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1 引言
1．1 課題提出的背景
花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來(lái)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。花生蛋白粉還可以通過(guò)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?；ㄉ?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。花生加工副產(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。花生的預(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(lái)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(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)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無(wú)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 花生脫殼機(jī)械的發(fā)展
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(lái)，已有幾十種花生脫殼機(jī)問(wèn)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(技術(shù)參數(shù)見附表)，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(kù)。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(lái)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，便成為花生剝殼機(jī)械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國(guó)出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機(jī)。自1983年以來(lái)，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
圖 1
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，如圖1所示。
在該機(jī)構(gòu)中花生進(jìn)口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，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(lái)，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(lái)，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(lái)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，如圖2所示
圖2
作業(yè)時(shí)，花生果在膠輥的推動(dòng)下，通過(guò)剝殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來(lái)，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價(jià)較高。
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，其結(jié)構(gòu)如圖3所示
圖3
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(lái)，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，該剝殼部件如圖4所示。
圖4
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扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖5所示。作業(yè)時(shí)，花生果在扁條的推動(dòng)下隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒和凹板之間形
圖5
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0．91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。
1．3 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一一橡膠浮動(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(wèn)題的重要途徑。
1．3．1 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。
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。
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(wèn)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。
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。
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(guò)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。
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?；ㄉv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(wèn)．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(guò)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。
1．3．2 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100 9／6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。
1．3．3 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。
1．3．4 花生脫殼機(jī)械存在的問(wèn)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(wèn)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(wèn)題。
1．4 花生脫殼機(jī)械研究重點(diǎn)
我國(guó)加入WTO以來(lái)，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(lái)的發(fā)展過(guò)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。
1．4．1 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(lái)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(guò)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(guò)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?；ㄉ摎C(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。
1．4．2 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。
1．4．3 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(guò)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(wèn)題。
1．5 花生脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望
花生生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來(lái)，花生機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng)，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雖然目前花生脫殼機(jī)械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少，低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對(duì)花生機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動(dòng)了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái)，為花生生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機(jī)械化的過(guò)程中，相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械、開展花生機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施，調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械的積極性，形成了新的市場(chǎng)需求。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然?；ㄉ摎C(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用，促進(jìn)了花生加工業(yè)的科技進(jìn)步，為花生脫殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。
2 刮板式花生去殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2．1 刮板式花生去殼機(jī)的結(jié)構(gòu)
根據(jù)刮板式花生去殼機(jī)的剝殼原理可知道，花生是從上至下依次經(jīng)過(guò)集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、分選口，花生仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計(jì)剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來(lái)了。
設(shè)計(jì)過(guò)程是從上往下，從花生的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱，集料斗可與剝殼箱設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。在剝殼箱內(nèi)，花生必須經(jīng)過(guò)刮板的撞擊和擠壓作用才能進(jìn)行剝殼，因此，將刮板設(shè)計(jì)置在剝殼箱內(nèi)?；ㄉ?jīng)過(guò)刮板的撞擊和擠壓進(jìn)行剝殼后，要經(jīng)過(guò)位于剝殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計(jì)成一個(gè)半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內(nèi)?；ㄉ┻^(guò)柵格后經(jīng)過(guò)剝殼箱底部的出口往下落，在下落過(guò)程中，設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)機(jī)的吹入口，其作用是將經(jīng)過(guò)剝殼的花生殼與花生仁進(jìn)行分離，重量稍重的不被風(fēng)吹走，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來(lái)的氣流帶入到花生殼收集通道，通道的底部設(shè)計(jì)成一定角度。經(jīng)過(guò)分離的花生仁往下落，落入花生仁收集通道，將此通道與花生殼收集通道的底面設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，這樣的設(shè)計(jì)可以讓被風(fēng)吹走的花生仁通過(guò)自身的重量往下回滾到花仁收集通道。
為保證整機(jī)的各部分的安裝，需設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)架，機(jī)架起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面，剝殼機(jī)安裝在機(jī)架的上方。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。
圖2-1
2．2 工作原理
刮板式花生去殼機(jī)以前也稱為刀籠剝殼機(jī)，是借助轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將花生果外殼破碎的一種機(jī)械設(shè)備，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)和支承機(jī)構(gòu)等部分組成。
圖1-1
花生果進(jìn)入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來(lái)進(jìn)入剝殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，花生殼發(fā)生破裂，從而進(jìn)行第一次剝殼。部分花生果在下落過(guò)程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而花生殼卻未撞裂，這部分花生落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間距不足以容納一個(gè)花生果，因此花生果將在落入柵格的同時(shí)被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些花生果的果殼也被壓碎。剝殼后的仁與殼通過(guò)柵格間的間隙落下，在下落的同時(shí)，受到風(fēng)機(jī)吹來(lái)的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而花生仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達(dá)到了殼仁分離的目的。
3刮板式花生去殼機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
刮板式花生去殼機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)不合理，機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者說(shuō)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來(lái)的這臺(tái)機(jī)器就是一堆費(fèi)品。設(shè)計(jì)合理，機(jī)器就能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)并對(duì)花生果進(jìn)行剝殼。因此，刮板式花生去殼機(jī)的主要部件的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計(jì)將提供給使用者更多的方便和實(shí)惠。
3．1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定
3．1．1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定
刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分花生殼撞碎，當(dāng)花生果與鋼質(zhì)物體相對(duì)速度達(dá)到5時(shí)，可使花生殼破碎而不會(huì)破壞到花生仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計(jì)刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。
如圖3-1所示，花生下落位置在之間，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小碰撞半徑為計(jì)算半徑
取半徑R=250mm，則n=382.2r/min
結(jié)論：R=250mm，
n=382.2r/min
圖3-1
3．1．2 刮板所需功率計(jì)算
根據(jù)公式可計(jì)算出刮板所需的功率
刮板對(duì)花生做功
：刮板改變花生的動(dòng)能
：刮板改變花生的勢(shì)能
根據(jù)所給產(chǎn)量要求 1500kg/h,即0.417kg/s,此為花生仁的產(chǎn)量，折合花生果產(chǎn)量為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，湖南所處地理位置可取花生的純?nèi)事蕿?9%,折合花生果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進(jìn)入剝殼箱內(nèi)被破碎的花生果的重量?；ㄉ佑|刮板時(shí)初速度設(shè)為1m/s，方向向下，脫離刮板時(shí)速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時(shí)相對(duì)初位置高度為500mm
t=1s
m=0.604kg/s
=1m/s
=15m/s
R=0.5m
=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w
加上刮板與花生在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會(huì)超過(guò)500w。為計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需工率Pd，先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。設(shè)、分別為滾動(dòng)軸承和V帶傳動(dòng)的效率，于是有
=-0.8668
電動(dòng)機(jī)所需功率不會(huì)超過(guò)700W，由于給定電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kW，遠(yuǎn)大于此計(jì)算值，故所給電動(dòng)機(jī)的功率完全符合要求。
3．1．3 傳動(dòng)方案擬定
由于刮板式花生去殼機(jī)的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達(dá)到=382.2r/min可有兩種選擇，第一種是采用一級(jí)V帶傳動(dòng)，第二種是采用兩級(jí)混合傳動(dòng)，而很明顯的，若采用兩級(jí)傳動(dòng)方案，將會(huì)致使機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本升高，所以選用一級(jí)V帶傳動(dòng)。
3．1．4 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機(jī)型號(hào)有兩種
Y90L-4型 和 Y100L-6型
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動(dòng)比，現(xiàn)將此兩種電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和傳動(dòng)比列于下表
方案號(hào)
電機(jī)型號(hào)
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動(dòng)比 i
1
Y100L-6
1．5
1000
940
2．459
2
Y90L-4
1．5
1500
1400
3．663
由上表可知：方案1總傳動(dòng)比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價(jià)格高，作為家用機(jī)械的電機(jī)不是太合算，故選擇方案2，即電機(jī)型號(hào)為Y90L-4。
查表得此種電動(dòng)機(jī)的中心高H=90mm，外伸軸徑為24mm，軸的外伸長(zhǎng)度為50mm。
3．1．5 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
3．2 V帶傳動(dòng)
首先列出設(shè)計(jì)的基本條件
電機(jī)型號(hào)：Y90L-4
額定功率：1.5kw
轉(zhuǎn)速：=1400r/min
傳動(dòng)比：=3.663
假設(shè)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t<10h
1.確定計(jì)算功率
查表得工作情況系數(shù) =1.1
==1.1×1.5=1.65(kw)
2．選擇V帶帶型
根據(jù)、查得最適合的帶型為A型
3．確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑系中選取，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為
驗(yàn)算帶的速度
v=<=
因此所選帶的速度合適
4．確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)初步確定中心距，計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
=1972.36mm
由V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系中選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度
計(jì)算實(shí)際中心距a
5．驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
主動(dòng)輪包角合適
6．計(jì)算V帶的根數(shù)z
由,,=3.663查表得
，，，
代入數(shù)值，經(jīng)計(jì)算
Z=1.984
取z=2
7.計(jì)算預(yù)緊力
8．計(jì)算作用在軸上的壓軸力
代入數(shù)值計(jì)算得
=482.7N
9.V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及選用
帶輪材料選用HT200
根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實(shí)心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下
單位：mm
尺寸類型
小帶輪
大帶輪
75
280
基準(zhǔn)寬度
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深
8.7
8.7
槽間距e
15±0.3
15±0.3
第一槽對(duì)稱面至端面距離f
輪緣厚d
12
12
帶輪寬B
35
35
外徑
80.5
285.5
輪槽角
極限偏差
孔徑
26
16
輪轂長(zhǎng)
50
35
48
32
輪輻厚
8
20
16
230.5
具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖
3.3 軸
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
1 初步確定軸的最小直徑
先按經(jīng)驗(yàn)公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取，于是得
2擬定軸上零件的裝配方案
通過(guò)對(duì)各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-2所示裝配方案
圖3-2
3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
（1）為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑=22mm，左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)試為35mm，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長(zhǎng)度取為
（2）初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6205,其基本參數(shù)如下表
6204
基本尺寸
安裝尺寸
極限轉(zhuǎn)速
D
B
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
25
52
15
1
31
46
1
12000
16000
（3）安裝刮板架段軸直徑。刮板架段安裝寬度取，
（4） 軸承端蓋總厚度20mm，取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離，故取
（5）取刮板距箱體內(nèi)壁，取，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（6）軸上零件的周向固定
V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊(cè)得平鍵截面如下
長(zhǎng)度取22mm
V帶輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
（7）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角，各軸肩處圓角半徑見零件圖
3.4 刮板結(jié)構(gòu)
刮板結(jié)構(gòu)是整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵部分，它的作用就是對(duì)花生果進(jìn)行剝殼。此結(jié)構(gòu)采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示
圖3-3
因?yàn)椴捎玫氖谴驌艉蛿D壓兩種方式配合進(jìn)行剝殼，所以對(duì)刮板的強(qiáng)度有一定要求，采用材料是45號(hào)鋼，而且刮板的表面必須進(jìn)行處理，表面滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長(zhǎng)′寬=500mm′129mm，刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為26mm，外徑120mm，刮板固定支架長(zhǎng)度為140mm，截面尺寸40mm′20mm，每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。
3.5 半柵籠
半柵籠在機(jī)器中的作用是讓已經(jīng)被剝殼的花生與未被剝殼的花生進(jìn)行分離，其分離的原理就是“小個(gè)通過(guò)，大個(gè)不過(guò)”。半柵籠的每一個(gè)柵格都只能容許一個(gè)花生仁大小的物體通過(guò)，被剝殼的花生由于花生殼的破裂，被變成破碎的花生殼和整粒的花生仁，花生仁的大小剛好可以穿過(guò)柵格，而花生果因?yàn)樘?，無(wú)法通過(guò)柵格，將被阻擋在剝殼箱內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行剝殼直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。
圖3-4
柵條是利用兩塊墻板對(duì)兩端進(jìn)行固定的，墻板材料為HT200，柵條材料為20號(hào)鋼。柵條采用圓截面長(zhǎng)條，長(zhǎng)度為538mm，因其特殊的作用，還需對(duì)其進(jìn)行表面處理，要求滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的花生仁能通過(guò)柵格，而未剝殼的剛不能通過(guò)。
裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動(dòng)。半柵籠內(nèi)徑為。
3.6 箱體
箱體的作用是提供給刮板一個(gè)封閉的剝殼環(huán)境，并對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支承和定位作用。
為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，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聯(lián)接，用圓錐銷定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖。
3.7 殼仁分離裝置
殼仁分離裝置分為兩個(gè)部分，一個(gè)是氣流通道，它的一端接風(fēng)機(jī)，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方?；ㄉ?jīng)過(guò)箱體內(nèi)的剝殼過(guò)程后，將由此裝置對(duì)其進(jìn)行殼仁分離，分離的基本原理是利用花生殼與花生仁的重量及受力面積的不同，用氣流對(duì)其進(jìn)行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到花生仁收集通道，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來(lái)的氣流帶入到花生殼收集通道。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。
3.8機(jī)架
整個(gè)機(jī)架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面。剝殼機(jī)安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。
3.9附件
刮板式花生去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。 4 總結(jié)
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(guò)程都是由這兩部分完成的，剝出來(lái)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。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)我的四年的大學(xué)生活做出的總結(jié),同時(shí)為將來(lái)工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己解分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
從這次設(shè)計(jì)也可以看出一些問(wèn)題:
1.心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅(jiān)持冷靜獨(dú)立的解決問(wèn)題
2.基本:認(rèn)真學(xué)好基本知識(shí),扎實(shí)自己的基本知識(shí),使面對(duì)問(wèn)題時(shí)不會(huì)遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來(lái)越不想搞這設(shè)計(jì),故應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基本知識(shí),一步一步的來(lái),不要急功近利!
3.樹立自己的良好形象,樂(lè)觀的面對(duì)生活,堅(jiān)持自己的想法和意識(shí)
總的說(shuō)來(lái),雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績(jī),但同時(shí)也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,以后的日子以后自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!
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