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花生去殼機設計
摘 要
花生脫殼機可以替代手工剝殼，極大地提高花生的脫殼效率。為此，針對目前花生脫殼機存在的機器性能不穩(wěn)定、適應性差、通用性差和利用率低等問題，設計了刮板式花生脫殼機，計算了脫殼機轉軸部件的轉速和脫殼機的功率，采用皮帶傳動，選用了電磁調(diào)速電動機，設計了轉軸、凹板篩、料斗和箱體等零部件; 通過采用電磁調(diào)速電動機和不同尺寸間隔的凹板篩提高了花生脫殼機的通用性，同時也提高了脫殼機的適應性和利用率; 由于電磁調(diào)速電動機的控制器具有速度負反饋系統(tǒng)，可以使電動機的輸出轉速基本上保持不變，從而提高了脫殼機運行過程中性能的穩(wěn)定性; 刮板式脫殼機運行中具有沖擊性，因此對轉軸部件的臨界轉速進行了校核，結果表明，設計的轉軸部件結構合理，其運行轉速低于轉軸部件的最小臨界轉速值。
關鍵詞: 花生脫殼機; 脫殼原理; 脫殼機械化; 剝殼
1總體方案的確定
1.1 脫殼原理
目前，花生的主要脫殼方法有撞擊法、碾搓法、剪切法、擠壓法、搓撕法、壓力膨脹法和真空法等［4］。本文設計的刮板式花生脫殼機具備撞擊法、碾搓法、剪切法和擠壓法的特點，所以脫殼效率很高，效果好。
1.2 工作原理
刮板式花生脫殼機主要由進料斗、脫殼轉軸部件(包括刮板架和刮板) 、凹板篩、風機、電動機、機架、花生殼出口和花生仁出口等組成，如圖1 所示。
圖 1 刮板式花生脫殼機
設備工作時，花生果由進料斗進入脫殼室，在高速旋轉的轉軸部件—刮板的反復打擊與碰撞，以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)生的摩擦、碾搓、剪切、擠壓的作用下，花生殼不斷破裂; 花生殼和花生仁在刮板的旋轉風壓和打擊下穿過凹板篩，花生殼在下落時受到風機的吹力作用，從花生殼出口被吹出，花生仁則從花生仁出口排出。
2花生脫殼機的設計
2.1 轉軸部件的半徑和轉速
轉軸部件中刮板的旋轉速度必須確保能將花生殼通過打擊作用撞碎。文獻［6］的實驗結果表明，當花生與鋼板的相對速度在4～5m/ s 時，可以達到較好的破碎花生殼效果。根據(jù)此數(shù)據(jù)來設計轉軸部件的旋轉半徑和旋轉轉速，如圖2 所示?；ㄉ侣涞奈恢迷谵D軸部件R /2 到R之間，設計時采用最小打擊半徑R /2 為設計基準。
圖 2 轉軸部件花生下落簡圖
為了有較高的生產(chǎn)率，此處設計的轉軸部件半徑R = 250mm，v = 4 ～ 5m/s。
(1)
由此得出n = 305.7 ～ 382.2r /min。為了使所設計的設備具有更廣泛的適用性，應根據(jù)花生品種的不同調(diào)整轉軸部件的轉速。
由于刮板式脫殼機采用的主要脫殼原理是打擊和擠壓兩種方法，因此對刮板的強度有一定要求，且刮板由于受到間斷式的持續(xù)沖擊，屬于易損件。根據(jù)文獻［6］的實驗結果顯示，破碎板使用橡膠和木板的脫殼效果較差，脫凈率在70% 左右，而鋼板的脫凈率基本能夠保持在95% 左右。刮板零件采用高錳鋼制造，并用螺栓和刮板架聯(lián)接，使其易于調(diào)整和更換，其結構見圖3 所示。
圖 3 轉軸部件三維圖
2.2 脫殼功率
由于脫殼是在高速旋轉的轉軸部件—刮板的反復打擊與碰撞以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)生的摩擦、碾搓、剪切和擠壓的作用下進行的，因此脫殼功率不能夠簡單地以刮板對花生產(chǎn)生的動能來計算，空氣阻力和摩擦對脫殼功率的消耗非常顯著，進行功率計算時不能夠忽略，因此應按以下公式進行計算，即
( 2)
式中 Q —脫殼機的加工量( kg /h) ;
Rd—每脫1kg 物料所需的功( N·m/kg) ;
A —高速運轉空氣阻力所消耗的功率系數(shù);
η—機械效率;
K —花生與打板間摩擦消耗的功率系數(shù)。
此處，根據(jù)設計要求取Q = 1 000kg /h;Rd根據(jù)文獻資料對比，取Rd = 300N·m/kg;取A=1.4; 取η =0.7; 取K = 2。代入式( 2) 計算得，P = 1.2kW。因此，刮板式脫殼正常工作需要的最小功率為1.2kW。
2.3 驅動電機
由于電磁調(diào)速電動機具有在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)均勻地、連續(xù)地無級調(diào)速，并能輸出額定轉矩，在運行中當負載轉矩變動時可通過控制器的速度負反饋系統(tǒng)使輸出轉速基本上保持不變的特點，所以選用電磁調(diào)速電動機，能夠提高設備的工作的穩(wěn)定性和通用性。選用YCT132－4B 型號的電磁調(diào)速電機來驅動轉軸部件進行脫殼工作，其功率為1.55kW，額定轉矩為9.5 N·m，調(diào)速范圍為125～1400r /min。
2.4 傳動方式
有兩種傳動方案可供脫殼機選用: 一是皮帶傳動; 二是減速器傳動。兩者都可以實現(xiàn)低電動機的轉速和增加轉矩的作用。第2 種傳動方案可以使設備設計的更為緊湊，傳遞效率高，但是其價格相對較高，在設備的實際運行中，還應該考慮設備的過載保護，因為刮板式脫殼機具有慣性沖擊作用，應考慮通過料斗進入小石塊等其它異物時的情況。綜合考慮各種情況，選用第一種皮帶傳動的方案更為合理，可以有效保護運行中的設備安全。
2.5 仁殼分離裝置
仁殼分離裝置的工作原理主要是利用花生仁和花生殼的重力，以及受風吹時的受力面積不同，用氣流對其進行分離，質量大且受力面積小的花生仁不會被風機吹來的氣流吹走，落到下面的花生仁收集板上，并從花生仁出口自動流出; 質量小且受力面積大的花生殼被氣流吹出花生殼出口( 其具體結構見圖1所示)，從而完成分離任務。
2.6轉軸部件臨界轉速的校核
由于轉軸部件是刮板式脫殼機的關鍵核心部件，其運行的可靠性和平穩(wěn)性嚴重影響著脫殼機的性能，因此需要對轉軸部件的臨界轉速進行校核。由于轉軸部件比較復雜，所以采用有限元方法計算能夠更真實地反映出轉軸部件的臨界轉速，轉軸部件的臨界轉速計算采用一維有限元模型，其結構簡圖如圖4 所示。
圖 4 轉軸部件轉子系統(tǒng)結構簡圖
該有限元模型綜合考慮了皮帶輪和刮板部件對轉子系統(tǒng)的影響，臨界轉速值的計算結果為: 轉軸部件的一階正進動臨界轉速為6479r/min 左右，其一階反進動臨界轉速值最低，為1205r/min，由于設計的轉軸部件的工作轉速最高為382.2r /min，低于轉轉軸部件的最低臨界轉速，不會導致振動現(xiàn)象的產(chǎn)生。
參考文獻
［1］中華人民共和國商業(yè)部.2009,年出口花生質量安全預警分析報告［R］.北京:商務部對外貿(mào)易司,2010.
［2］高學梅,胡志超,謝煥雄.打擊揉搓式花生脫殼機脫殼性能影響因素探析［J］.花生學報,2011,40( 3) :30－34.
［3］喻杰,包秀輝.常用花生脫殼機的分析研究［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備,2009(1):114－118.
［4］劉明國,杜鑫,程獻麗等.花生脫殼機械化對遼寧省花生產(chǎn)業(yè)的影響［J］.農(nóng)機化研究,2010,32( 10):222－225.
［5］李建東,尚書旗,李西振等.我國花生脫殼機械研究應用現(xiàn)狀及進展［J］.花生學報,2006, 35( 4):23－27.