薛傳騰，劉 杰，錢(qián)海峰，王友艷，賈宜民，李君君

（山東英才學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104）

板栗營(yíng)養(yǎng)豐富，是現(xiàn)在很多人喜歡吃的一種食物，能加工很多種類(lèi)的副食品，比如板栗糕、炒板栗、板栗罐頭、板栗月餅等，也能將板栗作為一種食材加入到烹飪中。所以，現(xiàn)在有關(guān)板栗加工的行業(yè)也越來(lái)越多。很多種植板栗地方發(fā)展了旅游業(yè)，對(duì)于板栗加工食品的消費(fèi)市場(chǎng)需求也在擴(kuò)大[1]。但存在的問(wèn)題是板栗毛殼非常堅(jiān)韌，脫蓬有很大的困難。傳統(tǒng)的方法采用人工脫蓬，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低且人工加工時(shí)，手容易受傷，在一定方面制約著板栗的生產(chǎn)[2]?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已有的板栗脫蓬機(jī)，價(jià)格相對(duì)較高，脫蓬破壞率較高，且功能單一，即只能進(jìn)行脫蓬操作，因此，設(shè)計(jì)了一種板栗榛子自動(dòng)脫蓬分選一體機(jī)，該設(shè)計(jì)主要針對(duì)板栗、榛子等的脫蓬和分選。

1 總體方案確定

該一體機(jī)的結(jié)構(gòu)主要是由輥輪、震動(dòng)篩、鼓風(fēng)機(jī)、電機(jī)、連桿機(jī)構(gòu)等五大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該一體機(jī)的工作原理是：采摘后的帶刺板栗苞從進(jìn)料口放入，輥輪和柵欄構(gòu)成擠壓破碎機(jī)構(gòu)，板栗苞或榛子苞經(jīng)過(guò)輥輪打擊作用和柵欄的摩擦作用被擠壓開(kāi)，內(nèi)部的板栗堅(jiān)果和被擠碎的板栗帶刺外殼透過(guò)帶孔的柵欄落到篩網(wǎng)上。震動(dòng)篩傾斜一定的角度，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)震動(dòng)篩的震動(dòng)，在震動(dòng)的作用下板栗堅(jiān)果從出料口掉落出來(lái)。而重量較輕面積較大的帶刺外殼會(huì)被留在篩網(wǎng)上，當(dāng)被震動(dòng)到篩網(wǎng)底部時(shí)，由下部的鼓風(fēng)機(jī)將其吹離篩網(wǎng)[3]，這樣就完成了板栗的一次脫蓬。脫蓬后按照大小通過(guò)分選裝置進(jìn)行分選。

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)確定

通過(guò)查閱資料，當(dāng)輥輪轉(zhuǎn)速在時(shí)，脫蓬機(jī)脫蓬效率會(huì)達(dá)到最高，板栗堅(jiān)果的破碎率最低[4]。因此，選取輥輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為1 420 r/min，所需要分配的功率為1.5 kW。震動(dòng)篩的震動(dòng)頻率為15 Hz、震動(dòng)篩帶輪速度為900 r/min，對(duì)應(yīng)功率為0.29 kW。

鼓風(fēng)機(jī)的功率：當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，流量、額定壓力，所以在這些參數(shù)下的鼓風(fēng)機(jī)吹出來(lái)的風(fēng)力能滿(mǎn)足板栗堅(jiān)果和毛殼分離的要求。

式中：鼓風(fēng)機(jī)的有效功率與內(nèi)功率之比是η0=0.8；機(jī)械的輸出功與輸入功的百分比是η1=0.92；總功率為P=1.5+0.28+0.38=2.17 kW；最后選用Y100L1-4電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)Tab.1 Motor parameters

2.2 輥輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輥輪是完成板栗毛蓬破碎的關(guān)鍵部件之一，用來(lái)將板栗帶刺外殼擠壓破碎，因此輥輪結(jié)構(gòu)直接影響了板栗破碎的程度。輥輪構(gòu)造如圖2所示。

在滿(mǎn)足打擊力和強(qiáng)度要求的前提下，考慮到節(jié)約材料，減輕機(jī)器重量，降低電機(jī)負(fù)荷，把輥輪設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)。選取輥輪直徑300 mm，長(zhǎng)584 mm，該尺寸經(jīng)過(guò)驗(yàn)算比較合理。輥輪外面的打釘直徑定為20 mm，長(zhǎng)67.5 mm，焊接到輥輪上，為了使打擊力適中并降低板栗破損率，將打釘?shù)锥俗鰹榍蛎?，并在打釘外面添加軟橡膠套。

現(xiàn)在市場(chǎng)上在售的脫蓬機(jī)空心輥輪的內(nèi)部大多數(shù)都沒(méi)有支撐的機(jī)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)在使用一段時(shí)間后會(huì)變形甚至破壞。為了解決這一問(wèn)題，本設(shè)計(jì)將6根支架置于輥輪內(nèi)部，同輥輪內(nèi)部的內(nèi)壁焊接在一起，而支架的兩端與主軸焊接。

2.3 震動(dòng)篩的設(shè)計(jì)

震動(dòng)篩機(jī)構(gòu)也是該設(shè)計(jì)的重要構(gòu)件之一，主要通過(guò)震動(dòng)篩傾斜角度和往復(fù)運(yùn)動(dòng)將擠碎的外殼與板栗堅(jiān)果分離開(kāi)。因此，震動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)對(duì)于板栗分離也起到重要作用。震動(dòng)篩機(jī)構(gòu)如圖3所示。

震動(dòng)篩的工作原理：在擠壓機(jī)構(gòu)中，板栗苞被擠開(kāi)，比較輕和較大的板栗外殼會(huì)留在篩網(wǎng)上，而板栗堅(jiān)果和一些小塊毛殼、殼刺會(huì)掉落到震動(dòng)篩中，震動(dòng)篩軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)均由皮帶帶動(dòng)[5]，在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)下震動(dòng)篩的篩網(wǎng)和篩盤(pán)會(huì)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且篩盤(pán)具有一定的傾斜度，篩盤(pán)的堅(jiān)果和篩網(wǎng)的毛殼都會(huì)被傳到篩口，從而達(dá)到了板栗堅(jiān)果和毛殼分離和傳送的效果。根據(jù)篩網(wǎng)網(wǎng)眼直徑不同，篩網(wǎng)由3部分組成，如圖3所示。篩網(wǎng)網(wǎng)眼直徑為2.0 cm，用于篩選平均直徑≤2.0 cm的板栗、榛子等小尺寸的堅(jiān)果；中間部分網(wǎng)眼直徑2.5 cm，用于篩選直徑在2.1～2.5 cm的板栗堅(jiān)果；最后部分直徑為3.5 cm，用于篩選直徑大于2.5 cm的板栗堅(jiān)果。分級(jí)篩選后的堅(jiān)果通過(guò)3個(gè)出口進(jìn)行出料，從而達(dá)到篩選分級(jí)的目的。

2.4 箱體的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)使用的箱體是由箱座、箱蓋、進(jìn)料斗、柵欄組成，安裝在脫蓬機(jī)的支架上。兩端使用了M8#六角頭螺栓來(lái)固定，保證了支架和箱體的穩(wěn)定。在箱蓋上安裝一個(gè)進(jìn)料斗。上箱蓋和下箱座的長(zhǎng)度為600 mm，直徑500 mm。在上箱蓋和下箱座的兩端都設(shè)有一個(gè)50 mm通孔。箱體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

箱座與柵欄采用焊接連接，長(zhǎng)度為578 mm，直徑16 mm，選用螺紋鋼，螺紋鋼的表面有螺紋，這就會(huì)讓柵欄和板栗苞之間的摩擦力增大，為了能夠讓已經(jīng)去掉毛殼的板栗堅(jiān)果掉落到震動(dòng)篩上，以及沒(méi)有完成脫蓬的板栗繼續(xù)進(jìn)行脫蓬，設(shè)置柵欄的間距為30 mm。

3 結(jié)論

板栗好吃，但是板栗脫蓬卻很是麻煩，特別是在工業(yè)化發(fā)展的今天，要對(duì)板栗等堅(jiān)果進(jìn)行機(jī)械加工，就必須生產(chǎn)出能很好完成脫蓬任務(wù)且工作效率高的機(jī)械來(lái)代替人工去脫蓬，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。同時(shí)脫蓬完成后，為了便于分級(jí)篩選，分級(jí)售賣(mài)，同樣需要利用機(jī)械篩選來(lái)減輕篩選工作的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高篩選效率。因此，研究和設(shè)計(jì)脫蓬分選一體機(jī)，用現(xiàn)代化的機(jī)械作業(yè)來(lái)代替以前的傳統(tǒng)手工脫蓬的操作，減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升脫蓬的工作效率，具有重要的意義。

（1）電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輥，板栗殼（榛子殼）在主動(dòng)輥的凸起物和半圓篩的機(jī)械作用下破開(kāi)，再通過(guò)震動(dòng)篩選、風(fēng)選把板栗（榛子）與外殼分離。

（2）通過(guò)調(diào)節(jié)半圓篩上的條形孔間隙可給不同大小的板栗、榛子脫殼。

（3）采用風(fēng)機(jī)加長(zhǎng)篩，又能篩選，又能風(fēng)選，改造后的機(jī)器，作業(yè)后果實(shí)與果皮分離無(wú)雜質(zhì)、果實(shí)潔凈。

（4）通過(guò)不同直徑網(wǎng)眼的篩網(wǎng)進(jìn)行篩選，然后分別從對(duì)應(yīng)出口輸送出板栗堅(jiān)果，達(dá)到分級(jí)篩選的目的。