新型新鮮毛豆剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析*

劉興國 ， 黃才貴 ， 周建陽

（南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200）

1 同類機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r

目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)的毛豆剝殼機(jī)的工作原理大致是：人工投放毛豆，用手把料鋪平，然后再保證毛豆整齊進(jìn)入剝殼區(qū)。如果料不整齊則需要人工進(jìn)行調(diào)整，最后毛豆被分離成毛豆殼和毛豆粒兩部分[1]。存在的缺陷是分離優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆做得并不完善，進(jìn)料部分都是人工調(diào)整，卡料的情況時(shí)常出現(xiàn)[2-3]，嚴(yán)重耗費(fèi)了人力資源，并且毛豆殼沒有專門的回收倉回收，造成了浪費(fèi)[4]。

2 新型毛豆剝殼機(jī)設(shè)計(jì)思路與參數(shù)要求

2.1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)一臺(tái)新鮮毛豆剝殼機(jī)，要求能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能是可以自動(dòng)地剝掉毛豆殼[5-6]，然后對(duì)毛豆粒進(jìn)行一定程度的篩選，得到較好的新鮮毛豆粒[7-8]。并且還能滿足大批量生產(chǎn)的需要，不需要人工給毛豆剝殼[9]。既要求把若干數(shù)量的毛豆放入該設(shè)備內(nèi)，就能得到新鮮、品質(zhì)優(yōu)良的毛豆粒，還要求該設(shè)備能在一定程度上保持地面的干凈和整潔[10-13]。本設(shè)計(jì)是新鮮毛豆剝殼機(jī)械，它的作用是實(shí)現(xiàn)新鮮毛豆的投料、剝殼以及豆粒篩選。投料部分是由離心振動(dòng)器給料槽與進(jìn)料導(dǎo)軌提供離心振動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)毛豆以長條扁狀進(jìn)入軋輥的目的。再由于軋輥間隙只有毛豆殼能過而毛豆粒不能過，通過負(fù)壓氣體吸住毛豆殼，實(shí)現(xiàn)毛豆殼與毛豆粒的分離。最后由離心振動(dòng)器為斜坡出料軌道提供振動(dòng)力，使一體的三層斜坡軌道能根據(jù)不同的孔徑大小分別實(shí)現(xiàn)毛豆殼、新鮮毛豆、壞豆和蟲咬豆的分離。同時(shí)還用滾筒式的篩子來對(duì)優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆、蟲咬豆等進(jìn)行更加細(xì)致的分離，最后毛豆殼、蟲咬豆、壞豆被分離到相應(yīng)的箱子中，而優(yōu)質(zhì)毛豆粒則從最終的出料口流出，設(shè)備操作人員用任意容器收集即可，全部操作結(jié)束。

2.2 參數(shù)要求

1）剝殼速度：設(shè)毛豆長為50 mm～60 mm，剝一次毛豆時(shí)長為4.5 s。

2）剝毛豆殼成功率穩(wěn)定在90%以上，毛豆破損率要小。

3）在篩選機(jī)構(gòu)能對(duì)毛豆進(jìn)行大致的篩選，區(qū)分好毛豆殼、毛豆粒、蟲咬豆和壞豆。

3 新型新鮮毛豆剝殼機(jī)功能分析框圖

新型新鮮毛豆剝殼機(jī)關(guān)鍵功能主要有投料機(jī)構(gòu)的定位和喂料傳送、剝殼機(jī)構(gòu)的剝殼、篩選機(jī)構(gòu)的篩選和出料滑軌的傳送等。其總功能及子功能的分析框圖如圖1 所示。

圖1 總功能、子功能分析框圖

4 新型新鮮毛豆剝殼機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

依照設(shè)計(jì)的要求，新鮮毛豆剝殼機(jī)大致分五大模塊，由電機(jī)、喂料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)、篩選機(jī)構(gòu)以及機(jī)架組成。所設(shè)計(jì)的功能是由喂料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)、篩選機(jī)構(gòu)共同發(fā)揮作用來實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 新型新鮮毛豆剝殼機(jī)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

5 新型新鮮毛豆剝殼機(jī)工作原理

新型新鮮毛豆剝殼機(jī)運(yùn)作的流程可以依次描述為：

1）電機(jī)、振動(dòng)器通電，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。使兩個(gè)喂料機(jī)構(gòu)的振動(dòng)器、篩選機(jī)構(gòu)的振動(dòng)器、大電機(jī)和小電機(jī)依次通電，負(fù)壓氣腔通過外圍設(shè)備通入負(fù)壓氣體，用手抓大概20 個(gè)毛豆丟入喂料箱中，也可以用手給毛豆定位大概以長條扁形的姿態(tài)直接放入喂料定位滑軌。

2）軋輥剝殼。毛豆通過喂料定位滑軌的大概定位后，以長條扁形的姿態(tài)，前端無豆粒較薄的外殼先進(jìn)入軋輥。由于軋輥間隙（經(jīng)過驗(yàn)證，間隙大概為0.2 cm）只有毛豆殼能進(jìn)入，此時(shí)由灰鑄鐵定子轉(zhuǎn)軸通入的負(fù)壓氣流剛好吸住毛豆殼并將毛豆殼卷入后面的毛豆軋輥，進(jìn)入毛豆殼箱，毛豆粒則因?yàn)轶w積較大無法通過軋輥間隙從而被擠出毛豆殼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了毛豆的剝殼。

3）剝殼后初步篩選以及廢料回收。剝殼后的毛豆粒可能還摻雜著些許毛豆殼、壓碎的毛豆粒、蟲咬豆和壞豆，它們共同進(jìn)入了篩選機(jī)構(gòu)。先是進(jìn)入毛豆殼篩，因?yàn)檎駝?dòng)器提供的激振力，它們會(huì)沿斜坡向下移動(dòng)。與此同時(shí)，由于斜坡上有大于毛豆粒最大直徑的孔，毛豆粒以及蟲咬豆、壞豆、壓碎的豆等都會(huì)下去，進(jìn)入毛豆粒篩。而毛豆殼因?yàn)檫^長，所以被卡在毛豆殼篩上方，在篩選裝置激振力的作用下沿著毛豆殼篩滑下，進(jìn)入毛豆殼箱。

4）振動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)和滾筒篩對(duì)毛豆粒進(jìn)行深度篩選。在經(jīng)初步篩選后的毛豆粒、蟲咬豆、壞豆同時(shí)進(jìn)到毛豆粒篩的情況下，它們也會(huì)在振動(dòng)器提供的激振力下沿著有斜度的毛豆粒篩向下移動(dòng)，但毛豆粒篩上有很多小于毛豆粒最小直徑的孔，正常毛豆粒無法通過，但一些蟲咬豆、壞豆因?yàn)榘l(fā)育不良或者被壓壞了，它們的直徑小于毛豆粒篩上的孔直徑，因此會(huì)掉到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1 上，在激振力的作用下移動(dòng)到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2，進(jìn)而掉入到蟲咬豆、壞豆箱中。而被篩選出來、相對(duì)較好的毛豆粒在激振力的作用下會(huì)順著毛豆粒篩的斜坡進(jìn)入滾筒篩。

5）出料滑軌出料。在上一階段中可能有一些不良品由于成團(tuán)等各種原因而沒有被淘汰到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1 上，因此，在滾筒篩選中的毛豆粒可能還會(huì)混合非常少量的蟲咬豆、壞豆。在滾筒篩中，滾筒會(huì)在小電機(jī)的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，那些成團(tuán)的不良品會(huì)被分散開，那些沒有被淘汰掉的蟲咬豆、壞豆會(huì)進(jìn)入蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2，從而進(jìn)入蟲咬豆、壞豆箱，甚至一些殘留下的成絲狀的特殊形態(tài)毛豆殼也會(huì)被纏繞在滾筒篩上。經(jīng)過滾筒篩后，良品率極高的毛豆粒最終通過出料滑軌，操作人員將存儲(chǔ)毛豆粒的箱子放在出料滑軌下即可。

6 新型新鮮毛豆剝殼機(jī)關(guān)鍵部件分析

剝殼機(jī)構(gòu)是新型新鮮毛豆剝殼機(jī)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部件，主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)毛豆的剝殼功能。剝殼機(jī)構(gòu)的外部結(jié)構(gòu)圖中，帶輪Ⅱ通過電機(jī)提供的扭力轉(zhuǎn)動(dòng)，V帶隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并會(huì)帶動(dòng)軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ，由此軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ會(huì)使軋輥Ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)，軋輥Ⅰ通過齒輪Ⅱ和齒輪Ⅰ帶動(dòng)軋輥Ⅱ，兩者相向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)第一部分的傳動(dòng)。第二部分是外接負(fù)壓氣體到負(fù)壓氣腔，再由負(fù)壓氣腔為軋輥傳輸負(fù)壓氣流到軋輥上的小孔以對(duì)毛豆產(chǎn)生吸力，實(shí)現(xiàn)第二部分的負(fù)壓氣體接入。最后一部分的剝殼是由軋輥Ⅰ和軋輥Ⅱ的相向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)毛豆進(jìn)行剝殼，其中負(fù)壓氣流會(huì)通過軋輥上的小孔作用于毛豆殼，將毛豆殼吸住，起輔助作用。剝殼機(jī)構(gòu)外部圖如圖3 所示。

圖3 剝殼機(jī)構(gòu)外部圖

軋輥由最核心的灰鑄鐵定子、合金轉(zhuǎn)子以及最外部的橡膠軋輥構(gòu)成。其中灰鑄鐵定子內(nèi)部有通氣通道，將負(fù)壓腔體傳輸過來的負(fù)壓氣體傳輸?shù)交诣T鐵定子上的通氣凹槽，最后通入橡膠轉(zhuǎn)子和橡膠軋輥上的氣孔。軋輥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 軋輥內(nèi)部剖視圖

由定子軸內(nèi)部剖視圖可知，軋輥Ⅰ上橡膠套氣孔和軋輥Ⅱ上橡膠套氣孔在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)下通過通氣凹槽與內(nèi)部通氣通道連接，并且兩軋輥間相向通氣。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)只在兩軋輥將毛豆殼擠壓到最窄的間隙時(shí)的那一小段角度，有負(fù)壓氣體通入，此時(shí)軋輥上通入負(fù)壓氣體的小孔會(huì)對(duì)毛豆殼提供強(qiáng)大的吸力，而當(dāng)毛豆殼被吸住時(shí)，此時(shí)已經(jīng)離開通氣凹槽的小孔不再通入負(fù)壓氣體，毛豆殼也會(huì)掉入毛豆殼導(dǎo)軌中。

7 結(jié)語

該新型新鮮毛豆剝殼機(jī)解決了傳統(tǒng)豆類剝殼機(jī)剝殼效率低、機(jī)械化程度低、需要人工實(shí)時(shí)干預(yù)、剝殼后的毛豆良品率低并且廢料處理不到位等問題，且操作安全，降低了剝殼成本。