挤压揉搓式板栗脱壳机的设计

黄金艳　王刚

（临沂大学机械工程学院，山东 临沂 276005）

【摘要】近年来板栗深加工产业蓬勃发展，对于板栗仁的需求使得板栗脱壳机械应运而生，市场上现有的板栗脱壳机都有其各自的缺点。通过对现有板栗脱壳方法的研究[2-6]，以提高脱壳率和整仁率为目的，将挤压脱壳法与揉搓法有机结合，得到挤压揉搓式板栗脱壳机。该机主要由挤压辊筒和揉搓辊筒构成，并在挤压辊筒的滚动面上设计了滚花处理，以增加辊筒与板栗接触的粗糙度。该机无论是从组成结构、工作原理还是技术参数等方面分析，具有结构简单、使用方便、功能强以及制造成本低等优点。

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关键词 板栗；辊筒；挤压；揉搓；脱壳

0引言

中国特产的板栗分布广泛，品质优良。它的风味隽美，甜香可口，宋代诗人范成大曾用诗句“柴烂山梨红皱枣，总输易栗十分甜”来赞美板栗的味道。不仅如此，板栗的食用方法多样，且富含蛋白质、维生素C和多种矿物质，具有保健的功效，营养和经济价值都很高，深受大众的喜爱[1]。

近些年来，我国的板栗种植面积和板栗的产量都飞速增加。然而，新鲜板栗不易贮存，极易发生霉变腐烂从而造成经济上的巨大损失，想要解决这一问题并且获得更高的经济收益必须进行深加工处理，其中去壳处理是第一步也是非常重要的一步。由于缺乏成熟的板栗脱壳去衣机械，阻碍了板栗的产业化发展。

1脱壳方法的选择

目前的板栗脱壳方法主要有灼烧法、激光法、化学腐蚀法、微波法和机械法。其中前四种方法由于具有加工成本高，结构复杂，安全性低等缺点，并不适合个体户以及小型板栗加工企业使用，而机械脱壳法结构简单、使用方便、成本低廉易推广。机械脱壳法包括剪切法、挤压法、冲撞法、揉搓法、撕扯法等[6]。

板栗与其它坚果不同，在它的外壳与栗仁之间还有一层红衣与之紧密结合，无法直接进行机械脱壳。在机械脱壳之前先将板栗进行外壳表面划割，然后进行板栗干燥处理以使板栗脱水从而使板栗的红衣与外壳结合而与栗仁分离。经过干燥后的板栗壳较脆经适当挤压会自然裂，但壳仁不易分离。因此本机选用挤压与揉搓结合的方法，使经过表面划割和干燥后的板栗先受到挤压辊筒的挤压作用破壳，再进入揉搓辊筒实现壳仁分离。

2总体设计

该机主要由挤压辊筒、揉搓辊筒以及安装在机架下部的电动机，主动轮及传动皮带，加之安装在机架上的进料斗、机壳、风机、筛网、出壳口、出仁口、缓冲板等构成。要点是挤压辊筒的滚动面上滚花处理，以增加辊筒与板栗接触的粗糙度，并在与挤压辊筒相对的机壳内壁上装有轧板（轧板通过螺栓连接在机壳内壁上，通过调整螺栓可调节轧板与挤压辊筒之间间隙）。该机设计了两个传动轴，传动轴Ⅰ安装在机架上，电动机驱动传动轴Ⅰ运转并使安装在其上的揉搓辊筒工作，揉搓辊筒内部安装有螺旋筋板，出料调节板安装在揉搓辊筒侧面。揉搓辊筒安装在传动轴Ⅱ上，传动轴Ⅱ的动力由安装在传动轴Ⅰ一端的主动轮，通过皮带传给安装在传动轴Ⅱ一端的从动轮。位于传动轴Ⅱ上的挤压辊筒上，装有机壳和进料斗，二者用小螺杆连为一体；主动轮与从动轮间套有皮带防护罩；机架下部制作了栗仁出仁口和栗壳的出壳口。其中机壳、进料斗、出壳口、出仁口、皮带防护罩，缓冲板均连接固定在机架上。这样，就构成一个挤压揉搓式板栗脱壳机。

使用时，将经过划割、干燥和分级处理后的板栗从板栗脱壳机顶部的进料斗均匀不间断的送入（若一次性进料太多，会造成板栗堵塞在料斗的进料口处无法顺利进入工作腔内进行破壳），在辊筒的旋转力作用下，物料先通过挤压辊筒与机壳内壁轧板形成的间隙受到挤压作用，从而使栗壳破裂，然后垂直下落进入揉搓辊筒，在揉搓辊筒内板栗受到挤压、碰撞、打击等作用使得栗壳与栗仁分离，接着通过调节出料调节板使栗壳、栗仁混合物从揉搓辊筒内排出，经由缓冲板落向网筛，在壳仁混合物下落过程中，壳仁混合物受到来自风机的气流作用，质量较轻的栗壳及壳渣被吹入出壳口，质量重的板栗仁由出料斗排出。从而实现了板栗的脱壳以及壳仁分离。

3主要技术参数

3.1材料选择

由于所加工的板栗硬度较低，故本板栗脱壳机构所用的机壳以及挤压辊筒、缓冲板、揉搓辊筒均采用45钢即可满足使用要求[4]。而与挤压辊筒配合工作的轧板则采用工程塑料，原因是45钢硬度较高弹性较差，对板栗的挤压力较大；工程塑料硬度较低弹性较好，对板栗的挤压力较45钢小。若辊筒和轧板都采用45钢，板栗的破壳率较高，但同时板栗仁的破损率也高；若都使用工程塑料，则会造成破壳不充分。故挤压辊筒选择45钢材料，轧板采用工程塑料，这样配合使用板栗的破壳率较高，而破损率较低。

3.2挤压辊筒的速度

挤压辊筒的速度对于板栗脱壳效率和栗仁的破损率有着非常重要的影响。速度过高可以提高板栗的破壳率，但同时也会造成大量的栗仁破损；速度过低则会造成破壳不充分，从而影响脱壳率。经过试验，当挤压辊筒的速度大于340r/min时会使栗仁破损率大大增加，所以应控制好挤压辊筒的转速。

3.3电动机选择

在本设计中，考虑到实际情况，主轴转速在300r/min左右为宜。电磁调速电动机能在规定的调速范围内实现均匀的、连续的、无级调速，并能输出额定转矩，在运行中当负载转矩变动时（下转第150页）（上接第120页）可通过控制器的负反馈控制系统使输出转速基本不变，所以选用电磁调速电动机来提高板栗脱壳机工作的稳定性。因此选用YCT132-4B型电磁调速电动机来驱动转轴工作。其速度调节区间为125～1400r/min，额定转矩9.5N·m，功率为1.5kW。

4破壳试验效率与其他原理的机械式板栗脱壳机的比较

经试验得出，本挤压揉搓式板栗脱壳机的平均脱壳率为95%，整仁率为90%，挤压式板栗脱壳机的平均脱壳率为81%，整仁率86%，揉搓式板栗脱壳机的平均脱壳率为85%，整仁率84%。通过比较可知，本挤压揉搓式板栗脱壳机大大提高了板栗的脱壳率且几乎没有降低整仁率。显然本挤压揉搓式板栗脱壳机的综合性能是最好的。

5总结

本文的创新点是进行了板栗脱壳机构的优化设计，将传统的挤压脱壳法与揉搓法有效的结合起来，首先采用辊筒挤压使干燥后的板栗破壳，然后通过揉搓、相互碰撞使栗仁栗壳分离，最后通过筛网和风机实现壳仁分离，大大的提高了板栗脱壳率。当然板栗的干燥程度对于板栗脱壳率的影响显著，适当干燥板栗对于提高板栗的脱壳率和降低破损率是至关重要的。

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参考文献

［１］张宇和,柳鎏,梁维坚,张育明.中国果树志·板栗[M]．榛子卷.北京:中国林业出版社,2005．

［２］张黎骅,张文,苟文.麻风果脱壳机的设计与试验研究[J].西南大学学报,2010,32(9):148-151．

［３］黄武强,吴韶棠,陈永嘉，等.手动银杏脱壳机的设计与试验 [J].仲恺农业工程学院学报,2009,22(1):24-27．

［４］朱立学,罗锡文,刘少达.轧辊-轧板式银杏脱壳机的优化设计与试验[J].农业工程学报,2008,24(8):139-142．

［５］杨雪银.基于有限元方法的板栗破壳机理的研究[D].武汉:华中农业大学,2005.

［６］袁越锦,徐英英,党新安，等.板栗脱壳技术与破壳机理研究现状及发展趋势 [J].食品工业科技,2008,29(10):301-304．

［７］王涛,李粤,符志宏，等.果壳分离机械研究发展状况综述[J].中国农机化,2012,5:27-29．

［８］张荣荣,李小昱,王为.基于揉搓方法的板栗破壳性能的试验研究[J].农业工程学报,2007,23(5):177-179．

［责任编辑：薛俊歌］