松子脫殼取仁裝置的設計

王杰

[摘 要]松子既是一種可健身心、滋潤皮膚、延年益壽的中藥，也是一種老少皆宜的健康食品，具有極高的食療價值。隨著松子產量的日益增加，市場上對松子后期加工產品的需求也越來越迫切。松子脫殼則必然成為后期加工中首先解決的重要工序，出賣原料來增加收益效果不佳，后期對農產品的加工才能體現技術，帶來大量收益。而目前脫殼主要由人工完成，但人工剝殼生產效率相對比較低和困難，勞動成本高，加工質量無法有效保證，難以滿足生產發展的要求。松子脫殼取仁裝置作業效率高，操作簡便，且松子脫殼取仁裝置的設計水平標志著機械生產的先進性，合理性以及經濟性，它在很大的程度上反映了生產技術水平。因此對松子脫殼取仁裝置的研究十分有必要，也可以從中積累經驗，為今后農產品的加工裝置提供實踐指導，打下基礎。

[關鍵詞]松子；脫殼；機械化

中圖分類號：V579 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）34-0397-02

0 引言

松子又名松實、果松子、海松子，是松科植物紅松等的種子，是常見的堅果之一，富含脂肪、蛋白質、碳水化合物等。是重要的中藥，久食健身心，滋潤皮膚，延年益壽，也有很高的食療價值，所以在生活中越來越引起人們的重視。2014年我國松子產量約11.2萬噸，同比2013年的10.4萬噸增長了7.69%。但我國口前對松子的開發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一步充分開發，尤其是在醫療方面。由此可見，松子產銷在未來的國內市場是很大的，且產品價格和效益仍在穩步上升。

科學技術在不斷發展進步，隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提高，機械化在生產生活中所起的作用日益凸顯，松子脫殼取仁裝置的應用前景十分樂觀。目前松子脫殼問題沒有很好的解決，未來的松子脫殼取仁裝置必將隨著科技的發展，配合產業自動化趨勢，促進設備水平提高，以解決松子脫殼技術難關。而松子脫殼裝置技術也正朝著機電一體化、控制智能化的趨勢不斷發展。

由于松子脫殼還仍然存在很大的問題，以致松子仁出口受到極大的限制，食品行業不能做出高檔貨。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，結果造成大量松子加工不了，造成極大的浪費。

我國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化程度低的問題，完全無法滿足我國當前食品企業發展的要求。一些食品企業為了加工的需求，只能從國外引進先進的生產機械和技術，導致國內農業機械市場有很大的一部分需要依靠國外。由此看來，我國的松子脫殼機械發展空間非常廣闊，松子脫殼技術的水平有迫切開發的需要。

隨著社會的不斷發展，現階段人工加工費用越來越高，松子脫殼機械的研制必然會提高生產效率、節省勞動力。且隨著人們對自己身體健康的日益重視，松子脫殼機械必然占據重要地位。所以，松子脫殼技術背后隱藏著很高的經濟效益和社會效益。也更加說明研制高效松子脫殼機械成為當務之急，對及時解放勞動力，支援農業生產有重要意義。

1 設計原理及機構

1.1 設計原理

本課題設計的是松子脫殼裝置，主要是由離心加速裝置和破殼裝置組成。他們一起構成了松子脫殼裝置。

1.2 總體設計

松子脫殼裝置結構示意，如圖1所示。

（1） 傳動總成

傳動總成由齒輪、變頻電機組成。齒輪固定在軸上，通過電機帶動錐齒輪組，錐齒輪組以齒輪之間的嚙合進行動力傳動，通過錐齒輪組，改變動力傳輸方向；通過改變變頻電機設置參數，即可改變離心加速裝置的傳動比，從而調整合適的速度。

（2）破殼裝置

通過松子經離心加速之后，與外部帶有和離心加速裝置逆向轉動的動力反轉筒碰撞進行破殼，以達到擠壓破殼的目的。

（3）出料裝置

通過重力作用使得脫殼后的松子仁由出料裝置收集。

2 關鍵部件設計

2.1 動力反轉筒裝置的設計

為了有效實現松子的自動去殼功能，設計中利用了相對速度的原理，使松子通過加速后和相對運動的動力反轉筒碰撞實現去殼。動力反轉筒采用鋼制材料制成，具有很好的抗變形能力，動力反轉筒安裝在圓弧導軌上，以實現其轉動的功能。在脫殼的過程中，碰撞后的果殼果仁混合物由收集裝置收集，便于進行下一步的加工處理。

松子脫殼裝置是通過與動力轉筒間相對轉動作用下增大松子的破殼效率的。通過松子與動力反轉筒的相互碰撞進行破殼。在一系列的測試情況下，確定破殼綜合效果受松子開口情況、加速后的狀態、三相變頻電機的轉速影響。脫殼機的性能是以脫殼的效率、果仁的完整度、進出量率為衡量標準的。結果表明離心加速裝置和動力反轉筒的速度對機器的性能起著很大的作用。以及松子經過加速后在碰撞之前的狀態極大地影響到所有的工作參數。

3 松子脫殼機主要部件計算

3.1 動力轉筒的轉速

在碰撞脫殼中，松子加速后的速度與脫殼的效率密切相關，選取適當的速度可以有效增加脫殼率和保證可觀的整仁率，可知，當松子與動力反轉筒的相對速度為30-38m/s時效果最佳。

取相對速度為35m/s，使動力轉筒提供=25m/s的速度，動力反轉筒提供=10m/s的相對速度，設動力轉筒的半徑=400mm，則

—動力轉筒的線速度

—動力轉筒的角速度

—動力轉筒的轉速

解得動力轉筒的轉速=597.13r/min

3.2 動力反轉筒的轉速

動力反轉筒提供=10m/s的相對速度，設動力反轉筒的半徑=500mm，可知，將動力反轉筒線速度分解為與動力轉筒相切方向夾角=37°，則

—動力反轉筒提供的相對速度

—動力反轉筒的角速度

—動力反轉筒的轉速

—動力反轉筒線速度與動力轉筒相切方向的夾角

解得動力反轉筒的轉速=239.26r/min

3.3 電動機的選擇

將松子的質量忽略不計，在機器加速期間

M=εΣmr2=Jε.

M—力矩

ε—切向加速度

r—轉動半徑

Σ—總和的代號

J—轉動慣量

將加速時間即開始啟動至機器運轉正常所需時間設為t=20s，則

V=εt

V—切向速度

ε—切向加速度

t—開始啟動至機器運轉正常所需時間

材料選用不銹鋼，計算可得動力轉筒所需力矩=1.16Nm動力反轉筒所需力矩=1.59Nm

轉筒所需功率

KW

解得動力轉筒所需功率=0.07KW，動力反轉筒所需功率=0.04KW

在農機食品加工中，一般選用三相交流異步電機，而Y系列擁有結構簡單，效率高等特點，被廣泛選用。

選用電動機的額定功率為0.75kW，空載轉速為1400r/min，質量為25kg

3.4 主動力軸的設計

由設計方案可知主動力軸受到單純的扭矩即設計選用時所需扭矩應在軸的最大扭轉切應力范圍內。

選用Q235鋼作為軸的制作材料，經熱軋處理，查表可得=65MPa

—圓截面最大切應力

—圓截面所受扭矩

—圓截面許用切應力

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

副動力軸的設計與主動力軸類似。

3.5 鍵的設計

3.5.1選擇鍵連接的類型和尺寸

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=6×6，參考鍵的長度系列，取鍵長L=36mm

3.5.2 校核鍵連接的強度

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

（合適）

鍵的標記為：GB/T1096鍵C 6×6×36

4 結論

（1）該松子脫殼裝置主要針對經過碰撞使外殼分離的機理所進行的。本設計結構簡單，操作方便，設計巧妙，適用于松子類體積小的堅果脫殼，不僅生產效率高，結構緊湊，且可以根據用戶不同的作業要求，對其進行一定的調整，剝殼效果好。

（2）可以充分利用機械運動將松子脫殼取仁，對比人工加工處理，極大的提高了生產效率，并有效解決了產品在加工過程中的衛生問題，提高了機械化程度及生產效率，節省了人力和時間。

（3）由理論計算到實際實驗得到的一系列適于各類松子脫殼所需要的機器離心加速裝置以及動力反轉筒的速度，在多次模擬試驗中得到了很好的破殼效果。

（4）這次設計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

[1] 姜守厚.松子脫殼機[J].農業機械，1988，（05）：13.

[2] 新型松子脫殼機[J].農村技術與經濟信息，1988，（08）：17.

[3] 松子脫殼機研制[J].機電新產品導報，1983，（09）：9.