1、1蓖麻脱壳机构的改进设计区焯荣 （指导老师：卿艳梅）(华南农业大学工程学院，广州 510642)摘 要：蓖麻脱壳机主要是将经过晾晒的蓖麻进行加工生产前期的脱壳处理。将经过晾晒的蓖麻倒入脱壳机料斗中，经过双滚筒差速挤压摩擦脱皮，经过风筛分离装置将皮粒自动分离后排出。本设计研究的脱壳机就是利用摩擦脱壳法，对蓖麻蒴果进行脱壳。设计和改进的目的是为了提高蓖麻脱壳的自动化程度，提高蓖麻脱壳的生产率。最主要通过设计一个自动送料装置斗式提升机，同时改进蓖麻脱壳机机架结构、斗式提升机机架结构和脱壳机料箱的结构来实现对脱壳机的总体机构改进和设计。其中斗式提升机设计包括：提升机的原理设计、输送能力计算分析、驱动功
2、率的计算、电动机与减速器的选择、带轮设计和罩壳设计。本设计说明书内的设计方案，经过大量的资料搜集和总结，然后进行严密的计算和分析，各零部件的设计方案将通过 AutoACD 二维表达以及 ProE 三维图的渲染呈现。本设计理论和改进方案如能应用在实际生产中，该机将可广泛用于蓖麻原料的初加工或者用于食品的加工。关键词：蓖麻；脱壳机械；提升机；食品加工Improvement and Design of the Castor Sheller InstitutionsOu Zhuorong(College of Engineering, South China Agricultural Universi
3、ty, Guangzhou 510642, China)Abstract: Castor shelling machine is mainly after drying the castor the processing the shelling handling of the pre-production. After drying the castor poured into shelling machine hopper, double drum differential extrusion friction peeling the skin grain after wind sieve
4、 separation device automatically discharged after separation. Sheller of the design study is the use of friction shelling, shelling of Castor Capsule.The design and improvement of castor shelling degree of automation in order to improve, enhance the productivity of castor shelling. The most importan
5、t design an automatic feeding device - bucket elevator while improving castor shelling machine frame structure, bucket elevator frame structure and shelling machine hopper structure to achieve the overall body of the shelling machine improvement and design. Bucket elevator design includes: the hoist
6、 principles of design, transmission capacity calculation and analysis, Calculation of driving power, the choice of motor and reducer, pulley and housing design. The design specification of the design, after a lot of data collection and summary, and then the rigorous calculation and analysis, various
7、 parts of the design program will be presented by expression of AutoACD two-dimensional and three-dimensional map of Pro E rendering.The design theory and improvement programs, such as can be applied in the actual production, the machine can be widely used at the beginning of castor-oil plant raw ma
8、terials processing or for food processing.Key words: castor, shelling mechanical, hoist, food processing引言我国的蓖麻脱壳机械发展较慢。80 年代前，一般都是用手工脱壳，劳动强度大，生产率低，还由于蓖麻果皮比其内的蓖麻籽的种皮硬，给蓖麻的脱壳带来一定的困难。80 年代后，我国先后研制了几种蓖麻脱壳机，部分投人生产使用，收到了较好的效果。我国蓖麻脱壳机械是由手工脱壳方法发展起来的，最初的蓖麻脱壳机是由仿手工方法，用两块搓板，一上一下，将蓖麻置于其中，经搓板往复搓擦，而达到脱壳的目的，动力采用机
9、动，但这种方法生产率较低，现在已基本不采用了。目前，我国蓖麻脱壳机大致可分为摩擦式和撞击式两种。国外早在 20 世纪 60 十年代，就着手研制坚果剥壳机，至 80 年代初，美国、意大利、法国等已相继推出了各种坚果剥壳机，如夏威夷果剥壳机、杏仁剥壳机等。经过数十年的发展，坚果剥壳机具已日趋成熟，目前，正朝着机电一体化方向发展。我国加入 WTO(World Trade Organization)以来，国内外关于蓖麻脱壳机械的开发与推广应用日益增多，针对现有蓖麻脱壳机械存在的优点与不足，在未来的发展过程中，对蓖麻脱壳机械在生产应用中的经验进行总结，不断完善其功能，使其呈现良好的发展势头。目前蓖麻脱壳
10、机械的研究重点主要由三个方面：一、提高蓖麻脱壳机械的通用性和适应性。二、提高机械脱壳率与降低破损率。三、提高机械脱壳自动化程度 1-2。1 蓖麻脱壳机改进设计基础蓖麻剥壳机由圆柱辊剥壳机构、机架、卸料斗、进料斗、带轮传动机构、偏心轮机构、减速器、电动机等组成。如图 1 工作原理：以电机为动力，蓖麻人工倒入进料斗；剥壳机构由两个同2向差速运动的辊筒组成，通过对蓖麻蒴果进行摩擦和挤压进行剥壳后，经过位于剥壳箱底部的卸料斗，蓖麻籽从机架底部排除，落至收集通道使蓖麻籽由重力自行收集。蓖麻壳由风机（此处未画出）风力吹出排壳口。整个剥壳过程，花生籽受力均匀，分离效果好，破损率低。图 1 蓖麻脱壳机三维示意
11、图进料斗与蓖麻脱壳机的箱盖部分相连，它是利用 30mm 厚的钢板制成，开口上大下小容积约为 15L，有利于把蓖麻集中在连滚辊筒间隙中进行剥壳。进料斗与箱盖制成为一体，将已经晾晒的蓖麻利用人工手动从料口倒入，下滑到剥壳机构，即两直径为 150mm 的同向差速辊筒之间，进行挤压和摩擦脱壳。蓖麻脱壳机脱壳部分主要由一对直径大小150mm 的滚筒组成，如图 2 所示。蓖麻蒴果从进料斗落下到辊筒间隙，由于两辊筒的运动为同向差速，蓖麻蒴果被输送并挤压到滚筒间隙之中进行摩擦实现脱壳。已脱下的蓖麻籽和蓖麻壳从两滚筒间的缝隙漏下，落到下卸料斗。图 2 蓖麻脱壳机脱壳关键部位剥壳后蓖麻籽和蓖麻壳穿过辊筒间的间隙往
12、下落，在下落过程中，通过风机将经过剥壳的蓖麻壳与蓖麻籽进行分离，重量稍重的蓖麻籽不被风吹走，而重量较轻的蓖麻壳将被风机吹来的气流吹出卸料斗，卸料口的底部设计成带有一定的斜度的角度，以便于蓖麻籽利用重力自然向下滑落然后利于收集。2 蓖麻脱壳机进料机构设计现在的蓖麻脱壳机械普遍没有设计自动输送物料的装置，在脱壳的过程中，必须不断往料斗中放置物料。大多数机具目前仍依赖人工喂料或定位，影响了作业速度和作业质量。在脱壳的生产过程中，如果使用斗式提升机械完成对蓖麻原料、辅料、半成品和成品的运输，将入料和脱壳环节衔接起来，构成生产自动线，不仅可以减轻劳动强度，提高生产率，又能减少物料与外界的接触，保证蓖麻纯
13、净少杂质。进一步提高作业精确性和作业速度，提高产品质量与生产率，满足部分大、中型加工企业的需要，以开拓国内和国外市场。2.1 提升机工作原理及零件设计图 7 所示为垂直皮带斗式提升机结构。此种提升机由畚斗、牵引带、机筒、驱动装置、张紧装置、进料装置和卸料装置等主要部件组成。其中，畚斗安装在牵引带上随其一起运动。图 3 垂直皮带斗式提升机在提升谷物作料的时候，多采用深斗（图 4） 。深斗的底部呈圆柱形，斗口侧缘平缓，呈 65夹角，深度较大，斗间距离 2.32.4h（h 为斗深） ，适用于流动性好的干燥粒状物料的输送。图 4 深斗3装料方式采用挖取法。挖取法（图 5）易于充满，可以采用较高的料斗速
14、度（0.82m/s） ，但阻力较大，适用输送中小块度或磨损性小的粒状物料。图 5 灌入法本设计提升机卸料方式采用离心式。如图 6，（驱动轮半径）时，极点位于驱动轮圆周2rh内，离心力大于重力，料斗内物料向料斗外边缘移动而抛出，适用于运行速度较快（13.5m/s）的场合，多用于流动性较差的物料。图 6 离心式卸料受力分析G、F 合力的大小和方向随着料斗的位置而改变，但其延长线与滚筒垂直中心线始终都相交于同一点 P，P 点叫做极点。极点 P 到回转轴心 O 的距离 OP=h 称为极距。料斗中物料重心 M 至滚筒中心 O 的距离 称为回转半径。rM由相似三角形性质得：2vgrmFrh从而 2vg因为
15、 30rn所以 228950/nrgh式中， h 为极距，m；n 为驱动轮转速，r/min。设料斗外缘至回转中心的半径为 r1，驱动轮的半径为 r2，当极距 hr2 时，极点 P 位于驱动轮的圆周内，离心力的值要远远大于重力的值，而料斗内的物料将沿着斗的外壁运动，物料作离心式卸载。2.2 驱动轮转速确定根据临界转速 ； FGrvmg2所以 rgv2用 30n代入上式，得： rg2即 rgn89522又因为 20/nh要使得物料离心卸料，即： 2895rn由于斗宽为 160mm，所以初选滚筒的直径D=400mm，故初步选 =0.2m，带速 =1.5m/s，2v则 min/6.714.0356rD
16、vn2.3 牵引构件张力计算如图 7 所示的垂直斗式提升机计算简图中，1、2、3、4 各点张力分别用 、 、 、 表1S234S示，有分析知，1 点的张力最小，3 点的张力最大。124图 7 斗式提升机牵引简图求得： 12.98SN34max5.042.4 驱动功率计算（1）驱动轴上的圆周力 NWS3.5)04.315.9(0.0943（2）计算功率 KvP2.10选用电机功率 021P式中， 为功率储备系数，当 H10m 时,=1.45；为减速器传动效率；1为链轮或皮带轮传动效率。2所以，得： KWKWP39.023.094.5021故选择 Y801-2 三相异步电动机， P=0.75kw。
17、3 脱壳机机架总体改进与设计我国蓖麻脱壳机械应适应我国目前农村经营方式和生产规模，以中小型为主，形成系列。由于我国农村目前生产经营规模都较小，蓖麻脱壳机难以在蓖麻种植业广泛推广及使用，其中一个原因在于脱壳机结构不紧凑，体积较大。3.1 机架改进方案为了使蓖麻脱壳机结构更加紧凑，同时配合使用斗式提升机实现自动送料，本设计改进如下：脱壳部分和分离部分的装置往左端水平移动。控制滚筒的电动机及减速器移向内侧。斗式提升机的机架独立制造与安装。分离部分的风机安装支架布置在正前方。如图 8 所示，为脱壳机机架正面三维建模模型。左侧高 1540mm 的为垂直斗式提升机机架，提升机的带轮、传送带、料斗、张紧装置
18、以及装料箱都会在后续加工中安装在机架上并铠装。左侧部分为蓖麻脱壳机机架，对比原脱壳机，本方案做出了以下改进：下料箱、挡板、调节挡块水平左移 94mm；用于分离蓖麻果壳的风机，其安装机架调整到正前方位置，避免与左部分提升机产生干涉；右下部分的电机安装板改进成为了带有槽的角钢安装机架，简化了原来的斜板调节形式。图 8 脱壳机机架三维图3.2 机架改进后的优点分析（1）脱壳部分和分离部分装置水平向左移动94mm，充分利用了原本机身左端空置的位置。（2）各装置向左端水平移动的同时，电机、减速器及带轮部分也相应左移，腾出了右端原本突出机架的部分，有利用装配完毕后实现铠装。（3）斗式提升机的机架与蓖麻脱壳
19、机的机架非一体装配，可实现拆卸。在特定的场合，如：提升机需要检修、脱壳机占地面积过大、动力不足等情况下，可拆卸斗式提升机，人工实现送料，脱壳机独立运作。（4）由于左侧已布置了提升机，故原本左端分离果壳的出口应调整位置，改进方式是：把风机改进安装在正面，往机身方向吹风，把蓖麻果壳利用风力分离在脱壳机后方。4 下料箱改进设计蓖麻脱壳机的下料箱是由厚度 4mm 的钢板焊接装配而成，用作装载蓖麻蒴果的容器，便于下一步进入两滚筒进行脱壳，保证剥壳工序的顺利进行。为了提高蓖麻脱壳机的生产率，往往将滚筒的速度增大，下料箱的蒴果需要不断补充，满足脱壳机的需要。另一方面，加入斗式提升机的送料设计后，蓖麻蒴果的输
20、送量和连续性都有所提高，需啊亟待需要增大下料箱的容积。4.1 下料箱改进方案本设计重点在于增大下料箱的容积，通过增加两侧斜板的长度、从而增大下料箱的垂直高度的方式实现。如图 9 所示，改进后的下料箱三视图及三维图（图 10） 。5图 9 改进后的下料箱三视图图 10 改进后的下料箱三维图4.2 下料箱改进后的优点分析（1）料箱的高度提升至 264mm 后，料箱的容积由原来的 15L 增加至 25L，有利于蓖麻的脱壳工序更加连贯与高效。（2）料箱的高度提升以后，更靠近提升机物料出口。与设计的斗式提升机配合使用时，物料在提升机离心力的作用下抛出料斗落在料箱中，经过提升高度的料箱更能减小物料输送过程
21、中的损失率。5 总结本次设计完整完成了蓖麻脱壳机的整体结构改进和设计，斗式提升机设计的计算依据符合斗式提升机通用计算标准，各零部件的强度校核计算符合机械设计要求，本次设计主要完成以下几个方面的成果。（1）斗式提升机实现自动送料的设计。根据蓖麻脱壳机械的现状，有针对地将斗式提升机械应用到脱壳机械中，提高了蓖麻脱壳的自动化程度，提高了脱壳的生产效率。参考国内外斗式提升机参考文献，将斗式提升机所采用的电机、减速器传动装置正确运用到本次设计中。参照现有输送设备斗式提升机的 相关计算资料及零件的常规计算校核方法，对提升机的滚筒、料斗、胶带等零部件进行了正确的选取、设计及计算。（2）蓖麻脱壳机整体机架的改
22、进设计。通过改进蓖麻脱壳机的机架的结构和排布，使得蓖麻脱壳机各零部件的位置可以进行适当的调整以及简化。整合及协调脱壳机机架和斗式提升机机架。（3）下料箱的结构改进设计本设计增大了下料箱的容积，使蓖麻脱壳过程更连续、稳定和可靠。设计的原理是加长料箱两侧斜板的宽度，间接增大了料箱的长度和高度，从而增大下料箱的体积。参 考 文 献1 胡伟. 我国蓖麻脱壳机械的技术发展概况. 粮油加工与食品机械，1990，(4)：5-6.2 袁巧霞. 我国坚果脱壳机现状及亟待解决的技术问题. 农机化研究，2001，(3)：9-27.3 曹玉华，李长友，张增学等. 蓖麻蒴果脱壳的力学分析. 食品科学，2008，(8)：17-139.4 王晶辉. 斗式提升机的改进. 农机使用与维修，1999，(143)：28-29.5 陈从贵，张国治. 食品机械与设备. 南京：东南大学出版社，2009：55-72.6 机械设计手册编委会 . 机械设计手册带传动和链传动. 北京：机械工业出版社，2007：159-201.
