一种全自动家用剥毛豆机的设计＊

陶俊龙，周喜燕，史孝孝，肖红升，王 坤

（南通职业大学机械工程学院，江苏 南通 226007）

毛豆是中国餐桌上常见的绿色食品，味道鲜美、营养丰富，市场需求量非常大[1-2]。毛豆剥壳是食用前的重要环节，大多数家庭采用传统的手工方法剥壳，剥出的豆仁质量好，但费时费力、伤手指，且不卫生。市面上已有的剥毛豆机往往体积较大，多用于蔬果批发市场，自动化程度不高，送料过程需要人工辅助完成，且存在豆粒破损率高、能耗高等问题，严重限制了剥豆机的应用范围[3-4]。针对上述问题，本文设计了一种小型全自动剥毛豆机，该机自动化程度高、工作可靠、体积小、成本低，适合单次剥豆量较小的家庭或者餐厅使用。

1 剥毛豆机的结构及工作原理

全自动家用剥毛豆机主要由机架、驱动电机、梳理上料机构、柔性挤压剥壳机构以及传动组件等组成，如图1所示。除上料需人工完成外，剥壳过程中其余工作均由机器自动完成，无需人工辅助。

毛豆荚放入敞口料斗中，通过料斗上部的隔板导向从一侧进入料斗内部。料斗底部的翻滚梳理机构旋转，梳齿拨动豆荚，使豆荚的方向与送料板上的凹槽的方向一致，从而落到送料板凹槽内，在重力作用向下滑移。送料轧辊组外覆橡胶层，可以适应不同尺寸的毛豆，将送料板滑落的毛豆依次送入剥壳机构中进行去壳操作。剥壳机构通过柔性挤压作用将毛豆的豆粒和豆壳分离，豆壳穿过轧辊间隙沿分离板滑落，剥完壳的豆粒从送料轧辊和剥壳轧辊中间的间隙掉落到豆粒收集板上，顺着收集板落入豆粒收纳盒内。剥毛豆机的整体外观如图2所示。

图2 全自动家用剥毛豆机总装图

2 主要机构设计

2.1 柔性挤压式剥壳机构设计

剥壳机构是剥毛豆机的核心部件，关系到剥出毛豆的质量。现有研究表明，轧辊挤压式剥壳机构的剥壳效果主要与轧辊的间隙、送料方式以及送料方式有关[4]。由于毛豆的尺寸、成熟度等不可能完全一致，基本上不可能采用通用的间隙进行送料和去壳，因此，剥壳机构中两对轧辊的间隙都可以调整。送料轧辊外覆一层橡胶层，有一定的弹性且送料辊之间留有一定的间隙，可以夹持不同大小的毛豆，沿特定角度平稳地送入剥壳轧辊，降低漏剥率。剥壳轧辊组由两根镀铬耐磨花轴组成，之间的间隙可以柔性调整。剥壳轧辊1为主动轴，位置固定。剥壳轧辊2为从动轴，在弹簧的压力作用下紧贴剥壳轧辊1，最大间隙调整好后，可根据豆荚的厚度微量的上下浮动，实现柔性挤压，提高剥豆的质量，不至漏剥和破损。

2.2 梳理上料机构设计

梳理上料机构的作用是将毛豆按要求定向、均匀地传送到剥壳机构中，其结构如图3和图4所示。料斗用于存放人工放入的毛豆，由上、下两部分组成，上料斗可通过铰链翻转，方便使用后清理。上料斗内部的出料隔板用于控制上料量，使豆荚从一侧落入下料斗内，落入的豆荚沿下料斗侧壁下滑至送料板上。与送料板凹槽方向一致的豆荚能够落入凹槽内，在重力作用下滑至剥壳机构；方向不一致的豆荚不能直接落入凹槽内，此时通过梳齿的转动拨动豆荚直至与凹槽方向一致后落入凹槽内。梳齿的位置与送料板上凹槽的位置对应，且沿转轴圆周方向均布，从而避免受力不均。同时，不停转动的梳齿可以及时拨开上侧的豆荚，让落入凹槽中的豆荚顺利滑出，防止在出口处出现堆积拥堵的情况。

图3 梳理上料机构简图

图4 梳理上料结构图

2.3 传动系统设计

家用剥毛豆机的体型小巧，相比大型剥毛豆机其结构紧凑，有部分功能部件进行了结构改造，比如常见的振动上料、自动筛分机构等都进行了简化处理，因此整机的传动系统比较简单，剥壳机构和梳理机构共用一台电机驱动，其传动示意图如图5所示。驱动电机为一台减速马达，通过齿轮将动力传递给剥壳轧辊1，剥壳轧辊1一端通过传动比为1的齿轮副将动力传递给送料轧辊1，另一端通过传动比为1的齿轮副将动力传给浮动的剥壳轧辊2。送料轧辊1一端通过传动比为1∶2.5的齿轮副将动力传递给梳理转轴，另一端通过传动比为1的齿轮副将动力传递给送料轧辊2。因此整台机器由一台电机驱动，通过齿轮传动实现多轴联动，剥壳效果较好，同时也避免了振动设计引起的噪音。

图5 剥毛豆机传动示意图

3 全自动家用剥毛豆机的性能与特点

全自动家用剥毛豆机柔性挤压式剥壳机构可以根据豆荚的厚度自动调整间隙，大大减小了漏剥率，同时减小了刚性挤压带来的豆粒破损，剥出的豆子豆衣基本完好。

现有毛豆剥壳机的上料机构大多采用振动上料的方式，料多时毛豆荚容易在防重刮板处堆积，需要人工辅助完成上料。采用翻滚梳理上料机构上料无需人工干预，上料量的控制与防堆积设计使毛豆上料量与剥壳速度相匹配，提高效率的同时机器工作的更稳定。

全自动家用剥毛豆机大大缩短了送料板的长度，整机结构小巧，更加适合家用。改进了上料环节，避免了振动上料方式带来的振动和噪声，机器运行时噪声小，不会有扰民的担忧。

全自动家用剥毛豆机操作简便、运行稳定且安全可靠，基本能够满足家庭自用的需求。对于大型餐厅或者小型食品加工企业，可以组成生产线或采用一人管理多台机器的方法提高剥壳速度。

4 结语

全自动家用剥毛豆机解决了个体家庭人工剥毛豆费时费力的问题，能够对不同成熟度的毛豆进行剥壳，剥壳成功率高，剥出的豆粒完整美观。该机器结构小巧，工作效率高，可以满足家庭用户的需求，也可以作为生产线上的一个单元使用，具有广泛的适用性。