松子脫殼取仁裝置的設(shè)計(jì)

王杰

[摘 要]松子既是一種可健身心、滋潤(rùn)皮膚、延年益壽的中藥，也是一種老少皆宜的健康食品，具有極高的食療價(jià)值。隨著松子產(chǎn)量的日益增加，市場(chǎng)上對(duì)松子后期加工產(chǎn)品的需求也越來(lái)越迫切。松子脫殼則必然成為后期加工中首先解決的重要工序，出賣(mài)原料來(lái)增加收益效果不佳，后期對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的加工才能體現(xiàn)技術(shù)，帶來(lái)大量收益。而目前脫殼主要由人工完成，但人工剝殼生產(chǎn)效率相對(duì)比較低和困難，勞動(dòng)成本高，加工質(zhì)量無(wú)法有效保證，難以滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求。松子脫殼取仁裝置作業(yè)效率高，操作簡(jiǎn)便，且松子脫殼取仁裝置的設(shè)計(jì)水平標(biāo)志著機(jī)械生產(chǎn)的先進(jìn)性，合理性以及經(jīng)濟(jì)性，它在很大的程度上反映了生產(chǎn)技術(shù)水平。因此對(duì)松子脫殼取仁裝置的研究十分有必要，也可以從中積累經(jīng)驗(yàn)，為今后農(nóng)產(chǎn)品的加工裝置提供實(shí)踐指導(dǎo)，打下基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]松子；脫殼；機(jī)械化

中圖分類(lèi)號(hào)：V579 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）34-0397-02

0 引言

松子又名松實(shí)、果松子、海松子，是松科植物紅松等的種子，是常見(jiàn)的堅(jiān)果之一，富含脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等。是重要的中藥，久食健身心，滋潤(rùn)皮膚，延年益壽，也有很高的食療價(jià)值，所以在生活中越來(lái)越引起人們的重視。2014年我國(guó)松子產(chǎn)量約11.2萬(wàn)噸，同比2013年的10.4萬(wàn)噸增長(zhǎng)了7.69%。但我國(guó)口前對(duì)松子的開(kāi)發(fā)利用主要還是以食為主，還不夠深入，其他方而的作用有待進(jìn)一步充分開(kāi)發(fā)，尤其是在醫(yī)療方面。由此可見(jiàn)，松子產(chǎn)銷(xiāo)在未來(lái)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)是很大的，且產(chǎn)品價(jià)格和效益仍在穩(wěn)步上升。

科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展進(jìn)步，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，機(jī)械化在生產(chǎn)生活中所起的作用日益凸顯，松子脫殼取仁裝置的應(yīng)用前景十分樂(lè)觀。目前松子脫殼問(wèn)題沒(méi)有很好的解決，未來(lái)的松子脫殼取仁裝置必將隨著科技的發(fā)展，配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)，促進(jìn)設(shè)備水平提高，以解決松子脫殼技術(shù)難關(guān)。而松子脫殼裝置技術(shù)也正朝著機(jī)電一體化、控制智能化的趨勢(shì)不斷發(fā)展。

由于松子脫殼還仍然存在很大的問(wèn)題，以致松子仁出口受到極大的限制，食品行業(yè)不能做出高檔貨。吉林省每年可收獲約5000噸松子，但缺乏松子脫殼手段，只能靠人工，結(jié)果造成大量松子加工不了，造成極大的浪費(fèi)。

我國(guó)的松子脫殼多以手工為主，即使少量松子脫殼裝置也存在科技含量和自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，完全無(wú)法滿足我國(guó)當(dāng)前食品企業(yè)發(fā)展的要求。一些食品企業(yè)為了加工的需求，只能從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)機(jī)械和技術(shù)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械市場(chǎng)有很大的一部分需要依靠國(guó)外。由此看來(lái)，我國(guó)的松子脫殼機(jī)械發(fā)展空間非常廣闊，松子脫殼技術(shù)的水平有迫切開(kāi)發(fā)的需要。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段人工加工費(fèi)用越來(lái)越高，松子脫殼機(jī)械的研制必然會(huì)提高生產(chǎn)效率、節(jié)省勞動(dòng)力。且隨著人們對(duì)自己身體健康的日益重視，松子脫殼機(jī)械必然占據(jù)重要地位。所以，松子脫殼技術(shù)背后隱藏著很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。也更加說(shuō)明研制高效松子脫殼機(jī)械成為當(dāng)務(wù)之急，對(duì)及時(shí)解放勞動(dòng)力，支援農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。

1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)原理

本課題設(shè)計(jì)的是松子脫殼裝置，主要是由離心加速裝置和破殼裝置組成。他們一起構(gòu)成了松子脫殼裝置。

1.2 總體設(shè)計(jì)

松子脫殼裝置結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示。

（1） 傳動(dòng)總成

傳動(dòng)總成由齒輪、變頻電機(jī)組成。齒輪固定在軸上，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪組，錐齒輪組以齒輪之間的嚙合進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)，通過(guò)錐齒輪組，改變動(dòng)力傳輸方向；通過(guò)改變變頻電機(jī)設(shè)置參數(shù)，即可改變離心加速裝置的傳動(dòng)比，從而調(diào)整合適的速度。

（2）破殼裝置

通過(guò)松子經(jīng)離心加速之后，與外部帶有和離心加速裝置逆向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒碰撞進(jìn)行破殼，以達(dá)到擠壓破殼的目的。

（3）出料裝置

通過(guò)重力作用使得脫殼后的松子仁由出料裝置收集。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒裝置的設(shè)計(jì)

為了有效實(shí)現(xiàn)松子的自動(dòng)去殼功能，設(shè)計(jì)中利用了相對(duì)速度的原理，使松子通過(guò)加速后和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒碰撞實(shí)現(xiàn)去殼。動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒采用鋼制材料制成，具有很好的抗變形能力，動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒安裝在圓弧導(dǎo)軌上，以實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。在脫殼的過(guò)程中，碰撞后的果殼果仁混合物由收集裝置收集，便于進(jìn)行下一步的加工處理。

松子脫殼裝置是通過(guò)與動(dòng)力轉(zhuǎn)筒間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)作用下增大松子的破殼效率的。通過(guò)松子與動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的相互碰撞進(jìn)行破殼。在一系列的測(cè)試情況下，確定破殼綜合效果受松子開(kāi)口情況、加速后的狀態(tài)、三相變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速影響。脫殼機(jī)的性能是以脫殼的效率、果仁的完整度、進(jìn)出量率為衡量標(biāo)準(zhǔn)的。結(jié)果表明離心加速裝置和動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的速度對(duì)機(jī)器的性能起著很大的作用。以及松子經(jīng)過(guò)加速后在碰撞之前的狀態(tài)極大地影響到所有的工作參數(shù)。

3 松子脫殼機(jī)主要部件計(jì)算

3.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速

在碰撞脫殼中，松子加速后的速度與脫殼的效率密切相關(guān)，選取適當(dāng)?shù)乃俣瓤梢杂行г黾用摎ぢ屎捅ＷC可觀的整仁率，可知，當(dāng)松子與動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的相對(duì)速度為30-38m/s時(shí)效果最佳。

取相對(duì)速度為35m/s，使動(dòng)力轉(zhuǎn)筒提供=25m/s的速度，動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒提供=10m/s的相對(duì)速度，設(shè)動(dòng)力轉(zhuǎn)筒的半徑=400mm，則

—?jiǎng)恿D(zhuǎn)筒的線速度

—?jiǎng)恿D(zhuǎn)筒的角速度

—?jiǎng)恿D(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速

解得動(dòng)力轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速=597.13r/min

3.2 動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速

動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒提供=10m/s的相對(duì)速度，設(shè)動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的半徑=500mm，可知，將動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒線速度分解為與動(dòng)力轉(zhuǎn)筒相切方向夾角=37°，則

—?jiǎng)恿Ψ崔D(zhuǎn)筒提供的相對(duì)速度

—?jiǎng)恿Ψ崔D(zhuǎn)筒的角速度

—?jiǎng)恿Ψ崔D(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速

—?jiǎng)恿Ψ崔D(zhuǎn)筒線速度與動(dòng)力轉(zhuǎn)筒相切方向的夾角

解得動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速=239.26r/min

3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇

將松子的質(zhì)量忽略不計(jì)，在機(jī)器加速期間

M=εΣmr2=Jε.

M—力矩

ε—切向加速度

r—轉(zhuǎn)動(dòng)半徑

Σ—總和的代號(hào)

J—轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

將加速時(shí)間即開(kāi)始啟動(dòng)至機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常所需時(shí)間設(shè)為t=20s，則

V=εt

V—切向速度

ε—切向加速度

t—開(kāi)始啟動(dòng)至機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常所需時(shí)間

材料選用不銹鋼，計(jì)算可得動(dòng)力轉(zhuǎn)筒所需力矩=1.16Nm動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒所需力矩=1.59Nm

轉(zhuǎn)筒所需功率

KW

解得動(dòng)力轉(zhuǎn)筒所需功率=0.07KW，動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒所需功率=0.04KW

在農(nóng)機(jī)食品加工中，一般選用三相交流異步電機(jī)，而Y系列擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高等特點(diǎn)，被廣泛選用。

選用電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.75kW，空載轉(zhuǎn)速為1400r/min，質(zhì)量為25kg

3.4 主動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)

由設(shè)計(jì)方案可知主動(dòng)力軸受到單純的扭矩即設(shè)計(jì)選用時(shí)所需扭矩應(yīng)在軸的最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力范圍內(nèi)。

選用Q235鋼作為軸的制作材料，經(jīng)熱軋?zhí)幚恚楸砜傻?65MPa

—圓截面最大切應(yīng)力

—圓截面所受扭矩

—圓截面許用切應(yīng)力

軸的橫截面為圓截面 即

—截面的極慣性矩

—軸的截面直徑

解得d5mm

為便于安裝和加工，選取軸的直徑d=18mm

副動(dòng)力軸的設(shè)計(jì)與主動(dòng)力軸類(lèi)似。

3.5 鍵的設(shè)計(jì)

3.5.1選擇鍵連接的類(lèi)型和尺寸

一般選用平鍵連接，由于在軸端，故選用單圓頭普通平鍵（C型）

參考軸的直徑d=18mm，從表中查得鍵的截面尺寸為b×h=6×6，參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=36mm

3.5.2 校核鍵連接的強(qiáng)度

齒輪、軸的材料都是鋼，由表查得許用擠壓應(yīng)力=100-120MPa，取=100MPa，鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b/2=36-6/2=33mm

（合適）

鍵的標(biāo)記為：GB/T1096鍵C 6×6×36

4 結(jié)論

（1）該松子脫殼裝置主要針對(duì)經(jīng)過(guò)碰撞使外殼分離的機(jī)理所進(jìn)行的。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)計(jì)巧妙，適用于松子類(lèi)體積小的堅(jiān)果脫殼，不僅生產(chǎn)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，且可以根據(jù)用戶(hù)不同的作業(yè)要求，對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)整，剝殼效果好。

（2）可以充分利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)將松子脫殼取仁，對(duì)比人工加工處理，極大的提高了生產(chǎn)效率，并有效解決了產(chǎn)品在加工過(guò)程中的衛(wèi)生問(wèn)題，提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力和時(shí)間。

（3）由理論計(jì)算到實(shí)際實(shí)驗(yàn)得到的一系列適于各類(lèi)松子脫殼所需要的機(jī)器離心加速裝置以及動(dòng)力反轉(zhuǎn)筒的速度，在多次模擬試驗(yàn)中得到了很好的破殼效果。

（4）這次設(shè)計(jì)的松子脫殼裝置理論上基本滿足要求，具有一定的可行性。

參考文獻(xiàn)

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