改良型多功能脱壳机系统结构设计

□任 杰 熊 魁 龚贵军 许志金 徐海东

一、引言

脱壳是坚果加工和食用前的必经工序，但是我国现有脱壳设备制造质量和作业性能参差不齐,脱壳机械在技术性能和作业环节上存在以下问题:一是坚果脱壳作业分散于农户,不能进行规模化脱壳。二是脱壳效率低。三是通用性差,利用率低，只能对单种果实进行脱壳。本文对现有的坚果脱壳机进行改良，通过增加螺旋进给机构并对轴进行增加向日葵脱盘的附属机构使其达到一机多用的目的。

(一)整体结构设计。

图1 整机示意图(1)坚果入料口(2)脱壳机构带轮(3)脱壳机构传动轴(4)风机带轮(5)风机转动轴(6)电机带轮(8)向日葵脱盘筛网(9)向日葵夹紧拉杆(10)夹紧装置弹簧(11)夹紧挡板(12)坚果脱壳筛网(13)坚果脱壳机构(14)螺旋进给机构(15)风机(16)支架箱体(17)果壳分离仓(18)尾部弹簧支持挡板(19)向日葵进料口(20)向日葵托盘锥盘

果实从进料仓进入螺旋进给机构产生离心力促使进入脱壳仓的果实做抛物运动，转子正常转动，果实即与旋转的脱壳机构的叶片发生碰撞，在高速转动的叶片和果实的反复碰撞和摩擦作用下，果实产生分离变量，得到分离开来的坚果果仁以及果壳。利用筛网的结构特征，对果实进行筛选，成果破壳的果壳和果仁可通过筛网进入下一道工序，而未被破碎的果实则留在脱壳仓内继续加工。被分离的果实和果壳将通过筛网下落到下方的果壳分离舱中，风箱15中设有风机，被破碎的果壳杂物被风箱中出来的风从杂物出口处吹出，而质量较重的果实则直接落入果实出料槽中，从果实出料槽的另一端落下得以收集。

脱壳机传动轴将动力传递到其另一端的向日葵脱盘锥盘上。夹紧挡板不能转动，在夹紧装置弹簧的压力下，夹紧挡板与向日葵果盘紧密接触，夹紧挡板表面上的凸起结构限制了向日葵果盘转动，而向日葵脱盘锥盘则在脱壳机传动轴的带动下快速旋转，锥盘表面上的凸起结构与向日葵之间发生相对转动、不断摩擦、碰撞而从果盘脱落，从而实现向日葵的脱壳。脱落的果实通过向日葵脱盘筛网的筛孔，落到下方被收集，向日葵果盘不易破碎，在脱壳完成后关闭电机，待机器停止工作，再拉动向日葵夹紧拉杆，将完成脱壳的向日葵果盘取出，即完成一个向日葵的脱壳过程。

本文设计要点：第一，本产品新增一个螺旋传给系统，通过这个系统加入的物料获得一个横向的离心力，而获得的离心力将使得坚果能够充满打击轴腔体，使得打击效率增加，同时在螺旋进行系统中可以直观地控制加入的物料的加工速度。第二，本产品增加一个葵花盘加工机构，可以同时进行坚果脱壳和向日葵胎盘工作，使得产品功能性增加，将两台机器的作用合在一起，大大降低了生产成本。

二、关键部件的设计

(一)螺旋进给装置。螺旋传动作为机械传动的重要组成部分，具有结构简单、工作平稳可靠、对环境的适应能力强等诸多优点而广泛应用于各种机械设备中，尤其在成型设备及上料机等行业中具有独特的优势。现在运用在坚果脱壳机中，使得坚果脱壳机通过这个系统加入的物料获得一个横向的离心力，而获得的离心力将使得坚果能够充满打击轴腔体，使得打击效率增加。再加入大批量物料的情况下，依然能够匀速输送物料，使得在加工过程中大大减少了多次人工进料的复杂性，使得加工过程简单化。

多功能脱壳机生产率为Q=300kg/h，螺旋输送器的转速为300r/min。

式中：K—物料综合特性系数取K=0.0645

Q—螺旋输送器输送量(t/h)取Q=0.3t/h

Y—物料的单位容积质量(t/m3)取y=0.3

C—倾斜输送系数取C=1

φ—充满系数取φ=0.2

则D=125mm

考虑其安装尺寸和标准螺旋直径取D=160mm。

螺旋输送器倾斜角度β与修正系数C的关系如如表1所示。

表1

(二)螺距t。由于螺旋输送器采用水平放置式，所以有：

t=(0.8～1.0)D=128mm

(三)脱壳装置。螺旋进给机构的出口与脱壳装置进口相连接，物料获得由螺旋转动产生的离心力，使得物料向打击仓溅射。物料充满打击仓，打击效率大大提高。

支撑架是由四根空心杆件焊接在旋转轴的四周，长度为435mm，在两端焊接上两根厚度为5m的铁条，铁条一端有一小孔，用来固定螺旋打杆，材料选用45号碳钢，调质处理，渗碳深度为1.5mm。

螺旋打杆的直径采用20mm，长度为430mm的实心打杆，表面设计为三角形螺旋线，两端设计成筋条形式，装夹在支撑架上，筋条上有两个小孔，起固定螺旋打杆作用。

(四)向日葵脱盘装置。向日葵果盘分为三个区域，边缘区域和中间区域的籽粒均按螺旋叶序模型排列，中心区域籽粒排列紧实不规则，且多干瘪，而且花盘多为圆形，少部分有弯曲，根据花盘形状，特设计出了葵花锥盘进行脱壳。

这种脱盘方式为挤搓式脱盘，因为锥盘功能特性，葵花籽的外壳是一种介于晶体与非晶体之间的非有序晶体结构，纵向纤维通过紧密排列形成壳体，纵向排列的纤维使壳体有很强的弹塑性，有较强抗压特性，顶部与底部的纤维组织排列不均匀，抗压强度较低，受载易破裂，特设计出如图的锥盘，模仿人手指的形状，通过挤搓式达到脱盘效果，且不会轻易损坏葵花籽粒，更主要是该盘的转动轴与花生脱粒轴为同一根轴，实现了一轴多用，一机多用的功能。

锥齿采用仿生学，仿人手指的结构。锥齿上端弯曲且窄，中部弯曲大，下端平整且宽。这种结构特征有利于锥齿插入籽粒间隙，扩大间缝，能达到低损伤脱离的效果。