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摘要:新鮮毛豆剝殼機(jī)設(shè)計(jì)的目的是解放勞動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)新鮮毛豆的批量剝殼,安全操作,降低成本并提高毛豆的生產(chǎn)效率。課題組闡述了新型毛豆剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)思路與參數(shù)要求,設(shè)計(jì)了毛豆剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu),分析了毛豆剝殼機(jī)的工作原理。主要功能是通過機(jī)械化加工將毛豆殼與豆子進(jìn)行剝離,并且對(duì)壞豆、蟲咬豆等進(jìn)行一定程度上的篩選分離。仿真結(jié)果表明,該新型新鮮毛豆剝殼機(jī)解決了傳統(tǒng)豆類剝殼機(jī)剝殼效率低、機(jī)械化程度低、需要人工實(shí)時(shí)干預(yù)、剝殼后的毛豆良品率低并且廢料處理不到位等問題,且操作安全,降低了剝殼成本。
關(guān)鍵詞:毛豆;剝殼機(jī);篩選;效率
1同類機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r
目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)的毛豆剝殼機(jī)的工作原理大致是:人工投放毛豆,用手把料鋪平,然后再保證毛豆整齊進(jìn)入剝殼區(qū)。如果料不整齊則需要人工進(jìn)行調(diào)整,最后毛豆被分離成毛豆殼和毛豆粒兩部分[1]。存在的缺陷是分離優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆做得并不完善,進(jìn)料部分都是人工調(diào)整,卡料的情況時(shí)常出現(xiàn)[2-3],嚴(yán)重耗費(fèi)了人力資源,并且毛豆殼沒有專門的回收倉(cāng)回收,造成了浪費(fèi)[4]。
2新型毛豆剝殼機(jī)設(shè)計(jì)思路與參數(shù)要求
2.1設(shè)計(jì)思路
設(shè)計(jì)一臺(tái)新鮮毛豆剝殼機(jī),要求能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能是可以自動(dòng)地剝掉毛豆殼[5-6],然后對(duì)毛豆粒進(jìn)行一定程度的篩選,得到較好的新鮮毛豆粒[7-8]。并且還能滿足大批量生產(chǎn)的需要,不需要人工給毛豆剝殼[9]。既要求把若干數(shù)量的毛豆放入該設(shè)備內(nèi),就能得到新鮮、品質(zhì)優(yōu)良的毛豆粒,還要求該設(shè)備能在一定程度上保持地面的干凈和整潔[10-13]。本設(shè)計(jì)是新鮮毛豆剝殼機(jī)械,它的作用是實(shí)現(xiàn)新鮮毛豆的投料、剝殼以及豆粒篩選。投料部分是由離心振動(dòng)器給料槽與進(jìn)料導(dǎo)軌提供離心振動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)毛豆以長(zhǎng)條扁狀進(jìn)入軋輥的目的。再由于軋輥間隙只有毛豆殼能過而毛豆粒不能過,通過負(fù)壓氣體吸住毛豆殼,實(shí)現(xiàn)毛豆殼與毛豆粒的分離。最后由離心振動(dòng)器為斜坡出料軌道提供振動(dòng)力,使一體的三層斜坡軌道能根據(jù)不同的孔徑大小分別實(shí)現(xiàn)毛豆殼、新鮮毛豆、壞豆和蟲咬豆的分離。同時(shí)還用滾筒式的篩子來對(duì)優(yōu)質(zhì)毛豆粒與壞豆、蟲咬豆等進(jìn)行更加細(xì)致的分離,最后毛豆殼、蟲咬豆、壞豆被分離到相應(yīng)的箱子中,而優(yōu)質(zhì)毛豆粒則從最終的出料口流出,設(shè)備操作人員用任意容器收集即可,全部操作結(jié)束。
2.2參數(shù)要求
1)剝殼速度:設(shè)毛豆長(zhǎng)為50mm~60mm,剝一次毛豆時(shí)長(zhǎng)為4.5s。2)剝毛豆殼成功率穩(wěn)定在90%以上,毛豆破損率要小。3)在篩選機(jī)構(gòu)能對(duì)毛豆進(jìn)行大致的篩選,區(qū)分好毛豆殼、毛豆粒、蟲咬豆和壞豆。
3新型新鮮毛豆剝殼機(jī)功能分析框圖
新型新鮮毛豆剝殼機(jī)關(guān)鍵功能主要有投料機(jī)構(gòu)的定位和喂料傳送、剝殼機(jī)構(gòu)的剝殼、篩選機(jī)構(gòu)的篩選和出料滑軌的傳送等。其總功能及子功能的分析框圖如圖1所示。
4新型新鮮毛豆剝殼機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
依照設(shè)計(jì)的要求,新鮮毛豆剝殼機(jī)大致分五大模塊,由電機(jī)、喂料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)、篩選機(jī)構(gòu)以及機(jī)架組成。所設(shè)計(jì)的功能是由喂料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)、篩選機(jī)構(gòu)共同發(fā)揮作用來實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
5新型新鮮毛豆剝殼機(jī)工作原理
新型新鮮毛豆剝殼機(jī)運(yùn)作的流程可以依次描述為:1)電機(jī)、振動(dòng)器通電,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。使兩個(gè)喂料機(jī)構(gòu)的振動(dòng)器、篩選機(jī)構(gòu)的振動(dòng)器、大電機(jī)和小電機(jī)依次通電,負(fù)壓氣腔通過外圍設(shè)備通入負(fù)壓氣體,用手抓大概20個(gè)毛豆丟入喂料箱中,也可以用手給毛豆定位大概以長(zhǎng)條扁形的姿態(tài)直接放入喂料定位滑軌。2)軋輥剝殼。毛豆通過喂料定位滑軌的大概定位后,以長(zhǎng)條扁形的姿態(tài),前端無豆粒較薄的外殼先進(jìn)入軋輥。由于軋輥間隙(經(jīng)過驗(yàn)證,間隙大概為0.2cm)只有毛豆殼能進(jìn)入,此時(shí)由灰鑄鐵定子轉(zhuǎn)軸通入的負(fù)壓氣流剛好吸住毛豆殼并將毛豆殼卷入后面的毛豆軋輥,進(jìn)入毛豆殼箱,毛豆粒則因?yàn)轶w積較大無法通過軋輥間隙從而被擠出毛豆殼,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了毛豆的剝殼。3)剝殼后初步篩選以及廢料回收。剝殼后的毛豆粒可能還摻雜著些許毛豆殼、壓碎的毛豆粒、蟲咬豆和壞豆,它們共同進(jìn)入了篩選機(jī)構(gòu)。先是進(jìn)入毛豆殼篩,因?yàn)檎駝?dòng)器提供的激振力,它們會(huì)沿斜坡向下移動(dòng)。與此同時(shí),由于斜坡上有大于毛豆粒最大直徑的孔,毛豆粒以及蟲咬豆、壞豆、壓碎的豆等都會(huì)下去,進(jìn)入毛豆粒篩。而毛豆殼因?yàn)檫^長(zhǎng),所以被卡在毛豆殼篩上方,在篩選裝置激振力的作用下沿著毛豆殼篩滑下,進(jìn)入毛豆殼箱。4)振動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)和滾筒篩對(duì)毛豆粒進(jìn)行深度篩選。在經(jīng)初步篩選后的毛豆粒、蟲咬豆、壞豆同時(shí)進(jìn)到毛豆粒篩的情況下,它們也會(huì)在振動(dòng)器提供的激振力下沿著有斜度的毛豆粒篩向下移動(dòng),但毛豆粒篩上有很多小于毛豆粒最小直徑的孔,正常毛豆粒無法通過,但一些蟲咬豆、壞豆因?yàn)榘l(fā)育不良或者被壓壞了,它們的直徑小于毛豆粒篩上的孔直徑,因此會(huì)掉到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1上,在激振力的作用下移動(dòng)到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2,進(jìn)而掉入到蟲咬豆、壞豆箱中。而被篩選出來、相對(duì)較好的毛豆粒在激振力的作用下會(huì)順著毛豆粒篩的斜坡進(jìn)入滾筒篩。5)出料滑軌出料。在上一階段中可能有一些不良品由于成團(tuán)等各種原因而沒有被淘汰到蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌1上,因此,在滾筒篩選中的毛豆粒可能還會(huì)混合非常少量的蟲咬豆、壞豆。在滾筒篩中,滾筒會(huì)在小電機(jī)的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),那些成團(tuán)的不良品會(huì)被分散開,那些沒有被淘汰掉的蟲咬豆、壞豆會(huì)進(jìn)入蟲咬豆、壞豆導(dǎo)軌2,從而進(jìn)入蟲咬豆、壞豆箱,甚至一些殘留下的成絲狀的特殊形態(tài)毛豆殼也會(huì)被纏繞在滾筒篩上。經(jīng)過滾筒篩后,良品率極高的毛豆粒最終通過出料滑軌,操作人員將存儲(chǔ)毛豆粒的箱子放在出料滑軌下即可。
6新型新鮮毛豆剝殼機(jī)關(guān)鍵部件分析
剝殼機(jī)構(gòu)是新型新鮮毛豆剝殼機(jī)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)部件,主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)毛豆的剝殼功能。剝殼機(jī)構(gòu)的外部結(jié)構(gòu)圖中,帶輪Ⅱ通過電機(jī)提供的扭力轉(zhuǎn)動(dòng),V帶隨之轉(zhuǎn)動(dòng)并會(huì)帶動(dòng)軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ,由此軋輥Ⅰ上的帶輪Ⅰ會(huì)使軋輥Ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng),軋輥Ⅰ通過齒輪Ⅱ和齒輪Ⅰ帶動(dòng)軋輥Ⅱ,兩者相向轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)第一部分的傳動(dòng)。第二部分是外接負(fù)壓氣體到負(fù)壓氣腔,再由負(fù)壓氣腔為軋輥傳輸負(fù)壓氣流到軋輥上的小孔以對(duì)毛豆產(chǎn)生吸力,實(shí)現(xiàn)第二部分的負(fù)壓氣體接入。最后一部分的剝殼是由軋輥Ⅰ和軋輥Ⅱ的相向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)毛豆進(jìn)行剝殼,其中負(fù)壓氣流會(huì)通過軋輥上的小孔作用于毛豆殼,將毛豆殼吸住,起輔助作用。剝殼機(jī)構(gòu)外部圖如圖3所示。軋輥由最核心的灰鑄鐵定子、合金轉(zhuǎn)子以及最外部的橡膠軋輥構(gòu)成。其中灰鑄鐵定子內(nèi)部有通氣通道,將負(fù)壓腔體傳輸過來的負(fù)壓氣體傳輸?shù)交诣T鐵定子上的通氣凹槽,最后通入橡膠轉(zhuǎn)子和橡膠軋輥上的氣孔。軋輥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。由定子軸內(nèi)部剖視圖可知,軋輥Ⅰ上橡膠套氣孔和軋輥Ⅱ上橡膠套氣孔在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)下通過通氣凹槽與內(nèi)部通氣通道連接,并且兩軋輥間相向通氣。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)只在兩軋輥將毛豆殼擠壓到最窄的間隙時(shí)的那一小段角度,有負(fù)壓氣體通入,此時(shí)軋輥上通入負(fù)壓氣體的小孔會(huì)對(duì)毛豆殼提供強(qiáng)大的吸力,而當(dāng)毛豆殼被吸住時(shí),此時(shí)已經(jīng)離開通氣凹槽的小孔不再通入負(fù)壓氣體,毛豆殼也會(huì)掉入毛豆殼導(dǎo)軌中。
7結(jié)語(yǔ)
該新型新鮮毛豆剝殼機(jī)解決了傳統(tǒng)豆類剝殼機(jī)剝殼效率低、機(jī)械化程度低、需要人工實(shí)時(shí)干預(yù)、剝殼后的毛豆良品率低并且廢料處理不到位等問題,且操作安全,降低了剝殼成本。
作者:劉興國(guó) 黃才貴 周建陽(yáng) 單位:南寧學(xué)院