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1、核桃仁脫皮機(jī)設(shè)計(jì) 摘要：核桃仁脫皮機(jī)主要將核桃仁在進(jìn)行食品和飲料生產(chǎn)前進(jìn)行脫皮處理。脫皮機(jī)的整個(gè)工作過程是先將核桃仁進(jìn)行烘烤，然后人工將經(jīng)過烘烤的核桃仁放入脫皮機(jī)料斗中，核桃仁通過滾子傳送裝置自左向右進(jìn)行傳送，石英顆粒經(jīng)過高壓氣帶動(dòng)自上而下對平鋪在傳送裝置上的核桃仁沖刷脫皮，去皮后經(jīng)過別離裝置將種皮和核桃仁進(jìn)行收集。本研究設(shè)計(jì)的脫皮機(jī)利用顆粒沖刷脫皮法，對核桃果仁進(jìn)行脫皮。通過對脫皮局部與電機(jī)的選型配套，滑動(dòng)軸承的選擇，滾子軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，設(shè)計(jì)出一種核桃仁脫皮機(jī)。 關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);脫皮機(jī);核桃仁;噴砂;顆粒沖刷脫皮法 中圖分類號(hào)：S

2、226.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302〔2021〕13-0271-05 2021-03-16 E-mail：pfengsheng@126 。核桃仁種皮的主要成分是碳水化物、鈣、磷、鐵、硫胺素、核黃素、尼克酸等。假設(shè)直接食用有一種苦澀的味道，會(huì)影響食用的口感及深層次的加工[1-3]。目前，核桃仁去皮方法主要有人工方法、機(jī)械方法〔濕法、粉碎方法〕等2大類[4-6]。手工核桃仁去皮方法人工費(fèi)用高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效果差、生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求。人工方法效率低，不適應(yīng)工業(yè)化食品加工需求。機(jī)械濕法去皮工藝復(fù)雜，設(shè)備本錢高，該方法需要用強(qiáng)堿或高溫水蒸氣處理，一定程度上會(huì)造成核

3、桃仁營養(yǎng)損失、核桃仁變軟及堿性化學(xué)殘留，直接影響核桃產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值與口感風(fēng)味，同時(shí)堿液排放還會(huì)造成環(huán)境污染。機(jī)械粉碎法加工雖然克服了濕法加工的一些缺點(diǎn)，但會(huì)對核桃仁產(chǎn)生一定的破碎作用，影響核桃仁的完整度，使核桃仁的利用受到限制，并且破壞了核桃仁本身的結(jié)構(gòu)，后續(xù)只能用于加工核桃粉或飲料產(chǎn)品，加工食品種類受到很大限制[7-10]。 在食品機(jī)械中的許多部位可用不銹鋼替代使用[11]。此外，在與食品接觸的部位還可考慮使用陶瓷等材料。因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中與核桃仁接觸的局部選用奧氏體型不銹鋼。 1核桃仁脫皮機(jī)的工作原理 本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供一種核桃仁干法去皮機(jī)。其根本工作原理：經(jīng)烘烤后的核桃仁進(jìn)入儲(chǔ)料箱內(nèi)

4、，由下料擋板控制核桃仁均勻地在導(dǎo)板上流過，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄即可調(diào)節(jié)核桃仁的流量。經(jīng)過導(dǎo)板的核桃仁進(jìn)入脫皮裝置內(nèi)，在輥軸的帶動(dòng)下，核桃仁呈由左向右水平運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)核桃仁的自轉(zhuǎn)。利用高壓空氣控制噴砂斗中的石英顆粒充分地對核桃仁外表的種皮進(jìn)行沖刷，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮別離，其原理與金屬噴砂除銹相同[12-14]。沖刷后的核桃仁被傳送到出料口。石英顆粒由于滾子軸之間的間隙掉落下去，通過收集斗進(jìn)行回收，通過高壓風(fēng)力形成的負(fù)壓對石英顆粒進(jìn)行循環(huán)再利用。種皮與核桃仁的別離效果，可通過改變石英顆粒的流量進(jìn)行調(diào)整。 2核桃仁脫皮機(jī)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 核桃仁脫皮機(jī)是一種組合式設(shè)備。它由核

5、桃仁傳送裝置、核桃仁去皮裝置和核桃仁與種皮別離裝置等3大局部組成，主要包括進(jìn)料裝置、核桃仁去皮裝置、石英顆?；厥昭b置、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)架等組成〔圖1〕。 由圖1可知，整機(jī)支架部件是核桃仁去皮機(jī)的主要支撐部件，它承擔(dān)所有因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用鞏固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。整機(jī)支架部件可以采用角鋼焊接而成，起到對其他幾個(gè)部件的支撐、定位、連接的作用，整個(gè)部件的高度、寬度是由其他零件的安裝尺寸決定的。電機(jī)安裝在整機(jī)支架部件里的支撐板上面。下箱體安裝在整機(jī)支架部件上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。 由圖1可知，上箱體和下箱體共同構(gòu)成噴砂脫皮的工作空間，提供一個(gè)半封閉的去皮環(huán)境，它

6、們與支架本體通過普通螺栓連接在一起。下箱體與整機(jī)支架部件通過普通螺栓連接在一起。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取輥軸的中心線所在平面為剖分面。上箱體和下箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。經(jīng)過反復(fù)考慮、研究和討論，確定核桃仁脫皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、滾子結(jié)構(gòu)傳送機(jī)構(gòu)、石英顆?；厥諜C(jī)構(gòu)等。 由圖2可知，儲(chǔ)料箱部件主要由導(dǎo)板和調(diào)節(jié)板組成。導(dǎo)板通過鉚釘與上箱體的前側(cè)面固定，導(dǎo)板具有向下的傾角，起到控制核桃仁向輥軸運(yùn)動(dòng)的作用。調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)手柄與調(diào)節(jié)盤焊接在一起。調(diào)節(jié)盤可以繞固定在上箱體后側(cè)面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)盤上開有圓周布置的假設(shè)干個(gè)調(diào)節(jié)孔，上箱體的后側(cè)面也加工有一個(gè)軸線與調(diào)節(jié)盤最上方位置

7、孔同軸的孔，在該孔內(nèi)插入圓柱銷，就可以固定調(diào)節(jié)盤的位置，從而固定調(diào)節(jié)板的位置。拔掉圓柱銷，通過調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以控制調(diào)節(jié)板的位置。 設(shè)計(jì)要求上料時(shí)，最好只是平鋪1層，且核桃仁平放在傳送機(jī)構(gòu)滾子上，以免在脫皮過程中由于核桃仁的堆積導(dǎo)致下方核桃仁未經(jīng)過石英顆粒沖刷直接從出料口端運(yùn)出。從結(jié)構(gòu)簡圖〔圖2〕可以看出，料斗下部的核桃仁滑出料斗由于滾子的帶動(dòng)向右運(yùn)動(dòng);料斗上方的核桃仁靠重力下滑，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到調(diào)整板左下端時(shí)，只允許一層核桃仁平躺通過。這種設(shè)計(jì)合理，且滿足要求。它巧妙地利用了滾子軸本身為核桃仁提供了一個(gè)動(dòng)力。 由于該脫皮機(jī)采用石英顆粒沖刷的方法去除核桃仁種皮，因此在核桃仁傳送過程中，不僅

8、要求核桃仁的自轉(zhuǎn)以保證石英顆粒對核桃仁的各個(gè)局部沖刷均勻，而且石英顆粒要和核桃仁別離。結(jié)合以上的要求，采用滾子結(jié)構(gòu)的傳送帶，滾子傳送裝置如圖3所示。 滾子軸的直徑為10mm，核桃仁的最小寬度即1/4核桃仁的寬度為10mm，滾子軸之間的中心距應(yīng)小于核桃仁的最小寬度加上滾子軸的直徑，因此確定2個(gè)滾子軸之間的中心距為17mm，即滾子軸外側(cè)之間的距離為7mm，核桃仁的最小寬度大于滾 子軸外側(cè)之間的距離，保證核桃仁在滾子傳送裝置傳輸?shù)臅r(shí)候不會(huì)從2個(gè)滾子軸之間掉落。滾子軸上焊接1mm寬度的不銹鋼條，實(shí)現(xiàn)核桃仁傳輸途中的自轉(zhuǎn)，使石英顆?？梢詫颂胰实母鱾€(gè)部位進(jìn)行沖刷，以保證核桃仁的去皮效果更好。 核桃

9、仁傳送裝置由滾子軸、滑動(dòng)軸承、橡膠圈等組成。核桃仁去皮裝置由噴口、顆粒物輸送通道、漏斗狀回收裝置等組成，石英顆粒通過風(fēng)力的帶動(dòng)對核桃仁外表進(jìn)行沖刷實(shí)現(xiàn)去皮。核桃仁與種皮別離裝置，經(jīng)過石英顆粒沖刷過后，去掉的核桃仁種皮會(huì)覆蓋在核桃仁外表，通過風(fēng)機(jī)把種皮去除掉。 由于滾子軸只承受了徑向力，并且兩軸之間中心距較小，因此選用滑動(dòng)軸承。 沖刷與回收部件如圖4所示，上箱體〔圖1〕的上外表留開口，開口大小與噴砂斗匹配，并由上箱體支撐噴砂斗。下箱體下外表也留有開口，開口大小與石英砂收集斗匹配，石英砂收集斗與下箱體固定在一起。噴砂斗和石英砂收集斗共同支撐石英砂通道。 沖刷局部由噴砂斗、輸送管道、石英砂

10、收集斗、噴砂調(diào)節(jié)開關(guān)等局部組成。石英顆粒在砂箱中由風(fēng)力帶動(dòng)經(jīng)過輸送管道到達(dá)噴射口處，噴砂斗口處設(shè)置有高壓氣源，石英顆粒在此處通過高壓氣源的作用產(chǎn)生一定的速度對傳送裝置上的核桃仁進(jìn)行沖刷，傳送裝置中由于2個(gè)滾子軸之間留有足夠的間隙，石英顆粒在完成對核桃仁的沖刷后將會(huì)下落到收集斗中。收集后的石英顆粒通過回收管道到達(dá)底部，通過高壓空氣的帶動(dòng)再次對核桃仁進(jìn)行沖刷。 機(jī)架是核桃仁脫皮機(jī)的主要支撐部件，它承擔(dān) 所有機(jī)架的鞏固是核桃仁脫皮機(jī)工作穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的根底，因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，均應(yīng)該采用鞏固穩(wěn)定的材料和樣式制成，就此核桃仁脫皮機(jī)來說，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低。整個(gè)機(jī)架采用

11、角鋼焊接而成，起到其他幾個(gè)局部的支撐、定位、連接作用，整個(gè)機(jī)架的高度、寬度由零件安裝的尺寸來決定，并且合理地安排零件的安裝位置。電機(jī)安裝在機(jī)架里面及機(jī)架的支撐板上面。脫皮裝置局部安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。 3脫皮機(jī)工作過程 由圖1可知，箱體的作用是提供一個(gè)封閉的脫皮環(huán)境，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支撐和定位作用。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓連接。箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。 由圖2可知，經(jīng)烘烤后稍微放涼的核桃仁倒入料箱內(nèi)，通過調(diào)節(jié)手柄可調(diào)節(jié)核桃仁的流量、控制調(diào)節(jié)板，實(shí)現(xiàn)核桃仁均勻地在導(dǎo)板末端流過，同時(shí)控制核桃仁向下流動(dòng)量的大小，盡量

12、保證核桃仁呈現(xiàn)單層的狀態(tài)進(jìn)入輥軸傳送裝置內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最正確的脫皮效果。 由圖3可知，輥軸式傳送裝置部件主要由輥軸支架和多根輥軸組成。輥軸支架是安裝輥軸和橡膠輪軸的載體。輥軸支架上間隔均勻地開有橡膠輪軸的安裝孔和滾動(dòng)軸承的安裝孔，用于安裝橡膠輪軸和滾動(dòng)軸承。輥軸為階梯軸，軸端較粗位置安裝在滾動(dòng)軸承的內(nèi)孔里，較細(xì)的軸段安裝有橡膠輪。橡膠輪軸的軸端也安裝有相同的橡膠輪。橡膠輪軸的軸線與滾動(dòng)軸承安裝孔的軸線間距剛好保證所有橡膠輪正確接觸傳遞運(yùn)動(dòng)。各橡膠輪形成外嚙合的摩擦傳動(dòng)關(guān)系，最前面第1根輥軸的另一端裝有皮帶輪〔圖1中的13〕，在電機(jī)軸端帶輪和V帶的帶動(dòng)下，剛好保證所有輥軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證核桃仁在輥

13、軸上的單向運(yùn)動(dòng)，并且能夠翻滾。 由圖4可知，石英噴砂裝置部件主要由噴砂斗、石英砂通道、石英砂收集斗等構(gòu)成。噴砂斗主要作用是控制高壓風(fēng)攜帶的石英砂顆粒均勻地噴向平鋪在輥軸上的核桃仁，隨著輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃仁不斷地翻滾，從而保證脫皮的效果。石英砂通道上部呈半圓形，圓弧頂端接高壓風(fēng)管，高壓風(fēng)由高壓氣源提供。石英砂收集斗的主要功能是收集噴砂斗噴出的石英砂，并將其聚集到石英砂通道下部呈半圓形管道內(nèi)。高壓風(fēng)管中的高壓風(fēng)從噴砂斗噴出時(shí)，在石英砂通道的下部形成負(fù)壓，該負(fù)壓將堆積于石英砂通道下部呈半圓形管道內(nèi)的石英砂沿通道吸入噴砂斗中，從而實(shí)現(xiàn)石英砂的循環(huán)工作。石英砂通道的直管部位設(shè)置有噴砂調(diào)節(jié)開關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)噴

14、砂量大小的調(diào)節(jié)。 石英顆粒物沖刷去皮采用壓縮空氣為動(dòng)力，在噴砂斗內(nèi)形成高速噴射流，將石英顆粒高速噴射到核桃仁的外表，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮別離，經(jīng)過翻滾沖刷后的核桃仁由輥軸傳送到出料口。沖刷后的石英顆粒由于輥軸之間的空隙掉落下去，通過石英砂收集斗進(jìn)行回收，通過風(fēng)力對石英顆粒進(jìn)行循環(huán)再利用。夾雜在核桃仁中的種皮被噴出的風(fēng)吹送，從出料板的接口空隙飛出，實(shí)現(xiàn)種皮與脫皮核桃仁的別離，脫皮后干凈的核桃仁沿出料板落入收集箱中，實(shí)現(xiàn)核桃仁機(jī)械化去皮的功能。 4主要結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。 電機(jī)的選擇包括選擇類型、結(jié)構(gòu)形式、容

15、量〔功率〕和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。 核桃仁脫皮機(jī)在工作的過程中消耗動(dòng)力的部件為滾子傳送機(jī)構(gòu)。 首先確定滾子傳送機(jī)構(gòu)在工作過程中所受的力和損耗的功率。該局部在工作過程中主要是克服核桃仁和滾子之間的摩擦力。滾子傳送機(jī)構(gòu)的長度為374mm，寬度為298mm，核桃仁〔完整核桃仁去掉中間分心木〕即一半核桃仁的尺寸為30mm20mm〔下文中所提到的一個(gè)核桃仁即為此處的一半核桃仁〕。按照一次通過脫皮裝置最多核桃仁計(jì)算，即按照核桃仁的長度方向與脫皮裝置的長度方向一致計(jì)算，一次最多通過185個(gè)核桃仁。即 374/30298/20=185?！?〕 一半核桃仁的質(zhì)量估計(jì)為5g，即鋪滿脫皮裝置時(shí)核桃的質(zhì)量G為18

16、55=925。核桃仁脫皮機(jī)的生產(chǎn)效率為100kg/h，即1.7kg/min。那么滾子軸的線速度Vg〔m/s〕為 Vg=3741700/925=1.1510-2。〔2〕 滾子軸的轉(zhuǎn)速ng〔r/s〕為： ng=Vg/πD=11.5/10π≈0.4，即24r/min?！?〕 一次性鋪滿脫皮裝置的核桃仁的質(zhì)量為9.25N，核桃仁在輸送過程中，同時(shí)與23個(gè)滾子接觸，因此每個(gè)滾子所受的載荷很小，可以忽略不計(jì)。 按工作要求和工況條件，選用YL系列單相雙值電容異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為220V，YL型。此系列的電動(dòng)機(jī)具有高效節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、運(yùn)行性能好、噪音低等特點(diǎn)。防護(hù)等級(jí)為IP4

17、4，采用B級(jí)絕緣，頻率為50Hz。選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YL90S4，該電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如表2所示。 本試驗(yàn)的設(shè)計(jì)采用減速箱和皮帶輸出等2級(jí)減速。根據(jù)要求所選取的電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，而經(jīng)過計(jì)算得知滾子軸的轉(zhuǎn)速為24r/min。系統(tǒng)總的傳動(dòng)比i為 i=i1i2=1400/24≈58.3。 式中：i1為齒輪箱減速器的傳動(dòng)比;i2為帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比。假設(shè)取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i2為3，那么齒輪箱的傳動(dòng)比i1約為19.4。因此，減速器可采用二級(jí)齒輪減速器。由于齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算都屬于簡單常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算，一般教科書都有詳細(xì)介紹，因此此處不作具體計(jì)算。 5設(shè)計(jì)總結(jié) 本試驗(yàn)脫皮機(jī)是利用

18、顆粒物沖刷的根本方法和原理而設(shè)計(jì)的。而現(xiàn)在市面上主要是人工脫皮，人工脫皮是手工將經(jīng)過混合堿液浸泡的核桃仁剝皮，其方法簡單，但生產(chǎn)效率低，熟練的操作人員平均每人每天只能產(chǎn)出3～5kg去皮核桃仁，且果仁在脫皮前都要經(jīng)過浸泡，長期做該項(xiàng)工作對手有傷害，用該機(jī)器那么可克服這些缺點(diǎn)。 本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)器的根本參數(shù)和特點(diǎn)如下： 〔1〕小型機(jī)械、結(jié)構(gòu)簡單、易制造、易操作、本錢低、對生產(chǎn)條件的要求不高。 〔2〕核桃仁進(jìn)入脫皮機(jī)后，平鋪在滾子上，核桃仁通過滾子型傳送機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)并從左向右傳送，去皮效果好。 〔3〕凈率可以靠調(diào)整顆粒物的沖刷速度來提高;生產(chǎn)率可以用調(diào)整滾子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來控制，且這樣調(diào)整不會(huì)增

19、加機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。 〔4〕該機(jī)可以廣泛用于核桃仁制作食品和榨制濃香型核桃油原料的初加工，是適應(yīng)當(dāng)代市場的有效機(jī)型。 參考文獻(xiàn)： 【1】李慧麗，何歡，俞琴，等.不同加熱方式對薄皮核桃仁品質(zhì)的影響[J].食品科技，2021，41〔4〕：91-96. 【2】徐效圣，申玉飛，張新明，等.調(diào)味核桃仁加工工藝及其配方研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工〔學(xué)刊〕，2021〔3〕：44-46. 【3】蒲成偉，闞歡，劉云.核桃仁不同去皮工藝的比照研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2021〔6〕：33-35. 【4】榮瑞芬，吳雪疆，李鴻玉，等.核桃仁去皮工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2021，25〔2〕：100-101

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