核桃仁脫皮機(jī)設(shè)計(jì)

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1、核桃仁脫皮機(jī)設(shè)計(jì) 摘要：核桃仁脫皮機(jī)主要將核桃仁在進(jìn)行食品和飲料生產(chǎn)前進(jìn)行脫皮處理。脫皮機(jī)的整個(gè)工作過程是先將核桃仁進(jìn)行烘烤，然后人工將經(jīng)過烘烤的核桃仁放入脫皮機(jī)料斗中，核桃仁通過滾子傳送裝置自左向右進(jìn)行傳送，石英顆粒經(jīng)過高壓氣帶動(dòng)自上而下對(duì)平鋪在傳送裝置上的核桃仁沖刷脫皮，去皮后經(jīng)過別離裝置將種皮和核桃仁進(jìn)行收集。本研究設(shè)計(jì)的脫皮機(jī)利用顆粒沖刷脫皮法，對(duì)核桃果仁進(jìn)行脫皮。通過對(duì)脫皮局部與電機(jī)的選型配套，滑動(dòng)軸承的選擇，滾子軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，設(shè)計(jì)出一種核桃仁脫皮機(jī)。 關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);脫皮機(jī);核桃仁;噴砂;顆粒沖刷脫皮法 中圖分類號(hào)：S

2、226.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302〔2021〕13-0271-05 2021-03-16 E-mail：pfengsheng@126 。核桃仁種皮的主要成分是碳水化物、鈣、磷、鐵、硫胺素、核黃素、尼克酸等。假設(shè)直接食用有一種苦澀的味道，會(huì)影響食用的口感及深層次的加工[1-3]。目前，核桃仁去皮方法主要有人工方法、機(jī)械方法〔濕法、粉碎方法〕等2大類[4-6]。手工核桃仁去皮方法人工費(fèi)用高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效果差、生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求。人工方法效率低，不適應(yīng)工業(yè)化食品加工需求。機(jī)械濕法去皮工藝復(fù)雜，設(shè)備本錢高，該方法需要用強(qiáng)堿或高溫水蒸氣處理，一定程度上會(huì)造成核

3、桃仁營養(yǎng)損失、核桃仁變軟及堿性化學(xué)殘留，直接影響核桃產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值與口感風(fēng)味，同時(shí)堿液排放還會(huì)造成環(huán)境污染。機(jī)械粉碎法加工雖然克服了濕法加工的一些缺點(diǎn)，但會(huì)對(duì)核桃仁產(chǎn)生一定的破碎作用，影響核桃仁的完整度，使核桃仁的利用受到限制，并且破壞了核桃仁本身的結(jié)構(gòu)，后續(xù)只能用于加工核桃粉或飲料產(chǎn)品，加工食品種類受到很大限制[7-10]。 在食品機(jī)械中的許多部位可用不銹鋼替代使用[11]。此外，在與食品接觸的部位還可考慮使用陶瓷等材料。因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中與核桃仁接觸的局部選用奧氏體型不銹鋼。 1核桃仁脫皮機(jī)的工作原理 本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供一種核桃仁干法去皮機(jī)。其根本工作原理：經(jīng)烘烤后的核桃仁進(jìn)入儲(chǔ)料箱內(nèi)

4、，由下料擋板控制核桃仁均勻地在導(dǎo)板上流過，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄即可調(diào)節(jié)核桃仁的流量。經(jīng)過導(dǎo)板的核桃仁進(jìn)入脫皮裝置內(nèi)，在輥軸的帶動(dòng)下，核桃仁呈由左向右水平運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)核桃仁的自轉(zhuǎn)。利用高壓空氣控制噴砂斗中的石英顆粒充分地對(duì)核桃仁外表的種皮進(jìn)行沖刷，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮別離，其原理與金屬噴砂除銹相同[12-14]。沖刷后的核桃仁被傳送到出料口。石英顆粒由于滾子軸之間的間隙掉落下去，通過收集斗進(jìn)行回收，通過高壓風(fēng)力形成的負(fù)壓對(duì)石英顆粒進(jìn)行循環(huán)再利用。種皮與核桃仁的別離效果，可通過改變石英顆粒的流量進(jìn)行調(diào)整。 2核桃仁脫皮機(jī)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 核桃仁脫皮機(jī)是一種組合式設(shè)備。它由核

5、桃仁傳送裝置、核桃仁去皮裝置和核桃仁與種皮別離裝置等3大局部組成，主要包括進(jìn)料裝置、核桃仁去皮裝置、石英顆?；厥昭b置、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)架等組成〔圖1〕。 由圖1可知，整機(jī)支架部件是核桃仁去皮機(jī)的主要支撐部件，它承擔(dān)所有因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用鞏固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。整機(jī)支架部件可以采用角鋼焊接而成，起到對(duì)其他幾個(gè)部件的支撐、定位、連接的作用，整個(gè)部件的高度、寬度是由其他零件的安裝尺寸決定的。電機(jī)安裝在整機(jī)支架部件里的支撐板上面。下箱體安裝在整機(jī)支架部件上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。 由圖1可知，上箱體和下箱體共同構(gòu)成噴砂脫皮的工作空間，提供一個(gè)半封閉的去皮環(huán)境，它

6、們與支架本體通過普通螺栓連接在一起。下箱體與整機(jī)支架部件通過普通螺栓連接在一起。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取輥軸的中心線所在平面為剖分面。上箱體和下箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。經(jīng)過反復(fù)考慮、研究和討論，確定核桃仁脫皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、滾子結(jié)構(gòu)傳送機(jī)構(gòu)、石英顆粒回收機(jī)構(gòu)等。 由圖2可知，儲(chǔ)料箱部件主要由導(dǎo)板和調(diào)節(jié)板組成。導(dǎo)板通過鉚釘與上箱體的前側(cè)面固定，導(dǎo)板具有向下的傾角，起到控制核桃仁向輥軸運(yùn)動(dòng)的作用。調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)手柄與調(diào)節(jié)盤焊接在一起。調(diào)節(jié)盤可以繞固定在上箱體后側(cè)面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)盤上開有圓周布置的假設(shè)干個(gè)調(diào)節(jié)孔，上箱體的后側(cè)面也加工有一個(gè)軸線與調(diào)節(jié)盤最上方位置

7、孔同軸的孔，在該孔內(nèi)插入圓柱銷，就可以固定調(diào)節(jié)盤的位置，從而固定調(diào)節(jié)板的位置。拔掉圓柱銷，通過調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以控制調(diào)節(jié)板的位置。 設(shè)計(jì)要求上料時(shí)，最好只是平鋪1層，且核桃仁平放在傳送機(jī)構(gòu)滾子上，以免在脫皮過程中由于核桃仁的堆積導(dǎo)致下方核桃仁未經(jīng)過石英顆粒沖刷直接從出料口端運(yùn)出。從結(jié)構(gòu)簡圖〔圖2〕可以看出，料斗下部的核桃仁滑出料斗由于滾子的帶動(dòng)向右運(yùn)動(dòng);料斗上方的核桃仁靠重力下滑，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到調(diào)整板左下端時(shí)，只允許一層核桃仁平躺通過。這種設(shè)計(jì)合理，且滿足要求。它巧妙地利用了滾子軸本身為核桃仁提供了一個(gè)動(dòng)力。 由于該脫皮機(jī)采用石英顆粒沖刷的方法去除核桃仁種皮，因此在核桃仁傳送過程中，不僅

8、要求核桃仁的自轉(zhuǎn)以保證石英顆粒對(duì)核桃仁的各個(gè)局部沖刷均勻，而且石英顆粒要和核桃仁別離。結(jié)合以上的要求，采用滾子結(jié)構(gòu)的傳送帶，滾子傳送裝置如圖3所示。 滾子軸的直徑為10mm，核桃仁的最小寬度即1/4核桃仁的寬度為10mm，滾子軸之間的中心距應(yīng)小于核桃仁的最小寬度加上滾子軸的直徑，因此確定2個(gè)滾子軸之間的中心距為17mm，即滾子軸外側(cè)之間的距離為7mm，核桃仁的最小寬度大于滾 子軸外側(cè)之間的距離，保證核桃仁在滾子傳送裝置傳輸?shù)臅r(shí)候不會(huì)從2個(gè)滾子軸之間掉落。滾子軸上焊接1mm寬度的不銹鋼條，實(shí)現(xiàn)核桃仁傳輸途中的自轉(zhuǎn)，使石英顆粒可以對(duì)核桃仁的各個(gè)部位進(jìn)行沖刷，以保證核桃仁的去皮效果更好。 核桃

9、仁傳送裝置由滾子軸、滑動(dòng)軸承、橡膠圈等組成。核桃仁去皮裝置由噴口、顆粒物輸送通道、漏斗狀回收裝置等組成，石英顆粒通過風(fēng)力的帶動(dòng)對(duì)核桃仁外表進(jìn)行沖刷實(shí)現(xiàn)去皮。核桃仁與種皮別離裝置，經(jīng)過石英顆粒沖刷過后，去掉的核桃仁種皮會(huì)覆蓋在核桃仁外表，通過風(fēng)機(jī)把種皮去除掉。 由于滾子軸只承受了徑向力，并且兩軸之間中心距較小，因此選用滑動(dòng)軸承。 沖刷與回收部件如圖4所示，上箱體〔圖1〕的上外表留開口，開口大小與噴砂斗匹配，并由上箱體支撐噴砂斗。下箱體下外表也留有開口，開口大小與石英砂收集斗匹配，石英砂收集斗與下箱體固定在一起。噴砂斗和石英砂收集斗共同支撐石英砂通道。 沖刷局部由噴砂斗、輸送管道、石英砂

10、收集斗、噴砂調(diào)節(jié)開關(guān)等局部組成。石英顆粒在砂箱中由風(fēng)力帶動(dòng)經(jīng)過輸送管道到達(dá)噴射口處，噴砂斗口處設(shè)置有高壓氣源，石英顆粒在此處通過高壓氣源的作用產(chǎn)生一定的速度對(duì)傳送裝置上的核桃仁進(jìn)行沖刷，傳送裝置中由于2個(gè)滾子軸之間留有足夠的間隙，石英顆粒在完成對(duì)核桃仁的沖刷后將會(huì)下落到收集斗中。收集后的石英顆粒通過回收管道到達(dá)底部，通過高壓空氣的帶動(dòng)再次對(duì)核桃仁進(jìn)行沖刷。 機(jī)架是核桃仁脫皮機(jī)的主要支撐部件，它承擔(dān) 所有機(jī)架的鞏固是核桃仁脫皮機(jī)工作穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的根底，因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，均應(yīng)該采用鞏固穩(wěn)定的材料和樣式制成，就此核桃仁脫皮機(jī)來說，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低。整個(gè)機(jī)架采用

11、角鋼焊接而成，起到其他幾個(gè)局部的支撐、定位、連接作用，整個(gè)機(jī)架的高度、寬度由零件安裝的尺寸來決定，并且合理地安排零件的安裝位置。電機(jī)安裝在機(jī)架里面及機(jī)架的支撐板上面。脫皮裝置局部安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。 3脫皮機(jī)工作過程 由圖1可知，箱體的作用是提供一個(gè)封閉的脫皮環(huán)境，并對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支撐和定位作用。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓連接。箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。 由圖2可知，經(jīng)烘烤后稍微放涼的核桃仁倒入料箱內(nèi)，通過調(diào)節(jié)手柄可調(diào)節(jié)核桃仁的流量、控制調(diào)節(jié)板，實(shí)現(xiàn)核桃仁均勻地在導(dǎo)板末端流過，同時(shí)控制核桃仁向下流動(dòng)量的大小，盡量

12、保證核桃仁呈現(xiàn)單層的狀態(tài)進(jìn)入輥軸傳送裝置內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最正確的脫皮效果。 由圖3可知，輥軸式傳送裝置部件主要由輥軸支架和多根輥軸組成。輥軸支架是安裝輥軸和橡膠輪軸的載體。輥軸支架上間隔均勻地開有橡膠輪軸的安裝孔和滾動(dòng)軸承的安裝孔，用于安裝橡膠輪軸和滾動(dòng)軸承。輥軸為階梯軸，軸端較粗位置安裝在滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔里，較細(xì)的軸段安裝有橡膠輪。橡膠輪軸的軸端也安裝有相同的橡膠輪。橡膠輪軸的軸線與滾動(dòng)軸承安裝孔的軸線間距剛好保證所有橡膠輪正確接觸傳遞運(yùn)動(dòng)。各橡膠輪形成外嚙合的摩擦傳動(dòng)關(guān)系，最前面第1根輥軸的另一端裝有皮帶輪〔圖1中的13〕，在電機(jī)軸端帶輪和V帶的帶動(dòng)下，剛好保證所有輥軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證核桃仁在輥

13、軸上的單向運(yùn)動(dòng)，并且能夠翻滾。 由圖4可知，石英噴砂裝置部件主要由噴砂斗、石英砂通道、石英砂收集斗等構(gòu)成。噴砂斗主要作用是控制高壓風(fēng)攜帶的石英砂顆粒均勻地噴向平鋪在輥軸上的核桃仁，隨著輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃仁不斷地翻滾，從而保證脫皮的效果。石英砂通道上部呈半圓形，圓弧頂端接高壓風(fēng)管，高壓風(fēng)由高壓氣源提供。石英砂收集斗的主要功能是收集噴砂斗噴出的石英砂，并將其聚集到石英砂通道下部呈半圓形管道內(nèi)。高壓風(fēng)管中的高壓風(fēng)從噴砂斗噴出時(shí)，在石英砂通道的下部形成負(fù)壓，該負(fù)壓將堆積于石英砂通道下部呈半圓形管道內(nèi)的石英砂沿通道吸入噴砂斗中，從而實(shí)現(xiàn)石英砂的循環(huán)工作。石英砂通道的直管部位設(shè)置有噴砂調(diào)節(jié)開關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)噴

14、砂量大小的調(diào)節(jié)。 石英顆粒物沖刷去皮采用壓縮空氣為動(dòng)力，在噴砂斗內(nèi)形成高速噴射流，將石英顆粒高速噴射到核桃仁的外表，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮別離，經(jīng)過翻滾沖刷后的核桃仁由輥軸傳送到出料口。沖刷后的石英顆粒由于輥軸之間的空隙掉落下去，通過石英砂收集斗進(jìn)行回收，通過風(fēng)力對(duì)石英顆粒進(jìn)行循環(huán)再利用。夾雜在核桃仁中的種皮被噴出的風(fēng)吹送，從出料板的接口空隙飛出，實(shí)現(xiàn)種皮與脫皮核桃仁的別離，脫皮后干凈的核桃仁沿出料板落入收集箱中，實(shí)現(xiàn)核桃仁機(jī)械化去皮的功能。 4主要結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。 電機(jī)的選擇包括選擇類型、結(jié)構(gòu)形式、容

15、量〔功率〕和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。 核桃仁脫皮機(jī)在工作的過程中消耗動(dòng)力的部件為滾子傳送機(jī)構(gòu)。 首先確定滾子傳送機(jī)構(gòu)在工作過程中所受的力和損耗的功率。該局部在工作過程中主要是克服核桃仁和滾子之間的摩擦力。滾子傳送機(jī)構(gòu)的長度為374mm，寬度為298mm，核桃仁〔完整核桃仁去掉中間分心木〕即一半核桃仁的尺寸為30mm20mm〔下文中所提到的一個(gè)核桃仁即為此處的一半核桃仁〕。按照一次通過脫皮裝置最多核桃仁計(jì)算，即按照核桃仁的長度方向與脫皮裝置的長度方向一致計(jì)算，一次最多通過185個(gè)核桃仁。即 374/30298/20=185。〔1〕 一半核桃仁的質(zhì)量估計(jì)為5g，即鋪滿脫皮裝置時(shí)核桃的質(zhì)量G為18

16、55=925。核桃仁脫皮機(jī)的生產(chǎn)效率為100kg/h，即1.7kg/min。那么滾子軸的線速度Vg〔m/s〕為 Vg=3741700/925=1.1510-2?！?〕 滾子軸的轉(zhuǎn)速ng〔r/s〕為： ng=Vg/πD=11.5/10π≈0.4，即24r/min?！?〕 一次性鋪滿脫皮裝置的核桃仁的質(zhì)量為9.25N，核桃仁在輸送過程中，同時(shí)與23個(gè)滾子接觸，因此每個(gè)滾子所受的載荷很小，可以忽略不計(jì)。 按工作要求和工況條件，選用YL系列單相雙值電容異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為220V，YL型。此系列的電動(dòng)機(jī)具有高效節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、運(yùn)行性能好、噪音低等特點(diǎn)。防護(hù)等級(jí)為IP4

17、4，采用B級(jí)絕緣，頻率為50Hz。選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YL90S4，該電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如表2所示。 本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)采用減速箱和皮帶輸出等2級(jí)減速。根據(jù)要求所選取的電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，而經(jīng)過計(jì)算得知滾子軸的轉(zhuǎn)速為24r/min。系統(tǒng)總的傳動(dòng)比i為 i=i1i2=1400/24≈58.3。 式中：i1為齒輪箱減速器的傳動(dòng)比;i2為帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比。假設(shè)取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i2為3，那么齒輪箱的傳動(dòng)比i1約為19.4。因此，減速器可采用二級(jí)齒輪減速器。由于齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算都屬于簡單常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算，一般教科書都有詳細(xì)介紹，因此此處不作具體計(jì)算。 5設(shè)計(jì)總結(jié) 本試驗(yàn)脫皮機(jī)是利用

18、顆粒物沖刷的根本方法和原理而設(shè)計(jì)的。而現(xiàn)在市面上主要是人工脫皮，人工脫皮是手工將經(jīng)過混合堿液浸泡的核桃仁剝皮，其方法簡單，但生產(chǎn)效率低，熟練的操作人員平均每人每天只能產(chǎn)出3～5kg去皮核桃仁，且果仁在脫皮前都要經(jīng)過浸泡，長期做該項(xiàng)工作對(duì)手有傷害，用該機(jī)器那么可克服這些缺點(diǎn)。 本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)器的根本參數(shù)和特點(diǎn)如下： 〔1〕小型機(jī)械、結(jié)構(gòu)簡單、易制造、易操作、本錢低、對(duì)生產(chǎn)條件的要求不高。 〔2〕核桃仁進(jìn)入脫皮機(jī)后，平鋪在滾子上，核桃仁通過滾子型傳送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)并從左向右傳送，去皮效果好。 〔3〕凈率可以靠調(diào)整顆粒物的沖刷速度來提高;生產(chǎn)率可以用調(diào)整滾子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來控制，且這樣調(diào)整不會(huì)增

19、加機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。 〔4〕該機(jī)可以廣泛用于核桃仁制作食品和榨制濃香型核桃油原料的初加工，是適應(yīng)當(dāng)代市場的有效機(jī)型。 參考文獻(xiàn)： 【1】李慧麗，何歡，俞琴，等.不同加熱方式對(duì)薄皮核桃仁品質(zhì)的影響[J].食品科技，2021，41〔4〕：91-96. 【2】徐效圣，申玉飛，張新明，等.調(diào)味核桃仁加工工藝及其配方研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工〔學(xué)刊〕，2021〔3〕：44-46. 【3】蒲成偉，闞歡，劉云.核桃仁不同去皮工藝的比照研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2021〔6〕：33-35. 【4】榮瑞芬，吳雪疆，李鴻玉，等.核桃仁去皮工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2021，25〔2〕：100-101

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