板栗脱蓬机的设计

赵汉雨　魏玉岗　刘存祥

摘要：目前国内板栗脱蓬机存在不能对栗果进行分级、栗果与栗蓬分离不彻底等问题。试验设计研制的板栗脱蓬机体积小、结构紧凑、能耗低、效率高，通过辊子与弧形瓦板的摩擦挤压能够自动完成板栗脱蓬，经过1个3层振动筛完成栗果与栗蓬分离和栗果分级。试验结果表明：该机工作平稳，不卡壳，栗果与栗蓬分离彻底，清洁率>98%。

关键词：板栗；脱蓬机；辊子设计

中图分类号： S226.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0371-02

收稿日期：2014-03-04

作者简介：赵汉雨（1975—），男，河南浚县人，硕士，实验师，主要从事农业机械化研究。E-mail：zhyndjd@126.com。

通信作者：刘存祥，博士，教授，主要从事农业机械化技术与装备方面的研究。E-mail：liucunxiang@henau.edu.cn。板栗，别称栗子、毛栗子，属于木本山毛榉科，是一种营养价值较高的坚果类食品，素有“干果之王”的美称，可以作为高级的本土粮食，可以生食、炒食、蒸食、煮食、烹饪等[1]。在国外，板栗被称为“人参果”，在国内民间，板栗具有“木本粮食、铁杆庄稼”之称，其粉质细腻、味道鲜美，且营养丰富；板栗还具有健脾养胃、补肾强筋等保健功效，对促进人体的生理功能、增强人体的健康有着很重要的作用[2]。板栗含有20%～7.4%脂肪、5%～11%蛋白质、40%～60%淀粉、10%～20%糖，此外还含有多种维生素（维生素A、维生素B、维生素C等）和矿物质（钾、磷、钙等）。

板栗在我国种植范围广泛，湖南、湖北、河南、河北、山东、福建、江西、安徽等地盛产板栗，湖北罗田为全国第一大板栗出产县。板栗产业的发展，对于推动农业结构调整、促进农业农村经济发展、增加农民收入发挥了重大作用[3-4]。但是板栗加工步骤繁杂，板栗是包在栗蓬里的，板栗加工的第一步就是把板栗从栗蓬里剥出来，并且把板栗和栗蓬分离开来。目前很多地区的板栗脱蓬工作仍然靠人工来完成，费时费力，劳动条件差，伤人事故多，劳动效率低，劳动力成本高，严重制约了板栗产业的发展。河南信阳地区甚至出现了由于劳动力成本过高，一些板栗生产大户放弃收获已经成熟板栗的情况，因此开发1种实用的板栗脱蓬机非常必要。本研究根据板栗的特性，设计研制了1种小型板栗脱蓬机，下面就该机的工作原理、关键部件及结构作相关介绍。

1产品介绍

产品名称：板栗脱蓬机；动力类型：电动；自动化程度：全自动；工作电压：220 V；功率：2.2 kW；外型尺寸：1250 mm×500 mm×900mm；加工能力：300 kg/h；总损失率：小于0.2%；功用：板栗脱蓬机解决了传统手工剥蓬壳劳动强度大和生产效率低下的难题，采用板栗脱蓬机对板栗进行脱蓬不需要长时间堆沤，可实现无霉变，无虫蛀损失，且栗果无破碎、无划伤，而且能够根据板栗价格变动情况及时脱蓬、及时出售，增加栗农收入。该机采用单相电源、耗电低、体积小、重量轻，便于安装和移动，操作简单，可供栗农家庭使用。

注意事项：（1）开机前检查各部件螺丝是否松动；（2）开机后空机运转2 min，如无异样方可投入生产；（3）喂料要少量、均匀，否则会出现卡机、破碎等现象；（4）机器工作4 h，应当停机休息30 min左右，避免人机疲劳工作，出现意外。

2板栗脱蓬机总体结构及工作原理

2.1总体结构

该机主要包括机架、进料斗、脱蓬装置、筛网、辊子、弧形瓦板、软质层、鼓风机、电动机等部分组成。板栗脱蓬机结构如图1所示。

该机械的整体特点是结构简单、布局合理、分离效果好、操作简单。设有3层振动筛网，不仅能将栗果与栗蓬分开，而且能够对栗果进行分级，将大板栗与小板栗分开。辊子上设有软质层保护板栗不被蓬刺刺伤，有利于板栗的保存，通过在软质层上开设矩形凹槽和弧形瓦板上布置不规则的凸起，增强分离效果，提高了分离效率。

2.2工作原理

如图1所示，机架上方设有进料斗，进料斗与脱蓬装置相接，脱蓬装置内设有辊子与弧形瓦板，通过辊子与弧形瓦板的摩擦挤压作用使栗果与栗蓬分离开来。脱蓬装置下方设有3层振动筛网，通过摆杆与电动机连接。上筛网的网眼孔径大于板栗的最大尺寸，作用是把栗果与栗蓬分离，栗果通过上筛网的网眼落到中间筛网上，栗蓬从上筛网的出料一端落到地面；中间筛网上的网眼孔径介于板栗最大尺寸与最小尺寸之间，尺寸大于网眼的板栗经振动从中间筛网的出料端落入接料斗，尺寸小于网眼的板栗和一些栗蓬碎屑落到下筛网上；下筛网网眼孔径小于板栗最小尺寸，经振动后小板栗与栗蓬碎屑分离，小板栗从下筛网的出料口落入接料斗，栗蓬碎屑通过下筛网网眼落到筛网下。筛网下设有与电动机相连接的鼓风机，鼓风机在筛网下吹风，配合筛网的振动可以更好地分离板栗与栗蓬碎屑。

3关键部件的选型与设计

3.1电动机的选型

在生产中，各种生产机械都广泛应用电动机来驱动，正确选用与机械负载配套的电动机，可以使电动机在最经济、最合理的方式下运行，从而达到降低能耗、提高效率的目的[5]。根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、调速等要求选择电动机类型[6]。

3.1.1电动机类型的选择板栗脱蓬机为普通生产用机械，启动转矩不大，对调速要求不高，所以选用鼠笼型异步电动机。鼠笼型异步电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便[7]。考虑在农村使用的方便，电机选用单相异步电机。

3.1.2电动机额定功率的确定板栗脱蓬部分动力额定功率为1.5 kW，鼓风机所需功率为0.2 kW，振动筛所需功率为0.25 kW，总额定功率为1.95 kW，考虑一定的过载能力，选额定功率为2.2 kW的单相电机。

3.2鼓风机的选择endprint

板栗脱蓬机上所用风机主要作用是吹散附着在板栗上的碎屑物质，使栗果与栗蓬有效分离，根据试验结果普通离心风机即可实现。筛网宽度450 mm，比一般的风机出风口宽度要大，为了保证筛网整个横截面都有风，应当选用出风口宽度与筛网宽度相符合的风机。

3.3振动筛的设计

振动筛是利用振动进行工作的机械设备，被广泛应用在采矿、冶金、煤炭、石油化工、水利电力、轻工、建筑、交通运输和铁道等工业部门[8]。板栗脱蓬机上的振动筛负责把栗果与栗蓬分开和栗果分级，根据筛分原理采用直线振动筛，该振动筛具有耗能低、效率高、结构简单、易维修等特点。直线振动筛利用振动电机激振作为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动。脱过栗蓬的板栗与栗蓬一起从脱蓬装置落到振动筛上，经过振动筛分，物料分为筛上物、筛下物，经过3层振动筛完成筛分过程，使栗蓬与栗果进行分离并对栗果进行两级分级。

振动筛主要技术指标：筛面尺寸：长度1 000 mm（上筛网）、900 mm（中间筛网）、700 mm（下筛网），宽度均为 450 mm；筛面层数：3层；筛面倾角：0°；振动频率：10～20 Hz；振幅：0～7 mm；设计功率：0.25 kW。

3.4脱蓬装置的设计

3.4.1脱蓬装置的结构脱蓬装置是板栗脱蓬机的核心部件，脱蓬效果的好坏直接关系到后续工作能否顺利进行，因此设计合理可靠的脱蓬装置至关重要。根据成熟板栗的特性以及栗子与栗蓬结合的方式，可以参照玉米脱粒机的原理来进行设计。图2为脱蓬装置结构示意。

如图2所示，脱蓬装置包括间隙配合的辊子和弧形瓦板，辊子与弧形瓦板相面对的面上设有软质层，软质层上对称设置有4个矩形凹槽，弧形瓦板上设置有不规则分布的凸起。脱蓬装置通过辊子和弧形瓦板的摩擦和挤压将板栗的蓬壳去除掉。软质层能够保护板栗不被蓬刺刺伤，有利于板栗的存储，弧形瓦板上的凸起为钝头的，不会对栗子造成损伤，凸起和凹槽能够增强脱蓬效果，提高脱蓬效率。

3.4.2辊子的设计计算板栗脱蓬机的辊子设计为空心，这样可以减轻辊子质量，有利于节能。图3为辊子结构示意图。

如图3所示，辊子主要包括皮带轮、端面圆盘、转轴、滚筒、中间支架等部分。辊子两端各有1个圆盘，在其上焊接支架将其连接起来，中间支架外面与滚筒焊接，两端的圆盘中心开设有轴孔，两轴孔与通轴焊接，轴的两端安装轴承，其中一端还安装有皮带轮，这样就组成了辊子。

辊子轴是板栗脱蓬机的重要零件，承担主要转矩、扭矩、

弯矩和支撑轴上的回转零件，瞬时冲击大。所设计的轴必须具有足够的承载能力，即足够的强度、刚度和疲劳强度。轴的材料选用45号钢，轴主要承受扭矩，按扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式：

d≥A0 3Pn。

式中：A0经查表，取较大值120，轴传递的功率P为1.5 kW，设计转速n为750 r/min，代入得：

dmin=120× 31.5750≈15 mm。

轴的最小尺寸应该大于15 mm，为了保证可靠，选用轴的尺寸为20 mm。

4结论

本研究设计的板栗脱蓬机结构简单、使用方便、成本低、自动化程度高、便于移动，适应各种工作场合，可供栗农家庭使用。

该机也还存在一些不足之处，需要进一步改进和完善，主要有以下方面：（1）减少对栗果的摩擦；（2）进行大量的试验，采集数据，为设备改进提供数据。

参考文献：

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[5]张汉君. 电动机的选择及故障维修[J]. 机电工程技术，2009，38（9）：156-158.

[6]甘建蓉. 电动机的选择要素及常见故障分析[J]. 机电工程技术，2011，40（8）：151-153，205.

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