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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
13 屆畢業(yè)設(shè)計
花生去殼機(jī)的設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)教師
日 期
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
14
前 言
花生在加工或作為出口商品時，需要進(jìn)行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r，剝殼的目的是為了提高出油率，提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來代替手工剝殼?；ㄉ鷦儦C(jī)的誕生在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動，同時還提高了花生剝殼的效率。
花生脫殼機(jī)是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行，隨著花生產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。
目錄
1 緒論 1
1.1 課題研究的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 1
2 花生去殼機(jī)存在的問題 3
3 花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 4
3.1 目前花生脫殼機(jī)采用的脫殼原理 4
3.2 新型脫殼技術(shù) 5
3.3 花生脫殼機(jī)械的工藝研究 5
4 花生脫殼機(jī)械研究重點 6
4.1 提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性 6
4.2 提高機(jī)械脫殼率 6
4.3 向自動控制和自動化方向發(fā)展 6
5 總體方案的確定 7
5.1 脫殼原理 7
5.2 工作原理 7
6 花生脫殼機(jī)的設(shè)計 7
6.1 轉(zhuǎn)軸部件的半徑和轉(zhuǎn)速 7
6.2 脫殼功率 9
6.3 驅(qū)動電機(jī) 9
6.4 傳動方式 10
6.5 凹板篩 10
6.6 料斗 10
6.7 箱體 11
6.8 仁殼分離裝置 11
6.9轉(zhuǎn)軸部件臨界轉(zhuǎn)速的校核 11
總 結(jié) 12
致 謝 13
參考文獻(xiàn) 14
1 緒論
1.1 課題研究的目的和意義
花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植物蛋白質(zhì)。利用花生或脫脂后的花生餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以花生蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性?；ㄉ鞍追圻€可以通過高壓膨化制成蛋白肉。花生是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用花生油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料?；ㄉ?jīng)簡單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品?；ㄉ庸じ碑a(chǎn)品花生殼和花生餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟(jì)效益。
花生在制取油脂、制取花生蛋白、生產(chǎn)花生儀器以及在花生貿(mào)易出口時，都需要對花生進(jìn)行預(yù)處理加工。花生的預(yù)處理主要包括花生的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。
花生在加工或作為出口商品時，需要進(jìn)行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r，剝殼的目的是為了提高出油率，提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來代替手工剝殼。花生剝殼機(jī)的誕生在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動，同時還提高了花生剝殼的效率。
花生脫殼機(jī)是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行，隨著花生產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
國外發(fā)達(dá)國家在花生脫殼方面研究起步較早,脫殼技術(shù)與設(shè)備較先進(jìn)[1]。20世紀(jì)80年代初，美國的LIANG 研制了一種脫殼設(shè)備,能夠在對物料尺寸分級的同時對其進(jìn)行破殼。美國的Prussia和Verma又試圖通過碰撞的機(jī)理研制種新型脫殼設(shè)備。目前,國外一些技術(shù)先進(jìn)的國家,花生脫殼已經(jīng)實現(xiàn)了機(jī)械化。我國花生脫殼機(jī)的研制自1965年原八機(jī)部下達(dá)花生脫殼機(jī)的研制課題以來，已有幾十種花生脫殼機(jī)問世。只進(jìn)行單一脫殼功能的花生脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，以小型家用為主的花生脫殼機(jī)在我國一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級功能的較大型花生脫殼機(jī)在一些大批量花生加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼機(jī)種類很多，如6BH一60型花生剝殼機(jī)、6BH一20B型花生剝殼機(jī)、6BH一20型花生脫殼機(jī)等，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS1500型花生除雜脫殼分選機(jī)組一次能實現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的花生后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH一720型花生脫殼機(jī)帶有復(fù)脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離清選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點。6BK一22型花生脫殼機(jī)是一種一次喂料就可完成花生脫殼工作的機(jī)械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動、分層分離、復(fù)脫清選分級后的花生仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型花生脫殼機(jī)械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。而隨著我國花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，花生產(chǎn)量逐年增加，花生的機(jī)械化脫殼程度將大幅提高，花生脫殼機(jī)械將擁有廣闊的發(fā)展前景。
花生剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機(jī)械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C(jī)的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會最為關(guān)心的主要指標(biāo)。
八十年代以前的花生剝殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%，有時高達(dá)l5%以上。加工出的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便有了刮板式花生剝殼機(jī)。自1983年以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。
以下介紹一下我國上個世紀(jì)幾種主要的花生剝殼部件:
（1）封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼部件
六十年代初， 我國在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-340型花生剝殼機(jī)，其剝殼部件是在一個圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板。
在該機(jī)構(gòu)中花生進(jìn)口大(3O-50mm)，出口小(1O-25mm)，工作時，花生果在滾筒的推動下由進(jìn)口向出口端運動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機(jī)的直接搓擦作用，系強制脫殼，故破碎率高。剝殼時， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80％。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。后來研制并生產(chǎn)的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機(jī)，結(jié)構(gòu)與其大同小異，剝殼質(zhì)量均不理想。
（2）封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件
該機(jī)的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式作業(yè)時，花生果在膠輥的推動下，通過剝殼間隙(5—20mm)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件。
（3）開式紋桿滾筒，編織凹板式花生剝殼部件
剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板。作業(yè)時，花生果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，花生果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。
（4）立式剝殼機(jī)構(gòu)
剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩。在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點是由于采用立式傳動，故傳動機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。
（5)開式扁條滾筒，編織凹板式花生剝殼部件
采用了由三根扁鋼條制成的開式隨滾筒轉(zhuǎn)動，在滾筒和凹板之間形成一個活動層，花生果在該活動層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是花生搓花生，系柔性剝殼，故破碎率較低， 該機(jī)鑒定時實測破傷率(破碎率+損傷率)為91%。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。
目前國內(nèi)花生脫殼技術(shù)及設(shè)備在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)方面,存在作業(yè)質(zhì)量差、性能不穩(wěn)定、通用性差、脫殼率低以及破損率高等諸多問題,制約了花生統(tǒng)一供種和精深加工業(yè)的有效發(fā)展。因此,提高花生脫殼技術(shù)及設(shè)備的適用性、穩(wěn)定性,降低破碎率和損傷率是我國今后研制花生脫殼技術(shù)及設(shè)備的關(guān)鍵問題。
2 花生去殼機(jī)存在的問題
目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機(jī)械脫殼時對花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍是手工剝殼。脫殼機(jī)械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：
① 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。
② 機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。
③ 通用性差，利用率低。
④ 作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。
⑤ 有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。
3 花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
目前國內(nèi)花生脫殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿--鋼柵條凹板 以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒--橡膠浮動凹板兩大類，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8%，剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問題的重要途徑。
3.1 目前花生脫殼機(jī)采用的脫殼原理
目前應(yīng)用比較廣泛的花生機(jī)械脫殼原理有以下幾種：
①撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運動時突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實現(xiàn)脫殼的目的。其典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機(jī)。甩料盤使花生莢果產(chǎn)生一個較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開壁面時，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運動速度，莢果所受到的彈性力較小，運動速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開，從而實現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機(jī)脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉(zhuǎn)速、甩料盤的結(jié)構(gòu)特點等。
②碾搓法脫殼 花生莢果在固定磨片和運動著的磨片間受到強烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個固定圓盤和一個轉(zhuǎn)動圓盤組成的圓盤剝殼機(jī)。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒沿徑向向外運動，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時，磨片上的牙齒不斷對外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。
③剪切法脫殼 花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對運動著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件的刀板剝殼機(jī)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。
④擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當(dāng)間隙，使花生莢果通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。
⑤搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大?；ㄉv果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時，與兩輥面相接觸，如果此時莢果符合被輥子嚙人的條件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問．此時莢果在被拉人輥間的同時，受到兩個不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥子中心連線附近時法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。
3.2 新型脫殼技術(shù)
壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入花生殼 內(nèi)，維持一段時間，以使花生莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時間、籽粒的含水率等。
真空法 將花生莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時，就會使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個切割堅果外殼。試驗顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到1009／6的整仁率，但因其費用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。
3.3 花生脫殼機(jī)械的工藝研究
在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。
分級處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。
水分含量 花生莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使花生莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮?，以保證外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時能被充分破裂，同時又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。
4 花生脫殼機(jī)械研究重點
我國加入WTO以來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機(jī)械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對現(xiàn)有花生脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。
4.1 提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性
提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機(jī)械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計，其通用性、兼容性和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機(jī)械通過更換主要部件能夠同時對其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。
4.2 提高機(jī)械脫殼率
降低破損率對花生脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；同時在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機(jī)械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機(jī)械的發(fā)展前景。
4.3 向自動控制和自動化方向發(fā)展
大多數(shù)機(jī)具目前仍依賴人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機(jī)電一體化手段，開發(fā)設(shè)計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實現(xiàn)機(jī)組自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內(nèi)和國外市場。
新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于花生機(jī)械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)、動力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作，減少輔助工作時間，延長使用壽命，降低勞動使用費用等將作為主要設(shè)計目標(biāo)應(yīng)用于脫殼機(jī)械的設(shè)計制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好的應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機(jī)械需要盡快解決的問題。
5 總體方案的確定
5.1 脫殼原理
目前，花生的主要脫殼方法有撞擊法、碾搓法、剪切法、擠壓法、搓撕法、壓力膨脹法和真空法等［4-8］。本文設(shè)計的刮板式花生脫殼機(jī)具備撞擊法、碾搓法、剪切法和擠壓法的特點，所以脫殼效率很高，效果好。
5.2 工作原理
刮板式花生脫殼機(jī)主要由進(jìn)料斗、脫殼轉(zhuǎn)軸部件(包括刮板架和刮板) 、凹板篩、風(fēng)機(jī)、電動機(jī)、機(jī)架、花生殼出口和花生仁出口等組成，如圖5-1 所示。
1.機(jī)架 2.電動機(jī) 3.花生殼出口 4.凹板篩
5.轉(zhuǎn)軸部件 6.料斗 7.風(fēng)機(jī) 8.花生仁出口
圖 5-1 刮板式花生脫殼機(jī)
設(shè)備工作時，花生果由進(jìn)料斗進(jìn)入脫殼室，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部件—刮板的反復(fù)打擊與碰撞，以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)生的摩擦、碾搓、剪切、擠壓的作用下，花生殼不斷破裂; 花生殼和花生仁在刮板的旋轉(zhuǎn)風(fēng)壓和打擊下穿過凹板篩，花生殼在下落時受到風(fēng)機(jī)的吹力作用，從花生殼出口被吹出，花生仁則從花生仁出口排出。
6 花生脫殼機(jī)的設(shè)計
6.1 轉(zhuǎn)軸部件的半徑和轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)軸部件中刮板的旋轉(zhuǎn)速度必須確保能將花生殼通過打擊作用撞碎。實驗結(jié)果表明［6］，當(dāng)花生與鋼板的相對速度在4～5m/s 時，可以達(dá)到較好的破碎花生殼效果。根據(jù)此數(shù)據(jù)來設(shè)計轉(zhuǎn)軸部件的旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，如圖6-1 所示?；ㄉ侣涞奈恢迷谵D(zhuǎn)軸部件R/2 到R之間，設(shè)計時采用最小打擊半徑R/2 為設(shè)計基準(zhǔn)。
1.料斗 2.刮板 3.刮板架 4.轉(zhuǎn)軸
圖 6-1 轉(zhuǎn)軸部件花生下落簡圖
為了有較高的生產(chǎn)率，此處設(shè)計的轉(zhuǎn)軸部件半徑R = 250mm，v = 4 ～ 5m/s。
（6-1)
由此得出n=305.7～382.2r /min。為了使所設(shè)計的設(shè)備具有更廣泛的適用性，應(yīng)根據(jù)花生品種的不同調(diào)整轉(zhuǎn)軸部件的轉(zhuǎn)速。
由于刮板式脫殼機(jī)采用的主要脫殼原理是打擊和擠壓兩種方法，因此對刮板的強度有一定要求，且刮板由于受到間斷式的持續(xù)沖擊，屬于易損件。相關(guān)研究實驗結(jié)果顯示［6］，破碎板使用橡膠和木板的脫殼效果較差，脫凈率在70% 左右，而鋼板的脫凈率基本能夠保持在95% 左右。刮板零件采用高錳鋼制造，并用螺栓和刮板架聯(lián)接，使其易于調(diào)整和更換，其結(jié)構(gòu)見圖6-2 所示。
圖 6-2 轉(zhuǎn)軸部件三維圖
6.2 脫殼功率
由于脫殼是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部件—刮板的反復(fù)打擊與碰撞以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)生的摩擦、碾搓、剪切和擠壓的作用下進(jìn)行的，因此脫殼功率不能夠簡單地以刮板對花生產(chǎn)生的動能來計算，空氣阻力和摩擦對脫殼功率的消耗非常顯著，進(jìn)行功率計算時不能夠忽略，因此應(yīng)按以下公式進(jìn)行計算，即
(6-2)
式中 Q —脫殼機(jī)的加工量( kg /h)；
Rd—每脫1kg 物料所需的功( N·m/kg)；
A —高速運轉(zhuǎn)空氣阻力所消耗的功率系數(shù)；
η—機(jī)械效率；
K —花生與打板間摩擦消耗的功率系數(shù)。
此處，根據(jù)設(shè)計要求取Q=1000kg/h；Rd根據(jù)文獻(xiàn)資料對比，取Rd = 300N·m/kg；取A=1.4； 取η =0.7；取K = 2。代入式( 2) 計算得，P = 1.2kW。因此，刮板式脫殼正常工作需要的最小功率為1.2kW。
6.3 驅(qū)動電機(jī)
由于電磁調(diào)速電動機(jī)具有在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)均勻地、連續(xù)地?zé)o級調(diào)速，并能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在運行中當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動時可通過控制器的速度負(fù)反饋系統(tǒng)使輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變的特點，所以選用電磁調(diào)速電動機(jī)，能夠提高設(shè)備的工作的穩(wěn)定性和通用性。選用YCT132－4B 型號的電磁調(diào)速電機(jī)來驅(qū)動轉(zhuǎn)軸部件進(jìn)行脫殼工作，其功率為1.55kW，額定轉(zhuǎn)矩為9.5N·m，調(diào)速范圍為125～1400r/min。
6.4 傳動方式
有兩種傳動方案可供脫殼機(jī)選用: 一是皮帶傳動；二是減速器傳動。兩者都可以實現(xiàn)低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩的作用。第2 種傳動方案可以使設(shè)備設(shè)計的更為緊湊，傳遞效率高，但是其價格相對較高，在設(shè)備的實際運行中，還應(yīng)該考慮設(shè)備的過載保護(hù)，因為刮板式脫殼機(jī)具有慣性沖擊作用，應(yīng)考慮通過料斗進(jìn)入小石塊等其它異物時的情況。綜合考慮各種情況，選用第一種皮帶傳動的方案更為合理，可以有效保護(hù)運行中的設(shè)備安全。
6.5 凹板篩
凹板篩在脫殼機(jī)中的作用是使已經(jīng)被脫殼的花生仁和花生殼與花生果進(jìn)行分離，其分離原理是利用花生仁和花生殼與花生果的尺寸不同進(jìn)行分離的，即大個的花生果通不過，小個的花生仁和花生殼通過。凹板篩的柵條之間設(shè)計成只有容許一個花生仁大小的物體和被破碎的花生殼通過，而未脫殼的花生果無法通過柵條，被阻擋在凹板篩內(nèi)繼續(xù)脫殼，直到其外殼被破碎，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖5-1 所示。由于我國的花生品種多，其大小因品種不同導(dǎo)致其大小尺寸差別較大，花生仁的尺寸一般在7～14mm 之間，因此為了提高所設(shè)計脫殼機(jī)的通用性針對不同的花生品種或花生尺寸設(shè)計了不同尺寸間隔的凹板篩，以使在對不同尺寸的花生脫殼時進(jìn)行凹板篩的更換。
1．柵條鎖緊板 2．柵條固定板 3．柵條
圖 6-3 凹板篩部件圖
6.6 料斗
料斗通常是在無動力的情況下依靠物料自身的重力來進(jìn)行工作的，其工作狀況主要取決于物料的物理特性和料斗的幾何形狀[9]。在設(shè)計時，應(yīng)使料斗盡量達(dá)到整體流動這一理想流態(tài)，以使其最有效地發(fā)揮作用。料斗的外形一般有圓型和矩形兩種型式，按照理論計算的結(jié)果，在其它條件相同的情況下，圓型料斗的容積和強度更大，但其在實際中制作困難，較少采用［10］。在設(shè)計料斗時，考慮到其實用性和成本因素，把料斗設(shè)計成棱臺型( 其結(jié)構(gòu)見圖5-1 所示)，其材料使用Q235鋼，通過焊接的方法制成。
6.7 箱體
脫殼機(jī)箱體的作用是給脫殼過程提供一個封閉的脫殼環(huán)境，并對相關(guān)的脫殼部件起到支承和定位作用。在進(jìn)行箱體設(shè)計時，箱座和箱蓋的尺寸主要是根據(jù)轉(zhuǎn)軸部件的尺寸來決定的(其外形結(jié)構(gòu)見圖5-1 所示)；箱體設(shè)計時，最需要注意的是材料的選取，因為脫殼機(jī)是旋轉(zhuǎn)式的，并伴有沖擊，從而會導(dǎo)致在工作時有較大的振動和噪音，因為鑄鐵具有很強的減振作用，所以箱體選用HT200 的材料鑄造而成。
6.8 仁殼分離裝置
仁殼分離裝置的工作原理主要是利用花生仁和花生殼的重力，以及受風(fēng)吹時的受力面積不同，用氣流對其進(jìn)行分離，質(zhì)量大且受力面積小的花生仁不會被風(fēng)機(jī)吹來的氣流吹走，落到下面的花生仁收集板上，并從花生仁出口自動流出; 質(zhì)量小且受力面積大的花生殼被氣流吹出花生殼出口( 其具體結(jié)構(gòu)見圖5-1所示)，從而完成分離任務(wù)。
6.9轉(zhuǎn)軸部件臨界轉(zhuǎn)速的校核
由于轉(zhuǎn)軸部件是刮板式脫殼機(jī)的關(guān)鍵核心部件，其運行的可靠性和平穩(wěn)性嚴(yán)重影響著脫殼機(jī)的性能，因此需要對轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核。由于轉(zhuǎn)軸部件比較復(fù)雜，所以采用有限元方法計算能夠更真實地反映出轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速計算采用一維有限元模型，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖6-4 所示。
圖 6-4 轉(zhuǎn)軸部件轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
該有限元模型綜合考慮了皮帶輪和刮板部件對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，臨界轉(zhuǎn)速值的計算結(jié)果為: 轉(zhuǎn)軸部件的一階正進(jìn)動臨界轉(zhuǎn)速為6479r/min 左右，其一階反進(jìn)動臨界轉(zhuǎn)速值最低，為1205r/min，由于設(shè)計的轉(zhuǎn)軸部件的工作轉(zhuǎn)速最高為382.2r /min，低于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸部件的最低臨界轉(zhuǎn)速，不會導(dǎo)致振動現(xiàn)象的產(chǎn)生。
總 結(jié)
1) 本刮板式花生脫殼機(jī)的設(shè)計主要是針對目前花生脫殼機(jī)存在的機(jī)器性能不穩(wěn)定、適應(yīng)性差、通用性差和利用率低等問題而進(jìn)行的。通過采用電磁調(diào)速電動機(jī)和不同尺寸間隔的凹板篩，可以提高對不同尺寸的花生進(jìn)行脫殼的通用性，同時也提高了脫殼機(jī)的適應(yīng)性和利用率。
2) 由于電磁調(diào)速電動機(jī)的控制器具有速度負(fù)反饋系統(tǒng)，可以使電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變，可以提高脫殼機(jī)運行過程中性能的穩(wěn)定性。
3) 由于刮板式脫殼機(jī)運行中具有沖擊性，為了避免更大的振動，對轉(zhuǎn)軸部件的扭轉(zhuǎn)強度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計算。計算結(jié)果表明，設(shè)計的轉(zhuǎn)軸部件結(jié)構(gòu)合理，其運行轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)軸部件的最小臨界轉(zhuǎn)速值。
4）本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品--花生去殼機(jī)的設(shè)計，實現(xiàn)了花生剝殼的機(jī)械化，應(yīng)用本機(jī)器后，可使廣大農(nóng)民群眾大大節(jié)省勞動量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該機(jī)的關(guān)鍵部分是刮板結(jié)構(gòu)與半柵籠結(jié)構(gòu)，因為花生剝殼的整個過程都是由這兩部分完成的，剝出來的花生能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種花生剝殼原理及裝備，并對花生剝殼機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。
致 謝
本次設(shè)計是在我的導(dǎo)師安靜老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對本次設(shè)計的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設(shè)計，這一步一步的走來，其中都包含了安靜老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計，我從宏觀上把握了花生去殼機(jī)的發(fā)展趨勢發(fā)展現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，加深了以往學(xué)習(xí)的專業(yè)知識。同樣在本次設(shè)計中安靜老師始終踐行著“授人以魚，不如授之以漁”的原則，她經(jīng)常教導(dǎo)我們遇到問題先自己解決，解決不了的再找老師一起討論。這種學(xué)習(xí)模式的大大提高了學(xué)習(xí)的自主能動性。在此，我向安靜老師表示我最誠摯的謝意。在設(shè)計的過程中，也得到了許多同學(xué)寶貴的建議，在此一并致以誠摯的謝意。
最后，衷心的感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院的每位老師，謝謝你們在學(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān)心與支持。衷心祝愿塔里木大學(xué)的明天更加美好！更加輝煌！
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