小型葵瓜子剝殼機的設計研究

張佳 王宏

摘 要：針對于市場上葵瓜子剝殼機的不足，設計一種小型葵瓜子剝殼機。本文介紹了該小型葵瓜子剝殼機的整體結構及工作原理，分析了小型葵瓜子剝殼機關鍵零部件的結構以及參數，為后續的樣機制作提供結構參考以及尺寸依據。

關鍵詞：葵瓜子 剝殼機 振動篩 剝殼輥筒

Abstract：Aiming at the shortage of sunflower seed shellers on the market， a small sunflower seed sheller was designed. This paper introduces the overall structure and working principle of the small sunflower seed sheller， analyzes the structure and parameters of the key components of the small sunflower seed sheller， and provides structural reference and dimension basis for subsequent prototype production.

Key words：sunflower seeds， shelling machine， vibrating screen， shelling roller

1 引言

葵瓜子剝殼機是專門為葵瓜子剝殼而設計的一種特殊的機械裝置。隨著我國葵瓜子生產規模的不斷發展壯大，葵瓜子的加工量也在不斷發展，剝殼工藝是葵瓜子加工的主要過程，在食品加工過程中要不剝殼就會影響食品的味道，因此必須在加工前去除葵瓜子的外殼。對于葵瓜子剝殼工藝過程來說，它是葵瓜子產品加工的必備過程。高效的葵瓜子剝殼是葵瓜子加工技術急需解決的問題[1]。

現有的葵瓜子剝殼機械主要利用以下原理：（1）撞擊法：撞擊法剝殼利用葵瓜子在高速運動突然停止受到較大沖擊力，外殼受到擠壓將外殼與籽脫離的方法，目前主要典型的產品有離心式剝殼機，主要由高速回轉甩料盤以及甩料盤側面的粗糙壁板構成，剝殼效率較高，但剝殼率一般。（2）碾搓法：碾搓法是通過物料在兩個摩擦片之間，兩個摩擦片的運動速度不同，產生碾搓效果，使葵瓜子的外殼被撕裂而實現剝殼。目前主要典型的產品有圓盤式剝殼機，主要由一個固定圓盤和一個轉動圓盤組成[2]。碾搓法剝殼效率高，剝殼率也較高，應用較為廣泛。（3）擠壓法：擠壓法是靠一對直徑相同轉動方向相反，轉速相等的圓柱輥，調整至適當間隙，使葵瓜子通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。（4）剪切法：剪切法是通過刀架和轉鼓間相對運動產生一定的剪切力，外殼被切裂，實現葵瓜子的外殼與籽的剝離。目前主要典型的產品有刀板剝殼機，主要由刀板轉鼓和刀板座構成。剪切法對葵瓜子的籽損傷較大，應用相對較少。（5）搓撕法：搓撕法剝殼是利用相對轉動的橡膠輥筒對葵瓜子進行搓撕作用而實現剝殼[3]。

目前存在的各種剝殼方法，手工剝殼無法滿足消費者的消費需求、大型葵瓜子剝殼機械又不適合小規模葵瓜子種植戶和小規模加工作坊使用。因此，需要設計了一款小型家用的葵瓜子剝殼機[4]。

2 整體結構設計及原理

2.1 整體結構

如圖1所示，葵瓜子剝殼機主要由機架、振動篩、風機、剝殼機構、剝殼輥筒以及電機構成，可以自動實現葵瓜子的剝殼作業，自動化程度高，剝殼效果好。

2.2 工作原理

其工作原理是將葵瓜子從進料口處倒入剝殼機中，經過剝殼輥筒與半柵籠之間的相對旋轉，通過該結構的旋轉對葵瓜子施加擠壓力、沖擊力來成的剝殼，剝殼夠的經過分離裝置將葵瓜子殼與仁自動分離后排出。特點是結構簡單、經濟成本低、易操作使用。

3 關鍵零部件的設計

3.1 剝殼輥筒

根據現有設計資料，為使多數葵瓜子殼在帶齒的剝殼輥筒旋轉過程中受到撞擊產生裂紋，其旋轉速度必須達到一定要求。當葵瓜子果莢與鋼制結構的相對運動速度達到5時，所產生的撞擊力，可恰好使葵瓜子殼破碎又不至于破壞葵瓜子仁的完整性，可依據此條件選擇剝殼輥筒的最小轉速與半徑。

如圖2所示，葵瓜子果莢的下落位置大致在剝殼輥筒的之間，因此選用最小碰撞半徑為之后設計過程中的計算半徑。

依據現有設計資料確定剝殼輥筒半徑為，輥筒的長度取520mm。

3.2 半柵籠結構的設計

半柵籠在整個剝殼機作業過程中所起到十分重要的作用，它能將已經完成剝殼過程、殼和仁完全分離的葵瓜子與未能完成剝殼的葵瓜子進行分離，使未能完成剝殼的葵瓜子在輥筒的作用下繼續完成剝殼過程。半柵籠相鄰柵條的間距要根據葵瓜子的尺寸進行設計，間距要求與葵瓜子仁大小一致，在葵瓜子外殼以及仁分離后，可從柵條之間的縫隙中滑落，此過程中，未被破碎的葵瓜子由于體積大于柵條之間的縫隙大小，不能從其中滑落，因此未被破碎的葵瓜子繼續在半柵籠內進行多次剝殼，直到其外殼破碎為止。

半柵籠由兩塊半圓形板材和49根柵條組成，利用兩塊半圓壁板對柵條的兩端進行固定，柵條的兩頭裝在半圓壁板的圓形凹槽內。半柵籠內徑為，柵條材料為20號鋼，柵條采用截面直徑為的長條棒料，長度為450mm，柵條之間間距為5mm，這樣的間隙大小恰好可使完成剝殼的葵瓜子仁通過，而未完成剝殼的葵瓜子則無法通過。

3.3 料斗的設計

料斗上方的進料口形狀為矩形，長490mm，寬450mm;料斗下方的排料口形狀也為矩形，長240mm，寬450mm;料斗總體高度為452mm。在向料斗中傾倒物料時要注意剝殼部分的工作狀態，最好根據實際工作狀態適當調整送料速度，以避免過多物料堆積，堵塞料斗下方排料口。在設備的實際使用過程中，自然不可能時時刻刻有人在一旁觀察料斗的工作狀態，當料斗中物料過多，物料整體流動困難時，料斗側壁的傾斜角度就起到關鍵作用，合適的側壁傾斜角度能是物料的整體流動性得到保證。經設計得出其結構如下圖4所示。

3.4 殼仁分離裝置的設計

殼仁分離裝置主要由氣流通道以及振動篩網構成，氣流通道與風機相連，另一端安裝在半柵籠的下方，振動篩網也安裝在半柵籠的下方。葵瓜子經過輥筒的作用下完成剝殼過程后，混雜在一起的葵瓜子殼與葵瓜子仁將經由此裝置對其進行分離，分離的基本原理是利用葵瓜子殼與葵瓜子仁的質量以及迎風面積的不同，依靠風機葉片旋轉所產生的氣流將其分離。質量較大的葵瓜子仁不會被氣流吹走，而是直接落到下方的篩網上，而質量較輕的葵瓜子殼則將被風機產生的氣流帶到葵瓜子殼收集通道口處。落在振動篩網上的葵瓜子仁和部分未被吹走的葵瓜子殼，在振動篩網底部振動塊的作用下，葵瓜子殼會與葵瓜子仁產生分層，葵瓜子仁通過篩網網孔進入葵瓜子仁收集通道。具體結構如圖5所示。

4 結語

小型葵瓜籽剝殼機市場需求量較大，根據葵瓜子的物理特性，設計一種葵瓜子剝殼機，主要包括機架、振動篩、風機、剝殼機構、剝殼輥筒以及電機等組成部分，具有結構簡單，剝殼率高的特點，雖然已經完成了各零部件的結構設計，原理可行，但還需要進一步理論分析以及試驗驗證，優化改進成滿足市場上葵瓜子剝殼需求的產品。

基金項目：新疆工程學院校內課題 （2017xgy191910）。

參考文獻：

[1]陳維剛，張星語，潘慧娟，王鶴澄，陳逸山，馬新玲.一款多功能堅果零食剝殼機的設計[J].機械，2020，47（08）：71-76.

[2]張星語，陳維剛，王鶴澄，潘慧娟，陳逸山，王紫陽，馬新玲.智能花生和葵葵瓜子剝殼機[J].輕工機械，2019，37（06）：12-15+20.

[3]孫喆，張哲，江瑞.自動葵瓜子剝殼機的設計與開發[J].南方農機，2019，50（12）：22.

[4]衣濤，王志坤，郭晗笑，唐小雪，潘飛，吳瑩瑩.家用葵瓜子手動去皮裝置的設計研究[J].電子世界，2017（11）：175.