевич Рудометкин; Максим Алексеевич Глухов (RU); Максим Алексеевич Глухов
Original assignee: Евгений Геннадьевич Окулич-Казарин
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-20

Abstract

FIELD: extrusion equipment; production of extruded food-staff in food-processing industries.

SUBSTANCE: proposed extruder has housing, screw feeder with drive and molding head with tip and taper core. Taper core is provided with shaft. Taper core is sectionalized. It consists of two parts; each part may be regulated in direction and rotational speed by means of coaxial shafts and reduction gear. One shaft is solid and is located inside hollow shaft. Tip performs reciprocating motion along extruder axis by means of rack mechanism and splines found on inner surface of tip where guides rigidly connected with surface of outlet end of extruder body are located. Shape of guides on extruder body copies shape of splines on tip and guides are received by splined slots of tip. Gear wheel of rack mechanism rigidly secured on its shaft is thrown into engagement with rack rigidly secured to tip. Taper angles of inner part of tip and taper core are so selected that clearance in between them has form of taper circular passage. Outer surface of last part of core and inner surface of taper part of tip are knurled for obtaining the required shape of product. Extruded product does not require further grinding.

EFFECT: improved quality of finished product.

1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для экструзионной обработки пищевых продуктов и может быть использовано для производства экструдированных пищевых продуктов, а также в других отраслях промышленности, применяющих экструзию.The invention relates to equipment for extrusion processing of food products and can be used for the production of extruded food products, as well as in other industries using extrusion.

Известно, что при применении экструзионной технологии для получения текстурированных продуктов помимо основного процесса экспандирования приходится использовать такие технологические стадии как подсушивание и измельчение полученного экструдата. Это ведет к увеличению энергозатрат на производство и повышает себестоимость готового продукта.It is known that when applying extrusion technology to obtain textured products, in addition to the main expansion process, it is necessary to use such technological stages as drying and grinding of the obtained extrudate. This leads to increased energy costs for production and increases the cost of the finished product.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является червячный пресс для переработки полимерных материалов [А.с. СССР №597562, В29F 3/04, 17.03.78. Бюл. №10], содержащий корпус, полый червяк с приводом его вращения и формующую головку с мундштуком и коническим дорном, снабженным валом, проходящим через полость червяка и соединенным с приводом вращения дорна, в котором с целью повышения качества изготавливаемого изделия путем регулирования степени разогрева перерабатываемого материала пресс снабжен механизмом осевого перемещения дорна и упорной гайки, соединенной кулачками с приводным валом, расположенным снаружи вала дорна в полости червяка, который выполнен с внутренней нарезкой, взаимодействующей с резьбой гайки.The closest in technical essence and the achieved effect is a worm press for processing polymer materials [A.S. USSR No. 597562, B29F 3/04, 03/17/78. Bull. No. 10], comprising a housing, a hollow worm with its rotation drive and a forming head with a mouthpiece and a conical mandrel equipped with a shaft passing through the worm cavity and connected to the mandrel rotation drive, in which, with the aim of improving the quality of the manufactured product, by controlling the degree of heating of the processed material the press is equipped with a mechanism for axial movement of the mandrel and thrust nut, connected by cams to the drive shaft located outside the mandrel shaft in the worm cavity, which is made with internal threading, acting with a threaded nut.

Недостатком известной конструкции формующей головки является ее техническая сложность, а также невозможность получения экструзионного продукта, не требующего дальнейшего измельчения.A disadvantage of the known design of the forming head is its technical complexity, as well as the inability to obtain an extrusion product that does not require further grinding.

Технической задачей изобретения является повышение качества продукта за счет использования более простой по конструкции формующей головки для экструдера, позволяющей получить продукт заданной формы.An object of the invention is to improve the quality of the product through the use of a simpler design of the forming head for the extruder, which allows to obtain a product of a given shape.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем корпус, шнек с приводом вращения, формующую головку с мундштуком и коническим дорном, снабженным валом, новым является то, что конический дорн выполнен сборным из двух частей, каждая из которых выполнена с возможностью регулирования направления и скорости вращения с помощью соосных валов и редуктора, причем один из валов выполнен сплошным и расположен в другом, выполненным полым, а мундштук имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси экструдера с помощью реечного механизма, состоящего из зубчатого колеса и рейки, и шлицов, причем шлицы находятся на внутренней поверхности мундштука и в них расположены направляющие, жестко соединенные с поверхностью выходного конца корпуса экструдера, при этом форма направляющих на корпусе экструдера повторяет форму шлицов на мундштуке так, что направляющие входят в шлицевые пазы мундштука, а зубчатое колесо реечного механизма, жестко закрепленное на своем валу, находится в зацеплении с рейкой, жестко прикрепленной к мундштуку, что позволяет регулировать выходной зазор между внутренней конусной частью мундштука и наружной поверхностью дорна перемещением мундштука по направляющим с помощью рейки, приводя во вращение зубчатое колесо, причем углы конусности внутренней части мундштука и конического дорна подобраны так, чтобы зазор между ними имел форму конического кольцевого канала, а внешняя поверхность последней части дорна и внутренняя поверхность конусной части мундштука имеют накатку для получения продукта требуемой формы.The problem is achieved in that in an extruder containing a housing, a screw with a rotation drive, a forming head with a mouthpiece and a conical mandrel equipped with a shaft, the new one is that the conical mandrel is made of two-part assembly, each of which is made with the possibility of controlling the direction and rotation speed using coaxial shafts and a gearbox, one of the shafts being solid and located in the other, made hollow, and the mouthpiece has the ability to reciprocate along the axis of the extruder by means of a rack mechanism consisting of a gear wheel and a rack and slots, the slots being located on the inner surface of the mouthpiece and therein are guides rigidly connected to the surface of the output end of the extruder body, the shape of the guides on the extruder body repeating the shape of the slots on the mouthpiece so that the guides enter into the slotted grooves of the mouthpiece, and the rack gear gear rigidly fixed to its shaft is engaged with the rail rigidly attached to the mouthpiece, which allows to regulate the output gap between the inner conical part of the mouthpiece and the outer surface of the mandrel by moving the mouthpiece along the guides with the help of a rail, rotating the gear wheel, and the taper angles of the inner part of the mouthpiece and conical mandrel are selected so that the gap between them has the shape of a conical annular channel, and the outer the surface of the last part of the mandrel and the inner surface of the conical part of the mouthpiece are knurled to obtain the product of the desired shape.

На чертеже представлен общий вид экструдера с предлагаемым формующим устройством.The drawing shows a General view of the extruder with the proposed forming device.

Экструдер состоит из корпуса 1, шнека 2 с приводом вращения (на фиг.1 не показан), шнек может быть полым или сплошным, мундштука 4 и дорна 11. Снаружи на выходном конце корпуса 1 имеются направляющие 3, форма которых повторяет форму шлицов на мундштуке 4, так, что направляющие 3 входят в шлицевые пазы мундштука 4. Кроме того, к мундштуку 4 жестко крепится рейка 5, которая, в свою очередь, контактирует с зубчатым колесом 6. Таким образом, мундштук 4 имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси экструдера по направляющим 3 с помощью реечного механизма (рейки 5 и зубчатого колеса 6). Зубчатое колесо 6, жестко закрепленное на валу 7, приводится во вращение и с помощью рейки 5 перемещает мундштук 4 по направляющим 3.The extruder consists of a housing 1, a screw 2 with a rotation drive (not shown in FIG. 1), the screw can be hollow or solid, the mouthpiece 4 and the mandrel 11. Outside, at the output end of the housing 1 there are guides 3, the shape of which follows the shape of the slots on the mouthpiece 4, so that the guides 3 enter into the slotted grooves of the mouthpiece 4. In addition, the rack 5 is rigidly attached to the mouthpiece 4, which, in turn, is in contact with the gear 6. Thus, the mouthpiece 4 has the ability to reciprocate along extruder axis along guides 3 with help by the rack and pinion mechanism (rack 5 and gear 6). The gear wheel 6, rigidly mounted on the shaft 7, is driven into rotation and with the help of the rack 5 moves the mouthpiece 4 along the guides 3.

Конический дорн 11 выполнен сборным из двух частей 8 и 9, каждая из которых выполнена с возможностью регулирования направления и скорости вращения с помощью валов 10. Причем вал первой части 8 выполнен сплошным и расположен внутри полого вала части 9.The conical mandrel 11 is prefabricated from two parts 8 and 9, each of which is configured to control the direction and speed of rotation using the shafts 10. Moreover, the shaft of the first part 8 is solid and located inside the hollow shaft of part 9.

На внешней поверхности последней части 9 дорна 11 и внутренней поверхности конусной части мундштука 4 выполнена накатка для получения продукта требуемой формы.On the outer surface of the last part 9 of the mandrel 11 and the inner surface of the conical part of the mouthpiece 4 is knurled to obtain the product of the desired shape.

Части 8 и 9 благодаря независимым друг от друга валам 10 и редуктора (на чертеже не показан) могут вращаться с различной частотой вращения и в противоположных направлениях.Parts 8 and 9, thanks to independent shafts 10 and a gearbox (not shown in the drawing), can rotate at different speeds and in opposite directions.

Углы конусности внутренней конусной части мундштука 4 и конусообразного дорна 11 подобраны так, чтобы рабочий зазор между ними имел форму конического кольцевого канала, что способствует более интенсивному сжатию материала при продвижении в рабочем зазоре между мундштуком 4 и дорном 11 и измельчению на выходе из нее за счет накатки на их поверхностях. Рабочий зазор может регулироваться зубчатым колесом 6, при вращении которого рейка 5 приобретает поступательное движение, передавая его мундштуку 4, изменяя тем самым рабочий зазор между дорном 11 и мундштуком 4.The taper angles of the inner conical part of the mouthpiece 4 and the cone-shaped mandrel 11 are selected so that the working gap between them has the shape of a conical annular channel, which contributes to more intense compression of the material when moving in the working gap between the mouthpiece 4 and the mandrel 11 and grinding at the exit from it due to knurling on their surfaces. The working gap can be adjusted by the gear wheel 6, during rotation of which the rack 5 acquires translational motion, passing it to the mouthpiece 4, thereby changing the working gap between the mandrel 11 and the mouthpiece 4.

Конструкция вращающегося формующего устройства позволяет существенно расширить технологические возможности экструдера и производить широкий ассортимент продуктов за счет возможности регулирования времени нахождения экструдата в рабочем зазоре путем изменения частоты вращения вала 10. Выполнение конусообразного дорна 11 сборным, состоящим из двух частей 8 и 9 с возможностью вращения их с различными скоростями и в противоположных направлениях, позволяет увеличить суммарную поверхность контакта перерабатываемого продукта с движущейся поверхностью дорна и мундштука, что приводит к повышению тепловыделения в экструдате и интенсивности механического воздействия на него и вызывает значительные сдвиговые деформации в продукте, следовательно, способствует получению гомогенного расплава экструдата, а за счет выполнения рабочего зазора в виде конической кольцевой щели и одновременного действия взрывного испарения воды на выходе из щели и истирающей накатке дорна и мундштука экструдат разделяется на частицы разнообразной формы и размера. Указанный процесс исключает необходимость последующего помола экструдата при производстве, например, текстуратов.The design of the rotating forming device allows you to significantly expand the technological capabilities of the extruder and produce a wide range of products due to the possibility of regulating the residence time of the extrudate in the working gap by changing the speed of the shaft 10. The cone-shaped mandrel 11 is assembled, consisting of two parts 8 and 9 with the possibility of rotation with different speeds and in opposite directions, allows you to increase the total contact surface of the processed product with moving the surface of the mandrel and the mouthpiece, which leads to increased heat generation in the extrudate and the intensity of mechanical stress on it and causes significant shear deformations in the product, therefore, contributes to a homogeneous melt of the extrudate, and due to the implementation of the working gap in the form of a conical annular gap and the simultaneous effect of explosive evaporation The water at the exit from the slit and the abrasive knurling of the mandrel and mouthpiece extrudate is divided into particles of various shapes and sizes. This process eliminates the need for subsequent grinding of the extrudate in the production of, for example, texture.

Экструдер работает следующим образом. С помощью привода (не показан) шнек 2 приводится во вращение. Одновременно приводится во вращение зубчатое колесо 6, которое с помощью рейки 5 перемещает мундштук 4 по направляющим 3 вдоль оси экструдера для того, чтобы установить заданную величину рабочего зазора между внутренней конусной частью мундштука 4 и наружной поверхностью дорна 11. После этого зубчатое колесо 6 останавливается. Затем с помощью привода (не показан) приводятся во вращение части 8 и 9 конического дорна 11.The extruder operates as follows. By means of a drive (not shown), the screw 2 is rotated. At the same time, the gear wheel 6 is rotated, which, with the help of the rack 5, moves the mouthpiece 4 along the guides 3 along the axis of the extruder in order to set a predetermined amount of the working gap between the inner conical part of the mouthpiece 4 and the outer surface of the mandrel 11. After that, the gear 6 stops. Then, using a drive (not shown), the parts 8 and 9 of the conical mandrel 11 are rotated.

Исходный продукт через загрузочное отверстие (не показано) поступает в зону загрузки винтового канала шнека 2 и увлекается им за счет разницы сил трения между продуктом и стенками корпуса и винтового канала, одновременно постепенно уплотняясь при этом.The initial product through a loading hole (not shown) enters the loading zone of the screw channel of the screw 2 and is carried away by it due to the difference in the friction forces between the product and the walls of the housing and the screw channel, while gradually being compacted.

В зоне смешивания продукт перемещается и перемешивается винтовой нарезкой шнека 2 с целью получения однородной смеси. Далее в зоне гомогенизации происходит уплотнение и измельчение продукта, что вызывает образование расплава экструдата.In the mixing zone, the product is moved and mixed by screw cutting of the screw 2 in order to obtain a homogeneous mixture. Further, in the homogenization zone, compaction and grinding of the product occurs, which causes the formation of an extrudate melt.

В зоне гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную; здесь происходит плавление в результате преобразования механической энергии рабочих органов экструдера в тепловую энергию и за счет внутреннего трения в самом продукте, а также возможного внешнего теплоподвода.In the homogenization zone, the product finally passes from the solid phase to the viscoplastic; here, melting occurs as a result of the conversion of the mechanical energy of the working bodies of the extruder into thermal energy and due to internal friction in the product itself, as well as possible external heat supply.

В зоне дозирования продукт выдавливается шнеком 2 из корпуса 1 и попадает в конический кольцевой зазор между внутренней конусной частью мундштука 4 и наружной поверхностью дорна 11, где он подвергается интенсивному воздействию вращающегося дорна 11. За счет резкого сброса давления и взрывного испарения влаги на выходе из зазора экструдат вспучивается, увеличиваясь в объеме, а благодаря вращению частей 8 и 9 дорна 11 в различных направлениях с разной скоростью и наличию накатки на рабочих поверхностях происходит истирание экструдата и его разрыв на частицы различного размера.In the dosing zone, the product is squeezed out by the screw 2 from the housing 1 and enters a conical annular gap between the inner conical part of the mouthpiece 4 and the outer surface of the mandrel 11, where it is subjected to intense action of the rotating mandrel 11. Due to the sharp release of pressure and explosive evaporation of moisture at the exit of the gap the extrudate swells, increasing in volume, and due to the rotation of parts 8 and 9 of the mandrel 11 in different directions with different speeds and the presence of knurling on the working surfaces, the extrudate is abraded and times jerk on particles of various sizes.

Таким образом, использование изобретения позволяет:Thus, the use of the invention allows:

- повысить качество готового продукта за счет интенсификации воздействия сжимающих усилий в рабочем зазоре, вызывающих многократные сдвиговые деформации материала, позволяющих получить гомогенный расплав экструдата;- to improve the quality of the finished product due to the intensification of the impact of compressive forces in the working gap, causing multiple shear deformation of the material, allowing to obtain a homogeneous melt of the extrudate;

- регулировать производительность экструдера с помощью вращающихся частей дорна;- regulate the performance of the extruder using the rotating parts of the mandrel;

- расширить технологические возможности экструдера по производству экструзионных продуктов;- expand the technological capabilities of the extruder for the production of extrusion products;

- обеспечить стабильную и надежную работу формующей головки, легкость ее обслуживания;- to ensure stable and reliable operation of the forming head, ease of maintenance;

- при производстве текстуратов отказаться от стадии помола экструдата, что сокращает производственные затраты- in the production of textures, abandon the stage of grinding the extrudate, which reduces production costs

Claims

An extruder comprising a housing, a screw with a rotation drive, a forming head with a mouthpiece and a conical mandrel equipped with a shaft, characterized in that the conical mandrel is made of two parts, each of which is configured to control the direction and speed of rotation using coaxial shafts and a gearbox moreover, one of the shafts is made solid and located in the other, made hollow, and the mouthpiece has the ability to reciprocate along the axis of the extruder using a rack and pinion mechanism, consisting of gears and racks, and slots, and the slots are on the inner surface of the mouthpiece and they are guides rigidly connected to the surface of the output end of the extruder body, the shape of the guides on the extruder body repeats the shape of the slots on the mouthpiece so that the guides enter into the grooves the mouthpiece, and the rack gear gear rigidly mounted on its shaft is engaged with a rail rigidly attached to the mouthpiece, which allows adjusting the output gap between the inner the mouth of the mouthpiece and the outer surface of the mandrel by moving the mouthpiece along the guides with the help of a rail, rotating the gear wheel, and the taper angles of the inner part of the mouthpiece and the conical mandrel are selected so that the gap between them has the shape of a conical annular channel, and the outer surface of the last part of the mandrel and the inner surface of the conical part of the mouthpiece is knurled to obtain the product of the desired shape.