螺旋式花生脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)

錢 巍

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

花生是世界上主要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物[1]，在我國種植面積大、分布區(qū)域廣[2]主要集中山東、河北、河南、遼寧、安徽等地區(qū)。近年來我國花生產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，截至到2018 年底，花生總產(chǎn)量達(dá)1 733.6×104t，我國已經(jīng)成為花生生產(chǎn)及出口大國[3]。去殼花生和花生制品是出口市場的主要類別，但花生在脫殼過程中容易受到機(jī)械損傷，破損的花生容易發(fā)生霉變，產(chǎn)生黃曲霉素危害人身健康[4]，這就要求在花生的加工過程中盡力避免機(jī)械損傷，實(shí)現(xiàn)花生脫殼的機(jī)械化和自動(dòng)化。因此，研制脫殼破碎率低、生產(chǎn)效率高的花生脫殼機(jī)械顯得非常必要。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

針對花生脫殼過程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)了一種螺旋式花生脫殼機(jī)，如圖1 所示，主要包括喂料斗、螺旋式輥輪、清選風(fēng)機(jī)、電機(jī)和減速裝置、機(jī)架等部分?；ㄉ谷朊摎C(jī)后，經(jīng)過螺旋式輥輪和料斗內(nèi)棱的碾壓和揉搓作用，花生殼被擠壓破碎，破碎的花生殼和脫出的花生仁被螺旋紋向下擠壓進(jìn)入出料口，進(jìn)入風(fēng)機(jī)清選機(jī)構(gòu)。由于受到風(fēng)機(jī)的氣流作用，花生殼因比重小被氣流吹入花生殼收集裝置，而花生仁比重大，繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)，落入花生仁收集裝置，從而實(shí)現(xiàn)花生脫殼。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 受力分析

劉紅利等[5]通過對兩個(gè)花生品種進(jìn)行脫殼力學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于兩種花生品種，頂壓和正壓破殼力比較接近，側(cè)壓破殼力最大且為74.6 N。破殼力受花生品種以及花生脫殼施壓部位影響比較明顯。螺旋式輥輪的傾斜度為45°，在花生脫殼過程中，將花生通過喂料斗喂入其帶有傾斜角度的槽中，使花生受正向壓力或側(cè)向壓力。令N=80 N，花生果受力情況如圖2 所示，則N1=N2=56.67 N。在脫殼過程中，由于螺旋式輥輪轉(zhuǎn)速較慢，花生受摩擦力較小，影響可忽略不計(jì)，綜合考慮將壓力定為80 N可以滿足脫殼要求。

2.2 螺旋式輥輪和喂料斗的設(shè)計(jì)

該裝置主要采用碾壓原理進(jìn)行花生脫殼，脫殼過程中，螺旋式輥輪的轉(zhuǎn)速較低。螺旋式輥輪的結(jié)構(gòu)如圖3 所示，外形設(shè)計(jì)成梯形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，側(cè)面具有與水平方向成45°角的棱；喂料斗的結(jié)構(gòu)如圖4 所示，喂料斗呈V型，料斗壁上裝有內(nèi)棱，并且沿母線方向均布于斗內(nèi)。脫殼過程中，花生通過喂料斗進(jìn)入螺旋式輥輪和喂料斗的間隙，螺旋式輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，花生殼將受到喂料斗內(nèi)棱和螺旋式輥輪外棱的共同擠壓而被碾破，隨著棱紋的轉(zhuǎn)動(dòng)，破碎的花生殼和脫出的花生仁被向下擠壓進(jìn)入風(fēng)機(jī)清選機(jī)構(gòu)。

2.3 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)及動(dòng)力參數(shù)的選取

設(shè)計(jì)的花生脫殼機(jī)的傳動(dòng)方案如圖5 所示。通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，傳動(dòng)過程中帶傳動(dòng)作為一級減速機(jī)構(gòu)，大帶輪帶動(dòng)錐齒輪通過嚙合傳動(dòng)形成二級減速，帶動(dòng)螺旋式輥輪旋轉(zhuǎn)。

按照設(shè)計(jì)要求，其工作效率為15 t/h?；ㄉ馁|(zhì)量按平均15 g/粒計(jì)算，其尺寸按平均值取，即花生直徑d=15 mm，花生高度h=35 mm，則每1 s應(yīng)脫28 粒。花生被螺旋式輥輪導(dǎo)向與水平成45°角，28 粒花生圍成圓周的長度為l1=h×cos45°×28=693 mm?？紤]到脫殼過程中，花生并非全部被導(dǎo)向，有的可能橫向擺放，留出20%左右的余量，則實(shí)際的周長選為 l= l1×120%≈830 mm，則其平均直徑 d1=l/π=830/3.14=265 mm。設(shè)定螺旋式輥輪的高度h1=80 mm，上徑d2=300 mm，下徑d3=230 mm，其側(cè)面的棱為三角形剖面，高度為0.7 mm。喂料斗與螺旋式輥輪相配合，其與螺旋式輥輪配合時(shí)上寬下窄，可以使花生容易進(jìn)入預(yù)定位置，脫殼徹底，且其內(nèi)棱厚度為20 mm。

螺旋式輥輪的受力分析如圖6 所示。螺旋式輥輪承受的扭矩 T1=n× N1× d=28×56.57×265×1/1 000=419.7 N·m；初定螺旋式輥輪速度為n=60 r/min，則螺旋式輥輪的平均直徑處線速度為 v=n×π×d =0.5×3.14×265×1/1 000=0.832 m/s。由于螺旋式輥輪的工作原理以碾搓為主，當(dāng)花生的撞擊速度為5 m/s時(shí)花生殼才會(huì)破碎，由于v值遠(yuǎn)小于5 m/s，故忽略其對花生殼破壞的影響。

螺旋式輥輪所需功率為：P=F×v/1 000=n×N1×v/1 000=1.32 kW，根據(jù)計(jì)算的要求，現(xiàn)選擇Y132S-6 型電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，額定功率3 kW，轉(zhuǎn)速960 r/min。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的螺旋式花生脫殼機(jī)融合了碾壓法脫殼效率高與撕搓法破碎率低的特點(diǎn)，并且可通過改變軸和螺旋轉(zhuǎn)子間的墊片數(shù)量來調(diào)節(jié)螺旋式輥輪和喂料斗的間隙，適應(yīng)于不同花生品種的需要，也可用于其他堅(jiān)果類作物，機(jī)具的適應(yīng)性和通用性也較強(qiáng)。