機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計論文

1、 花生去殼機(jī)的設(shè)計1、 設(shè)計任務(wù)簡述 花生脫殼機(jī)是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。 系統(tǒng)設(shè)計流程： 總功能 總功能原理 構(gòu)思工藝動作過程 工藝過程分解 穩(wěn)定功能 執(zhí)行功能 替換功能 機(jī)械整體 確定若干系統(tǒng)可行方案 方案評價決策 綜合最優(yōu)方案 二、花生脫殼機(jī)械的發(fā)展 花生剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機(jī)械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C(jī)的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的

2、技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會最為關(guān)心的主要指標(biāo)。 八十年代以前的花生剝殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%，有時高達(dá)l5%以上。加工出的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為花生剝殼機(jī)械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機(jī)。自1983年以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。3、 破殼機(jī)構(gòu)的設(shè)計破殼機(jī)構(gòu)的

3、作用是使花生殼破裂，與花生仁分離。涉及到兩個功能：1、破殼；2、分離。1、最常想到的破殼方法有： 擠壓法 物理法 撞擊法 真空法 壓力膨脹法 激光法擠壓法：擠壓法是使兩剛性物體間的間隙越來越小，而這時花生粒恰好在間隙中，受到兩剛性物件的壓力而使之破裂的方法。這種方法的關(guān)鍵在于先使花生被夾住，并在壓迫過程中保持受力，而不滑出。壓迫要有度，否則花生仁也會被壓碎。壓好的花生和花生仁能及時分開一邊馬上能補(bǔ)充新的沒有加工過的花生。撞擊法：撞擊法是指使花生以較大的速度與剛性物件或者與其他花生發(fā)生碰撞，使花生殼破裂的方法。這種方法的關(guān)鍵在于使花生獲得較大的速度，如果能使花生仁及時導(dǎo)出，花生仁收到的傷害可以減

4、到很小，不足在于可能有較硬的花生殼破不了，影響效率。真空法：將花生莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強(qiáng)度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時，就會使外殼爆裂。壓力膨脹法：原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入花生殼內(nèi)，維持一段時間，以使花生莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時間、籽粒的含水率等。激光法：用激光逐個切

5、割堅果外殼。試驗顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到100 96的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。2下面試分析已有的結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點并提出解決方法。鼠籠式滾筒，這是曾經(jīng)市面上很常見的花生去殼機(jī)的去殼原理。123 1321為中心輪，2為鼠籠式筒，3為固定在中心輪上的楔形壓板，未去殼的花生位于2與3之間。1的勻速轉(zhuǎn)動，帶動花生進(jìn)入楔形間隙并擠壓花生殼，使之破碎。破碎后，花生殼中的花生仁會在連續(xù)的擠壓過程中脫離出并從鼠籠間隙中漏出來，從而達(dá)到脫殼的目的，完成脫殼后，后續(xù)動作完成仁和殼的分離及殼的粉碎。中心輪1在鼠籠式滾筒中的轉(zhuǎn)動，帶動花生進(jìn)入安裝在中心輪上的楔形間隙中，由于轉(zhuǎn)動方向使花生在

6、楔形中從大截面擠入小截面，花生殼在此運(yùn)動過程中破裂，從而達(dá)到去殼的目的。同時，破殼后的花生仁將從鼠籠式滾筒中漏出來。為防止擠壓過程中是花生破裂，鼠籠的間隙需要稍微大于花生仁的尺寸，以便花生仁及時漏出，但要小雨花生外殼的尺寸。技術(shù)要點是限制中心輪的速度波動，防止由于加速轉(zhuǎn)動造成花生仁的破裂，保證間隙遲寸，設(shè)計合理，防止無法去殼或破碎率過高的問題。經(jīng)過觀察很容易發(fā)現(xiàn)，以上的結(jié)構(gòu)有很多缺點：（1）板狀的壓板棱角分明，很容易將破好的花生仁壓出刮痕出來，影響質(zhì)量。（2）鼠籠筒和壓板都為鋼件，且他們之間的間隙固定，一旦遇到較大的花生仁，將會把花生仁壓破。（3）遇到較小的花生會掉下去，不僅是較小的花生，對于

7、細(xì)長的花生也容易掉下去。針對以上問題，我們討論出了下面的結(jié)構(gòu)：21封閉式紋桿滾筒，網(wǎng)狀凹板式花生剝殼部件 下面裝有若干根具有一定柔性的圓鋼條組成的網(wǎng)狀式凹板，如下圖所示工作時，花生果在滾筒的推動下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機(jī)的直接搓擦作用，系強(qiáng)制脫殼，故破碎率高。剝殼時， 直徑同網(wǎng)狀凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從網(wǎng)縫中分離出來，所以一次剝凈率低。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用此剝殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。主要優(yōu)點是，鋼條具有一定的柔性，可以比較好的控制各個不同大小的花生被剝殼而不會使花生仁破碎，中心輪采用的是曲線凸起，能較好

8、的使花生被擠壓剝殼，避免花生卡在中心輪的凸起處。這種結(jié)構(gòu)雖然解決了方案一的不足，但是又帶來了新的問題，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)容易堵塞，特別是花生仁上的紅色膜和碎掉的花生殼的混合物，很容易將網(wǎng)狀筒堵死，難以清理?，F(xiàn)在矛盾來了，又要讓他有塑性變形又要讓花生容易掉下去，顯然這種結(jié)構(gòu)行不通。為了有一定的收縮空間，我們選擇了彈簧。于是又有了下面的一種結(jié)構(gòu)。22封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件 該機(jī)的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如下圖所示 作業(yè)時，花生果在膠輥的推動下，通過剝殼間隙(520毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5以上。另外，因直

9、徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價較高。除此之外，只有這一個面工作，顯然效率極低。問題到這里，遇到的難題越來越多了：遇到大的花生仁易擠破、篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)又容易堵塞、方案3中開導(dǎo)出結(jié)構(gòu)效率又低。為了增大效率，增大工作面積。我們設(shè)計了下面的球形結(jié)構(gòu)。整個球形接觸面積是最大的。23圓球轉(zhuǎn)動剝殼部件321如下圖剝殼機(jī)部件，1為軸，2為球狀，3為外殼，軸和球連接一體，球面和外殼內(nèi)部都有各個大小不一的凸起。作業(yè)時，花生從上方的入口進(jìn)入剝殼機(jī)中，軸帶動球轉(zhuǎn)動，而球外表面和外殼內(nèi)表面都有一定形狀大小

10、的凸起，使得進(jìn)入的花生受到擠壓、摩擦，從而使花生殼破裂，達(dá)到剝殼的目的，同時花生仁滑落到下方出口出使得花生仁很好的分離出來。用凸起來代替壓板或者弧形壓桿的作用是：當(dāng)遇到較大的花生仁，在間隙不可變的情況下，壓條和壓桿都為長條狀，花生仁只能被壓破，而改為凸起后，遇到較大的花生仁，由于花生仁表面很光滑，他會自動滑到間隙較大的地方，也就是凸起周圍，這樣就巧妙地利用了花生殼表面粗糙，花生仁表面光滑的特點，避免了花生仁被壓破。轉(zhuǎn)軸設(shè)計成傾斜的是為了使花生在腔體內(nèi)同時獲得豎直面和水平面內(nèi)的速度，使花生快速充滿整個腔體。此外，此機(jī)構(gòu)整個球面都為工作面，剝殼效率較高，并且花生仁的破碎率較小，比較實用，而且剝殼能

11、比較徹底。很顯然，這是一種很值得考慮的方案，可能唯一的缺點就是零件在加工裝配的過程中難度較大。24下面是用搓碾的方式設(shè)計的一種方案。如圖所示：該結(jié)構(gòu)的工作面為上下倒扣的兩個凹凸不平的凸板，上板連接一個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，目的是使上板抖動，下板則連接彈簧，使兩板之間的間隙有一定的調(diào)節(jié)空間。使用凸起又有類似于方案4中凸起的作用。這種結(jié)構(gòu)破碎率較低，一次剝凈率較高，而且效率高，結(jié)構(gòu)簡單。使用斜面加振動，可以使加工好的自然落下，沒加工好的到下面繼續(xù)加工。很明顯是一種值得考慮的方案。25立式剝殼機(jī)構(gòu) 立式剝殼機(jī)構(gòu)利用的是花生與花生之間的擠壓摩擦。剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)

12、制成的編織平底篩，該剝殼部件如下圖所示。 在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3以下。其缺點是由于采用立式傳動， 故傳動機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。四、 花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀4.1 花生脫殼機(jī)械的工藝研究在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。分級處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。水分含量 花生莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使花生莢果盡量保持最

13、適當(dāng)?shù)暮?，以保證外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時能被充分破裂，同時又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。4.2 花生脫殼機(jī)械存在的問題目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機(jī)械脫殼時對花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍是手工剝殼。脫殼機(jī)械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題： 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。 機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。 通用性差，利

14、用率低。 作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。 有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。五、 花生脫殼機(jī)械研究重點我國加入WTO以來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機(jī)械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對現(xiàn)有花生脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。141 提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機(jī)械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計，其通用性、兼容

15、和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機(jī)械通過更換主要部件能夠同時對其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要。花生脫殼機(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。51 提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機(jī)械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計，其通用性、兼容性和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機(jī)械通過更換主要部件能

16、夠同時對其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。52 提高機(jī)械脫殼率。降低破損率對花生脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；同時在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機(jī)械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機(jī)械的發(fā)展前景。53 向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數(shù)機(jī)具目前仍依賴人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機(jī)電一體化手段，開發(fā)設(shè)計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實現(xiàn)機(jī)組自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和