自动板栗脱壳机的设计

自动板栗脱壳机的设计
张文斌
【摘要】针对目前板栗脱壳过程中主要依靠手工剥壳，手指极易被板栗刺壳上坚硬的刺刺伤，以及劳动强度大、生产效率低的问题，设计了一种新型的自动板栗脱壳机。

该机采用胶皮与螺纹钢揉挤的方式将板栗刺与板栗米分开，同时采用鼓风机搭配输送带的方式进行分离。

实际测试结果表明，该机采用的脱壳方式和分离方式新颖，能最大限度地将板栗米与板栗刺剥离，且能实现两者的自动分离，对于减轻栗农劳动强度，缩短栗子从采摘到上市的时间发挥了极大作用，值得进一步推广普及。

%At present, chestnut is basically using hand to strip off, people’ s finger is inevitably scratched.Focusing on the current problem of high labor cost and low working efficiency, a new automatic chestnut shelling machine is designed. This machine combines rubber and deformed steel bars to separate the chestnut and its capillus.At the same time, the fan and conveyer belt are combined to realize their separation.The practical testing results show that this machine could separate the chestnut and its capillus to a great degree by using the novel shelling and separating way, it will reduce working hard and shorten time from picking to go to the market, it has great value to popularize.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2015(000)008
【总页数】4页(P104-106,111)
【关键词】自动板栗脱壳机;螺纹钢;揉挤;鼓风机;输送带
【作者】张文斌
【作者单位】红河学院工学院，云南蒙自 661100
【正文语种】中文
【中图分类】S226.1
板栗又名栗、中国板栗，是壳斗科栗属的植物，原产于中国，分布于越南、我国大陆和台湾地区，生长于海拔370～2800m的地方，多见于山地。

栗子营养丰富，维生素C含量比西红柿还要高，是苹果的十几倍。

目前，人们基本通过手工进行板栗的脱壳工作，栗农在剥开板栗的毛刺时必须佩带手套，但还是会被板栗坚硬的毛刺刺穿，待将板栗的毛刺剥完，栗农的手已经伤痕累累了。

再者，人工去毛刺效率低，收回来的板栗若不能及时剥去外壳，时间放置久了就会发霉，还会导致板栗的水分散失。

目前，市场上已经出现了几款板栗脱壳机。

例如，陆华灵［1］设计的“板栗刺壳脱壳机”，采用螺旋铁片与铁棒挤压方式脱壳，虽然可以进行机器脱壳，但该机容易将板栗米挤破;而且采用筛子进行分离，作业量大、分离不完全，效果欠佳。

赖克富［2］设计的自动板栗脱壳机采用铁片与铁棒揉挤方式脱壳，也容易将板栗米挤破;其采用筛子搭配旋转的鬃毛筒进行分离，但板栗米与刺壳的分离效果仍然不理想。

郑景明［3］设计的板栗刺球脱壳机，经过挤压轴与挤压壁的摩擦挤压，将板栗刺球与板栗米分离，通过两层筛网的震动进行分离;其结构较为复杂，且机器的成本较高，壳果分离也不完全，难以推广开来。

叶成青［4］设计的板栗刺苞脱粒机，通过螺纹钢与螺纹钢的挤压实现脱壳，此种方式容易堵塞，且易将板栗米挤破;通过筛子的震动实现分离，机器成本较高且机件较复杂，分离效果不完全，栗
农也难以接受。

从以上分析可知，目前市场上出现的板栗脱壳机均存在脱壳率不高、分离不完全、价格昂贵等问题，难以在市场上推广，大部分栗农不得不采用人工剥壳的传统方式。

因此，有必要设计一种新型的板栗脱壳机来解决栗农在板栗收获时节繁重的体力劳动和生产效率低的问题。

本设计的板栗脱壳机拟采用胶皮与螺纹钢揉挤的方式将板栗刺与板栗米分开，初步拟定的结构简图如图1所示。

工作时，板栗刺球从进料口进入脱壳筒内，电动机带动脱壳筒内的脱壳片旋转，与脱壳筒底部按一定距离均匀分布的螺纹钢揉、挤，将板栗的毛刺与板栗米分离开;
揉碎的板栗毛刺与板栗米掉下，跟随输送带前行到边缘并落下;由于板栗毛刺与板
栗米的质量不同以及受到风的作用时受力不同，鼓风机产生的风将落下的板栗毛刺与板栗分离开。

2.1 原动力选择
电机是本设计的动力元件，为脱壳内筒的转动、鼓风机的叶片转动、输送带的运动提供动力，因此电机功率和类型的选择至关重要。

选择电机时，要保证电机的输出功率大于负载所需的功率，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠，还需保证电机的转速能满足需求。

经试验，鼓风机的转速约为1
600r/min时，产生的风力能最大限度地满足分离需求。

同时，脱壳筒的滚筒转速必须控制在一定范围内，转速太高时容易将板栗米打破，转速太低时无法将板栗毛刺挤开，达不到脱壳的目的。

经过试验，脱壳筒滚筒转速的变动范围为180～
280r/min，最合适的转速约为250r/min。

输送带的运动速度要求较低，因此选
取的电机级数为四级，其转速为1 400r/min。

通过一定的加速满足鼓风机叶片转
速的要求，通过一定减速满足脱壳筒内筒的转速和输送带运动速度的要求。

由于本设计的电机同时为鼓风机、脱壳筒、输送带提供动力，且电机产生的能量在传递过
程中会有一定的损失，所以选取电机的功率必须大于板栗脱壳机正常工作所需的功率。

经过试验，电机的功率选1.1kW。

经过对比市场上现有的电机种类，最终选取的电机型号为Y90S－4，其性能参数如表1所示。

2.2 带轮的设计
本设计的传动方式均为带传动，其具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在日常生产生活中应用广泛。

带传动中带轮的选择非常重要。

带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200;转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成) ;小功率时可用铸铝或塑料。

2.2.1 电机带轮及脱壳筒带轮设计
1)查设计手册［5］得工作情况系数KA=1.0，故Pca=KA×P=1.1kW。

2)选择V带的带型。

根据Pca、n1查设计手册［5］，选择A型。

3)确定带轮的基准直径dd，并验算带速v。

(1)初选小带轮的基准直径dd1，查设计手册［5］，取小带轮的基准直径
dd1=85mm。

(2)验算带速v。

根据设计手册［5］可知5m/s＜v＜30m/s，故带速符合要求。

(3)计算大带轮的基准直径dd2，则
查设计手册［5］，取dd2=450mm。

4)确定V带的中心距a0和基准长度Ld。

(1)一般初选传动带的中心距范围为
初定中心距a0=800mm。

(2)计算带所需的基准长度，则
查设计手册［5］，选带的基准长度Ld=2 500mm。

(3)计算实际中心距a，则
由中心距的变化范围amin=a－0.012Ld，amax=a－0.03Ld，可得中心距变化范围为772～884mm。

5)验算小带轮上的包角α1。

6)计算带的根数z1。

(1)计算单根V带的额定功率Pr。

由dd1=85mm 和n1=1 400r/min，查设计手
册［5］得P0=1.07kW。

根据n1=1 400r/min，由总传动比i=5.6和A型带，查设计手册［5］得
ΔP0=0.17kW，Kα=0.93，KL=1.09，则Pr=(P0+ΔP0)×Kα×KL=1.26kW。

(2)计算V带的根数z1，则
因此，取z=1。

由于此设计的电机在带动脱壳滚筒的同时也带动鼓风机，故小带轮(即电机带轮)所需的V带根数z=2。

7)计算单根V带的初拉力的最小值(F0min)。

查设计手册［5］得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以有
应使带的实际初拉力F0＞(F0 min)。

8)计算压轴力Fp。

压轴力的最小值为
2.2.2 鼓风机带轮及输送带带轮选择
1)鼓风机叶片的转速要求大约为1 600r/min，由于所选电机的转速为1 400r/min，电机带轮的基准直径为85mm，所以鼓风机带轮的直径为74.375 mm。

经圆整，取鼓风机带轮直径d=75mm。

2)本设计中对输送带的转速要求较低，约为100～200 r/min之间。

参考设计手册［5］，输送带大带轮基准直径选择100mm。

为了节省制造成本，便于生产，安
装在脱壳筒主轴上用于驱动输送带的带轮选取与鼓风机带轮相同的带轮，即基准直径为75mm的小带轮。

2.3 输送带的轴
输送带的运动对轴的扭矩和弯矩要求较低，为了降低板栗脱壳机的制造成本，本设计用钢管作为输送带的轴，在钢管的两端焊接用于安装带轮和轴承座的实心轴。

2.4 脱壳部分设计
脱壳部分包括外筒、内筒、内筒上的夹片、胶皮及内筒轴。

外筒上部有进料口，下部出口处焊接3～7根螺纹钢成为螺纹钢条栅，螺纹钢间隙大于板栗米小于刺球壳，以利于板栗米和碎裂后的刺壳掉出剥壳器，也有利于刺壳的剥离。

每个夹片由两片铁片焊接而成，夹缝中用螺钉装胶片。

胶片有一定弹性，可以对刺球进行揉挤性着力，它的设置有利于板栗刺球的研剥、碎裂，同时避免挤破板栗米。

夹片可以与内筒轴心线平行排列，也可以倾斜排列。

同一个内筒上设置夹片的数量由机器的大小确定，一般不能少于3个，本设计采用4个。

其三维结构图如图2所示。

2.5 鼓风机的设计
在本设计中，鼓风机用于板栗脱壳后实现板栗米与刺壳的分离，由电机为鼓风机叶片提供动力，旋转的叶片产生风，聚风筒将叶片产生的风聚集起来。

其三维结构图如图3所示。

2.6 整机结构及工作原理
自动板栗脱壳机主要由机架、脱壳器、传送带、风机和电机组成。

其中，脱壳器安装在机架上部，传送带装在中间，风机装在下部，电机驱动脱壳器内筒、风机和传送带转动。

脱壳器由内筒和外筒组成，内筒装在外筒内转动，风机口对着传送带末端吹风，具体结构如图4所示。

工作原理:电机带动脱壳器和风机转动，脱壳器又带动传送带转动，将板栗倒入脱
壳器;在夹片不断的翻搅下，板栗的刺壳在螺纹钢条栅处被脱除、碎裂，与板栗米一起落到传送带上，到达传送带末端时落下;在风机吹风作用下，刺壳由于质轻、体大被吹到较远的地方落到地面，而较重的板栗米则落到较近的地面，从而实现刺壳与板栗米的自动分离。

本设计完成了一种新型的自动板栗脱壳机的结构设计，以及相应的实物制作和实际板栗脱壳测试，同时获得了国家专利授权(专利号: ZL201320351672.8)。

该机结构紧凑、制造成本低、动力消耗少，1个电机同时驱动3个工作机构。

经试用，其在剥离板栗刺球时刺壳的一次脱除率在98%以上，板栗米中掺杂的碎刺壳少于5%，处理能力是人工的10倍以上，值得在广大农户中推广使用。

【相关文献】
［1］陆华灵.板栗刺壳脱壳机:中国，02284595.X［P］.2003－10－22.
［2］赖克富.自动板栗脱壳机:中国，200620133217.0［P］.2007－11－14.
［3］郑景明.板栗刺球脱壳机:中国，200820126550.8［P］.2009－04－15.
［4］叶成青.板栗刺苞脱粒机:中国，200820230562.5［P］.2010－01－27.
［5］吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册［K］.北京:高等教育出版社，2006.。