一種全自動家用剝毛豆機的設計＊

陶俊龍，周喜燕，史孝孝，肖紅升，王 坤

（南通職業大學機械工程學院，江蘇 南通 226007）

毛豆是中國餐桌上常見的綠色食品，味道鮮美、營養豐富，市場需求量非常大[1-2]。毛豆剝殼是食用前的重要環節，大多數家庭采用傳統的手工方法剝殼，剝出的豆仁質量好，但費時費力、傷手指，且不衛生。市面上已有的剝毛豆機往往體積較大，多用于蔬果批發市場，自動化程度不高，送料過程需要人工輔助完成，且存在豆粒破損率高、能耗高等問題，嚴重限制了剝豆機的應用范圍[3-4]。針對上述問題，本文設計了一種小型全自動剝毛豆機，該機自動化程度高、工作可靠、體積小、成本低，適合單次剝豆量較小的家庭或者餐廳使用。

1 剝毛豆機的結構及工作原理

全自動家用剝毛豆機主要由機架、驅動電機、梳理上料機構、柔性擠壓剝殼機構以及傳動組件等組成，如圖1所示。除上料需人工完成外，剝殼過程中其余工作均由機器自動完成，無需人工輔助。

毛豆莢放入敞口料斗中，通過料斗上部的隔板導向從一側進入料斗內部。料斗底部的翻滾梳理機構旋轉，梳齒撥動豆莢，使豆莢的方向與送料板上的凹槽的方向一致，從而落到送料板凹槽內，在重力作用向下滑移。送料軋輥組外覆橡膠層，可以適應不同尺寸的毛豆，將送料板滑落的毛豆依次送入剝殼機構中進行去殼操作。剝殼機構通過柔性擠壓作用將毛豆的豆粒和豆殼分離，豆殼穿過軋輥間隙沿分離板滑落，剝完殼的豆粒從送料軋輥和剝殼軋輥中間的間隙掉落到豆粒收集板上，順著收集板落入豆粒收納盒內。剝毛豆機的整體外觀如圖2所示。

圖2 全自動家用剝毛豆機總裝圖

2 主要機構設計

2.1 柔性擠壓式剝殼機構設計

剝殼機構是剝毛豆機的核心部件，關系到剝出毛豆的質量。現有研究表明，軋輥擠壓式剝殼機構的剝殼效果主要與軋輥的間隙、送料方式以及送料方式有關[4]。由于毛豆的尺寸、成熟度等不可能完全一致，基本上不可能采用通用的間隙進行送料和去殼，因此，剝殼機構中兩對軋輥的間隙都可以調整。送料軋輥外覆一層橡膠層，有一定的彈性且送料輥之間留有一定的間隙，可以夾持不同大小的毛豆，沿特定角度平穩地送入剝殼軋輥，降低漏剝率。剝殼軋輥組由兩根鍍鉻耐磨花軸組成，之間的間隙可以柔性調整。剝殼軋輥1為主動軸，位置固定。剝殼軋輥2為從動軸，在彈簧的壓力作用下緊貼剝殼軋輥1，最大間隙調整好后，可根據豆莢的厚度微量的上下浮動，實現柔性擠壓，提高剝豆的質量，不至漏剝和破損。

2.2 梳理上料機構設計

梳理上料機構的作用是將毛豆按要求定向、均勻地傳送到剝殼機構中，其結構如圖3和圖4所示。料斗用于存放人工放入的毛豆，由上、下兩部分組成，上料斗可通過鉸鏈翻轉，方便使用后清理。上料斗內部的出料隔板用于控制上料量，使豆莢從一側落入下料斗內，落入的豆莢沿下料斗側壁下滑至送料板上。與送料板凹槽方向一致的豆莢能夠落入凹槽內，在重力作用下滑至剝殼機構；方向不一致的豆莢不能直接落入凹槽內，此時通過梳齒的轉動撥動豆莢直至與凹槽方向一致后落入凹槽內。梳齒的位置與送料板上凹槽的位置對應，且沿轉軸圓周方向均布，從而避免受力不均。同時，不停轉動的梳齒可以及時撥開上側的豆莢，讓落入凹槽中的豆莢順利滑出，防止在出口處出現堆積擁堵的情況。

圖3 梳理上料機構簡圖

圖4 梳理上料結構圖

2.3 傳動系統設計

家用剝毛豆機的體型小巧，相比大型剝毛豆機其結構緊湊，有部分功能部件進行了結構改造，比如常見的振動上料、自動篩分機構等都進行了簡化處理，因此整機的傳動系統比較簡單，剝殼機構和梳理機構共用一臺電機驅動，其傳動示意圖如圖5所示。驅動電機為一臺減速馬達，通過齒輪將動力傳遞給剝殼軋輥1，剝殼軋輥1一端通過傳動比為1的齒輪副將動力傳遞給送料軋輥1，另一端通過傳動比為1的齒輪副將動力傳給浮動的剝殼軋輥2。送料軋輥1一端通過傳動比為1∶2.5的齒輪副將動力傳遞給梳理轉軸，另一端通過傳動比為1的齒輪副將動力傳遞給送料軋輥2。因此整臺機器由一臺電機驅動，通過齒輪傳動實現多軸聯動，剝殼效果較好，同時也避免了振動設計引起的噪音。

圖5 剝毛豆機傳動示意圖

3 全自動家用剝毛豆機的性能與特點

全自動家用剝毛豆機柔性擠壓式剝殼機構可以根據豆莢的厚度自動調整間隙，大大減小了漏剝率，同時減小了剛性擠壓帶來的豆粒破損，剝出的豆子豆衣基本完好。

現有毛豆剝殼機的上料機構大多采用振動上料的方式，料多時毛豆莢容易在防重刮板處堆積，需要人工輔助完成上料。采用翻滾梳理上料機構上料無需人工干預，上料量的控制與防堆積設計使毛豆上料量與剝殼速度相匹配，提高效率的同時機器工作的更穩定。

全自動家用剝毛豆機大大縮短了送料板的長度，整機結構小巧，更加適合家用。改進了上料環節，避免了振動上料方式帶來的振動和噪聲，機器運行時噪聲小，不會有擾民的擔憂。

全自動家用剝毛豆機操作簡便、運行穩定且安全可靠，基本能夠滿足家庭自用的需求。對于大型餐廳或者小型食品加工企業，可以組成生產線或采用一人管理多臺機器的方法提高剝殼速度。

4 結語

全自動家用剝毛豆機解決了個體家庭人工剝毛豆費時費力的問題，能夠對不同成熟度的毛豆進行剝殼，剝殼成功率高，剝出的豆粒完整美觀。該機器結構小巧，工作效率高，可以滿足家庭用戶的需求，也可以作為生產線上的一個單元使用，具有廣泛的適用性。