薛傳騰，劉 杰，錢海峰，王友艷，賈宜民，李君君

（山東英才學(xué)院機械與電氣工程學(xué)院，山東 濟南 250104）

板栗營養(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)也越來越多。很多種植板栗地方發(fā)展了旅游業(yè)，對于板栗加工食品的消費市場需求也在擴大[1]。但存在的問題是板栗毛殼非常堅韌，脫蓬有很大的困難。傳統(tǒng)的方法采用人工脫蓬，勞動強度大、生產(chǎn)效率低且人工加工時，手容易受傷，在一定方面制約著板栗的生產(chǎn)[2]?，F(xiàn)在市場上已有的板栗脫蓬機，價格相對較高，脫蓬破壞率較高，且功能單一，即只能進行脫蓬操作，因此，設(shè)計了一種板栗榛子自動脫蓬分選一體機，該設(shè)計主要針對板栗、榛子等的脫蓬和分選。

1 總體方案確定

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

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

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計

2.1 電機確定

通過查閱資料，當輥輪轉(zhuǎn)速在時，脫蓬機脫蓬效率會達到最高，板栗堅果的破碎率最低[4]。因此，選取輥輪的轉(zhuǎn)動速度為1 420 r/min，所需要分配的功率為1.5 kW。震動篩的震動頻率為15 Hz、震動篩帶輪速度為900 r/min，對應(yīng)功率為0.29 kW。

鼓風(fēng)機的功率：當風(fēng)機轉(zhuǎn)速，流量、額定壓力，所以在這些參數(shù)下的鼓風(fēng)機吹出來的風(fēng)力能滿足板栗堅果和毛殼分離的要求。

式中：鼓風(fēng)機的有效功率與內(nèi)功率之比是η0=0.8；機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，其技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 電動機技術(shù)參數(shù)Tab.1 Motor parameters

2.2 輥輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

輥輪是完成板栗毛蓬破碎的關(guān)鍵部件之一，用來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。

在滿足打擊力和強度要求的前提下，考慮到節(jié)約材料，減輕機器重量，降低電機負荷，把輥輪設(shè)計為空心結(jié)構(gòu)。選取輥輪直徑300 mm，長584 mm，該尺寸經(jīng)過驗算比較合理。輥輪外面的打釘直徑定為20 mm，長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)在市場上在售的脫蓬機空心輥輪的內(nèi)部大多數(shù)都沒有支撐的機構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)在使用一段時間后會變形甚至破壞。為了解決這一問題，本設(shè)計將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 震動篩的設(shè)計

震動篩機構(gòu)也是該設(shè)計的重要構(gòu)件之一，主要通過震動篩傾斜角度和往復(fù)運動將擠碎的外殼與板栗堅果分離開。因此，震動篩的結(jié)構(gòu)對于板栗分離也起到重要作用。震動篩機構(gòu)如圖3所示。

震動篩的工作原理：在擠壓機構(gòu)中，板栗苞被擠開，比較輕和較大的板栗外殼會留在篩網(wǎng)上，而板栗堅果和一些小塊毛殼、殼刺會掉落到震動篩中，震動篩軸的轉(zhuǎn)動和連桿機構(gòu)的運動均由皮帶帶動[5]，在連桿機構(gòu)的運動下震動篩的篩網(wǎng)和篩盤會做往復(fù)運動，并且篩盤具有一定的傾斜度，篩盤的堅果和篩網(wǎng)的毛殼都會被傳到篩口，從而達到了板栗堅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的板栗堅果。分級篩選后的堅果通過3個出口進行出料，從而達到篩選分級的目的。

2.4 箱體的設(shè)計

設(shè)計使用的箱體是由箱座、箱蓋、進料斗、柵欄組成，安裝在脫蓬機的支架上。兩端使用了M8#六角頭螺栓來固定，保證了支架和箱體的穩(wěn)定。在箱蓋上安裝一個進料斗。上箱蓋和下箱座的長度為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)去掉毛殼的板栗堅果掉落到震動篩上，以及沒有完成脫蓬的板栗繼續(xù)進行脫蓬，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，要對板栗等堅果進行機械加工，就必須生產(chǎn)出能很好完成脫蓬任務(wù)且工作效率高的機械來代替人工去脫蓬，減輕勞動強度和提高生產(chǎn)效率。同時脫蓬完成后，為了便于分級篩選，分級售賣，同樣需要利用機械篩選來減輕篩選工作的勞動強度、提高篩選效率。因此，研究和設(shè)計脫蓬分選一體機，用現(xiàn)代化的機械作業(yè)來代替以前的傳統(tǒng)手工脫蓬的操作，減輕農(nóng)民的勞動強度，提升脫蓬的工作效率，具有重要的意義。

（1）電機通過傳動裝置驅(qū)動主動輥，板栗殼（榛子殼）在主動輥的凸起物和半圓篩的機械作用下破開，再通過震動篩選、風(fēng)選把板栗（榛子）與外殼分離。

（2）通過調(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)機加長篩，又能篩選，又能風(fēng)選，改造后的機器，作業(yè)后果實與果皮分離無雜質(zhì)、果實潔凈。

（4）通過不同直徑網(wǎng)眼的篩網(wǎng)進行篩選，然后分別從對應(yīng)出口輸送出板栗堅果，達到分級篩選的目的。