錢 巍

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學院，河南 鶴壁 458030）

花生是世界上主要的經(jīng)濟作物和油料作物[1]，在我國種植面積大、分布區(qū)域廣[2]主要集中山東、河北、河南、遼寧、安徽等地區(qū)。近年來我國花生產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，截至到2018 年底，花生總產(chǎn)量達1 733.6×104t，我國已經(jīng)成為花生生產(chǎn)及出口大國[3]。去殼花生和花生制品是出口市場的主要類別，但花生在脫殼過程中容易受到機械損傷，破損的花生容易發(fā)生霉變，產(chǎn)生黃曲霉素危害人身健康[4]，這就要求在花生的加工過程中盡力避免機械損傷，實現(xiàn)花生脫殼的機械化和自動化。因此，研制脫殼破碎率低、生產(chǎn)效率高的花生脫殼機械顯得非常必要。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

針對花生脫殼過程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計了一種螺旋式花生脫殼機，如圖1 所示，主要包括喂料斗、螺旋式輥輪、清選風機、電機和減速裝置、機架等部分?；ㄉ谷朊摎C后，經(jīng)過螺旋式輥輪和料斗內(nèi)棱的碾壓和揉搓作用，花生殼被擠壓破碎，破碎的花生殼和脫出的花生仁被螺旋紋向下擠壓進入出料口，進入風機清選機構(gòu)。由于受到風機的氣流作用，花生殼因比重小被氣流吹入花生殼收集裝置，而花生仁比重大，繼續(xù)往下運動，落入花生仁收集裝置，從而實現(xiàn)花生脫殼。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 受力分析

劉紅利等[5]通過對兩個花生品種進行脫殼力學試驗發(fā)現(xiàn)，對于兩種花生品種，頂壓和正壓破殼力比較接近，側(cè)壓破殼力最大且為74.6 N。破殼力受花生品種以及花生脫殼施壓部位影響比較明顯。螺旋式輥輪的傾斜度為45°，在花生脫殼過程中，將花生通過喂料斗喂入其帶有傾斜角度的槽中，使花生受正向壓力或側(cè)向壓力。令N=80 N，花生果受力情況如圖2 所示，則N1=N2=56.67 N。在脫殼過程中，由于螺旋式輥輪轉(zhuǎn)速較慢，花生受摩擦力較小，影響可忽略不計，綜合考慮將壓力定為80 N可以滿足脫殼要求。

2.2 螺旋式輥輪和喂料斗的設(shè)計

該裝置主要采用碾壓原理進行花生脫殼，脫殼過程中，螺旋式輥輪的轉(zhuǎn)速較低。螺旋式輥輪的結(jié)構(gòu)如圖3 所示，外形設(shè)計成梯形圓臺結(jié)構(gòu)，側(cè)面具有與水平方向成45°角的棱；喂料斗的結(jié)構(gòu)如圖4 所示，喂料斗呈V型，料斗壁上裝有內(nèi)棱，并且沿母線方向均布于斗內(nèi)。脫殼過程中，花生通過喂料斗進入螺旋式輥輪和喂料斗的間隙，螺旋式輥輪轉(zhuǎn)動過程中，花生殼將受到喂料斗內(nèi)棱和螺旋式輥輪外棱的共同擠壓而被碾破，隨著棱紋的轉(zhuǎn)動，破碎的花生殼和脫出的花生仁被向下擠壓進入風機清選機構(gòu)。

2.3 傳動方案的設(shè)計及動力參數(shù)的選取

設(shè)計的花生脫殼機的傳動方案如圖5 所示。通過電動機帶動，傳動過程中帶傳動作為一級減速機構(gòu)，大帶輪帶動錐齒輪通過嚙合傳動形成二級減速，帶動螺旋式輥輪旋轉(zhuǎn)。

按照設(shè)計要求，其工作效率為15 t/h。花生的質(zhì)量按平均15 g/粒計算，其尺寸按平均值取，即花生直徑d=15 mm，花生高度h=35 mm，則每1 s應(yīng)脫28 粒。花生被螺旋式輥輪導向與水平成45°角，28 粒花生圍成圓周的長度為l1=h×cos45°×28=693 mm?？紤]到脫殼過程中，花生并非全部被導向，有的可能橫向擺放，留出20%左右的余量，則實際的周長選為 l= l1×120%≈830 mm，則其平均直徑 d1=l/π=830/3.14=265 mm。設(shè)定螺旋式輥輪的高度h1=80 mm，上徑d2=300 mm，下徑d3=230 mm，其側(cè)面的棱為三角形剖面，高度為0.7 mm。喂料斗與螺旋式輥輪相配合，其與螺旋式輥輪配合時上寬下窄，可以使花生容易進入預(yù)定位置，脫殼徹底，且其內(nèi)棱厚度為20 mm。

螺旋式輥輪的受力分析如圖6 所示。螺旋式輥輪承受的扭矩 T1=n× N1× d=28×56.57×265×1/1 000=419.7 N·m；初定螺旋式輥輪速度為n=60 r/min，則螺旋式輥輪的平均直徑處線速度為 v=n×π×d =0.5×3.14×265×1/1 000=0.832 m/s。由于螺旋式輥輪的工作原理以碾搓為主，當花生的撞擊速度為5 m/s時花生殼才會破碎，由于v值遠小于5 m/s，故忽略其對花生殼破壞的影響。

螺旋式輥輪所需功率為：P=F×v/1 000=n×N1×v/1 000=1.32 kW，根據(jù)計算的要求，現(xiàn)選擇Y132S-6 型電動機作為動力源，額定功率3 kW，轉(zhuǎn)速960 r/min。

3 結(jié)論

本文設(shè)計的螺旋式花生脫殼機融合了碾壓法脫殼效率高與撕搓法破碎率低的特點，并且可通過改變軸和螺旋轉(zhuǎn)子間的墊片數(shù)量來調(diào)節(jié)螺旋式輥輪和喂料斗的間隙，適應(yīng)于不同花生品種的需要，也可用于其他堅果類作物，機具的適應(yīng)性和通用性也較強。