板栗脫蓬機(jī)的設(shè)計(jì)

趙漢雨　魏玉崗　劉存祥

摘要：目前國(guó)內(nèi)板栗脫蓬機(jī)存在不能對(duì)栗果進(jìn)行分級(jí)、栗果與栗蓬分離不徹底等問題。試驗(yàn)設(shè)計(jì)研制的板栗脫蓬機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、效率高，通過輥?zhàn)优c弧形瓦板的摩擦擠壓能夠自動(dòng)完成板栗脫蓬，經(jīng)過1個(gè)3層振動(dòng)篩完成栗果與栗蓬分離和栗果分級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)工作平穩(wěn)，不卡殼，栗果與栗蓬分離徹底，清潔率>98%。

關(guān)鍵詞：板栗；脫蓬機(jī)；輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S226.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0371-02

收稿日期：2014-03-04

作者簡(jiǎn)介：趙漢雨（1975—），男，河南浚縣人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究。E-mail：zhyndjd@126.com。

通信作者：劉存祥，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)與裝備方面的研究。E-mail：liucunxiang@henau.edu.cn。板栗，別稱栗子、毛栗子，屬于木本山毛櫸科，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的堅(jiān)果類食品，素有“干果之王”的美稱，可以作為高級(jí)的本土糧食，可以生食、炒食、蒸食、煮食、烹飪等[1]。在國(guó)外，板栗被稱為“人參果”，在國(guó)內(nèi)民間，板栗具有“木本糧食、鐵桿莊稼”之稱，其粉質(zhì)細(xì)膩、味道鮮美，且營(yíng)養(yǎng)豐富；板栗還具有健脾養(yǎng)胃、補(bǔ)腎強(qiáng)筋等保健功效，對(duì)促進(jìn)人體的生理功能、增強(qiáng)人體的健康有著很重要的作用[2]。板栗含有20%～7.4%脂肪、5%～11%蛋白質(zhì)、40%～60%淀粉、10%～20%糖，此外還含有多種維生素（維生素A、維生素B、維生素C等）和礦物質(zhì)（鉀、磷、鈣等）。

板栗在我國(guó)種植范圍廣泛，湖南、湖北、河南、河北、山東、福建、江西、安徽等地盛產(chǎn)板栗，湖北羅田為全國(guó)第一大板栗出產(chǎn)縣。板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)于推動(dòng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入發(fā)揮了重大作用[3-4]。但是板栗加工步驟繁雜，板栗是包在栗蓬里的，板栗加工的第一步就是把板栗從栗蓬里剝出來，并且把板栗和栗蓬分離開來。目前很多地區(qū)的板栗脫蓬工作仍然靠人工來完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)條件差，傷人事故多，勞動(dòng)效率低，勞動(dòng)力成本高，嚴(yán)重制約了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。河南信陽地區(qū)甚至出現(xiàn)了由于勞動(dòng)力成本過高，一些板栗生產(chǎn)大戶放棄收獲已經(jīng)成熟板栗的情況，因此開發(fā)1種實(shí)用的板栗脫蓬機(jī)非常必要。本研究根據(jù)板栗的特性，設(shè)計(jì)研制了1種小型板栗脫蓬機(jī)，下面就該機(jī)的工作原理、關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)作相關(guān)介紹。

1產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品名稱：板栗脫蓬機(jī)；動(dòng)力類型：電動(dòng)；自動(dòng)化程度：全自動(dòng)；工作電壓：220 V；功率：2.2 kW；外型尺寸：1250 mm×500 mm×900mm；加工能力：300 kg/h；總損失率：小于0.2%；功用：板栗脫蓬機(jī)解決了傳統(tǒng)手工剝蓬殼勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)效率低下的難題，采用板栗脫蓬機(jī)對(duì)板栗進(jìn)行脫蓬不需要長(zhǎng)時(shí)間堆漚，可實(shí)現(xiàn)無霉變，無蟲蛀損失，且栗果無破碎、無劃傷，而且能夠根據(jù)板栗價(jià)格變動(dòng)情況及時(shí)脫蓬、及時(shí)出售，增加栗農(nóng)收入。該機(jī)采用單相電源、耗電低、體積小、重量輕，便于安裝和移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，可供栗農(nóng)家庭使用。

注意事項(xiàng)：（1）開機(jī)前檢查各部件螺絲是否松動(dòng)；（2）開機(jī)后空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)2 min，如無異樣方可投入生產(chǎn)；（3）喂料要少量、均勻，否則會(huì)出現(xiàn)卡機(jī)、破碎等現(xiàn)象；（4）機(jī)器工作4 h，應(yīng)當(dāng)停機(jī)休息30 min左右，避免人機(jī)疲勞工作，出現(xiàn)意外。

2板栗脫蓬機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1總體結(jié)構(gòu)

該機(jī)主要包括機(jī)架、進(jìn)料斗、脫蓬裝置、篩網(wǎng)、輥?zhàn)印⒒⌒瓮甙?、軟質(zhì)層、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部分組成。板栗脫蓬機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機(jī)械的整體特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理、分離效果好、操作簡(jiǎn)單。設(shè)有3層振動(dòng)篩網(wǎng)，不僅能將栗果與栗蓬分開，而且能夠?qū)豕M(jìn)行分級(jí)，將大板栗與小板栗分開。輥?zhàn)由显O(shè)有軟質(zhì)層保護(hù)板栗不被蓬刺刺傷，有利于板栗的保存，通過在軟質(zhì)層上開設(shè)矩形凹槽和弧形瓦板上布置不規(guī)則的凸起，增強(qiáng)分離效果，提高了分離效率。

2.2工作原理

如圖1所示，機(jī)架上方設(shè)有進(jìn)料斗，進(jìn)料斗與脫蓬裝置相接，脫蓬裝置內(nèi)設(shè)有輥?zhàn)优c弧形瓦板，通過輥?zhàn)优c弧形瓦板的摩擦擠壓作用使栗果與栗蓬分離開來。脫蓬裝置下方設(shè)有3層振動(dòng)篩網(wǎng)，通過擺桿與電動(dòng)機(jī)連接。上篩網(wǎng)的網(wǎng)眼孔徑大于板栗的最大尺寸，作用是把栗果與栗蓬分離，栗果通過上篩網(wǎng)的網(wǎng)眼落到中間篩網(wǎng)上，栗蓬從上篩網(wǎng)的出料一端落到地面；中間篩網(wǎng)上的網(wǎng)眼孔徑介于板栗最大尺寸與最小尺寸之間，尺寸大于網(wǎng)眼的板栗經(jīng)振動(dòng)從中間篩網(wǎng)的出料端落入接料斗，尺寸小于網(wǎng)眼的板栗和一些栗蓬碎屑落到下篩網(wǎng)上；下篩網(wǎng)網(wǎng)眼孔徑小于板栗最小尺寸，經(jīng)振動(dòng)后小板栗與栗蓬碎屑分離，小板栗從下篩網(wǎng)的出料口落入接料斗，栗蓬碎屑通過下篩網(wǎng)網(wǎng)眼落到篩網(wǎng)下。篩網(wǎng)下設(shè)有與電動(dòng)機(jī)相連接的鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)在篩網(wǎng)下吹風(fēng)，配合篩網(wǎng)的振動(dòng)可以更好地分離板栗與栗蓬碎屑。

3關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計(jì)

3.1電動(dòng)機(jī)的選型

在生產(chǎn)中，各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，正確選用與機(jī)械負(fù)載配套的電動(dòng)機(jī)，可以使電動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)、最合理的方式下運(yùn)行，從而達(dá)到降低能耗、提高效率的目的[5]。根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等要求選擇電動(dòng)機(jī)類型[6]。

3.1.1電動(dòng)機(jī)類型的選擇板栗脫蓬機(jī)為普通生產(chǎn)用機(jī)械，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，對(duì)調(diào)速要求不高，所以選用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便[7]。考慮在農(nóng)村使用的方便，電機(jī)選用單相異步電機(jī)。

3.1.2電動(dòng)機(jī)額定功率的確定板栗脫蓬部分動(dòng)力額定功率為1.5 kW，鼓風(fēng)機(jī)所需功率為0.2 kW，振動(dòng)篩所需功率為0.25 kW，總額定功率為1.95 kW，考慮一定的過載能力，選額定功率為2.2 kW的單相電機(jī)。

3.2鼓風(fēng)機(jī)的選擇endprint

板栗脫蓬機(jī)上所用風(fēng)機(jī)主要作用是吹散附著在板栗上的碎屑物質(zhì)，使栗果與栗蓬有效分離，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果普通離心風(fēng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。篩網(wǎng)寬度450 mm，比一般的風(fēng)機(jī)出風(fēng)口寬度要大，為了保證篩網(wǎng)整個(gè)橫截面都有風(fēng)，應(yīng)當(dāng)選用出風(fēng)口寬度與篩網(wǎng)寬度相符合的風(fēng)機(jī)。

3.3振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)

振動(dòng)篩是利用振動(dòng)進(jìn)行工作的機(jī)械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在采礦、冶金、煤炭、石油化工、水利電力、輕工、建筑、交通運(yùn)輸和鐵道等工業(yè)部門[8]。板栗脫蓬機(jī)上的振動(dòng)篩負(fù)責(zé)把栗果與栗蓬分開和栗果分級(jí)，根據(jù)篩分原理采用直線振動(dòng)篩，該振動(dòng)篩具有耗能低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維修等特點(diǎn)。直線振動(dòng)篩利用振動(dòng)電機(jī)激振作為振動(dòng)源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時(shí)向前作直線運(yùn)動(dòng)。脫過栗蓬的板栗與栗蓬一起從脫蓬裝置落到振動(dòng)篩上，經(jīng)過振動(dòng)篩分，物料分為篩上物、篩下物，經(jīng)過3層振動(dòng)篩完成篩分過程，使栗蓬與栗果進(jìn)行分離并對(duì)栗果進(jìn)行兩級(jí)分級(jí)。

振動(dòng)篩主要技術(shù)指標(biāo)：篩面尺寸：長(zhǎng)度1 000 mm（上篩網(wǎng)）、900 mm（中間篩網(wǎng)）、700 mm（下篩網(wǎng)），寬度均為 450 mm；篩面層數(shù)：3層；篩面傾角：0°；振動(dòng)頻率：10～20 Hz；振幅：0～7 mm；設(shè)計(jì)功率：0.25 kW。

3.4脫蓬裝置的設(shè)計(jì)

3.4.1脫蓬裝置的結(jié)構(gòu)脫蓬裝置是板栗脫蓬機(jī)的核心部件，脫蓬效果的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工作能否順利進(jìn)行，因此設(shè)計(jì)合理可靠的脫蓬裝置至關(guān)重要。根據(jù)成熟板栗的特性以及栗子與栗蓬結(jié)合的方式，可以參照玉米脫粒機(jī)的原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖2為脫蓬裝置結(jié)構(gòu)示意。

如圖2所示，脫蓬裝置包括間隙配合的輥?zhàn)雍突⌒瓮甙?，輥?zhàn)优c弧形瓦板相面對(duì)的面上設(shè)有軟質(zhì)層，軟質(zhì)層上對(duì)稱設(shè)置有4個(gè)矩形凹槽，弧形瓦板上設(shè)置有不規(guī)則分布的凸起。脫蓬裝置通過輥?zhàn)雍突⌒瓮甙宓哪Σ梁蛿D壓將板栗的蓬殼去除掉。軟質(zhì)層能夠保護(hù)板栗不被蓬刺刺傷，有利于板栗的存儲(chǔ)，弧形瓦板上的凸起為鈍頭的，不會(huì)對(duì)栗子造成損傷，凸起和凹槽能夠增強(qiáng)脫蓬效果，提高脫蓬效率。

3.4.2輥?zhàn)拥脑O(shè)計(jì)計(jì)算板栗脫蓬機(jī)的輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)為空心，這樣可以減輕輥?zhàn)淤|(zhì)量，有利于節(jié)能。圖3為輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示，輥?zhàn)又饕ㄆл?、端面圓盤、轉(zhuǎn)軸、滾筒、中間支架等部分。輥?zhàn)觾啥烁饔?個(gè)圓盤，在其上焊接支架將其連接起來，中間支架外面與滾筒焊接，兩端的圓盤中心開設(shè)有軸孔，兩軸孔與通軸焊接，軸的兩端安裝軸承，其中一端還安裝有皮帶輪，這樣就組成了輥?zhàn)印?/p>

輥?zhàn)虞S是板栗脫蓬機(jī)的重要零件，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、

彎矩和支撐軸上的回轉(zhuǎn)零件，瞬時(shí)沖擊大。所設(shè)計(jì)的軸必須具有足夠的承載能力，即足夠的強(qiáng)度、剛度和疲勞強(qiáng)度。軸的材料選用45號(hào)鋼，軸主要承受扭矩，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式：

d≥A0 3Pn。

式中：A0經(jīng)查表，取較大值120，軸傳遞的功率P為1.5 kW，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n為750 r/min，代入得：

dmin=120× 31.5750≈15 mm。

軸的最小尺寸應(yīng)該大于15 mm，為了保證可靠，選用軸的尺寸為20 mm。

4結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的板栗脫蓬機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低、自動(dòng)化程度高、便于移動(dòng)，適應(yīng)各種工作場(chǎng)合，可供栗農(nóng)家庭使用。

該機(jī)也還存在一些不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，主要有以下方面：（1）減少對(duì)栗果的摩擦；（2）進(jìn)行大量的試驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)，為設(shè)備改進(jìn)提供數(shù)據(jù)。

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