趙漢雨　魏玉崗　劉存祥

摘要：目前國內(nèi)板栗脫蓬機存在不能對栗果進行分級、栗果與栗蓬分離不徹底等問題。試驗設(shè)計研制的板栗脫蓬機體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、效率高，通過輥子與弧形瓦板的摩擦擠壓能夠自動完成板栗脫蓬，經(jīng)過1個3層振動篩完成栗果與栗蓬分離和栗果分級。試驗結(jié)果表明：該機工作平穩(wěn)，不卡殼，栗果與栗蓬分離徹底，清潔率>98%。

關(guān)鍵詞：板栗；脫蓬機；輥子設(shè)計

中圖分類號： S226.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）01-0371-02

收稿日期：2014-03-04

作者簡介：趙漢雨（1975—），男，河南?？h人，碩士，實驗師，主要從事農(nóng)業(yè)機械化研究。E-mail：zhyndjd@126.com。

通信作者：劉存祥，博士，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)與裝備方面的研究。E-mail：liucunxiang@henau.edu.cn。板栗，別稱栗子、毛栗子，屬于木本山毛櫸科，是一種營養(yǎng)價值較高的堅果類食品，素有“干果之王”的美稱，可以作為高級的本土糧食，可以生食、炒食、蒸食、煮食、烹飪等[1]。在國外，板栗被稱為“人參果”，在國內(nèi)民間，板栗具有“木本糧食、鐵桿莊稼”之稱，其粉質(zhì)細膩、味道鮮美，且營養(yǎng)豐富；板栗還具有健脾養(yǎng)胃、補腎強筋等保健功效，對促進人體的生理功能、增強人體的健康有著很重要的作用[2]。板栗含有20%～7.4%脂肪、5%～11%蛋白質(zhì)、40%～60%淀粉、10%～20%糖，此外還含有多種維生素（維生素A、維生素B、維生素C等）和礦物質(zhì)（鉀、磷、鈣等）。

板栗在我國種植范圍廣泛，湖南、湖北、河南、河北、山東、福建、江西、安徽等地盛產(chǎn)板栗，湖北羅田為全國第一大板栗出產(chǎn)縣。板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于推動農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、增加農(nóng)民收入發(fā)揮了重大作用[3-4]。但是板栗加工步驟繁雜，板栗是包在栗蓬里的，板栗加工的第一步就是把板栗從栗蓬里剝出來，并且把板栗和栗蓬分離開來。目前很多地區(qū)的板栗脫蓬工作仍然靠人工來完成，費時費力，勞動條件差，傷人事故多，勞動效率低，勞動力成本高，嚴重制約了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。河南信陽地區(qū)甚至出現(xiàn)了由于勞動力成本過高，一些板栗生產(chǎn)大戶放棄收獲已經(jīng)成熟板栗的情況，因此開發(fā)1種實用的板栗脫蓬機非常必要。本研究根據(jù)板栗的特性，設(shè)計研制了1種小型板栗脫蓬機，下面就該機的工作原理、關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)作相關(guān)介紹。

1產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品名稱：板栗脫蓬機；動力類型：電動；自動化程度：全自動；工作電壓：220 V；功率：2.2 kW；外型尺寸：1250 mm×500 mm×900mm；加工能力：300 kg/h；總損失率：小于0.2%；功用：板栗脫蓬機解決了傳統(tǒng)手工剝蓬殼勞動強度大和生產(chǎn)效率低下的難題，采用板栗脫蓬機對板栗進行脫蓬不需要長時間堆漚，可實現(xiàn)無霉變，無蟲蛀損失，且栗果無破碎、無劃傷，而且能夠根據(jù)板栗價格變動情況及時脫蓬、及時出售，增加栗農(nóng)收入。該機采用單相電源、耗電低、體積小、重量輕，便于安裝和移動，操作簡單，可供栗農(nóng)家庭使用。

注意事項：（1）開機前檢查各部件螺絲是否松動；（2）開機后空機運轉(zhuǎn)2 min，如無異樣方可投入生產(chǎn)；（3）喂料要少量、均勻，否則會出現(xiàn)卡機、破碎等現(xiàn)象；（4）機器工作4 h，應(yīng)當停機休息30 min左右，避免人機疲勞工作，出現(xiàn)意外。

2板栗脫蓬機總體結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1總體結(jié)構(gòu)

該機主要包括機架、進料斗、脫蓬裝置、篩網(wǎng)、輥子、弧形瓦板、軟質(zhì)層、鼓風機、電動機等部分組成。板栗脫蓬機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該機械的整體特點是結(jié)構(gòu)簡單、布局合理、分離效果好、操作簡單。設(shè)有3層振動篩網(wǎng)，不僅能將栗果與栗蓬分開，而且能夠?qū)豕M行分級，將大板栗與小板栗分開。輥子上設(shè)有軟質(zhì)層保護板栗不被蓬刺刺傷，有利于板栗的保存，通過在軟質(zhì)層上開設(shè)矩形凹槽和弧形瓦板上布置不規(guī)則的凸起，增強分離效果，提高了分離效率。

2.2工作原理

如圖1所示，機架上方設(shè)有進料斗，進料斗與脫蓬裝置相接，脫蓬裝置內(nèi)設(shè)有輥子與弧形瓦板，通過輥子與弧形瓦板的摩擦擠壓作用使栗果與栗蓬分離開來。脫蓬裝置下方設(shè)有3層振動篩網(wǎng)，通過擺桿與電動機連接。上篩網(wǎng)的網(wǎng)眼孔徑大于板栗的最大尺寸，作用是把栗果與栗蓬分離，栗果通過上篩網(wǎng)的網(wǎng)眼落到中間篩網(wǎng)上，栗蓬從上篩網(wǎng)的出料一端落到地面；中間篩網(wǎng)上的網(wǎng)眼孔徑介于板栗最大尺寸與最小尺寸之間，尺寸大于網(wǎng)眼的板栗經(jīng)振動從中間篩網(wǎng)的出料端落入接料斗，尺寸小于網(wǎng)眼的板栗和一些栗蓬碎屑落到下篩網(wǎng)上；下篩網(wǎng)網(wǎng)眼孔徑小于板栗最小尺寸，經(jīng)振動后小板栗與栗蓬碎屑分離，小板栗從下篩網(wǎng)的出料口落入接料斗，栗蓬碎屑通過下篩網(wǎng)網(wǎng)眼落到篩網(wǎng)下。篩網(wǎng)下設(shè)有與電動機相連接的鼓風機，鼓風機在篩網(wǎng)下吹風，配合篩網(wǎng)的振動可以更好地分離板栗與栗蓬碎屑。

3關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計

3.1電動機的選型

在生產(chǎn)中，各種生產(chǎn)機械都廣泛應(yīng)用電動機來驅(qū)動，正確選用與機械負載配套的電動機，可以使電動機在最經(jīng)濟、最合理的方式下運行，從而達到降低能耗、提高效率的目的[5]。根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、調(diào)速等要求選擇電動機類型[6]。

3.1.1電動機類型的選擇板栗脫蓬機為普通生產(chǎn)用機械，啟動轉(zhuǎn)矩不大，對調(diào)速要求不高，所以選用鼠籠型異步電動機。鼠籠型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便[7]?？紤]在農(nóng)村使用的方便，電機選用單相異步電機。

3.1.2電動機額定功率的確定板栗脫蓬部分動力額定功率為1.5 kW，鼓風機所需功率為0.2 kW，振動篩所需功率為0.25 kW，總額定功率為1.95 kW，考慮一定的過載能力，選額定功率為2.2 kW的單相電機。

3.2鼓風機的選擇endprint

板栗脫蓬機上所用風機主要作用是吹散附著在板栗上的碎屑物質(zhì)，使栗果與栗蓬有效分離，根據(jù)試驗結(jié)果普通離心風機即可實現(xiàn)。篩網(wǎng)寬度450 mm，比一般的風機出風口寬度要大，為了保證篩網(wǎng)整個橫截面都有風，應(yīng)當選用出風口寬度與篩網(wǎng)寬度相符合的風機。

3.3振動篩的設(shè)計

振動篩是利用振動進行工作的機械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在采礦、冶金、煤炭、石油化工、水利電力、輕工、建筑、交通運輸和鐵道等工業(yè)部門[8]。板栗脫蓬機上的振動篩負責把栗果與栗蓬分開和栗果分級，根據(jù)篩分原理采用直線振動篩，該振動篩具有耗能低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易維修等特點。直線振動篩利用振動電機激振作為振動源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時向前作直線運動。脫過栗蓬的板栗與栗蓬一起從脫蓬裝置落到振動篩上，經(jīng)過振動篩分，物料分為篩上物、篩下物，經(jīng)過3層振動篩完成篩分過程，使栗蓬與栗果進行分離并對栗果進行兩級分級。

振動篩主要技術(shù)指標：篩面尺寸：長度1 000 mm（上篩網(wǎng)）、900 mm（中間篩網(wǎng)）、700 mm（下篩網(wǎng)），寬度均為 450 mm；篩面層數(shù)：3層；篩面傾角：0°；振動頻率：10～20 Hz；振幅：0～7 mm；設(shè)計功率：0.25 kW。

3.4脫蓬裝置的設(shè)計

3.4.1脫蓬裝置的結(jié)構(gòu)脫蓬裝置是板栗脫蓬機的核心部件，脫蓬效果的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工作能否順利進行，因此設(shè)計合理可靠的脫蓬裝置至關(guān)重要。根據(jù)成熟板栗的特性以及栗子與栗蓬結(jié)合的方式，可以參照玉米脫粒機的原理來進行設(shè)計。圖2為脫蓬裝置結(jié)構(gòu)示意。

如圖2所示，脫蓬裝置包括間隙配合的輥子和弧形瓦板，輥子與弧形瓦板相面對的面上設(shè)有軟質(zhì)層，軟質(zhì)層上對稱設(shè)置有4個矩形凹槽，弧形瓦板上設(shè)置有不規(guī)則分布的凸起。脫蓬裝置通過輥子和弧形瓦板的摩擦和擠壓將板栗的蓬殼去除掉。軟質(zhì)層能夠保護板栗不被蓬刺刺傷，有利于板栗的存儲，弧形瓦板上的凸起為鈍頭的，不會對栗子造成損傷，凸起和凹槽能夠增強脫蓬效果，提高脫蓬效率。

3.4.2輥子的設(shè)計計算板栗脫蓬機的輥子設(shè)計為空心，這樣可以減輕輥子質(zhì)量，有利于節(jié)能。圖3為輥子結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示，輥子主要包括皮帶輪、端面圓盤、轉(zhuǎn)軸、滾筒、中間支架等部分。輥子兩端各有1個圓盤，在其上焊接支架將其連接起來，中間支架外面與滾筒焊接，兩端的圓盤中心開設(shè)有軸孔，兩軸孔與通軸焊接，軸的兩端安裝軸承，其中一端還安裝有皮帶輪，這樣就組成了輥子。

輥子軸是板栗脫蓬機的重要零件，承擔主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、

彎矩和支撐軸上的回轉(zhuǎn)零件，瞬時沖擊大。所設(shè)計的軸必須具有足夠的承載能力，即足夠的強度、剛度和疲勞強度。軸的材料選用45號鋼，軸主要承受扭矩，按扭轉(zhuǎn)強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗公式：

d≥A0 3Pn。

式中：A0經(jīng)查表，取較大值120，軸傳遞的功率P為1.5 kW，設(shè)計轉(zhuǎn)速n為750 r/min，代入得：

dmin=120× 31.5750≈15 mm。

軸的最小尺寸應(yīng)該大于15 mm，為了保證可靠，選用軸的尺寸為20 mm。

4結(jié)論

本研究設(shè)計的板栗脫蓬機結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低、自動化程度高、便于移動，適應(yīng)各種工作場合，可供栗農(nóng)家庭使用。

該機也還存在一些不足之處，需要進一步改進和完善，主要有以下方面：（1）減少對栗果的摩擦；（2）進行大量的試驗，采集數(shù)據(jù)，為設(shè)備改進提供數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]汪芳安. 板栗食品加工概況[J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002（4）：27-28，30.

[2]黃武剛. 中國板栗生產(chǎn)的現(xiàn)狀、問題與對策[J]. 中國林業(yè)，2003，4（7）：19-20.

[3]康賀梅，劉福賓. 信陽市板栗產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2006（9）：63，66.

[4]雷瀟. 進一步推進羅田板栗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（3）：58-61，69.

[5]張漢君. 電動機的選擇及故障維修[J]. 機電工程技術(shù)，2009，38（9）：156-158.

[6]甘建蓉. 電動機的選擇要素及常見故障分析[J]. 機電工程技術(shù)，2011，40（8）：151-153，205.

[7]遆軍喜. 論電動機的選擇[J]. 山西科技，2010，25（2）：103-104.

[8]趙水，賀鑫. 大型直線振動篩的動態(tài)仿真[J]. 裝備制造技術(shù)，2013（8）：39-41.崔世鋼，楊莉莉，吳興利，等. 面向LED植物生長柜的葉脈特征提取[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：373-375.endprint