板栗脫蓬機的設計

趙漢雨　魏玉崗　劉存祥

摘要：目前國內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。試驗設計研制的板栗脫蓬機體積小、結構緊湊、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。試驗結果表明：該機工作平穩，不卡殼，栗果與栗蓬分離徹底，清潔率>98%。

關鍵詞：板栗；脫蓬機；輥子設計

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，主要從事農業機械化研究。E-mail：zhyndjd@126.com。

通信作者：劉存祥，博士，教授，主要從事農業機械化技術與裝備方面的研究。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”，在國內民間，板栗具有“木本糧食、鐵桿莊稼”之稱，其粉質細膩、味道鮮美，且營養豐富；板栗還具有健脾養胃、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、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（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、安徽等地盛產板栗，湖北羅田為全國第一大板栗出產縣。板栗產業的發展，對于推動農業結構調整、促進農業農村經濟發展、增加農民收入發揮了重大作用[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，嚴重制約了板栗產業的發展。河南信陽地區甚至出現了由于勞動力成本過高，一些板栗生產大戶放棄收獲已經成熟板栗的情況，因此開發1種實用的板栗脫蓬機非常必要。本研究根據板栗的特性，設計研制了1種小型板栗脫蓬機，下面就該機的工作原理、關鍵部件及結構作相關介紹。

1產品介紹

產品名稱：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手工剝蓬殼勞動強度大和生產效率低下的難題，采用板栗脫蓬機對板栗進行脫蓬不需要長時間堆漚，可實現無霉變，無蟲蛀損失，且栗果無破碎、無劃傷，而且能夠根據板栗價格變動情況及時脫蓬、及時出售，增加栗農收入。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2 min，如無異樣方可投入生產；（3）喂料要少量、均勻，否則會出現卡機、破碎等現象；（4）機器工作4 h，應當停機休息30 min左右，避免人機疲勞工作，出現意外。

2板栗脫蓬機總體結構及工作原理

2.1總體結構

該機主要包括機架、進料斗、脫蓬裝置、篩網、輥子、弧形瓦板、軟質層、鼓風機、電動機等部分組成。板栗脫蓬機結構如圖1所示。

該機械的整體特點是結構簡單、布局合理、分離效果好、操作簡單。設有3層振動篩網，不僅能將栗果與栗蓬分開，而且能夠對栗果進行分級，將大板栗與小板栗分開。輥子上設有軟質層保護板栗不被蓬刺刺傷，有利于板栗的保存，通過在軟質層上開設矩形凹槽和弧形瓦板上布置不規則的凸起，增強分離效果，提高了分離效率。

2.2工作原理

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

3關鍵部件的選型與設計

3.1電動機的選型

在生產中，各種生產機械都廣泛應用電動機來驅動，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]。根據機械的負載性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、調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用機械，啟動轉矩不大，對調速要求不高，所以選用鼠籠型異步電動機。鼠籠型異步電動機結構簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便[7]?？紤]在農村使用的方便，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，使栗果與栗蓬有效分離，根據試驗結果普通離心風機即可實現。篩網寬度450 mm，比一般的風機出風口寬度要大，為了保證篩網整個橫截面都有風，應當選用出風口寬度與篩網寬度相符合的風機。

3.3振動篩的設計

振動篩是利用振動進行工作的機械設備，被廣泛應用在采礦、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，根據篩分原理采用直線振動篩，該振動篩具有耗能低、效率高、結構簡單、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，經過振動篩分，物料分為篩上物、篩下物，經過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。

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

3.4脫蓬裝置的設計

3.4.1脫蓬裝置的結構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系到后續工作能否順利進行，因此設計合理可靠的脫蓬裝置至關重要。根據成熟板栗的特性以及栗子與栗蓬結合的方式，可以參照玉米脫粒機的原理來進行設計。圖2為脫蓬裝置結構示意。

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有軟質層，軟質層上對稱設置有4個矩形凹槽，弧形瓦板上設置有不規則分布的凸起。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輥子的設計計算板栗脫蓬機的輥子設計為空心，這樣可以減輕輥子質量，有利于節能。圖3為輥子結構示意圖。

如圖3所示，輥子主要包括皮帶輪、端面圓盤、轉軸、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，承擔主要轉矩、扭矩、

彎矩和支撐軸上的回轉零件，瞬時沖擊大。所設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，按扭轉強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經驗公式：

d≥A0 3Pn。

式中：A0經查表，取較大值120，軸傳遞的功率P為1.5 kW，設計轉速n為750 r/min，代入得：

dmin=120× 31.5750≈15 mm。

軸的最小尺寸應該大于15 mm，為了保證可靠，選用軸的尺寸為20 mm。

4結論

本研究設計的板栗脫蓬機結構簡單、使用方便、成本低、自動化程度高、便于移動，適應各種工作場合，可供栗農家庭使用。

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，采集數據，為設備改進提供數據。

參考文獻：

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