新鲜毛豆剥壳机结构设计探析
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摘要：新鲜毛豆剥壳机设计的目的是解放劳动力，实现新鲜毛豆的批量剥壳，安全操作，降低成本并提高毛豆的生产效率。课题组阐述了新型毛豆剥壳机的设计思路与参数要求，设计了毛豆剥壳机的整体结构，分析了毛豆剥壳机的工作原理。主要功能是通过机械化加工将毛豆壳与豆子进行剥离，并且对坏豆、虫咬豆等进行一定程度上的筛选分离。仿真结果表明，该新型新鲜毛豆剥壳机解决了传统豆类剥壳机剥壳效率低、机械化程度低、需要人工实时干预、剥壳后的毛豆良品率低并且废料处理不到位等问题，且操作安全，降低了剥壳成本。
关键词：毛豆；剥壳机；筛选；效率
1同类机械发展状况
目前市面上已经出现的毛豆剥壳机的工作原理大致是：人工投放毛豆，用手把料铺平，然后再保证毛豆整齐进入剥壳区。如果料不整齐则需要人工进行调整，最后毛豆被分离成毛豆壳和毛豆粒两部分[1]。存在的缺陷是分离优质毛豆粒与坏豆做得并不完善，进料部分都是人工调整，卡料的情况时常出现[2-3]，严重耗费了人力资源，并且毛豆壳没有专门的回收仓回收，造成了浪费[4]。
2新型毛豆剥壳机设计思路与参数要求
2.1设计思路
设计一台新鲜毛豆剥壳机，要求能实现的基础功能是可以自动地剥掉毛豆壳[5-6]，然后对毛豆粒进行一定程度的筛选，得到较好的新鲜毛豆粒[7-8]。并且还能满足大批量生产的需要，不需要人工给毛豆剥壳[9]。既要求把若干数量的毛豆放入该设备内，就能得到新鲜、品质优良的毛豆粒，还要求该设备能在一定程度上保持地面的干净和整洁[10-13]。本设计是新鲜毛豆剥壳机械，它的作用是实现新鲜毛豆的投料、剥壳以及豆粒筛选。投料部分是由离心振动器给料槽与进料导轨提供离心振动力，实现毛豆以长条扁状进入轧辊的目的。再由于轧辊间隙只有毛豆壳能过而毛豆粒不能过，通过负压气体吸住毛豆壳，实现毛豆壳与毛豆粒的分离。最后由离心振动器为斜坡出料轨道提供振动力，使一体的三层斜坡轨道能根据不同的孔径大小分别实现毛豆壳、新鲜毛豆、坏豆和虫咬豆的分离。同时还用滚筒式的筛子来对优质毛豆粒与坏豆、虫咬豆等进行更加细致的分离，最后毛豆壳、虫咬豆、坏豆被分离到相应的箱子中，而优质毛豆粒则从最终的出料口流出，设备操作人员用任意容器收集即可，全部操作结束。
2.2参数要求
1）剥壳速度：设毛豆长为50mm～60mm，剥一次毛豆时长为4.5s。2）剥毛豆壳成功率稳定在90%以上，毛豆破损率要小。3）在筛选机构能对毛豆进行大致的筛选，区分好毛豆壳、毛豆粒、虫咬豆和坏豆。
3新型新鲜毛豆剥壳机功能分析框图
新型新鲜毛豆剥壳机关键功能主要有投料机构的定位和喂料传送、剥壳机构的剥壳、筛选机构的筛选和出料滑轨的传送等。其总功能及子功能的分析框图如图1所示。
4新型新鲜毛豆剥壳机整体结构设计图
依照设计的要求，新鲜毛豆剥壳机大致分五大模块，由电机、喂料机构、剥壳机构、筛选机构以及机架组成。所设计的功能是由喂料机构、剥壳机构、筛选机构共同发挥作用来实现的。该机构的整体设计结构图如图2所示。
5新型新鲜毛豆剥壳机工作原理
新型新鲜毛豆剥壳机运作的流程可以依次描述为：1）电机、振动器通电，设备运转。使两个喂料机构的振动器、筛选机构的振动器、大电机和小电机依次通电，负压气腔通过外围设备通入负压气体，用手抓大概20个毛豆丢入喂料箱中，也可以用手给毛豆定位大概以长条扁形的姿态直接放入喂料定位滑轨。2）轧辊剥壳。毛豆通过喂料定位滑轨的大概定位后，以长条扁形的姿态，前端无豆粒较薄的外壳先进入轧辊。由于轧辊间隙（经过验证，间隙大概为0.2cm）只有毛豆壳能进入，此时由灰铸铁定子转轴通入的负压气流刚好吸住毛豆壳并将毛豆壳卷入后面的毛豆轧辊，进入毛豆壳箱，毛豆粒则因为体积较大无法通过轧辊间隙从而被挤出毛豆壳，进而实现了毛豆的剥壳。3）剥壳后初步筛选以及废料回收。剥壳后的毛豆粒可能还掺杂着些许毛豆壳、压碎的毛豆粒、虫咬豆和坏豆，它们共同进入了筛选机构。先是进入毛豆壳筛，因为振动器提供的激振力，它们会沿斜坡向下移动。与此同时，由于斜坡上有大于毛豆粒最大直径的孔，毛豆粒以及虫咬豆、坏豆、压碎的豆等都会下去，进入毛豆粒筛。而毛豆壳因为过长，所以被卡在毛豆壳筛上方，在筛选装置激振力的作用下沿着毛豆壳筛滑下，进入毛豆壳箱。4）振动筛选机构和滚筒筛对毛豆粒进行深度筛选。在经初步筛选后的毛豆粒、虫咬豆、坏豆同时进到毛豆粒筛的情况下，它们也会在振动器提供的激振力下沿着有斜度的毛豆粒筛向下移动，但毛豆粒筛上有很多小于毛豆粒最小直径的孔，正常毛豆粒无法通过，但一些虫咬豆、坏豆因为发育不良或者被压坏了，它们的直径小于毛豆粒筛上的孔直径，因此会掉到虫咬豆、坏豆导轨1上，在激振力的作用下移动到虫咬豆、坏豆导轨2，进而掉入到虫咬豆、坏豆箱中。而被筛选出来、相对较好的毛豆粒在激振力的作用下会顺着毛豆粒筛的斜坡进入滚筒筛。5）出料滑轨出料。在上一阶段中可能有一些不良品由于成团等各种原因而没有被淘汰到虫咬豆、坏豆导轨1上，因此，在滚筒筛选中的毛豆粒可能还会混合非常少量的虫咬豆、坏豆。在滚筒筛中，滚筒会在小电机的作用下进行转动，那些成团的不良品会被分散开，那些没有被淘汰掉的虫咬豆、坏豆会进入虫咬豆、坏豆导轨2，从而进入虫咬豆、坏豆箱，甚至一些残留下的成丝状的特殊形态毛豆壳也会被缠绕在滚筒筛上。经过滚筒筛后，良品率极高的毛豆粒最终通过出料滑轨，操作人员将存储毛豆粒的箱子放在出料滑轨下即可。
6新型新鲜毛豆剥壳机关键部件分析
剥壳机构是新型新鲜毛豆剥壳机的关键设计部件，主要用来实现对毛豆的剥壳功能。剥壳机构的外部结构图中，带轮Ⅱ通过电机提供的扭力转动，V带随之转动并会带动轧辊Ⅰ上的带轮Ⅰ，由此轧辊Ⅰ上的带轮Ⅰ会使轧辊Ⅱ转动，轧辊Ⅰ通过齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ带动轧辊Ⅱ，两者相向转动，实现第一部分的传动。第二部分是外接负压气体到负压气腔，再由负压气腔为轧辊传输负压气流到轧辊上的小孔以对毛豆产生吸力，实现第二部分的负压气体接入。最后一部分的剥壳是由轧辊Ⅰ和轧辊Ⅱ的相向转动对毛豆进行剥壳，其中负压气流会通过轧辊上的小孔作用于毛豆壳，将毛豆壳吸住，起辅助作用。剥壳机构外部图如图3所示。轧辊由最核心的灰铸铁定子、合金转子以及最外部的橡胶轧辊构成。其中灰铸铁定子内部有通气通道，将负压腔体传输过来的负压气体传输到灰铸铁定子上的通气凹槽，最后通入橡胶转子和橡胶轧辊上的气孔。轧辊的内部结构如图4所示。由定子轴内部剖视图可知，轧辊Ⅰ上橡胶套气孔和轧辊Ⅱ上橡胶套气孔在相对转动下通过通气凹槽与内部通气通道连接，并且两轧辊间相向通气。该设计结构只在两轧辊将毛豆壳挤压到最窄的间隙时的那一小段角度，有负压气体通入，此时轧辊上通入负压气体的小孔会对毛豆壳提供强大的吸力，而当毛豆壳被吸住时，此时已经离开通气凹槽的小孔不再通入负压气体，毛豆壳也会掉入毛豆壳导轨中。
7结语
该新型新鲜毛豆剥壳机解决了传统豆类剥壳机剥壳效率低、机械化程度低、需要人工实时干预、剥壳后的毛豆良品率低并且废料处理不到位等问题，且操作安全，降低了剥壳成本。
作者:刘兴国 黄才贵 周建阳 单位:南宁学院