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花生紅衣脫皮機(jī)的設(shè)計
第一作者：王九龍 第二作者：范修文
（塔里木大學(xué)機(jī)電學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要: 花生仁是由紅色外衣和籽仁組成。紅衣主要是纖維組織和止血素, 而花生中的油脂、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素都集中在籽仁中。無論是從花生中提取蛋白粉, 還是提高花生榨制出濃香型花生油的檔次, 都需將花生果經(jīng)剝殼后再去掉花生果仁上的紅皮(俗稱紅衣), 這是制作上述食品及原料加工過程中不可缺少的關(guān)鍵工序之一[1]。為此，我們需要設(shè)計與試制一種花生脫紅衣機(jī)來除去花生紅衣為后續(xù)的工作做準(zhǔn)備。本文通過利用搓擦原理將花生仁上的紅衣去除的方法，闡述了通過搓擦的原理可以將花生仁上的紅衣有效的脫離下來，并且花生仁的破碎率小[2]。通過實驗論證了可以利用兩膠帶之間的搓擦使花生仁上的紅衣有效的脫離下來，可廣泛的應(yīng)用于花生的初加工。
關(guān)鍵詞:花生紅衣;活動與固定摩擦膠帶;搓擦原理;振動篩
中圖分類號：s237 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
A Design on Peanut Red Skin Huller
First author: Wang Jiulong; Second author: Fan Xiuwen
(Electromechanical College of Tarim University, Alar, Xinjiang 843300)
Abstract: A peanut kernel is composed by a red skin and a kernel. The skin is mainly made up of fibrous tissues and stypticins, while the kernel mainly contains nutrients like fat and protein. No matter whether the peanuts are used to extract albumen powder or used to enhance the quality of the extracted strong flavor peanut oil, the red one (generally called red skin) covering the kernel should be peeled after the peanut is shelled, which is one of the essential key procedures in making the products and material processing. Therefore, we need to design and trial-produce a peanut red skin huller, in preparation for the subsequent procedures. So, throughout the paper, the designers stated that rubbing principle could be applied in taking off the red skin and expounded how it worked effectively with low broken rate. By experiments, it has been expounded and proved that the red skin can be dropped successfully with the rubbing between the rubber belts, which can be widely applied in the primary processing of peanuts.
Keywords: peanut red skin; movable and fixed rubber belts; rubbing principle; vibrating screen
0 引 言
我國是花生的故鄉(xiāng)，年產(chǎn)量已超過100億斤?；ㄉ置浠ㄉ?，原產(chǎn)于南美洲一帶，世界上栽培花生的國家有100多個，亞洲最為普遍，次為非洲，據(jù)中國有關(guān)花生的文獻(xiàn)記載栽培史約早于歐洲100多年?；ㄉ蝗藗冏u為“植物肉”，含油量高達(dá)50%，品質(zhì)優(yōu)良，氣味清香?；ㄉ甜B(yǎng)補益，有助于延年益壽，所以民間又稱之為“長生果”，并且和黃豆一同被譽為“植物肉”、“素中之葷”?；ㄉ臓I養(yǎng)價值比糧食高，可以與雞蛋、牛奶、肉類等一些動物性食物媲美。它含有大量的蛋白質(zhì)和脂肪，特別是不飽和脂肪酸的含量很高，很適宜制作各種營養(yǎng)食品。除供食用外，還用于印染、造紙工業(yè)，花生也是一味中藥，適用營養(yǎng)不良、脾胃失調(diào)、咳嗽痰喘、乳汁缺少等癥[3]。
花生的營養(yǎng)極為豐富，脂肪含量高達(dá)44—56%,蛋白質(zhì)含量達(dá)25—33%，還富含B族維生素和鈣、鐵、鋅、磷等。而花生蛋白質(zhì)中的氨基酸組成也比較合理，花生蛋白是除大豆蛋白以外可替代動物蛋白的又一最佳植物蛋白。因此，人們已不滿足于花生的烘烤食品，而逐漸對花生進(jìn)行深加工和綜合利用。然而，無論是何種產(chǎn)品，花生紅衣總是影響其外觀和質(zhì)量的。必須在加工前脫除。
目前，國內(nèi)只有濕法脫除紅衣機(jī)器，其脫皮率只有70&左右，且電耗大、操作不方便等缺點[4][5]。隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展, 花生的利用向著多樣性方向發(fā)展, 花生的精深加工也成為花生果仁高效綜合利用的必然途徑?；ㄉ撕唵沃苯邮秤煤驼ビ屯? 也被用來制作各種風(fēng)味的花生仁、花生糖、花生醬、花生牛奶飲料[6], 也可配制在其他原料中作風(fēng)味料?；ㄉ适怯杉t色外衣和籽仁組成。紅衣主要是纖維組織和止血素, 而花生中的油脂、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素都集中在籽仁中。無論是從花生中提取蛋白粉, 還是提高花生榨制出濃香型花生油的檔次, 都需將花生果經(jīng)剝殼后再去掉花生果仁上的紅皮(俗稱紅衣), 這是制作上述食品及原料加工過程中不可缺少的關(guān)鍵工序之一[7]。為此，我們需要設(shè)計與試制一種花生脫紅衣機(jī)來出去花生紅衣為后續(xù)的工作做準(zhǔn)備。
1 設(shè)計原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計原理
本機(jī)器的主要動力來源是電動機(jī)，經(jīng)過傳動部分，從減速器中輸出的圓周運動來帶動皮帶輪，通過皮帶輪的傳動帶動摩擦膠帶的轉(zhuǎn)動。利用活動摩擦膠帶和固定摩擦膠帶搓擦的原理實現(xiàn)花生仁和紅衣的脫離。經(jīng)過脫離的花生仁和紅衣及少量破碎花生仁統(tǒng)一經(jīng)過花生仁與紅衣分離的吸氣管，在吸氣管中根據(jù)花生仁和紅衣的比重不同，利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的負(fù)壓把紅衣和花生仁及少量破碎的花生仁分離開來，紅衣則被吸入紅衣收集裝置。此時的花生仁、破碎的花生仁和少許的紅衣會落到振動篩上，通過振動篩的振動，少量的破碎花生仁會穿過篩孔掉落到破碎花生仁的收集裝置。被分離出來的花生仁和少許紅衣則處在篩孔上方并向下滑行，當(dāng)滑到花生仁和紅衣的分離管時，花生仁和紅衣進(jìn)行再一次的分離。分離管中的花生仁則落入花生仁收集裝置，紅衣則通過分離管的引導(dǎo)與第一次被分離出來的紅衣匯合被統(tǒng)一導(dǎo)向紅衣收集裝置。被收集的紅衣再用于其他用處。通過上述的原理來制作干法花生紅衣脫皮機(jī)，以此來實現(xiàn)花生仁與紅衣分離的目的?；ㄉt衣脫皮機(jī)的工作原理如圖1所示
圖1 花生紅衣脫皮機(jī)工作原理
經(jīng)供烤后帶紅衣的花生子粒進(jìn)入料斗內(nèi), 由下料擋板控制花生粒均勻在淌板上流過, 調(diào)節(jié)料門即可調(diào)節(jié)花生子粒的流量。經(jīng)過擋板的花生粒進(jìn)入固定與活動摩擦膠帶形成的楔形區(qū), 在活動膠帶的帶動下, 花生粒受到兩膠帶的搓撕作用, 在擠壓力和剪切力的綜合作用下, 紅衣與花生仁分離。紅衣與花生仁分離的效果, 可通過改變固定與活動摩擦膠帶的間隙大小進(jìn)行調(diào)整。分離后的花生仁、部分紅衣和胚芽及少量碎仁從兩膠帶出口經(jīng)風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左支管下段落到篩面上。在下落過程中, 大部分紅衣和灰塵被逆向風(fēng)吸走。由于篩面上物料呈下行體制運動, 因而, 篩上物既花生仁從振動篩出口進(jìn)入右支管, 最后呈成品流出；篩下物既胚芽和碎仁經(jīng)篩孔落至篩底板上, 由出口流入分離斗, 最后經(jīng)垂直管流出而得到收集。
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中的左、右支管匯集至風(fēng)機(jī)的入口, 被捕吸的紅衣和灰塵由風(fēng)機(jī)排出, 再經(jīng)旋風(fēng)除塵器最后得到收集。風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左右支管中共有三個側(cè)吸罩和一個傘形罩, 右支管中的兩側(cè)吸罩的捕吸速度, 可調(diào)整風(fēng)門開啟大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；左、右支管中的風(fēng)速和風(fēng)量可由兩旋閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
1.2 總體設(shè)計
花生紅衣脫皮機(jī)的機(jī)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 花生紅衣脫皮機(jī)
1、喂料裝置
2、花生紅衣脫皮裝置
3、紅衣與空氣分離裝置
4、風(fēng)機(jī)
5、紅衣收集管道
6、振動篩主動輪
7、變速箱
8、電機(jī)
9、紅衣收集裝置
10、破碎花生仁出料口
11、脫完紅衣的花生仁的出料口
花生紅衣脫皮機(jī)是一種組合式設(shè)備。它實質(zhì)上是由紅衣與花生仁分離裝置、花生仁與胚芽分離裝置和紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)三大部分組成。主要包括進(jìn)料裝置； 紅衣與花生仁分離裝置； 花生仁與胚芽分離裝置；紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)；機(jī)械傳動系統(tǒng)及機(jī)架等組成。
紅衣與花生仁分離裝置, 由活動摩擦膠帶、固定摩擦帶、摩擦帶間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、活動摩擦帶托輥裝置和張緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成?；顒幽Σ聊z帶與固定摩擦膠帶間形成一楔形空間, 兩帶的摩擦工作面上具有凹形槽, 以增大紅衣與花生仁分離的摩擦力。倆膠帶均采用白色無毒橡膠材料,由專門模具經(jīng)流化等工藝壓制而成。
花生仁與胚芽及少量碎仁分離裝置, 主要由篩體、單層長方形孔篩板、篩體振動曲柄連桿機(jī)構(gòu),彈性吊桿及減震機(jī)構(gòu)組成。
紅衣收集及除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng), 主要由風(fēng)機(jī)、紅衣與花生仁摩擦分離裝置出口側(cè)風(fēng)罩、篩面中段傘形罩、篩面出口側(cè)風(fēng)罩、篩下物出口側(cè)風(fēng)罩、旋風(fēng)除塵器、成品花生仁、胚芽及碎仁出口和料斗等組成。
機(jī)械傳動系統(tǒng), 主要由電機(jī)、減速器、皮帶輪與皮帶等組成。紅衣與花生仁摩擦分離裝置和振動篩共用一個動力系統(tǒng), 故結(jié)構(gòu)緊湊。
其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示
表1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項目
數(shù)據(jù)
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
1611×1280×2412
生產(chǎn)量（kg）
250
活動膠帶速度（m/s）
0.9
振動篩頻率（r/min）
254
振動篩振幅（mm）
5
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)量（m3/h）
1300
風(fēng)壓（kPa）
1.96
脫皮裝置寬度（mm）
451
動力額定轉(zhuǎn)速（r/min）
1500
2 關(guān)鍵部件設(shè)計
2.1 振動篩曲柄轉(zhuǎn)速的確定
曲柄、連桿和振動篩之間的關(guān)系如圖3所示
圖3 曲柄、連桿和振動篩之間的關(guān)系
平面篩的目的是把尺寸小于篩孔尺寸的篩上物過濾到篩子下面，使篩上物保持一致。為了使篩上物通過篩孔需滿足兩個條件。一是篩孔的尺寸大于需過濾出的篩上物。二是連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速。連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速并且小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。若連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速不能滿足這個條件就無法正常的進(jìn)行篩選。第一個條件已經(jīng)滿足，第二個條件需要計算。
振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速應(yīng)大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速,小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)并經(jīng)過計算求出上滑的臨界轉(zhuǎn)速和下滑的臨界轉(zhuǎn)速。
計算下滑臨界轉(zhuǎn)速的公式：[11]
式中：——物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速()
——振動面傾角（度）
——振動面振動方向角（度）
——物料與篩面的摩擦角（度）
——重力加速度()
——振動篩曲柄半徑()
經(jīng)過測量與查閱相關(guān)資料可得知：
=10° =90° =20° =10 =0.041
將數(shù)據(jù)代入公式可得：
若需要篩上物呈下行體制運動，振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速需大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。
即：
所以
當(dāng)振動篩曲柄軸的轉(zhuǎn)速在以上計算出的結(jié)果里時，篩上物就會呈現(xiàn)下滑的運動體制。實現(xiàn)了振動篩篩選分離破碎花生仁、紅衣、胚芽和脫完紅衣的花生仁的目的。
2.2 活動摩擦膠帶與固定摩擦膠帶的參數(shù)確定
活動摩擦膠帶也固定摩擦膠帶的材質(zhì)為白色無毒橡膠材料由專門模具經(jīng)過硫化等工藝壓制而成。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 活動摩擦膠帶也固定摩擦膠帶
該機(jī)器在工作過程中，活動摩擦膠帶是相對固定摩擦膠帶運動的。為了提高該機(jī)器在工作過程中脫紅衣的效果，特地的在活動的摩擦膠帶上做了許多凹凸不平的小突起，就是為了增大活動摩擦膠帶的表面粗糙度，來增加脫紅衣的效果。
活動摩擦膠帶所纏繞的兩滾筒之間的距離是405mm，兩膠帶的寬度為451mm，活動摩擦膠帶的速度為0.9m/s，主動滾筒的轉(zhuǎn)速為104r/min。
2.3 風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓的計算
風(fēng)網(wǎng)的作用就是讓脫完紅衣的花生仁和紅衣進(jìn)行分離，其產(chǎn)生的負(fù)壓的大小能把紅衣吸走切不吸走花生仁。因此這需要計算風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的壓損和能使紅衣被吸走的風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)所要產(chǎn)生的負(fù)壓的總大小為這兩項的總和。風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5所示,壓損的計算如表2所示。
圖5 風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成
表2 花生脫紅衣機(jī)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)壓損計算表
設(shè)備名稱或
管段序號
()
()
()
()
壓損
累計
()
左支
338
2.5
0.36
1.4
左支管
338
7.3
0.022
4.3
左支管匯流三通
631
6.3
0.65
15.3
左支管下旋閥
風(fēng)機(jī)吸口匯流三通
1123
17.6
0.53
117.6
風(fēng)網(wǎng)吸氣
右支管上旋閥
部分最大
右支管彎管
492
15.6
0.89
130.3
壓損
右支管漸擴(kuò)管
492
10.8
0.11
9.8
喂=229
右支管匯流三通
492
10.8
0.59
41.2
右支管匯流三通
229
5.9
0.14
2.0
右支管
113
2.5
0
3.7
右支管進(jìn)口
113
2.5
1
0.8
3.7
風(fēng)機(jī)出口漸擴(kuò)管
1123
19.3
96
風(fēng)網(wǎng)壓氣部分
彎頭
1123
10
0.43
29.4
最大壓力
旋風(fēng)除塵器
1123
936
壓=1058
由各吸風(fēng)口的幾何尺寸以及所選定的捕吸速度，求出其風(fēng)量。
風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)量為：
取
即：
取
由計算結(jié)果可得知，風(fēng)機(jī)吸氣部分左支管、右支管壓損不等，右支管壓損較大，
即:右=299
風(fēng)網(wǎng)壓氣段壓損壓=1058，其風(fēng)網(wǎng)總壓損=1375。
為了使左支管、右支管中壓損基本相近，故在左支管、右支管上安裝有旋閥，最后取定風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)壓=1960。
3 結(jié)論
此花生紅衣脫皮機(jī)的使用，改變了以前人工勞動強(qiáng)度大、效率低的缺點。同時也解決了以往花生紅衣脫皮機(jī)耗電量大、生產(chǎn)效率低的缺點。此花生紅衣脫皮機(jī)的研制滿足了大部分的需要。由于該機(jī)脫皮率高，花生仁的破碎率低，可以作為以脫完紅衣的花生仁為原材料進(jìn)行深加工的工廠的后盾，同時也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化去皮的全過程。當(dāng)然此機(jī)器也存在不足的地方，其中有一個就是花生仁進(jìn)料斗處有可能被花生仁堵住，雖然可以調(diào)節(jié)進(jìn)料口的大小，但是不能實現(xiàn)自動化。因此可以在進(jìn)料斗的下方放一個振動裝置，此振動裝置可以使花生仁均勻的進(jìn)入花生紅衣脫皮裝置，這樣就不至于堵住進(jìn)料口。
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