小型葵瓜子剥壳机的设计研究

张佳 王宏

摘 要：针对于市场上葵瓜子剥壳机的不足，设计一种小型葵瓜子剥壳机。本文介绍了该小型葵瓜子剥壳机的整体结构及工作原理，分析了小型葵瓜子剥壳机关键零部件的结构以及参数，为后续的样机制作提供结构参考以及尺寸依据。

关键词：葵瓜子 剥壳机 振动筛 剥壳辊筒

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

葵瓜子剥壳机是专门为葵瓜子剥壳而设计的一种特殊的机械装置。随着我国葵瓜子生产规模的不断发展壮大，葵瓜子的加工量也在不断发展，剥壳工艺是葵瓜子加工的主要过程，在食品加工过程中要不剥壳就会影响食品的味道，因此必须在加工前去除葵瓜子的外壳。对于葵瓜子剥壳工艺过程来说，它是葵瓜子产品加工的必备过程。高效的葵瓜子剥壳是葵瓜子加工技术急需解决的问题[1]。

现有的葵瓜子剥壳机械主要利用以下原理：（1）撞击法：撞击法剥壳利用葵瓜子在高速运动突然停止受到较大冲击力，外壳受到挤压将外壳与籽脱离的方法，目前主要典型的产品有离心式剥壳机，主要由高速回转甩料盘以及甩料盘侧面的粗糙壁板构成，剥壳效率较高，但剥壳率一般。（2）碾搓法：碾搓法是通过物料在两个摩擦片之间，两个摩擦片的运动速度不同，产生碾搓效果，使葵瓜子的外壳被撕裂而实现剥壳。目前主要典型的产品有圆盘式剥壳机，主要由一个固定圆盘和一个转动圆盘组成[2]。碾搓法剥壳效率高，剥壳率也较高，应用较为广泛。（3）挤压法：挤压法是靠一对直径相同转动方向相反，转速相等的圆柱辊，调整至适当间隙，使葵瓜子通过间隙时受到辊的挤压而破壳。（4）剪切法：剪切法是通过刀架和转鼓间相对运动产生一定的剪切力，外壳被切裂，实现葵瓜子的外壳与籽的剥离。目前主要典型的产品有刀板剥壳机，主要由刀板转鼓和刀板座构成。剪切法对葵瓜子的籽损伤较大，应用相对较少。（5）搓撕法：搓撕法剥壳是利用相对转动的橡胶辊筒对葵瓜子进行搓撕作用而实现剥壳[3]。

目前存在的各种剥壳方法，手工剥壳无法满足消费者的消费需求、大型葵瓜子剥壳机械又不适合小规模葵瓜子种植户和小规模加工作坊使用。因此，需要设计了一款小型家用的葵瓜子剥壳机[4]。

2 整体结构设计及原理

2.1 整体结构

如图1所示，葵瓜子剥壳机主要由机架、振动筛、风机、剥壳机构、剥壳辊筒以及电机构成，可以自动实现葵瓜子的剥壳作业，自动化程度高，剥壳效果好。

2.2 工作原理

其工作原理是将葵瓜子从进料口处倒入剥壳机中，经过剥壳辊筒与半栅笼之间的相对旋转，通过该结构的旋转对葵瓜子施加挤压力、冲击力来成的剥壳，剥壳够的经过分离装置将葵瓜子壳与仁自动分离后排出。特点是结构简单、经济成本低、易操作使用。

3 关键零部件的设计

3.1 剥壳辊筒

根据现有设计资料，为使多数葵瓜子壳在带齿的剥壳辊筒旋转过程中受到撞击产生裂纹，其旋转速度必须达到一定要求。当葵瓜子果荚与钢制结构的相对运动速度达到5时，所产生的撞击力，可恰好使葵瓜子壳破碎又不至于破坏葵瓜子仁的完整性，可依据此条件选择剥壳辊筒的最小转速与半径。

如图2所示，葵瓜子果荚的下落位置大致在剥壳辊筒的之间，因此选用最小碰撞半径为之后设计过程中的计算半径。

依据现有设计资料确定剥壳辊筒半径为，辊筒的长度取520mm。

3.2 半栅笼结构的设计

半栅笼在整个剥壳机作业过程中所起到十分重要的作用，它能将已经完成剥壳过程、壳和仁完全分离的葵瓜子与未能完成剥壳的葵瓜子进行分离，使未能完成剥壳的葵瓜子在辊筒的作用下继续完成剥壳过程。半栅笼相邻栅条的间距要根据葵瓜子的尺寸进行设计，间距要求与葵瓜子仁大小一致，在葵瓜子外壳以及仁分离后，可从栅条之间的缝隙中滑落，此过程中，未被破碎的葵瓜子由于体积大于栅条之间的缝隙大小，不能从其中滑落，因此未被破碎的葵瓜子继续在半栅笼内进行多次剥壳，直到其外壳破碎为止。

半栅笼由两块半圆形板材和49根栅条组成，利用两块半圆壁板对栅条的两端进行固定，栅条的两头装在半圆壁板的圆形凹槽内。半栅笼内径为，栅条材料为20号钢，栅条采用截面直径为的长条棒料，长度为450mm，栅条之间间距为5mm，这样的间隙大小恰好可使完成剥壳的葵瓜子仁通过，而未完成剥壳的葵瓜子则无法通过。

3.3 料斗的设计

料斗上方的进料口形状为矩形，长490mm，宽450mm;料斗下方的排料口形状也为矩形，长240mm，宽450mm;料斗总体高度为452mm。在向料斗中倾倒物料时要注意剥壳部分的工作状态，最好根据实際工作状态适当调整送料速度，以避免过多物料堆积，堵塞料斗下方排料口。在设备的实际使用过程中，自然不可能时时刻刻有人在一旁观察料斗的工作状态，当料斗中物料过多，物料整体流动困难时，料斗侧壁的倾斜角度就起到关键作用，合适的侧壁倾斜角度能是物料的整体流动性得到保证。经设计得出其结构如下图4所示。

3.4 壳仁分离装置的设计

壳仁分离装置主要由气流通道以及振动筛网构成，气流通道与风机相连，另一端安装在半栅笼的下方，振动筛网也安装在半栅笼的下方。葵瓜子经过辊筒的作用下完成剥壳过程后，混杂在一起的葵瓜子壳与葵瓜子仁将经由此装置对其进行分离，分离的基本原理是利用葵瓜子壳与葵瓜子仁的质量以及迎风面积的不同，依靠风机叶片旋转所产生的气流将其分离。质量较大的葵瓜子仁不会被气流吹走，而是直接落到下方的筛网上，而质量较轻的葵瓜子壳则将被风机产生的气流带到葵瓜子壳收集通道口处。落在振动筛网上的葵瓜子仁和部分未被吹走的葵瓜子壳，在振动筛网底部振动块的作用下，葵瓜子壳会与葵瓜子仁产生分层，葵瓜子仁通过筛网网孔进入葵瓜子仁收集通道。具体结构如图5所示。

4 结语

小型葵瓜籽剥壳机市场需求量较大，根据葵瓜子的物理特性，设计一种葵瓜子剥壳机，主要包括机架、振动筛、风机、剥壳机构、剥壳辊筒以及电机等组成部分，具有结构简单，剥壳率高的特点，虽然已经完成了各零部件的结构设计，原理可行，但还需要进一步理论分析以及试验验证，优化改进成满足市场上葵瓜子剥壳需求的产品。

基金项目：新疆工程学院校内课题 （2017xgy191910）。

参考文献：

[1]陈维刚，张星语，潘慧娟，王鹤澄，陈逸山，马新玲.一款多功能坚果零食剥壳机的设计[J].机械，2020，47（08）：71-76.

[2]张星语，陈维刚，王鹤澄，潘慧娟，陈逸山，王紫阳，马新玲.智能花生和葵葵瓜子剥壳机[J].轻工机械，2019，37（06）：12-15+20.

[3]孙喆，张哲，江瑞.自动葵瓜子剥壳机的设计与开发[J].南方农机，2019，50（12）：22.

[4]衣涛，王志坤，郭晗笑，唐小雪，潘飞，吴莹莹.家用葵瓜子手动去皮装置的设计研究[J].电子世界，2017（11）：175.