一种板栗榛子自动脱蓬分选一体机的结构设计

薛传腾，刘 杰，钱海峰，王友艳，贾宜民，李君君

（山东英才学院机械与电气工程学院，山东 济南 250104）

板栗营养丰富，是现在很多人喜欢吃的一种食物，能加工很多种类的副食品，比如板栗糕、炒板栗、板栗罐头、板栗月饼等，也能将板栗作为一种食材加入到烹饪中。所以，现在有关板栗加工的行业也越来越多。很多种植板栗地方发展了旅游业，对于板栗加工食品的消费市场需求也在扩大[1]。但存在的问题是板栗毛壳非常坚韧，脱蓬有很大的困难。传统的方法采用人工脱蓬，劳动强度大、生产效率低且人工加工时，手容易受伤，在一定方面制约着板栗的生产[2]。现在市场上已有的板栗脱蓬机，价格相对较高，脱蓬破坏率较高，且功能单一，即只能进行脱蓬操作，因此，设计了一种板栗榛子自动脱蓬分选一体机，该设计主要针对板栗、榛子等的脱蓬和分选。

1 总体方案确定

该一体机的结构主要是由辊轮、震动筛、鼓风机、电机、连杆机构等五大部分组成，其结构如图1所示。

该一体机的工作原理是：采摘后的带刺板栗苞从进料口放入，辊轮和栅栏构成挤压破碎机构，板栗苞或榛子苞经过辊轮打击作用和栅栏的摩擦作用被挤压开，内部的板栗坚果和被挤碎的板栗带刺外壳透过带孔的栅栏落到筛网上。震动筛倾斜一定的角度，通过连杆机构往复运动实现震动筛的震动，在震动的作用下板栗坚果从出料口掉落出来。而重量较轻面积较大的带刺外壳会被留在筛网上，当被震动到筛网底部时，由下部的鼓风机将其吹离筛网[3]，这样就完成了板栗的一次脱蓬。脱蓬后按照大小通过分选装置进行分选。

2 关键零部件设计

2.1 电机确定

通过查阅资料，当辊轮转速在时，脱蓬机脱蓬效率会达到最高，板栗坚果的破碎率最低[4]。因此，选取辊轮的转动速度为1 420 r/min，所需要分配的功率为1.5 kW。震动筛的震动频率为15 Hz、震动筛带轮速度为900 r/min，对应功率为0.29 kW。

鼓风机的功率：当风机转速，流量、额定压力，所以在这些参数下的鼓风机吹出来的风力能满足板栗坚果和毛壳分离的要求。

式中：鼓风机的有效功率与内功率之比是η0=0.8；机械的输出功与输入功的百分比是η1=0.92；总功率为P=1.5+0.28+0.38=2.17 kW；最后选用Y100L1-4电机，其技术参数如表1所示：

表1 电动机技术参数Tab.1 Motor parameters

2.2 辊轮结构设计

辊轮是完成板栗毛蓬破碎的关键部件之一，用来将板栗带刺外壳挤压破碎，因此辊轮结构直接影响了板栗破碎的程度。辊轮构造如图2所示。

在满足打击力和强度要求的前提下，考虑到节约材料，减轻机器重量，降低电机负荷，把辊轮设计为空心结构。选取辊轮直径300 mm，长584 mm，该尺寸经过验算比较合理。辊轮外面的打钉直径定为20 mm，长67.5 mm，焊接到辊轮上，为了使打击力适中并降低板栗破损率，将打钉底端做为球面，并在打钉外面添加软橡胶套。

现在市场上在售的脱蓬机空心辊轮的内部大多数都没有支撑的机构，这样的结构在使用一段时间后会变形甚至破坏。为了解决这一问题，本设计将6根支架置于辊轮内部，同辊轮内部的内壁焊接在一起，而支架的两端与主轴焊接。

2.3 震动筛的设计

震动筛机构也是该设计的重要构件之一，主要通过震动筛倾斜角度和往复运动将挤碎的外壳与板栗坚果分离开。因此，震动筛的结构对于板栗分离也起到重要作用。震动筛机构如图3所示。

震动筛的工作原理：在挤压机构中，板栗苞被挤开，比较轻和较大的板栗外壳会留在筛网上，而板栗坚果和一些小块毛壳、壳刺会掉落到震动筛中，震动筛轴的转动和连杆机构的运动均由皮带带动[5]，在连杆机构的运动下震动筛的筛网和筛盘会做往复运动，并且筛盘具有一定的倾斜度，筛盘的坚果和筛网的毛壳都会被传到筛口，从而达到了板栗坚果和毛壳分离和传送的效果。根据筛网网眼直径不同，筛网由3部分组成，如图3所示。筛网网眼直径为2.0 cm，用于筛选平均直径≤2.0 cm的板栗、榛子等小尺寸的坚果；中间部分网眼直径2.5 cm，用于筛选直径在2.1～2.5 cm的板栗坚果；最后部分直径为3.5 cm，用于筛选直径大于2.5 cm的板栗坚果。分级筛选后的坚果通过3个出口进行出料，从而达到筛选分级的目的。

2.4 箱体的设计

设计使用的箱体是由箱座、箱盖、进料斗、栅栏组成，安装在脱蓬机的支架上。两端使用了M8#六角头螺栓来固定，保证了支架和箱体的稳定。在箱盖上安装一个进料斗。上箱盖和下箱座的长度为600 mm，直径500 mm。在上箱盖和下箱座的两端都设有一个50 mm通孔。箱体结构如图4所示。

箱座与栅栏采用焊接连接，长度为578 mm，直径16 mm，选用螺纹钢，螺纹钢的表面有螺纹，这就会让栅栏和板栗苞之间的摩擦力增大，为了能够让已经去掉毛壳的板栗坚果掉落到震动筛上，以及没有完成脱蓬的板栗继续进行脱蓬，设置栅栏的间距为30 mm。

3 结论

板栗好吃，但是板栗脱蓬却很是麻烦，特别是在工业化发展的今天，要对板栗等坚果进行机械加工，就必须生产出能很好完成脱蓬任务且工作效率高的机械来代替人工去脱蓬，减轻劳动强度和提高生产效率。同时脱蓬完成后，为了便于分级筛选，分级售卖，同样需要利用机械筛选来减轻筛选工作的劳动强度、提高筛选效率。因此，研究和设计脱蓬分选一体机，用现代化的机械作业来代替以前的传统手工脱蓬的操作，减轻农民的劳动强度，提升脱蓬的工作效率，具有重要的意义。

（1）电机通过传动装置驱动主动辊，板栗壳（榛子壳）在主动辊的凸起物和半圆筛的机械作用下破开，再通过震动筛选、风选把板栗（榛子）与外壳分离。

（2）通过调节半圆筛上的条形孔间隙可给不同大小的板栗、榛子脱壳。

（3）采用风机加长筛，又能筛选，又能风选，改造后的机器，作业后果实与果皮分离无杂质、果实洁净。

（4）通过不同直径网眼的筛网进行筛选，然后分别从对应出口输送出板栗坚果，达到分级筛选的目的。