一種全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)的設(shè)計(jì)＊

陶俊龍，周喜燕，史孝孝，肖紅升，王 坤

（南通職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226007）

毛豆是中國(guó)餐桌上常見的綠色食品，味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富，市場(chǎng)需求量非常大[1-2]。毛豆剝殼是食用前的重要環(huán)節(jié)，大多數(shù)家庭采用傳統(tǒng)的手工方法剝殼，剝出的豆仁質(zhì)量好，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力、傷手指，且不衛(wèi)生。市面上已有的剝毛豆機(jī)往往體積較大，多用于蔬果批發(fā)市場(chǎng)，自動(dòng)化程度不高，送料過程需要人工輔助完成，且存在豆粒破損率高、能耗高等問題，嚴(yán)重限制了剝豆機(jī)的應(yīng)用范圍[3-4]。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種小型全自動(dòng)剝毛豆機(jī)，該機(jī)自動(dòng)化程度高、工作可靠、體積小、成本低，適合單次剝豆量較小的家庭或者餐廳使用。

1 剝毛豆機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、梳理上料機(jī)構(gòu)、柔性擠壓剝殼機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)組件等組成，如圖1所示。除上料需人工完成外，剝殼過程中其余工作均由機(jī)器自動(dòng)完成，無需人工輔助。

毛豆莢放入敞口料斗中，通過料斗上部的隔板導(dǎo)向從一側(cè)進(jìn)入料斗內(nèi)部。料斗底部的翻滾梳理機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，梳齒撥動(dòng)豆莢，使豆莢的方向與送料板上的凹槽的方向一致，從而落到送料板凹槽內(nèi)，在重力作用向下滑移。送料軋輥組外覆橡膠層，可以適應(yīng)不同尺寸的毛豆，將送料板滑落的毛豆依次送入剝殼機(jī)構(gòu)中進(jìn)行去殼操作。剝殼機(jī)構(gòu)通過柔性擠壓作用將毛豆的豆粒和豆殼分離，豆殼穿過軋輥間隙沿分離板滑落，剝完殼的豆粒從送料軋輥和剝殼軋輥中間的間隙掉落到豆粒收集板上，順著收集板落入豆粒收納盒內(nèi)。剝毛豆機(jī)的整體外觀如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)總裝圖

2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 柔性擠壓式剝殼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

剝殼機(jī)構(gòu)是剝毛豆機(jī)的核心部件，關(guān)系到剝出毛豆的質(zhì)量?，F(xiàn)有研究表明，軋輥擠壓式剝殼機(jī)構(gòu)的剝殼效果主要與軋輥的間隙、送料方式以及送料方式有關(guān)[4]。由于毛豆的尺寸、成熟度等不可能完全一致，基本上不可能采用通用的間隙進(jìn)行送料和去殼，因此，剝殼機(jī)構(gòu)中兩對(duì)軋輥的間隙都可以調(diào)整。送料軋輥外覆一層橡膠層，有一定的彈性且送料輥之間留有一定的間隙，可以夾持不同大小的毛豆，沿特定角度平穩(wěn)地送入剝殼軋輥，降低漏剝率。剝殼軋輥組由兩根鍍鉻耐磨花軸組成，之間的間隙可以柔性調(diào)整。剝殼軋輥1為主動(dòng)軸，位置固定。剝殼軋輥2為從動(dòng)軸，在彈簧的壓力作用下緊貼剝殼軋輥1，最大間隙調(diào)整好后，可根據(jù)豆莢的厚度微量的上下浮動(dòng)，實(shí)現(xiàn)柔性擠壓，提高剝豆的質(zhì)量，不至漏剝和破損。

2.2 梳理上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

梳理上料機(jī)構(gòu)的作用是將毛豆按要求定向、均勻地傳送到剝殼機(jī)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。料斗用于存放人工放入的毛豆，由上、下兩部分組成，上料斗可通過鉸鏈翻轉(zhuǎn)，方便使用后清理。上料斗內(nèi)部的出料隔板用于控制上料量，使豆莢從一側(cè)落入下料斗內(nèi)，落入的豆莢沿下料斗側(cè)壁下滑至送料板上。與送料板凹槽方向一致的豆莢能夠落入凹槽內(nèi)，在重力作用下滑至剝殼機(jī)構(gòu)；方向不一致的豆莢不能直接落入凹槽內(nèi)，此時(shí)通過梳齒的轉(zhuǎn)動(dòng)撥動(dòng)豆莢直至與凹槽方向一致后落入凹槽內(nèi)。梳齒的位置與送料板上凹槽的位置對(duì)應(yīng)，且沿轉(zhuǎn)軸圓周方向均布，從而避免受力不均。同時(shí)，不停轉(zhuǎn)動(dòng)的梳齒可以及時(shí)撥開上側(cè)的豆莢，讓落入凹槽中的豆莢順利滑出，防止在出口處出現(xiàn)堆積擁堵的情況。

圖3 梳理上料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 梳理上料結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

家用剝毛豆機(jī)的體型小巧，相比大型剝毛豆機(jī)其結(jié)構(gòu)緊湊，有部分功能部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造，比如常見的振動(dòng)上料、自動(dòng)篩分機(jī)構(gòu)等都進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，因此整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，剝殼機(jī)構(gòu)和梳理機(jī)構(gòu)共用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)示意圖如圖5所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為一臺(tái)減速馬達(dá)，通過齒輪將動(dòng)力傳遞給剝殼軋輥1，剝殼軋輥1一端通過傳動(dòng)比為1的齒輪副將動(dòng)力傳遞給送料軋輥1，另一端通過傳動(dòng)比為1的齒輪副將動(dòng)力傳給浮動(dòng)的剝殼軋輥2。送料軋輥1一端通過傳動(dòng)比為1∶2.5的齒輪副將動(dòng)力傳遞給梳理轉(zhuǎn)軸，另一端通過傳動(dòng)比為1的齒輪副將動(dòng)力傳遞給送料軋輥2。因此整臺(tái)機(jī)器由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，剝殼效果較好，同時(shí)也避免了振動(dòng)設(shè)計(jì)引起的噪音。

圖5 剝毛豆機(jī)傳動(dòng)示意圖

3 全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)的性能與特點(diǎn)

全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)柔性擠壓式剝殼機(jī)構(gòu)可以根據(jù)豆莢的厚度自動(dòng)調(diào)整間隙，大大減小了漏剝率，同時(shí)減小了剛性擠壓帶來的豆粒破損，剝出的豆子豆衣基本完好。

現(xiàn)有毛豆剝殼機(jī)的上料機(jī)構(gòu)大多采用振動(dòng)上料的方式，料多時(shí)毛豆莢容易在防重刮板處堆積，需要人工輔助完成上料。采用翻滾梳理上料機(jī)構(gòu)上料無需人工干預(yù)，上料量的控制與防堆積設(shè)計(jì)使毛豆上料量與剝殼速度相匹配，提高效率的同時(shí)機(jī)器工作的更穩(wěn)定。

全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)大大縮短了送料板的長(zhǎng)度，整機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，更加適合家用。改進(jìn)了上料環(huán)節(jié)，避免了振動(dòng)上料方式帶來的振動(dòng)和噪聲，機(jī)器運(yùn)行時(shí)噪聲小，不會(huì)有擾民的擔(dān)憂。

全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定且安全可靠，基本能夠滿足家庭自用的需求。對(duì)于大型餐廳或者小型食品加工企業(yè)，可以組成生產(chǎn)線或采用一人管理多臺(tái)機(jī)器的方法提高剝殼速度。

4 結(jié)語

全自動(dòng)家用剝毛豆機(jī)解決了個(gè)體家庭人工剝毛豆費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，能夠?qū)Σ煌墒於鹊拿惯M(jìn)行剝殼，剝殼成功率高，剝出的豆粒完整美觀。該機(jī)器結(jié)構(gòu)小巧，工作效率高，可以滿足家庭用戶的需求，也可以作為生產(chǎn)線上的一個(gè)單元使用，具有廣泛的適用性。