小型葵瓜子剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)研究

張佳 王宏

摘 要：針對(duì)于市場(chǎng)上葵瓜子剝殼機(jī)的不足，設(shè)計(jì)一種小型葵瓜子剝殼機(jī)。本文介紹了該小型葵瓜子剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了小型葵瓜子剝殼機(jī)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)以及參數(shù)，為后續(xù)的樣機(jī)制作提供結(jié)構(gòu)參考以及尺寸依據(jù)。

關(guān)鍵詞：葵瓜子 剝殼機(jī) 振動(dòng)篩 剝殼輥筒

Abstract：Aiming at the shortage of sunflower seed shellers on the market， a small sunflower seed sheller was designed. This paper introduces the overall structure and working principle of the small sunflower seed sheller， analyzes the structure and parameters of the key components of the small sunflower seed sheller， and provides structural reference and dimension basis for subsequent prototype production.

Key words：sunflower seeds， shelling machine， vibrating screen， shelling roller

1 引言

葵瓜子剝殼機(jī)是專門為葵瓜子剝殼而設(shè)計(jì)的一種特殊的機(jī)械裝置。隨著我國(guó)葵瓜子生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大，葵瓜子的加工量也在不斷發(fā)展，剝殼工藝是葵瓜子加工的主要過(guò)程，在食品加工過(guò)程中要不剝殼就會(huì)影響食品的味道，因此必須在加工前去除葵瓜子的外殼。對(duì)于葵瓜子剝殼工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，它是葵瓜子產(chǎn)品加工的必備過(guò)程。高效的葵瓜子剝殼是葵瓜子加工技術(shù)急需解決的問(wèn)題[1]。

現(xiàn)有的葵瓜子剝殼機(jī)械主要利用以下原理：（1）撞擊法：撞擊法剝殼利用葵瓜子在高速運(yùn)動(dòng)突然停止受到較大沖擊力，外殼受到擠壓將外殼與籽脫離的方法，目前主要典型的產(chǎn)品有離心式剝殼機(jī)，主要由高速回轉(zhuǎn)甩料盤以及甩料盤側(cè)面的粗糙壁板構(gòu)成，剝殼效率較高，但剝殼率一般。（2）碾搓法：碾搓法是通過(guò)物料在兩個(gè)摩擦片之間，兩個(gè)摩擦片的運(yùn)動(dòng)速度不同，產(chǎn)生碾搓效果，使葵瓜子的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)剝殼。目前主要典型的產(chǎn)品有圓盤式剝殼機(jī)，主要由一個(gè)固定圓盤和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤組成[2]。碾搓法剝殼效率高，剝殼率也較高，應(yīng)用較為廣泛。（3）擠壓法：擠壓法是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整至適當(dāng)間隙，使葵瓜子通過(guò)間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。（4）剪切法：剪切法是通過(guò)刀架和轉(zhuǎn)鼓間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的剪切力，外殼被切裂，實(shí)現(xiàn)葵瓜子的外殼與籽的剝離。目前主要典型的產(chǎn)品有刀板剝殼機(jī)，主要由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座構(gòu)成。剪切法對(duì)葵瓜子的籽損傷較大，應(yīng)用相對(duì)較少。（5）搓撕法：搓撕法剝殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)葵瓜子進(jìn)行搓撕作用而實(shí)現(xiàn)剝殼[3]。

目前存在的各種剝殼方法，手工剝殼無(wú)法滿足消費(fèi)者的消費(fèi)需求、大型葵瓜子剝殼機(jī)械又不適合小規(guī)模葵瓜子種植戶和小規(guī)模加工作坊使用。因此，需要設(shè)計(jì)了一款小型家用的葵瓜子剝殼機(jī)[4]。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，葵瓜子剝殼機(jī)主要由機(jī)架、振動(dòng)篩、風(fēng)機(jī)、剝殼機(jī)構(gòu)、剝殼輥筒以及電機(jī)構(gòu)成，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)葵瓜子的剝殼作業(yè)，自動(dòng)化程度高，剝殼效果好。

2.2 工作原理

其工作原理是將葵瓜子從進(jìn)料口處倒入剝殼機(jī)中，經(jīng)過(guò)剝殼輥筒與半柵籠之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)葵瓜子施加擠壓力、沖擊力來(lái)成的剝殼，剝殼夠的經(jīng)過(guò)分離裝置將葵瓜子殼與仁自動(dòng)分離后排出。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)成本低、易操作使用。

3 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)

3.1 剝殼輥筒

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料，為使多數(shù)葵瓜子殼在帶齒的剝殼輥筒旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受到撞擊產(chǎn)生裂紋，其旋轉(zhuǎn)速度必須達(dá)到一定要求。當(dāng)葵瓜子果莢與鋼制結(jié)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到5時(shí)，所產(chǎn)生的撞擊力，可恰好使葵瓜子殼破碎又不至于破壞葵瓜子仁的完整性，可依據(jù)此條件選擇剝殼輥筒的最小轉(zhuǎn)速與半徑。

如圖2所示，葵瓜子果莢的下落位置大致在剝殼輥筒的之間，因此選用最小碰撞半徑為之后設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算半徑。

依據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料確定剝殼輥筒半徑為，輥筒的長(zhǎng)度取520mm。

3.2 半柵籠結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

半柵籠在整個(gè)剝殼機(jī)作業(yè)過(guò)程中所起到十分重要的作用，它能將已經(jīng)完成剝殼過(guò)程、殼和仁完全分離的葵瓜子與未能完成剝殼的葵瓜子進(jìn)行分離，使未能完成剝殼的葵瓜子在輥筒的作用下繼續(xù)完成剝殼過(guò)程。半柵籠相鄰柵條的間距要根據(jù)葵瓜子的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，間距要求與葵瓜子仁大小一致，在葵瓜子外殼以及仁分離后，可從柵條之間的縫隙中滑落，此過(guò)程中，未被破碎的葵瓜子由于體積大于柵條之間的縫隙大小，不能從其中滑落，因此未被破碎的葵瓜子繼續(xù)在半柵籠內(nèi)進(jìn)行多次剝殼，直到其外殼破碎為止。

半柵籠由兩塊半圓形板材和49根柵條組成，利用兩塊半圓壁板對(duì)柵條的兩端進(jìn)行固定，柵條的兩頭裝在半圓壁板的圓形凹槽內(nèi)。半柵籠內(nèi)徑為，柵條材料為20號(hào)鋼，柵條采用截面直徑為的長(zhǎng)條棒料，長(zhǎng)度為450mm，柵條之間間距為5mm，這樣的間隙大小恰好可使完成剝殼的葵瓜子仁通過(guò)，而未完成剝殼的葵瓜子則無(wú)法通過(guò)。

3.3 料斗的設(shè)計(jì)

料斗上方的進(jìn)料口形狀為矩形，長(zhǎng)490mm，寬450mm;料斗下方的排料口形狀也為矩形，長(zhǎng)240mm，寬450mm;料斗總體高度為452mm。在向料斗中傾倒物料時(shí)要注意剝殼部分的工作狀態(tài)，最好根據(jù)實(shí)際工作狀態(tài)適當(dāng)調(diào)整送料速度，以避免過(guò)多物料堆積，堵塞料斗下方排料口。在設(shè)備的實(shí)際使用過(guò)程中，自然不可能時(shí)時(shí)刻刻有人在一旁觀察料斗的工作狀態(tài)，當(dāng)料斗中物料過(guò)多，物料整體流動(dòng)困難時(shí)，料斗側(cè)壁的傾斜角度就起到關(guān)鍵作用，合適的側(cè)壁傾斜角度能是物料的整體流動(dòng)性得到保證。經(jīng)設(shè)計(jì)得出其結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

3.4 殼仁分離裝置的設(shè)計(jì)

殼仁分離裝置主要由氣流通道以及振動(dòng)篩網(wǎng)構(gòu)成，氣流通道與風(fēng)機(jī)相連，另一端安裝在半柵籠的下方，振動(dòng)篩網(wǎng)也安裝在半柵籠的下方。葵瓜子經(jīng)過(guò)輥筒的作用下完成剝殼過(guò)程后，混雜在一起的葵瓜子殼與葵瓜子仁將經(jīng)由此裝置對(duì)其進(jìn)行分離，分離的基本原理是利用葵瓜子殼與葵瓜子仁的質(zhì)量以及迎風(fēng)面積的不同，依靠風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣流將其分離。質(zhì)量較大的葵瓜子仁不會(huì)被氣流吹走，而是直接落到下方的篩網(wǎng)上，而質(zhì)量較輕的葵瓜子殼則將被風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流帶到葵瓜子殼收集通道口處。落在振動(dòng)篩網(wǎng)上的葵瓜子仁和部分未被吹走的葵瓜子殼，在振動(dòng)篩網(wǎng)底部振動(dòng)塊的作用下，葵瓜子殼會(huì)與葵瓜子仁產(chǎn)生分層，葵瓜子仁通過(guò)篩網(wǎng)網(wǎng)孔進(jìn)入葵瓜子仁收集通道。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

小型葵瓜籽剝殼機(jī)市場(chǎng)需求量較大，根據(jù)葵瓜子的物理特性，設(shè)計(jì)一種葵瓜子剝殼機(jī)，主要包括機(jī)架、振動(dòng)篩、風(fēng)機(jī)、剝殼機(jī)構(gòu)、剝殼輥筒以及電機(jī)等組成部分，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剝殼率高的特點(diǎn)，雖然已經(jīng)完成了各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，原理可行，但還需要進(jìn)一步理論分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化改進(jìn)成滿足市場(chǎng)上葵瓜子剝殼需求的產(chǎn)品。

基金項(xiàng)目：新疆工程學(xué)院校內(nèi)課題 （2017xgy191910）。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳維剛，張星語(yǔ)，潘慧娟，王鶴澄，陳逸山，馬新玲.一款多功能堅(jiān)果零食剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械，2020，47（08）：71-76.

[2]張星語(yǔ)，陳維剛，王鶴澄，潘慧娟，陳逸山，王紫陽(yáng)，馬新玲.智能花生和葵葵瓜子剝殼機(jī)[J].輕工機(jī)械，2019，37（06）：12-15+20.

[3]孫喆，張哲，江瑞.自動(dòng)葵瓜子剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（12）：22.

[4]衣濤，王志坤，郭晗笑，唐小雪，潘飛，吳瑩瑩.家用葵瓜子手動(dòng)去皮裝置的設(shè)計(jì)研究[J].電子世界，2017（11）：175.