提出一種利用三維CAD軟件進(jìn)行螺旋榨油機(jī)理論壓榨比的計(jì)算方法。應(yīng)用三維CAD軟件創(chuàng)建螺旋榨油機(jī)的三維實(shí)體模型,并由此快速準(zhǔn)確地求出螺旋榨油機(jī)的理論壓榨比，從而使螺旋榨油機(jī)的理論壓榨比計(jì)算變得更加快捷，而且更加準(zhǔn)確。以ZX18A型螺旋榨油機(jī)為例，通過計(jì)算實(shí)例證明,使用該方法計(jì)算理論壓榨比切實(shí)可行，且精確快速。

   現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品已離不開三維建模、裝配仿真技術(shù)，如何******效益發(fā)揮三維CAD軟件的功能，快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是每個(gè)設(shè)計(jì)人員追求的目標(biāo)。三維CAD軟件都具備計(jì)算截面面積、物體體積等功能，巧妙利用此功能可減輕計(jì)算強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)效率。目前，針對(duì)螺旋榨油機(jī)的理論壓榨比計(jì)算，采用的是簡化估算方法，此方法不僅計(jì)算煩瑣，而且不夠精確。本文以ZX18A型螺旋榨油機(jī)為例，基于三維CAD軟件計(jì)算榨膛體積代替?zhèn)鹘y(tǒng)簡化估算榨膛體積的方法，精確快速計(jì)算出螺旋榨油機(jī)的理論壓榨比，為三維CAD技術(shù)在油脂設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作進(jìn)一步探索。

1螺旋榨油機(jī)理論壓榨比的計(jì)算原理

   螺旋榨油機(jī)的理論總壓榨比，指設(shè)計(jì)中的壓榨比，即在理想的情況下（榨膛充滿系數(shù)為1，榨料沒有隨軸回轉(zhuǎn)和回料），榨膛內(nèi)第一級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積V1和最后一級(jí)榨螺所對(duì)應(yīng)的榨膛體積Ve之比值；理論第n級(jí)壓榨比，即第n級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積和第（n-1）級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積之比值，二者計(jì)算公式：

計(jì)算理論壓榨比，需要每級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積參數(shù)，因此要先計(jì)算出榨膛的體積。

   榨膛主要由榨籠和榨螺軸組成。榨籠是一個(gè)由榨條、間隙片圍成的帶有縫隙的內(nèi)圈和用于固定榨條內(nèi)圈的榨籠固定板組成的裝配體。榨螺軸主要包括七級(jí)榨螺和主軸。七級(jí)榨螺安裝在主軸上，主軸驅(qū)動(dòng)七級(jí)榨螺轉(zhuǎn)動(dòng)，使油料和榨籠發(fā)生擠壓，使油從榨條縫隙滲出。

   榨膛的體積是用榨籠部分的內(nèi)腔體積減去榨螺軸在榨籠部分的體積。

2傳統(tǒng)計(jì)算方法

2.1榨籠內(nèi)腔體積的計(jì)算

   單螺旋榨油機(jī)榨籠內(nèi)腔簡化模型如圖1所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有榨籠內(nèi)徑D和長度L，由圓柱體體積計(jì)算公式可知，單螺旋榨油機(jī)榨籠內(nèi)腔體積為[3-4]：

2.2榨螺體積計(jì)算

2.2.1圓柱形榨螺體積計(jì)算

   圓柱形榨螺的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有榨螺的根圓直徑D1、外圓直徑D2、榨螺螺距P、榨螺長度L、螺旋槽寬f、螺紋頭數(shù)m、以及過榨螺軸心且平行于XOZ面的平面所截得榨螺螺旋的梯形截面基本尺寸（即梯形的上底長度b1、下底長度b2）。

單根榨螺的體積V2:

2.2.2圓錐形榨螺體積計(jì)算:

   圓錐形榨螺結(jié)構(gòu)如圖3所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有榨螺根圓圓錐體及基本尺寸（包括小端直徑D11、大端直徑D12、圓錐角θ）、外圓直徑D2、榨螺螺距P、榨螺長度L、螺紋頭數(shù)m、螺旋槽寬f、以及過榨螺軸心且平行于XOZ面的平面所截得的榨螺螺旋的梯形截面基本尺寸（即梯形的上底長度b1、下底長度b2）。

   單根榨螺的體積V3:

2.3榨膛的體積計(jì)算

（1）單螺旋榨油機(jī)圓柱形根圓圓柱形外圓榨螺和圓柱形榨籠組成的榨膛體積的數(shù)學(xué)模型為：

（2）單螺旋榨油機(jī)圓錐形根圓圓柱形外圓榨螺和圓柱形榨籠組成的榨膛體積的數(shù)學(xué)模型為：

2.4理論壓榨比計(jì)算：

   用榨籠的內(nèi)腔體積減去榨螺軸在榨籠內(nèi)的體積，以計(jì)算出榨膛體積，由此計(jì)算出每級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積，根據(jù)每級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積，使用公式（1）、（2）計(jì)算理論壓榨比。

2.5傳統(tǒng)計(jì)算方法的不足

   用圓代替多邊形截面，會(huì)使計(jì)算出的截面面積小于實(shí)際截面面積，而且不同級(jí)的榨籠的截面不同，用同一圓代替會(huì)進(jìn)一步增大誤差。

   榨籠內(nèi)側(cè)安裝有打散用刮刀，使用圓柱簡化模型代替榨籠內(nèi)腔，并沒有去掉刮刀的體積，導(dǎo)致榨籠內(nèi)腔體積計(jì)算不準(zhǔn)確。

   對(duì)于ZX18A型螺旋榨油機(jī)榨籠部分內(nèi)腔需要用兩個(gè)圓柱分別代替Ⅰ級(jí)榨籠和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)榨籠，將導(dǎo)致Ⅰ級(jí)榨籠和Ⅱ級(jí)榨籠間出現(xiàn)沒有計(jì)算到的空隙，將導(dǎo)致第Ⅱ級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積計(jì)算不準(zhǔn)確。

   計(jì)算榨螺體積時(shí)，將螺紋部分進(jìn)行簡化時(shí)，將會(huì)把螺紋兩端為方便進(jìn)料出料而設(shè)計(jì)圓角切角簡化掉，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的每級(jí)榨螺體積大于實(shí)際值。

   3三維CAD軟件計(jì)算螺旋榨油機(jī)理論壓榨比

   3.1調(diào)用榨膛相關(guān)部件的三維模型

   在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，已經(jīng)廣泛采用三維CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，用其繪制設(shè)備的三維設(shè)計(jì)圖紙，因此運(yùn)用本方法計(jì)算螺旋榨油機(jī)理論壓榨比時(shí)，不需要重新創(chuàng)建榨膛相關(guān)部件的三維模型，直接調(diào)用原始設(shè)計(jì)圖紙即可，這大大地提高了計(jì)算螺旋榨油機(jī)理論壓榨比的速度。

   3.2創(chuàng)建榨膛實(shí)體填充模型

   根據(jù)螺旋榨油機(jī)設(shè)計(jì)圖紙中榨螺和榨籠的位置要求，將榨螺軸裝配到榨籠內(nèi)。

   使用自上而下的設(shè)計(jì)方法，在裝配體里新建零部件，先分別以4級(jí)榨籠的內(nèi)腔多邊形輪廓作為截面，對(duì)4級(jí)榨籠內(nèi)腔進(jìn)行實(shí)體填充，然后將第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí)榨籠之間的空隙以及第Ⅰ級(jí)榨螺所對(duì)應(yīng)的腔體進(jìn)行實(shí)體填充，然后運(yùn)用布爾運(yùn)算的求并集功能，將各部分的填充實(shí)體合并成一個(gè)實(shí)體。

   對(duì)上一步中生成的榨膛填充進(jìn)行在位設(shè)計(jì)，運(yùn)用布爾運(yùn)算的求差集功能，將其與刮刀、榨螺軸的交集部分切除掉，完成填充模型的創(chuàng)建。

   3.3計(jì)算各級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積

   使用實(shí)體分割功能對(duì)創(chuàng)建的榨膛填充模型進(jìn)行分割，將按七級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛，分割成7個(gè)與榨螺相對(duì)應(yīng)的實(shí)體，使用軟件的測量分析功能計(jì)算出7個(gè)與榨螺相對(duì)應(yīng)的實(shí)體的體積，結(jié)果如表1所示。

   3.4螺旋榨油機(jī)理論壓榨比的計(jì)算

   根據(jù)3.3中的各級(jí)榨螺對(duì)應(yīng)的榨膛體積參數(shù)，運(yùn)用公式（1）、（2）計(jì)算出的理論壓榨比如表2所示。

3.5數(shù)據(jù)對(duì)比

   運(yùn)用公式（1）、（2）、（3）、（4）和(6)，使用傳統(tǒng)算法計(jì)算出的ZX18A型螺旋榨油機(jī)理論壓榨比，如表3所示。

   通過對(duì)比表2和表3的數(shù)據(jù)，可知基于三維CAD軟件計(jì)算的理論總壓榨比，比傳統(tǒng)方法計(jì)算出的理論總壓榨比大0.9%，且各級(jí)壓榨比數(shù)據(jù)存在差異。原因是基于三維CAD軟件的計(jì)算方法中沒有對(duì)模型進(jìn)行簡化，充分考慮了刮刀、榨螺螺紋切角圓角、榨條間夾角部分占用的體積，誤差更小。兩種計(jì)算方法計(jì)算出的數(shù)據(jù)接近，但是基于三維CAD軟件的計(jì)算方法更加精確，證明了使用三維CAD軟件計(jì)算螺旋榨油機(jī)的理論壓榨比的可行性、準(zhǔn)確性。

4結(jié)論

   直接利用三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)模型計(jì)算榨膛體積，不需要進(jìn)行簡化估算，避免了復(fù)雜的體積計(jì)算過程，實(shí)際誤差比傳統(tǒng)算法更小，而且當(dāng)改變?cè)O(shè)計(jì)榨籠榨螺參數(shù)時(shí)，榨膛填充部分的數(shù)據(jù)能自動(dòng)修改，不需要手動(dòng)修改，提高了設(shè)計(jì)效率。如果對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，利用所建模型直接計(jì)算出理論壓榨比，可以使螺旋榨油機(jī)的設(shè)計(jì)工作更加順利、高效。

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