新型新鮮毛豆剝殼機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析*

劉興國 ， 黃才貴 ， 周建陽

（南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200）

1 同類機械發(fā)展?fàn)顩r

目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)的毛豆剝殼機的工作原理大致是：人工投放毛豆，用手把料鋪平，然后再保證毛豆整齊進入剝殼區(qū)。如果料不整齊則需要人工進行調(diào)整，最后毛豆被分離成毛豆殼和毛豆粒兩部分[1]。存在的缺陷是分離優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆做得并不完善，進料部分都是人工調(diào)整，卡料的情況時常出現(xiàn)[2-3]，嚴重耗費了人力資源，并且毛豆殼沒有專門的回收倉回收，造成了浪費[4]。

2 新型毛豆剝殼機設(shè)計思路與參數(shù)要求

2.1 設(shè)計思路

設(shè)計一臺新鮮毛豆剝殼機，要求能實現(xiàn)的基礎(chǔ)功能是可以自動地剝掉毛豆殼[5-6]，然后對毛豆粒進行一定程度的篩選，得到較好的新鮮毛豆粒[7-8]。并且還能滿足大批量生產(chǎn)的需要，不需要人工給毛豆剝殼[9]。既要求把若干數(shù)量的毛豆放入該設(shè)備內(nèi)，就能得到新鮮、品質(zhì)優(yōu)良的毛豆粒，還要求該設(shè)備能在一定程度上保持地面的干凈和整潔[10-13]。本設(shè)計是新鮮毛豆剝殼機械，它的作用是實現(xiàn)新鮮毛豆的投料、剝殼以及豆粒篩選。投料部分是由離心振動器給料槽與進料導(dǎo)軌提供離心振動力，實現(xiàn)毛豆以長條扁狀進入軋輥的目的。再由于軋輥間隙只有毛豆殼能過而毛豆粒不能過，通過負壓氣體吸住毛豆殼，實現(xiàn)毛豆殼與毛豆粒的分離。最后由離心振動器為斜坡出料軌道提供振動力，使一體的三層斜坡軌道能根據(jù)不同的孔徑大小分別實現(xiàn)毛豆殼、新鮮毛豆、壞豆和蟲咬豆的分離。同時還用滾筒式的篩子來對優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆、蟲咬豆等進行更加細致的分離，最后毛豆殼、蟲咬豆、壞豆被分離到相應(yīng)的箱子中，而優(yōu)質(zhì)毛豆粒則從最終的出料口流出，設(shè)備操作人員用任意容器收集即可，全部操作結(jié)束。

2.2 參數(shù)要求

1）剝殼速度：設(shè)毛豆長為50 mm～60 mm，剝一次毛豆時長為4.5 s。

2）剝毛豆殼成功率穩(wěn)定在90%以上，毛豆破損率要小。

3）在篩選機構(gòu)能對毛豆進行大致的篩選，區(qū)分好毛豆殼、毛豆粒、蟲咬豆和壞豆。

3 新型新鮮毛豆剝殼機功能分析框圖

新型新鮮毛豆剝殼機關(guān)鍵功能主要有投料機構(gòu)的定位和喂料傳送、剝殼機構(gòu)的剝殼、篩選機構(gòu)的篩選和出料滑軌的傳送等。其總功能及子功能的分析框圖如圖1 所示。

圖1 總功能、子功能分析框圖

4 新型新鮮毛豆剝殼機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

依照設(shè)計的要求，新鮮毛豆剝殼機大致分五大模塊，由電機、喂料機構(gòu)、剝殼機構(gòu)、篩選機構(gòu)以及機架組成。所設(shè)計的功能是由喂料機構(gòu)、剝殼機構(gòu)、篩選機構(gòu)共同發(fā)揮作用來實現(xiàn)的。該機構(gòu)的整體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 新型新鮮毛豆剝殼機整體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

5 新型新鮮毛豆剝殼機工作原理

新型新鮮毛豆剝殼機運作的流程可以依次描述為：

1）電機、振動器通電，設(shè)備運轉(zhuǎn)。使兩個喂料機構(gòu)的振動器、篩選機構(gòu)的振動器、大電機和小電機依次通電，負壓氣腔通過外圍設(shè)備通入負壓氣體，用手抓大概20 個毛豆丟入喂料箱中，也可以用手給毛豆定位大概以長條扁形的姿態(tài)直接放入喂料定位滑軌。

2）軋輥剝殼。毛豆通過喂料定位滑軌的大概定位后，以長條扁形的姿態(tài)，前端無豆粒較薄的外殼先進入軋輥。由于軋輥間隙（經(jīng)過驗證，間隙大概為0.2 cm）只有毛豆殼能進入，此時由灰鑄鐵定子轉(zhuǎn)軸通入的負壓氣流剛好吸住毛豆殼并將毛豆殼卷入后面的毛豆軋輥，進入毛豆殼箱，毛豆粒則因為體積較大無法通過軋輥間隙從而被擠出毛豆殼，進而實現(xiàn)了毛豆的剝殼。

3）剝殼后初步篩選以及廢料回收。剝殼后的毛豆粒可能還摻雜著些許毛豆殼、壓碎的毛豆粒、蟲咬豆和壞豆，它們共同進入了篩選機構(gòu)。先是進入毛豆殼篩，因為振動器提供的激振力，它們會沿斜坡向下移動。與此同時，由于斜坡上有大于毛豆粒最大直徑的孔，毛豆粒以及蟲咬豆、壞豆、壓碎的豆等都會下去，進入毛豆粒篩。而毛豆殼因為過長，所以被卡在毛豆殼篩上方，在篩選裝置激振力的作用下沿著毛豆殼篩滑下，進入毛豆殼箱。

4）振動篩選機構(gòu)和滾筒篩對毛豆粒進行深度篩選。在經(jīng)初步篩選后的毛豆粒、蟲咬豆、壞豆同時進到毛豆粒篩的情況下，它們也會在振動器提供的激振力下沿著有斜度的毛豆粒篩向下移動，但毛豆粒篩上有很多小于毛豆粒最小直徑的孔，正常毛豆粒無法通過，但一些蟲咬豆、壞豆因為發(fā)育不良或者被壓壞了，它們的直徑小于毛豆粒篩上的孔直徑，因此會掉到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1 上，在激振力的作用下移動到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2，進而掉入到蟲咬豆、壞豆箱中。而被篩選出來、相對較好的毛豆粒在激振力的作用下會順著毛豆粒篩的斜坡進入滾筒篩。

5）出料滑軌出料。在上一階段中可能有一些不良品由于成團等各種原因而沒有被淘汰到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1 上，因此，在滾筒篩選中的毛豆?？赡苓€會混合非常少量的蟲咬豆、壞豆。在滾筒篩中，滾筒會在小電機的作用下進行轉(zhuǎn)動，那些成團的不良品會被分散開，那些沒有被淘汰掉的蟲咬豆、壞豆會進入蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2，從而進入蟲咬豆、壞豆箱，甚至一些殘留下的成絲狀的特殊形態(tài)毛豆殼也會被纏繞在滾筒篩上。經(jīng)過滾筒篩后，良品率極高的毛豆粒最終通過出料滑軌，操作人員將存儲毛豆粒的箱子放在出料滑軌下即可。

6 新型新鮮毛豆剝殼機關(guān)鍵部件分析

剝殼機構(gòu)是新型新鮮毛豆剝殼機的關(guān)鍵設(shè)計部件，主要用來實現(xiàn)對毛豆的剝殼功能。剝殼機構(gòu)的外部結(jié)構(gòu)圖中，帶輪Ⅱ通過電機提供的扭力轉(zhuǎn)動，V帶隨之轉(zhuǎn)動并會帶動軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ，由此軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ會使軋輥Ⅱ轉(zhuǎn)動，軋輥Ⅰ通過齒輪Ⅱ和齒輪Ⅰ帶動軋輥Ⅱ，兩者相向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)第一部分的傳動。第二部分是外接負壓氣體到負壓氣腔，再由負壓氣腔為軋輥傳輸負壓氣流到軋輥上的小孔以對毛豆產(chǎn)生吸力，實現(xiàn)第二部分的負壓氣體接入。最后一部分的剝殼是由軋輥Ⅰ和軋輥Ⅱ的相向轉(zhuǎn)動對毛豆進行剝殼，其中負壓氣流會通過軋輥上的小孔作用于毛豆殼，將毛豆殼吸住，起輔助作用。剝殼機構(gòu)外部圖如圖3 所示。

圖3 剝殼機構(gòu)外部圖

軋輥由最核心的灰鑄鐵定子、合金轉(zhuǎn)子以及最外部的橡膠軋輥構(gòu)成。其中灰鑄鐵定子內(nèi)部有通氣通道，將負壓腔體傳輸過來的負壓氣體傳輸?shù)交诣T鐵定子上的通氣凹槽，最后通入橡膠轉(zhuǎn)子和橡膠軋輥上的氣孔。軋輥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 軋輥內(nèi)部剖視圖

由定子軸內(nèi)部剖視圖可知，軋輥Ⅰ上橡膠套氣孔和軋輥Ⅱ上橡膠套氣孔在相對轉(zhuǎn)動下通過通氣凹槽與內(nèi)部通氣通道連接，并且兩軋輥間相向通氣。該設(shè)計結(jié)構(gòu)只在兩軋輥將毛豆殼擠壓到最窄的間隙時的那一小段角度，有負壓氣體通入，此時軋輥上通入負壓氣體的小孔會對毛豆殼提供強大的吸力，而當(dāng)毛豆殼被吸住時，此時已經(jīng)離開通氣凹槽的小孔不再通入負壓氣體，毛豆殼也會掉入毛豆殼導(dǎo)軌中。

7 結(jié)語

該新型新鮮毛豆剝殼機解決了傳統(tǒng)豆類剝殼機剝殼效率低、機械化程度低、需要人工實時干預(yù)、剝殼后的毛豆良品率低并且廢料處理不到位等問題，且操作安全，降低了剝殼成本。