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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
由于電磁調速電動機具有在規(guī)定的調速范圍內實現(xiàn)均勻地、連續(xù)地無級調速，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業(yè)的影響［J］.農機化研究,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.