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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
13 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
花生去殼機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 石 峰
學(xué) 號(hào) 8042210016
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用
班 級(jí) 13
指導(dǎo)教師 安靜
日 期 2013.05
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(shí)，需要進(jìn)行剝殼加工。花生在制取油脂時(shí)，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(dòng)，同時(shí)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(chǎng)上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點(diǎn)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(shí)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(guó)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(diǎn) 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(dòng)控制和自動(dòng)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(jì) 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(dòng)電機(jī) 9
6.4 傳動(dòng)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?；ㄉ鞘秤弥参镉凸I(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。花生除經(jīng)簡(jiǎn)單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營(yíng)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(shí)，都需要對(duì)花生進(jìn)行預(yù)處理加工?；ㄉ念A(yù)處理主要包括花生的剝殼和分級(jí)、破碎、軋胚和蒸炒等。
花生在加工或作為出口商品時(shí)，需要進(jìn)行剝殼加工。花生在制取油脂時(shí)，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(dòng)，同時(shí)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(chǎng)上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點(diǎn)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(shí)行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)的LIANG 研制了一種脫殼設(shè)備,能夠在對(duì)物料尺寸分級(jí)的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行破殼。美國(guó)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(guó)外一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家,花生脫殼已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。我國(guó)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(jiǎn)單，價(jià)格便宜，以小型家用為主的花生脫殼機(jī)在我國(guó)一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級(jí)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(guó)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(shí)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(jí)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(dòng)力小等特點(diǎn)。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(dòng)、分層分離、復(fù)脫清選分級(jí)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(guó)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(huì)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(shí)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(guó)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(guó)上個(gè)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(guó)在吸收國(guó)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(gè)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(shí)，花生果在滾筒的推動(dòng)下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)制脫殼，故破碎率高。剝殼時(shí)， 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(shí)，花生果在膠輥的推動(dòng)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(shí)，花生果在滾筒的推動(dòng)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(shí)，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(zhǎng)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(dòng)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(shí)踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點(diǎn)是由于采用立式傳動(dòng)，故傳動(dòng)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(dòng)，在滾筒和凹板之間形成一個(gè)活動(dòng)層，花生果在該活動(dòng)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(shí)實(shí)測(cè)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(guó)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(guó)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(guó)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(shí)對(duì)花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長(zhǎng)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(shí)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(guó)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(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)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(gè)較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開壁面時(shí)，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度，莢果所受到的彈性力較小，運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開，從而實(shí)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(diǎn)等。
②碾搓法脫殼 花生莢果在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個(gè)固定圓盤和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)磨片的間隙中，動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，磨片上的牙齒不斷對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實(shí)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(shí)，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(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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。花生莢果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí)，與兩輥面相接觸，如果此時(shí)莢果符合被輥?zhàn)訃说臈l件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問．此時(shí)莢果在被拉人輥間的同時(shí)，受到兩個(gè)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?zhàn)又行倪B線附近時(shí)法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時(shí)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(duì)處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到1009／6的整仁率，但因其費(fèi)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(jí)處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級(jí)，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(duì)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(shí)能被充分破裂，同時(shí)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(diǎn)
我國(guó)加入WTO以來，國(guó)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(duì)現(xiàn)有花生脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，在未來的發(fā)展過程中，對(duì)花生脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)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(shì)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(duì)某一花生品種和所在地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境來設(shè)計(jì)，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(shí)對(duì)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(jiān)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。花生脫殼機(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，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(duì)花生脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點(diǎn)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(jì)；同時(shí)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(guó)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(dòng)控制和自動(dòng)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(jì)自動(dòng)喂料、自動(dòng)定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)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(guó)內(nèi)和國(guó)外市場(chǎng)。
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(dòng)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(jiǎn)化操作，減少輔助工作時(shí)間，延長(zhǎng)使用壽命，降低勞動(dòng)使用費(fèi)用等將作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)用于脫殼機(jī)械的設(shè)計(jì)制造。隨著國(guó)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(shí)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(jì)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(diǎn)，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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)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(jì)
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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明［6］，當(dāng)花生與鋼板的相對(duì)速度在4～5m/s 時(shí)，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(jì)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(jì)時(shí)采用最小打擊半徑R/2 為設(shè)計(jì)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(jiǎn)圖
為了有較高的生產(chǎn)率，此處設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)刮板的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單地以刮板對(duì)花生產(chǎn)生的動(dòng)能來計(jì)算，空氣阻力和摩擦對(duì)脫殼功率的消耗非常顯著，進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)不能夠忽略，因此應(yīng)按以下公式進(jìn)行計(jì)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(yùn)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(jì)要求取Q=1000kg/h；Rd根據(jù)文獻(xiàn)資料對(duì)比，取Rd = 300N·m/kg；取A=1.4； 取η =0.7；取K = 2。代入式( 2) 計(jì)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(dòng)電機(jī)
由于電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)具有在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻地、連續(xù)地?zé)o級(jí)調(diào)速，并能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在運(yùn)行中當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)時(shí)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(diǎn)，所以選用電磁調(diào)速電動(dòng)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(hào)的電磁調(diào)速電機(jī)來驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式
有兩種傳動(dòng)方案可供脫殼機(jī)選用: 一是皮帶傳動(dòng)；二是減速器傳動(dòng)。兩者都可以實(shí)現(xiàn)低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩的作用。第2 種傳動(dòng)方案可以使設(shè)備設(shè)計(jì)的更為緊湊，傳遞效率高，但是其價(jià)格相對(duì)較高，在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中，還應(yīng)該考慮設(shè)備的過載保護(hù)，因?yàn)楣伟迨矫摎C(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(shí)的情況。綜合考慮各種情況，選用第一種皮帶傳動(dòng)的方案更為合理，可以有效保護(hù)運(yùn)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(gè)的花生果通不過，小個(gè)的花生仁和花生殼通過。凹板篩的柵條之間設(shè)計(jì)成只有容許一個(gè)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(jiǎn)圖見圖5-1 所示。由于我國(guó)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(jì)脫殼機(jī)的通用性針對(duì)不同的花生品種或花生尺寸設(shè)計(jì)了不同尺寸間隔的凹板篩，以使在對(duì)不同尺寸的花生脫殼時(shí)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(dòng)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(jì)時(shí)，應(yīng)使料斗盡量達(dá)到整體流動(dòng)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(jì)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(qiáng)度更大，但其在實(shí)際中制作困難，較少采用［10］。在設(shè)計(jì)料斗時(shí)，考慮到其實(shí)用性和成本因素，把料斗設(shè)計(jì)成棱臺(tái)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(gè)封閉的脫殼環(huán)境，并對(duì)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(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)，最需要注意的是材料的選取，因?yàn)槊摎C(jī)是旋轉(zhuǎn)式的，并伴有沖擊，從而會(huì)導(dǎo)致在工作時(shí)有較大的振動(dòng)和噪音，因?yàn)殍T鐵具有很強(qiáng)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(shí)的受力面積不同，用氣流對(duì)其進(jìn)行分離，質(zhì)量大且受力面積小的花生仁不會(huì)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(dòng)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(yùn)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(duì)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(jì)算能夠更真實(shí)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(jì)算采用一維有限元模型，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)圖
該有限元模型綜合考慮了皮帶輪和刮板部件對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，臨界轉(zhuǎn)速值的計(jì)算結(jié)果為: 轉(zhuǎn)軸部件的一階正進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速為6479r/min 左右，其一階反進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速值最低，為1205r/min，由于設(shè)計(jì)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(huì)導(dǎo)致振動(dòng)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(jì)主要是針對(duì)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(dòng)機(jī)和不同尺寸間隔的凹板篩，可以提高對(duì)不同尺寸的花生進(jìn)行脫殼的通用性，同時(shí)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(dòng)機(jī)的控制器具有速度負(fù)反饋系統(tǒng)，可以使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變，可以提高脫殼機(jī)運(yùn)行過程中性能的穩(wěn)定性。
3) 由于刮板式脫殼機(jī)運(yùn)行中具有沖擊性，為了避免更大的振動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)軸部件的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸部件結(jié)構(gòu)合理，其運(yùn)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(jì)，實(shí)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(dòng)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?yàn)榛ㄉ鷦儦さ恼麄€(gè)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(duì)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(jiǎn)明的概括和分析。
致 謝
本次設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師安靜老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對(duì)本次設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)，我從宏觀上把握了花生去殼機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，加深了以往學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)。同樣在本次設(shè)計(jì)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(dòng)性。在此，我向安靜老師表示我最誠(chéng)摯的謝意。在設(shè)計(jì)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(chéng)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?cè)趯W(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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