滚切式椰子脱壳平台总体设计

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  作者简介:张力(1990-),男,汉族,重庆市人,工学硕士,重庆交通大学,研究方向:机械电子。
  刘泽飞(1991-),男,漢族,云南省人,工学学士,重庆京东方光电科技有限公司,研究方向:机械电子。
  摘要:针对目前椰子的加工现状,手工椰子脱壳存在效率低、危险系数高、资源利用率低等缺点。根据椰子结构特点和椰壳特性,设计一种基于滚切原理的椰子脱壳机。椰子被螺旋辊上的螺旋槽单位排序并依次往前推送,从出椰孔口排出后,经由双托辊和剥壳刀具构成的脱壳通道,椰子边转动旋进边切开椰壳。
  关键词:椰子;脱壳;滚切式
  椰子,是椰子树的果实,是由外层为纤维的壳组成的,提供椰子皮纤维和内含可食厚肉质的大坚果。在对椰子进行深加工的过程中,椰子的脱壳工艺处理是一个关键而又困难的工序。因椰子的果壳主要由纤维素组成,壳仁间隙小、壳孥硬、难以剥离,而且椰子品种繁杂,尺寸差异较大、形状不规则;剥壳的同时不能破坏椰肉的品质,而物理剥壳法都对椰肉品质有不同程度的破坏,所以椰子的破壳取肉难度较大。目前,我国尽管已研制和开发一些坚果脱壳机械,但其发展相当缓慢,远远落后于种植业的发展,并且成熟的机型以及进行批量生产的不多,远不能满足实际需要。在技术上还存在如下问题:(1)脱壳率低,脱壳后的果仁破碎率高,损失大。(2)机具性能不稳定,适应性差。(3)作业成本偏高。针对这些不足,就需设计一种脱壳机械结构,既工作结构简单可靠又成本低廉。
  1、平台整体结构设计
  平台设计的主要思路是:采用定速滚刀器滚动切割椰子,然后通过滚压—切割一碾搓的方法使椰子脱壳。
  图1-1为平台结构示意图。平台主要有传动部分4、输送部分2和切壳刀具工作部件5、7组成。平台的导向喂入装置2是直辊与螺杆组合结构,它既可以对物料进行水平输送,也可以完成导向功能,使椰子进入剥壳工作部件与切壳刀具轴向相平行。支承托辊7是由两个加工有不同形状辊纹的平行辊(纹理呈平行轴方向的圆柱齿轮状辊和纹理呈相交叉方向的辊)组成,它们的转速及方向相同。椰子的旋转动力由椰子与支承托辊间的摩擦力提供。滚刀通过压力杆在椰子上方施加切割力,实现椰子在平均中径方向滚压、切割。在椰子破壳过程中除对椰壳产生径向切割,还对椰壳有轴向分离的作用;故选用滚刀作为椰子的破壳切割刀具。另外平台的结构包括电机、传动部件、支撑构架、压力杆及调解机构等。
  其各部分构造分述如下:
  (1)传动部分:主要由电机13、四个齿轮3和大、小带轮和V型带等组成。小带轮12和电机13安装在同一轴上,大带轮4和最小齿轮安装在同一轴上。电机启动后,大、小带轮转动引起齿轮转动带动输送部分。
  (2)输送部分:由下料斗1、出料斗9和导向对辊2等组成。
  (3)剥壳工作部件:由滚刀5、一对支承托辊7和压力杆8等组成。滚刀和支
  承托辊是主要零件,均采用合金工具钢制作而成。
  2、平台工作原理
  电机启动后,椰子从下料斗1落入输送对辊2上,输送对辊以一定的转动速度旋转,并推动椰子以一定的转动速度沿输送对辊的轴向方向运动,椰子经由一个每次仅能通过一个椰子的孔进入剥壳工作部件。椰子进入剥壳工作部件后,使滚刀5与椰子6相接触,在支承托辊摩擦力的作用下椰子作逆时针转动。椰子与滚刀摩擦力的作用使滚刀作顺时针转动,此时滚刀与椰子作相对静止运动。在平均中径处椰子被滚刀割开并继续转动挤压切搓,椰壳逐渐脱离椰肉,破壳后的椰子被高速推出,从出料器挡板9下料。由于滚切后的椰壳和椰肉已经部分脱离或裂开,然后进行壳肉分离即可。试验时,先将椰子加入料斗,旋转手柄,椰子就通过对辊输送到脱壳工作系统,只要微调控制手柄,使滚刀以一定的作用力与椰子接触,即可剥壳。
  3、平台剥壳工作部件结构
  剥壳工作部件由呈星型分布的支承托辊、滚刀、压力杆等构件组成见图3-1所示,下方两固定支承托辊同时作顺时针旋转。滚刀依据椰子的大小不同手动向上下移动,施加不同大小的力是通过控制手柄来调节,滚刀在压住椰子的同时并作顺时针的圆周运动,完成椰子的剥壳及卸料。
  1.支承托辊,2.椰子,3.滚刀
  4、传动方案设计简图
  本设计的传动和执行机构较为简单,即动力由电机通过V带传动,直接将能量传到主动轴,主动轴的齿轮1带动过渡齿轮2,过渡齿轮2带动齿轮3,从而使得主动轴和从动轴以同旋转方向同速率转动。其方案简图如图5-1所示。
  5、结语
  该平台结构简单,采用机械剥壳法,机械性能稳定,提高脱壳率并且作业成本偏低,能满足一般小企业或家庭式作坊使用。但本设计精度上还有待于进一步改进。另外还需针对本结构对刀具进行具体讨论。(作者单位:1.重庆交通大学;2.重庆京东方光电科技有限公司)
  参考文献:
  [1]椰子剥壳机的研制.王旺平,李诗龙,刘晓艳.2011.03.02
  [2]史建新,高大中,王学农,周向农.6PH.150型核桃破壳机[J].粮油加工与食品机械.2000.1:28-29
  [3]陈秀文,谢俊夫,陈和贤.椰子剥壳机构之研制[J].农业机械学刊第15卷第3期.2006,9(03):23-32
  [4]《机械设计》第四版,邱宣怀主编,高等教育出版社
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