花生去殼機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
花生脫殼機(jī)可以替代手工剝殼，極大地提高花生的脫殼效率。為此，針對(duì)目前花生脫殼機(jī)存在的機(jī)器性能不穩(wěn)定、適應(yīng)性差、通用性差和利用率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了刮板式花生脫殼機(jī)，計(jì)算了脫殼機(jī)轉(zhuǎn)軸部件的轉(zhuǎn)速和脫殼機(jī)的功率，采用皮帶傳動(dòng)，選用了電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)軸、凹板篩、料斗和箱體等零部件; 通過(guò)采用電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)和不同尺寸間隔的凹板篩提高了花生脫殼機(jī)的通用性，同時(shí)也提高了脫殼機(jī)的適應(yīng)性和利用率; 由于電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的控制器具有速度負(fù)反饋系統(tǒng)，可以使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變，從而提高了脫殼機(jī)運(yùn)行過(guò)程中性能的穩(wěn)定性; 刮板式脫殼機(jī)運(yùn)行中具有沖擊性，因此對(duì)轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了校核，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸部件結(jié)構(gòu)合理，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)軸部件的最小臨界轉(zhuǎn)速值。
關(guān)鍵詞: 花生脫殼機(jī); 脫殼原理; 脫殼機(jī)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(shè)計(jì)的刮板式花生脫殼機(jī)具備撞擊法、碾搓法、剪切法和擠壓法的特點(diǎn)，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(jī)主要由進(jìn)料斗、脫殼轉(zhuǎn)軸部件(包括刮板架和刮板) 、凹板篩、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)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(jī)
設(shè)備工作時(shí)，花生果由進(jìn)料斗進(jìn)入脫殼室，在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部件—刮板的反復(fù)打擊與碰撞，以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)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(zhuǎn)風(fēng)壓和打擊下穿過(guò)凹板篩，花生殼在下落時(shí)受到風(fēng)機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)
2.1 轉(zhuǎn)軸部件的半徑和轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)軸部件中刮板的旋轉(zhuǎn)速度必須確保能將花生殼通過(guò)打擊作用撞碎。文獻(xiàn)［6］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)花生與鋼板的相對(duì)速度在4～5m/ s 時(shí)，可以達(dá)到較好的破碎花生殼效果。根據(jù)此數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸部件的旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，如圖2 所示。花生下落的位置在轉(zhuǎn)軸部件R /2 到R之間，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小打擊半徑R /2 為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
圖 2 轉(zhuǎn)軸部件花生下落簡(jiǎn)圖
為了有較高的生產(chǎn)率，此處設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)的設(shè)備具有更廣泛的適用性，應(yīng)根據(jù)花生品種的不同調(diào)整轉(zhuǎn)軸部件的轉(zhuǎn)速。
由于刮板式脫殼機(jī)采用的主要脫殼原理是打擊和擠壓兩種方法，因此對(duì)刮板的強(qiáng)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(xiàn)［6］的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(diào)整和更換，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3 所示。
圖 3 轉(zhuǎn)軸部件三維圖
2.2 脫殼功率
由于脫殼是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部件—刮板的反復(fù)打擊與碰撞以及刮板與凹板篩共同作用產(chǎn)生的摩擦、碾搓、剪切和擠壓的作用下進(jìn)行的，因此脫殼功率不能夠簡(jiǎn)單地以刮板對(duì)花生產(chǎn)生的動(dòng)能來(lái)計(jì)算，空氣阻力和摩擦對(duì)脫殼功率的消耗非常顯著，進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)不能夠忽略，因此應(yīng)按以下公式進(jìn)行計(jì)算，即
( 2)
式中 Q —脫殼機(jī)的加工量( kg /h) ;
Rd—每脫1kg 物料所需的功( N·m/kg) ;
A —高速運(yùn)轉(zhuǎn)空氣阻力所消耗的功率系數(shù);
η—機(jī)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(shè)計(jì)要求取Q = 1 000kg /h;Rd根據(jù)文獻(xiàn)資料對(duì)比，取Rd = 300N·m/kg;取A=1.4; 取η =0.7; 取K = 2。代入式( 2) 計(jì)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(qū)動(dòng)電機(jī)
由于電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)具有在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻地、連續(xù)地?zé)o級(jí)調(diào)速，并能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在運(yùn)行中當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)時(shí)可通過(guò)控制器的速度負(fù)反饋系統(tǒng)使輸出轉(zhuǎn)速基本上保持不變的特點(diǎn)，所以選用電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，能夠提高設(shè)備的工作的穩(wěn)定性和通用性。選用YCT132－4B 型號(hào)的電磁調(diào)速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸部件進(jìn)行脫殼工作，其功率為1.55kW，額定轉(zhuǎn)矩為9.5 N·m，調(diào)速范圍為125～1400r /min。
2.4 傳動(dòng)方式
有兩種傳動(dòng)方案可供脫殼機(jī)選用: 一是皮帶傳動(dòng); 二是減速器傳動(dòng)。兩者都可以實(shí)現(xiàn)低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩的作用。第2 種傳動(dòng)方案可以使設(shè)備設(shè)計(jì)的更為緊湊，傳遞效率高，但是其價(jià)格相對(duì)較高，在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中，還應(yīng)該考慮設(shè)備的過(guò)載保護(hù)，因?yàn)楣伟迨矫摎C(jī)具有慣性沖擊作用，應(yīng)考慮通過(guò)料斗進(jìn)入小石塊等其它異物時(shí)的情況。綜合考慮各種情況，選用第一種皮帶傳動(dòng)的方案更為合理，可以有效保護(hù)運(yùn)行中的設(shè)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(fēng)吹時(shí)的受力面積不同，用氣流對(duì)其進(jìn)行分離，質(zhì)量大且受力面積小的花生仁不會(huì)被風(fēng)機(jī)吹來(lái)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(dòng)流出; 質(zhì)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(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示)，從而完成分離任務(wù)。
2.6轉(zhuǎn)軸部件臨界轉(zhuǎn)速的校核
由于轉(zhuǎn)軸部件是刮板式脫殼機(jī)的關(guān)鍵核心部件，其運(yùn)行的可靠性和平穩(wěn)性嚴(yán)重影響著脫殼機(jī)的性能，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行校核。由于轉(zhuǎn)軸部件比較復(fù)雜，所以采用有限元方法計(jì)算能夠更真實(shí)地反映出轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)軸部件的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算采用一維有限元模型，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4 所示。
圖 4 轉(zhuǎn)軸部件轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
該有限元模型綜合考慮了皮帶輪和刮板部件對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，臨界轉(zhuǎn)速值的計(jì)算結(jié)果為: 轉(zhuǎn)軸部件的一階正進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速為6479r/min 左右，其一階反進(jìn)動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速值最低，為1205r/min，由于設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸部件的工作轉(zhuǎn)速最高為382.2r /min，低于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸部件的最低臨界轉(zhuǎn)速，不會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。
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