一种手摇式花生脱壳机的研制

薛春娥 章小红

[摘 要]针对花生脱壳的现状，研制了一种手摇式花生脱壳机，介绍了整机的主要结构组成和工作原理，并对脱壳装置、鼓风装置、振动筛选装置等主要功能部件的设计进行了分析说明。

[关键词]花生;脱壳;手摇式

[中图分类号]TS04 [文献标识码]A

花生，也称“长生果”，在我国的栽培历史悠久，因其维生素B1、B2、E、K的含量丰富，对降低胆固醇，防治动脉硬化、高血压和心脏病，增强记忆力，抗老化，止血等有一定功效，备受全国人民喜爱。在进行花生制品的加工时，首先要脱壳，此过程不能破坏花生仁的外表面，更不能压碎花生仁，因此，花生的脱壳在花生加工中起着非常重要的作用。

目前，国内外有大量关于花生剥壳机的研究，从剥壳原理上讲，主要有挤压式、打击揉搓式、挤压揉搓式、气爆式等。揉搓式剥壳机利用滚筒-凹板筛结构，花生果在剥壳滚筒转动作用下，受到反复搓擦，使外壳破裂，从凹板栅条的间隙中挤出花生仁，达到剥壳的目的。挤压式花生剥壳机采用橡胶滚筒与橡胶板挤压使花生仁脱壳，脱壳率高，破损率小，加工成本低。

从花生剥壳的动力来讲，主要有手工剥壳和电动脱壳。手工剥壳费时费力，效率低下;电动脱壳设备机组通常体积较大，价格昂贵，仅适用于加工厂大批量的花生加工，对于广大的散户花生种植家庭而言，搬运不便，不适合室外作业，性价比不高，因此大量花生种植户很难享受技术进步带来的实惠。本文介绍一种简易的手摇式花生脱壳机，其结构简单、外形小巧、操作便利，适合家用及出行携带。

1 总体结构及工作原理

1.1 总体结构组成

该手摇式花生脱壳机由把手、脱壳装置、鼓风装置、振动筛和机架等组成，如图1所示。脱壳装置安装在机架顶部，由转轴3和壳体4组成，壳体固定在机架上，截面呈U形，两端封闭，侧壁由平行于转轴3的格栅组成，花生由此加入;转轴3与把手1固连，位于壳体内轴段部分安装有平行于该轴且沿圆周阵列的压板，如图2所示。手摇式鼓风装置安装在脱壳装置的侧下方，由把手通过一对圆柱齿轮和行星轮系传动增速，向脱壳装置下部提供风力，便于花生壳和花生仁的分离。振动筛安装在脱壳装置和鼓风装置的下方，包括矩形筛网8、固定轴7和驱动轴16，驱动轴16的运动由中间齿轮轴12通过六杆机构将转动转换成摆动获得。

1.2 主要技术参数

要求整机的最大外形尺寸不超过通常的家用微波炉尺寸，重量轻巧;花生剥壳效率不低于80kg/h，脱壳率96%以上，花生仁的破损率低于4%。

1.3 工作原理

花生投入壳体内，动力由把手1输入，通过传动装置把运动和动力分别输送至脱壳装置、鼓风装置和振动筛：转轴3与把手1通过固定连接随把手一起转动，转轴3上的压板与壳体格栅间歇作用，将花生外壳碾碎，花生壳和花生仁从壳体底部隔栅掉落;转轴3通过一对大小圆柱齿轮传动带动中间齿轮轴12增速转动，该轴又与行星轮系杆固连，通过行星轮系，较大倍率增速后由小太阳轮带动鼓风机主轴旋转，鼓风装置提供风力将从脱壳装置中落下的花生壳吹出，花生仁由于密度较大落入下面的振动筛上;中间齿轮轴12通过六杆机构使驱动轴16获得上下摆动，进而带动筛网振动，落在筛网上的花生仁通过筛网的格栅落入放在筛网下的收取装置中。

2 主要工作部件的设计

2.1 壳体设计

壳体与机架固连，花生进入殼体之后，是通过壳体侧壁格栅与转轴压板之间摩擦挤压作用，使花生脱壳的，然后花生仁和花生壳一起从壳体格栅间隙中掉落，设计时，壳体格栅间隙要合理，过大的间隙会让花生未经挤压破碎就完好掉落，过小的间隙又会让花生脱壳后仍然无法从格栅间隙中掉落，导致多次碾压破坏花生仁。

2.2 鼓风机传动部分设计

根据人机工程原理，设定手摇的转速为60r/min，鼓风机速度为1800r/min，因此，风机主轴与手摇把手之间的转动比为30，依此设计鼓风机的传动机构。该传动部分为一对定轴齿轮和一组行星轮系构成的复合轮系，传动比的分配如下：定轴轮系传动比为3，行星轮系为10。

定轴轮系设计。选用直齿圆柱齿轮，取模数m=2，大圆柱齿轮2的齿数取90，与之啮合的小齿轮2的齿数取30。

行星轮系设计。小太阳轮的齿数Zm=11，固定大太阳轮（内齿轮）的齿数Zn=99，则由行星轮系的传动比 得总传动比

2.3 振动筛的传动设计

为了得到往复摇摆的振动，设计如图3所示的六杆机构，机构运动简图中的构件代号与图1的总体结构图一致，该六杆机构自由度为1，主动件为构件18，从动件为构件14。可看成两组四杆机构的串联组合，即构件18（主动）、17、13（从动）、机架组成的平行四边件双曲柄机构与构件13（主动）、15、14（从动）、机架组成的曲柄摇杆机构串联。构件15、14铰接于轴16上，振动筛的驱动轴16由此获得摆动动作。

曲柄摇杆机构的设计：取行程速比系数K=1.1，摇杆摆角，曲柄的极位夹角，取曲柄长度为LCD=15mm， 据此可算出各杆相对长度：LCE=48mm，LEF=88.7mm， LDF=90.36mm。

经验算，最小传动角γmin=58°≥40°～50°，所设计的机构传动性能良好。

双曲柄（平行四边形）机构的设计：已知曲柄长度LAB=LCD= 15mm，根据其他部件装配关系连杆长度LBC=123mm。

2.4 振动筛板的设计

振动筛板的作用是将脱壳后的花生壳和花生仁筛选分开，筛板上设计了两根轴，一根是筛板的驱动轴16，另一根是筛板的旋转轴，筛板在驱动轴的带动下做上下圆弧摆动，摆动幅度15mm，为了使花生仁能更好地掉落，将筛板倾斜一定的角度，与水平夹角呈5度，筛板上有20根直径为2mm的钢筋，每两根之间的距离是8mm。

3 样机制作

按照设计图纸制造出了相关零部件，装配得到整台样机，如图4所示。最大外形尺寸480（长）*310（宽）*347（高） mm，整机质量23kg。体积小巧，无需电源，适合家用和出行携带。经初步样机的试验，剥壳效果良好，剥壳率达到97%，花生仁的破损率小于3%。

4 结论

该花生剥壳机利用手摇式的人工动力，通过齿轮轮系和连杆机构来实现动力的传动和分配，使得剥壳、振动筛选和壳仁分离等功能的动力都源于手柄，无需电源，仅转动把手就能实现剥壳、筛选和分离等功能，结构简单，操作和维护方便。在该机构的结构和原理基础上，稍加改进就可应用于其他壳类果子的剥壳，易于推广应用。

[参考文献]

[1] 张怡.中国花生生产布局变动解析[J].中国农村经济，2014（11）.

[2] 杨明轩.挤压式花生剥壳机的技术改造[J].机械，2017（09）.