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大蒜剥瓣机的研究设计（青岛农业大学 机电工程学院 徐瑞峰 20112595）摘要：大蒜剥瓣机主要是将以及经干燥的完整蒜头进行分瓣，便于进行脱皮处理。将大蒜送入进料斗，经传送带送到剥瓣辊，经剥瓣辊对大蒜的摩擦挤压旋转，使大蒜被剥成一个个蒜米。鼓风机将散落的蒜皮吹走，从出料口获得比较干净的蒜米。本设计的剥瓣机就是利用摩擦挤压旋转剥皮瓣法，对大蒜分瓣。大蒜剥瓣机的特点是结构简单，易制造、易操作，成本低；对生产条件要求不高。通过对剥瓣辊的形状设计和材料选择，滚动轴承的选择及校核计算，结构设计与布置，及其强度校核，使剥瓣机具有运转平稳、成本低、维修方便。关键词：大蒜剥瓣机 摩擦挤压旋转剥瓣法 结构设计与布置 剥瓣辊的形状设计和材料选择 Abstract: garlic flap stripping machine is mainly parts of whole garlic and dried petals for easier peeling. The garlic into the feed Hopper, sent along the conveyor belt to peel the petal roller friction extrusion rotation skin flap rolls of garlic, garlic is peeled into garlic. Blower will scatter the garlic skin blown away, obtained from the outlet clean the garlic. Flap stripping machine of this design is to use friction extrusion rotation skin flaps, garlic, split. Garlic skin flap the features of simple structure, easy to manufacture, easy to operate, low cost production requirements is not high. Through the skin flap roll shape design and material selection, selection and calculation of rolling bearing, structural design and layout, and its strength, making skin flap machine is smooth running, low cost and easy maintenance. Key words: Garlic flap stripping machine ；Friction extrusion rotation skin flaps；Structural design and layout；Shape design of skin flap rolls and material selection0引 言随着社会的进步，生活中的每一个角落都有机器的参与,加工设备的发展是与加工工艺密切相结合的，与科技不断进步，人类生活水平不断提高是分不开的。粮食加工是把原料去杂质、调节水分、脱壳、去皮或研磨，最后加工成可以食用且符合不同质量标准的食品。回顾过去，我国加工设备同国外发达国家相比，加工精度低，机械化、自动化程度低，导致加工产品质量标准普遍不高，且颗粒粒度较粗、加工品种较少，和国际标准相比属于中等偏下。但随着现代化进程的加快，人类对生活质量和粮食质量要求不断提高，科技的发展使粮食精加工设备的设计制造迫在眉睫。提高加工设备的机械化和自动化程度是提高产品质量和劳动生产率、降低生产成本以及实现农业现代化的重要环节和可靠保证。采用先进的加工设备已经成为粮食加工工业的当务之急。本着此目的，结合我国国情以及加工工业的发展状况，大蒜的产量比较高，在我国粮食生产中具有举足轻重的地位。但长期以来，在大部分地区仍然采用手工分瓣的方式，劳动强度大，且效率低，浪费时间。设计的这台轻而便捷且方便操作的小农型剥瓣机，是适应当代市场的有效机型。1.主要结构及工作原理1.铸铁剥瓣辊 2.铸铁硅胶剥瓣辊 3.空气进口 4.鼓风机 5.电动机 6.出料接筒 7.出料通道 8.硅胶剥瓣辊 9.鳞皮屑收集口 10.入料口 图1 大蒜剥瓣机配置图剥瓣机机构的主要是由进料斗、出料斗、剥瓣辊、鼓风机组成。进料斗安装在剥瓣辊的上方，其作用提供大蒜进料口和引导大蒜剥瓣加工，另外，进料的自身重力提供一定的压送力，促使大蒜输送到剥瓣辊进行剥瓣加工；剥瓣辊成对布置，他是影响剥瓣质量的关键因素，大多由三对剥瓣辊组成，一对粗滚压辊、一对中滚压辊、一对细滚压辊，进料斗安装在机架的顶部，进料斗的下方安装一对粗滚压辊，在一对粗滚压辊的下方安装一对中滚压辊，在一对中滚压辊的下方安装一对细滚压辊；出料斗安装在剥瓣辊的下方，主要起到引导剥瓣后的大蒜自由的输出鼓风机安装在出料斗旁边，主要是鼓进空气吹去大蒜剥瓣后飘起的膜质鳞皮，从而得到比较干净的蒜米。 图2 剥瓣辊表面特征两视图 大蒜剥瓣机的工作原理是：完整的大蒜由进料斗输送到与水平成一定倾角并相向旋转的剥瓣辊之间；大蒜在自身重力的作用下沿剥瓣辊表面运动，由于两剥瓣辊间存在材质不同，所以对大蒜的摩擦力也不同，进而导致大蒜沿轴线自传，在挤压、旋转和滑动中，膜质鳞皮被撕开，按照如此依次进过三对剥瓣辊的作用，绝大部分大蒜被剥开成一个个蒜米；飘起的膜质鳞皮经过鼓风机吹出并排除剥瓣机构，从而使蒜米和膜质鳞皮分开；剥净的大蒜沿最底层的一对剥瓣辊向下滑行，并被送出机外，从而完成全部的剥瓣过程。由剥瓣机的工作原理可知，进行改进剥瓣机剥瓣辊的结构和材料及优化剥皮机构运动参数，可以增强装置对大蒜的剥瓣能力，提高剥瓣质量，减少蒜米的损伤。2.主要部件的设计2.1.剥瓣部件的设计 如图3 铸铁辊表面特征图 根据目前所用的材料，剥瓣辊可分为铸铁辊对铸铁辊、铸铁辊对硅胶辊、硅胶辊对硅胶辊等不同组合。铸铁制造比较方便、造价低、耐磨性好、使用寿命长，又可安装划瓣器，对一些鳞皮较厚、湿度较大的大蒜剥瓣效果比较好。但其缺点是抓取能力小，并随磨损程度加剧而减小。若在铸铁辊表面加工一条或几条螺旋凸棱，其上螺旋线可以使蒜移动瓣很好的。因为橡胶的摩擦系数比金属的摩擦系数要大，抓取能力和与大蒜鳞皮的连接能力增强，剥尽率高，又因为硅胶有弹性，蒜瓣的破损率低。鉴于上述分析说明，剥瓣部件宜选用铸铁辊和硅胶辊的组合且槽型排列的剥瓣辊。在设计中，铁剥瓣辊的结构（如图3所示）为：铁辊表面焊有螺旋钢筋，在钢筋旁边安装硅胶剥条，以增加抓取力，减小对蒜米的损伤。 图4 硅胶辊表面特征图在设计中，硅胶辊的结构如图4所示。这种硅胶辊不断抓取能力强，而且落蒜米率和损伤率小。由于螺旋升角的作用，螺旋筋对大蒜产生的作用力可分解为挤压大蒜的切向力和推动大蒜沿轴向运动的轴向力。轴向力可降低剥瓣辊的轴向倾斜角，从而降低了整机的高度。剥瓣辊结构设计如图5所示。由图5可见：每对辊成对称分布，在一对粗滚压辊的下方安装一对中滚压辊，在一对中滚压辊的下方安装一对中滚压辊，在一对细滚压辊，两对辊之间相距的高度为H。1.一对铸铁辊 2.铸铁辊和硅胶辊的组合 3.一对硅胶辊 图5 剥瓣辊的配置2.2.剥瓣辊参数的选择与确定当剥瓣辊相对水平面的倾角增大时，其生产能力增大，但剥净率降低；当倾角减小时，剥瓣辊的生产能力减小，对剥瓣的作用时间延长，剥净率、蒜米的损伤率同时增加。故倾角在一定的范围内可获得最高的生产效率和最佳的工作质量。一般来说，圆周速度越大，剥瓣辊的生产能力也越大，但当速度超过1.3m/s时，大蒜在剥瓣辊之间的稳定性变差，剥瓣质量下降。故圆周速度要在一定的范围内。实验表明，若剥瓣辊的直径减小时，其抓取能力减小，剥净率、蒜米的损伤率同时减小；当剥瓣辊的直径增大时，效果则相反。最适宜的剥瓣辊直径应该在80mm左右。剥瓣辊的长度是影响大蒜剥瓣剥净率的主要参数之一，其适宜的工作长度为9001100mm。如果长度加长剥净率会略有提高，但蒜米的损伤会随之显著增加。3.剥瓣辊的设计计算为了进一步提高剥瓣辊的工作效率，提高大蒜的剥瓣质量，降低大蒜的损伤率，故对大蒜的剥瓣辊在设计时，将有特殊的要求。剥瓣辊将设计成槽辊式，相关数据计算如下： 图6 剥瓣辊表面特征两视图槽辊槽数：Z=6 槽向角：=360/6=60槽辊每次转位t1与停歇时间t2之比：R=t1/t2=（z-2）/【2z/j-（z-2）】=（6-2）/【2*6/j-（6-2）】=1/2电动机主皮带d1=45mm减速机从动皮带轮d2=95mm一对剥瓣辊减速机减速比：1:40主动链轮齿数位15 从动链轮齿数为18选取电动机的转数为1400r/min故轴的转速为1400*45/95*1/40*15/18=13816r/min轴每转一圈用时60/13.816=4.34s轴每转一圈槽轮滚转1/4圈，即运动系数为1/4在每个工作周期内，槽轮滚的转动时间为4.34/4=1.09s槽轮滚的停歇时间为4.34*3/4=3.25s根据一些专业资料得出，剥瓣辊的最佳转速范围在n=300350r/min，在这里取n1=333.3r/min，电动机的转速n2=1440r/min。单对剥瓣辊生产能力: ,其中q大蒜剥后平均质量；L大蒜的最大直径；u -大蒜沿剥瓣辊移动速度（m/s）；s剥瓣辊螺距；n1剥瓣辊转速；f滑动综合系数；l50mm。将以上数据带入公式，计算可得=267kg/h。所以两对剥瓣辊的生产率为534 kg/h，由于此生产机械是由人手喂入，故满足题目要求的生产率500 kg/h，符合设计要求。4.结论此种型号的大蒜剥瓣机结合了各种新型剥瓣机的先进技术，博采众家之长，在剥瓣辊的组合方式上进行了技术创新，使剥瓣机的剥瓣性能有了较大的提高。此种剥瓣机在结构上较其他型号的剥瓣机非常紧凑，在生产时有助于节约空间。同时，在剥瓣辊的安装上，采用了三对剥瓣辊，最上层的剥瓣辊主要负责大蒜的初步加工剥瓣，中层的剥瓣辊主要负责进一步对大蒜进行精加工剥瓣，最下层