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1 引言
1．1 課題提出的背景
花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植物蛋白質(zhì)。利用花生或脫脂后的花生餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以花生蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性。花生蛋白粉還可以通過高壓膨化制成蛋白肉?；ㄉ鞘秤弥参镉凸I(yè)的重要原料，利用花生油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料。花生除經(jīng)簡單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品。花生加工副產(chǎn)品花生殼和花生餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟效益。
花生在制取油脂、制取花生蛋白、生產(chǎn)花生儀器以及在花生貿(mào)易出口時，都需要對花生進(jìn)行預(yù)處理加工?；ㄉ念A(yù)處理主要包括花生的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。
花生在加工或作為出口商品時，需要進(jìn)行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r，剝殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機器來代替手工剝殼?；ㄉ鷦儦C的誕生在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動，同時還提高了花生剝殼的效率。
花生脫殼機是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機械。由于花生本身的生理特點決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實行脫殼機械化迫在眉睫。
1．2 花生脫殼機械的發(fā)展
我國花生脫殼機的研制自1965年原八機部下達(dá)花生脫殼機的研制課題以來，已有幾十種花生脫殼機問世。只進(jìn)行單一脫殼功能的花生脫殼機結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，以小型家用為主的花生脫殼機在我國一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級功能的較大型花生脫殼機在一些大批量花生加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼機種類很多，如6BH一60型花生剝殼機、6BH一20B型花生剝殼機、6BH一20型花生脫殼機等(技術(shù)參數(shù)見附表)，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS1500型花生除雜脫殼分選機組一次能實現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的花生后期生產(chǎn)機械。偉民牌6BH一720型花生脫殼機帶有復(fù)脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離清選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點。6BK一22型花生脫殼機是一種一次喂料就可完成花生脫殼工作的機械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動、分層分離、復(fù)脫清選分級后的花生仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型花生脫殼機械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。而隨著我國花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，花生產(chǎn)量逐年增加，花生的機械化脫殼程度將大幅提高，花生脫殼機械將擁有廣闊的發(fā)展前景。
花生剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會最為關(guān)心的主要指標(biāo)。
八十年代以前的花生剝殼機械，破碎率一般都大于8%，有時高達(dá)l5%以上。加工出的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為花生剝殼機械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機。自1983年以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。
以下介紹一下我國上個世紀(jì)幾種主要的花生剝殼部件
1．封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼部件
圖 1
六十年代初， 我國在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-340型花生剝殼機，其剝殼部件是在一個圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1所示。
在該機構(gòu)中花生進(jìn)口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時，花生果在滾筒的推動下由進(jìn)口向出口端運動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機的直接搓擦作用，系強制脫殼，故破碎率高。剝殼時， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80％。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機一般要配置分離機構(gòu)。后來研制并生產(chǎn)的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機，結(jié)構(gòu)與其大同小異，剝殼質(zhì)量均不理想。
2． 封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件
該機的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如圖2所示
圖2
作業(yè)時，花生果在膠輥的推動下，通過剝殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價較高。
3． 開式紋桿滾筒，編織凹板式花生剝殼部件
剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板，其結(jié)構(gòu)如圖3所示
圖3
作業(yè)時，花生果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，花生果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。
4． 立式剝殼機構(gòu)
剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，該剝殼部件如圖4所示。
圖4
在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實踐證明，該機破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點是由于采用立式傳動， 故傳動機構(gòu)較為復(fù)雜。
5． 開式扁條滾筒，編織凹板式花生剝殼部件
采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖5所示。作業(yè)時，花生果在扁條的推動下隨滾筒轉(zhuǎn)動，在滾筒和凹板之間形
圖5
成一個活動層，花生果在該活動層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機構(gòu)中，避開了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是花生搓花生，系柔性剝殼，故破碎率較低， 該機鑒定時實測破傷率(破碎率+損傷率)為0．91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。
1．3 花生脫殼機械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
目前國內(nèi)花生脫殼機從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿——鋼柵條凹板 以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動凹板兩大類，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8 %，剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機現(xiàn)存問題的重要途徑。
1．3．1 目前花生脫殼機采用的脫殼原理
目前應(yīng)用比較廣泛的花生機械脫殼原理有以下幾種。
撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運動時突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實現(xiàn)脫殼的目的。其典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機。甩料盤使花生莢果產(chǎn)生一個較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開壁面時，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運動速度，莢果所受到的彈性力較小，運動速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開，從而實現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉(zhuǎn)速、甩料盤的結(jié)構(gòu)特點等。
碾搓法脫殼 花生莢果在固定磨片和運動著的磨片間受到強烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個固定圓盤和一個轉(zhuǎn)動圓盤組成的圓盤剝殼機。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒沿徑向向外運動，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時，磨片上的牙齒不斷對外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。
剪切法脫殼 花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對運動著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件的刀板剝殼機。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機構(gòu)，可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。
擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當(dāng)間隙，使花生莢果通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。
搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大。花生莢果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時，與兩輥面相接觸，如果此時莢果符合被輥子嚙人的條件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問．此時莢果在被拉人輥間的同時，受到兩個不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥子中心連線附近時法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。
1．3．2 新型脫殼技術(shù)
壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入花生殼內(nèi)，維持一段時間，以使花生莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時間、籽粒的含水率等。
真空法 將花生莢果放在真空爆殼機中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時，就會使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個切割堅果外殼。試驗顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到100 9／6的整仁率，但因其費用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。
1．3．3 花生脫殼機械的工藝研究
在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。
分級處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。
水分含量 花生莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使花生莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮剩员ＷC外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時能被充分破裂，同時又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。
1．3．4 花生脫殼機械存在的問題
目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機械脫殼時對花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍是手工剝殼。脫殼機械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：① 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。② 機具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。③ 通用性差，利用率低。④ 作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。⑤ 有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。
1．4 花生脫殼機械研究重點
我國加入WTO以來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對現(xiàn)有花生脫殼機械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生脫殼機械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。
1．4．1 提高花生脫殼機械的通用性和適應(yīng)性
提高花生脫殼機械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計，其通用性、兼容性和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機械通過更換主要部件能夠同時對其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。
1．4．2 提高機械脫殼率。降低破損率
對花生脫殼機械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；同時在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機械的發(fā)展前景。
1．4．3 向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數(shù)機具目前仍依賴人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機電一體化手段，開發(fā)設(shè)計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實現(xiàn)機組自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內(nèi)和國外市場。
新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于花生機械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機械機構(gòu)、動力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作，減少輔助工作時間，延長使用壽命，降低勞動使用費用等將作為主要設(shè)計目標(biāo)應(yīng)用于脫殼機械的設(shè)計制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好的應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機械需要盡快解決的問題。
1．5 花生脫殼機械應(yīng)用前景展望
花生生產(chǎn)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來，花生機械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會化服務(wù)規(guī)模不斷擴大，雖然目前花生脫殼機械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機械多、大型機械少，低檔機械多、高性能機械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國花生生產(chǎn)機械化開始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對花生機械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機械化發(fā)展的新舞臺，為花生生產(chǎn)機械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的推動器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機械化的過程中，相繼出臺了鼓勵和扶持農(nóng)民購買花生機械、開展花生機械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施，調(diào)動了農(nóng)民購買花生機械的積極性，形成了新的市場需求。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機械化作業(yè)水平成為必然?；ㄉ摎C在提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度方面起到了積極的作用，促進(jìn)了花生加工業(yè)的科技進(jìn)步，為花生脫殼機械的發(fā)展提供了空間。
2 刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu)及工作原理
2．1 刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu)
根據(jù)刮板式花生去殼機的剝殼原理可知道，花生是從上至下依次經(jīng)過集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、分選口，花生仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計剝殼機的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來了。
設(shè)計過程是從上往下，從花生的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱，集料斗可與剝殼箱設(shè)計為一個整體。在剝殼箱內(nèi)，花生必須經(jīng)過刮板的撞擊和擠壓作用才能進(jìn)行剝殼，因此，將刮板設(shè)計置在剝殼箱內(nèi)。花生經(jīng)過刮板的撞擊和擠壓進(jìn)行剝殼后，要經(jīng)過位于剝殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計成一個半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內(nèi)。花生穿過柵格后經(jīng)過剝殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設(shè)計一個風(fēng)機的吹入口，其作用是將經(jīng)過剝殼的花生殼與花生仁進(jìn)行分離，重量稍重的不被風(fēng)吹走，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機吹來的氣流帶入到花生殼收集通道，通道的底部設(shè)計成一定角度。經(jīng)過分離的花生仁往下落，落入花生仁收集通道，將此通道與花生殼收集通道的底面設(shè)計成一個整體，這樣的設(shè)計可以讓被風(fēng)吹走的花生仁通過自身的重量往下回滾到花仁收集通道。
為保證整機的各部分的安裝，需設(shè)計一個機架，機架起到其它幾個部分的支承、定位、連接作用，并將電機安裝在機架里面，剝殼機安裝在機架的上方。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示。
圖2-1
2．2 工作原理
刮板式花生去殼機以前也稱為刀籠剝殼機，是借助轉(zhuǎn)動軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將花生果外殼破碎的一種機械設(shè)備，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由進(jìn)料機構(gòu)、剝殼機構(gòu)和支承機構(gòu)等部分組成。
圖1-1
花生果進(jìn)入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來進(jìn)入剝殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，花生殼發(fā)生破裂，從而進(jìn)行第一次剝殼。部分花生果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而花生殼卻未撞裂，這部分花生落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間距不足以容納一個花生果，因此花生果將在落入柵格的同時被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些花生果的果殼也被壓碎。剝殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時，受到風(fēng)機吹來的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而花生仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達(dá)到了殼仁分離的目的。
3刮板式花生去殼機主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
刮板式花生去殼機能否正常運轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計，如果設(shè)計不合理，機器就不能正常運轉(zhuǎn)或者說不能運轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來的這臺機器就是一堆費品。設(shè)計合理，機器就能正常的運轉(zhuǎn)對并對花生果進(jìn)行剝殼。因此，刮板式花生去殼機的主要部件的設(shè)計在整個設(shè)計過程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計將提供給使用者更多的方便和實惠。
3．1設(shè)計前各項參數(shù)的確定
3．1．1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定
刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分花生殼撞碎，當(dāng)花生果與鋼質(zhì)物體相對速度達(dá)到5時，可使花生殼破碎而不會破壞到花生仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。
如圖3-1所示，花生下落位置在之間，設(shè)計時采用最小碰撞半徑為計算半徑
取半徑R=250mm，則n=382.2r/min
結(jié)論：R=250mm，
n=382.2r/min
圖3-1
3．1．2 刮板所需功率計算
根據(jù)公式可計算出刮板所需的功率
刮板對花生做功
：刮板改變花生的動能
：刮板改變花生的勢能
根據(jù)所給產(chǎn)量要求 1500kg/h,即0.417kg/s,此為花生仁的產(chǎn)量，折合花生果產(chǎn)量為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，湖南所處地理位置可取花生的純?nèi)事蕿?9%,折合花生果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進(jìn)入剝殼箱內(nèi)被破碎的花生果的重量?；ㄉ佑|刮板時初速度設(shè)為1m/s，方向向下，脫離刮板時速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時相對初位置高度為500mm
t=1s
m=0.604kg/s
=1m/s
=15m/s
R=0.5m
=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w
加上刮板與花生在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會超過500w。為計算電動機的所需工率Pd，先要確定從電動機到工作機之間的總效率。設(shè)、分別為滾動軸承和V帶傳動的效率，于是有
=-0.8668
電動機所需功率不會超過700W，由于給定電動機的功率為1.5kW，遠(yuǎn)大于此計算值，故所給電動機的功率完全符合要求。
3．1．3 傳動方案擬定
由于刮板式花生去殼機的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達(dá)到=382.2r/min可有兩種選擇，第一種是采用一級V帶傳動，第二種是采用兩級混合傳動，而很明顯的，若采用兩級傳動方案，將會致使機器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本升高，所以選用一級V帶傳動。
3．1．4 電動機的選擇
根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機型號有兩種
Y90L-4型 和 Y100L-6型
根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動比，現(xiàn)將此兩種電動機的數(shù)據(jù)和傳動比列于下表
方案號
電機型號
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動比 i
1
Y100L-6
1．5
1000
940
2．459
2
Y90L-4
1．5
1500
1400
3．663
由上表可知：方案1總傳動比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價格高，作為家用機械的電機不是太合算，故選擇方案2，即電機型號為Y90L-4。
查表得此種電動機的中心高H=90mm，外伸軸徑為24mm，軸的外伸長度為50mm。
3．1．5 傳動裝置的運動和參數(shù)計算
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
3．2 V帶傳動
首先列出設(shè)計的基本條件
電機型號：Y90L-4
額定功率：1.5kw
轉(zhuǎn)速：=1400r/min
傳動比：=3.663
假設(shè)每天運轉(zhuǎn)時間t<10h
1.確定計算功率
查表得工作情況系數(shù) =1.1
==1.1×1.5=1.65(kw)
2．選擇V帶帶型
根據(jù)、查得最適合的帶型為A型
3．確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由主動輪基準(zhǔn)直徑系中選取，從動輪基準(zhǔn)直徑為
驗算帶的速度
v=<=
因此所選帶的速度合適
4．確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度
根據(jù)初步確定中心距，計算帶的基準(zhǔn)長度
=1972.36mm
由V帶的基準(zhǔn)長度系中選取基準(zhǔn)長度
計算實際中心距a
5．驗算主動輪上的包角
主動輪包角合適
6．計算V帶的根數(shù)z
由,,=3.663查表得
，，，
代入數(shù)值，經(jīng)計算
Z=1.984
取z=2
7.計算預(yù)緊力
8．計算作用在軸上的壓軸力
代入數(shù)值計算得
=482.7N
9.V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計算及選用
帶輪材料選用HT200
根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下
單位：mm
尺寸類型
小帶輪
大帶輪
75
280
基準(zhǔn)寬度
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深
8.7
8.7
槽間距e
15±0.3
15±0.3
第一槽對稱面至端面距離f
輪緣厚d
12
12
帶輪寬B
35
35
外徑
80.5
285.5
輪槽角
極限偏差
孔徑
26
16
輪轂長
50
35
48
32
輪輻厚
8
20
16
230.5
具體結(jié)構(gòu)設(shè)計見零件圖
3.3 軸
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
1 初步確定軸的最小直徑
先按經(jīng)驗公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取，于是得
2擬定軸上零件的裝配方案
通過對各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-2所示裝配方案
圖3-2
3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（1）為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑=22mm，左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長試為35mm，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長度取為
（2）初步選擇滾動軸承 因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6205,其基本參數(shù)如下表
6204
基本尺寸
安裝尺寸
極限轉(zhuǎn)速
D
B
脂潤滑
油潤滑
25
52
15
1
31
46
1
12000
16000
（3）安裝刮板架段軸直徑。刮板架段安裝寬度取，
（4） 軸承端蓋總厚度20mm，取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離，故取
（5）取刮板距箱體內(nèi)壁，取，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
（6）軸上零件的周向固定
V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊得平鍵截面如下
長度取22mm
V帶輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
（7）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角，各軸肩處圓角半徑見零件圖
3.4 刮板結(jié)構(gòu)
刮板結(jié)構(gòu)是整個機器的關(guān)鍵部分，它的作用就是對花生果進(jìn)行剝殼。此結(jié)構(gòu)采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示
圖3-3
因為采用的是打擊和擠壓兩種方式配合進(jìn)行剝殼，所以對刮板的強度有一定要求，采用材料是45號鋼，而且刮板的表面必須進(jìn)行處理，表面滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長′寬=500mm′129mm，刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為26mm，外徑120mm，刮板固定支架長度為140mm，截面尺寸40mm′20mm，每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。
3.5 半柵籠
半柵籠在機器中的作用是讓已經(jīng)被剝殼的花生與未被剝殼的花生進(jìn)行分離，其分離的原理就是“小個通過，大個不過”。半柵籠的每一個柵格都只能容許一個花生仁大小的物體通過，被剝殼的花生由于花生殼的破裂，被變成破碎的花生殼和整粒的花生仁，花生仁的大小剛好可以穿過柵格，而花生果因為太大，無法通過柵格，將被阻擋在剝殼箱內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行剝殼直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。
圖3-4
柵條是利用兩塊墻板對兩端進(jìn)行固定的，墻板材料為HT200，柵條材料為20號鋼。柵條采用圓截面長條，長度為538mm，因其特殊的作用，還需對其進(jìn)行表面處理，要求滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的花生仁能通過柵格，而未剝殼的剛不能通過。
裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動。半柵籠內(nèi)徑為。
3.6 箱體
箱體的作用是提供給刮板一個封閉的剝殼環(huán)境，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支承和定位作用。
為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，用圓錐銷定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計見零件圖。
3.7 殼仁分離裝置
殼仁分離裝置分為兩個部分，一個是氣流通道，它的一端接風(fēng)機，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方?；ㄉ?jīng)過箱體內(nèi)的剝殼過程后，將由此裝置對其進(jìn)行殼仁分離，分離的基本原理是利用花生殼與花生仁的重量及受力面積的不同，用氣流對其進(jìn)行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到花生仁收集通道，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機吹來的氣流帶入到花生殼收集通道。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。
3.8機架
整個機架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到其它幾個部分的支承、定位、連接作用，并將電機安裝在機架里面。剝殼機安裝在機架上面，聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。
3.9附件
刮板式花生去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。 4 總結(jié)
本文是圍繞農(nóng)用機械產(chǎn)品——花生去殼機的設(shè)計，實現(xiàn)了花生剝殼的機械化，應(yīng)用本機器后，可使廣大農(nóng)民群眾大大節(jié)省勞動量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該機的關(guān)鍵部分是刮板結(jié)構(gòu)與半柵籠結(jié)構(gòu)，因為花生剝殼的整個過程都是由這兩部分完成的，剝出來的花生能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種花生剝殼原理及裝備，并對花生剝殼機械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。
本次設(shè)計是對我的四年的大學(xué)生活做出的總結(jié),同時為將來工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個良好的基礎(chǔ)。
從這次設(shè)計也可以看出一些問題:
1.心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅持冷靜獨立的解決問題
2.基本:認(rèn)真學(xué)好基本知識,扎實自己的基本知識,使面對問題時不會遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來越不想搞這設(shè)計,故應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基本知識,一步一步的來,不要急功近利!
3.樹立自己的良好形象,樂觀的面對生活,堅持自己的想法和意識
總的說來,雖然在這次設(shè)計中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績,但同時也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計的價值所在,以后的日子以后自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!
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22
目 錄
1 引言………………………………………………………………………………1
1.1課題提出的背景…………………………………………………………1
1.2花生脫殼機械的發(fā)展……………………………………………………1
1.3花生脫殼機械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀…………………………………………5
1.3.1目前花生脫殼機采用的脫殼原理………………………………5
1.3.2新型脫殼技術(shù)……………………………………………………6
1.3.3花生脫殼機械的工藝研究………………………………………7
1.3.4花生脫殼機械存在的問題………………………………………7
1.4花生脫殼機械研究重點…………………………………………………7
1.5花生脫殼機械應(yīng)用前景展望……………………………………………8
2 刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu)及工作原理…………………………………………10
2.1刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu)…………………………………………… 10
2.2工作原理……………………………………………………………… 11
3刮板式花生去殼機主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………12
3.1設(shè)計前各項參數(shù)的確定……………………………………………… 12
3.1.1刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定……………………………………… 12
3.1.2刮板所需功率計算…………………………………………… 12
3.1.3傳動方案擬定………………………………………………… 13
3.1.4電動機的選擇………………………………………………… 13
3.1.5傳動裝置的運動和參數(shù)計算………………………………… 14
3.2 V帶傳動…………………………………………………………………14
3.3 軸……………………………………………………………………… 16
3.4刮板結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 18
3.5半柵籠………………………………………………………………… 18
3.6箱體…………………………………………………………………… 19
3.7殼仁分離裝置………………………………………………………… 20
3.8機架…………………………………………………………………… 20
3.9附件…………………………………………………………………… 20
4總結(jié)………………………………………………………………………………21
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………22
1