一种组合式大蒜柔性去皮装置

1.本发明属于大蒜加工设备技术领域，具体是一种组合式大蒜柔性去皮装置。


背景技术：

2.大蒜，是人们日常生活中经常食用的一种农作物，因为其具有较高的烹饪和药用价值而受到人们的重视，但是蒜瓣外表有一层薄薄的不能食用的外皮，所以在食用前要先把这层皮去掉。大蒜去皮是一项繁琐、成本高和耗时长的工作，采用人工去皮的话效率太低，所以用机器代替人工进行大蒜去皮就成了主要的研究方向。传统的大蒜去皮机存在着蒜米破损率高、蒜皮去皮率低需要重复进行去皮且加工效率低等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种组合式大蒜柔性去皮装置，能够实现大蒜低损高效去皮。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种组合式大蒜柔性去皮装置，包括机架，在所述机架上设置有搓擦机构、振动机构和梳刷机构；
5.所述搓擦机构包括搓擦筒和浮动搓擦单元，所述搓擦筒为圆柱筒体结构，其包括位于其上方的喂料口和位于下方的出料口，所述浮动搓擦单元安装在所述搓擦筒内，蒜瓣由搓擦筒的喂料口进入，经过浮动搓擦单元对蒜瓣进行搓擦与挤压破皮，再由搓擦筒的出料口进入振动机构中；
6.所述振动机构包括振动筛和偏心振动单元，所述偏心振动单元设置在振动筛的一端，通过传动轴的带动作用实现振动筛的平面振动作用；
7.所述梳刷机构设在所述振动筛的上方，所述梳刷机构包括至少一根毛刷辊，所述毛刷辊与振动筛之间预留有蒜米通道间隙。
8.作为优选方案，所述偏心振动单元包括传动轴、偏心轴承和轴承座，所述轴承座通过摇臂与振动筛连接，轴承座通过偏心轴承安装在所述传动轴上，传动轴通过键与偏心轴承的内圈固定连接。
9.作为优选方案，所述振动机构还包括摇杆组件，所述摇杆组件包括若干摇杆座和摇杆，所述摇杆组件设置在振动筛的周围，摇杆座固定在所述机架上，摇杆的一端与振动筛转动式连接，另一端与摇杆座转动式连接。
10.作为优选方案，所述摇杆座包括调节螺杆和调节螺母，所述调节螺杆与机架相连并通过调节螺母固定，摇杆组件通过可调节螺杆和调节螺母配合，以通过调节摇杆的长度来调节振动筛的倾斜角度，所述振动筛的倾斜角度是指沿蒜米出料方向的倾斜角度。
11.作为优选方案，所述振动筛内铺设有一层聚氨酯糙面垫，在所述聚氨酯糙面垫上布置有若干仿蒜弧形摩擦块。
12.作为优选方案，所述毛刷辊沿出料方向依次设置有三根以上，所述毛刷辊平行设置，沿进料至出料方向，毛刷辊与振动筛之间的蒜米通道间隙逐渐减小。
13.作为优选方案，还包括气动机构，所述气动机构包括若干气嘴，所述气嘴安装在所述振动筛的上方，用于将气流通过气嘴吹入振动筛上，以在风压的作用下将蒜皮由蒜米上吹落达到去皮效果。
14.作为优选方案，还包括收集机构，所述收集机构包括排料斗和废料收集斗，排料斗设置在振动筛的出料端的机架上，振动筛上的蒜米由排料斗排出，废料收集斗设置在振动筛的下方，且由进料侧至出料侧具有一定的坡度。
15.作为优选方案，所述排料斗的一端可转动式安装在机架上，另一端与支撑杆组件一端铰接，支撑杆组件的另一端与机架铰接，所述支撑杆组件包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆和第二支杆螺纹连接，支撑杆组件通过两支杆之间的螺纹调节长度，以实现废料收集斗的角度调节。
16.作为优选方案,为保证搓擦力大于蒜皮之间的分离力，须建立搓擦过程的动力学模型；在搓擦过程中，可将外形不规则蒜瓣看作椭圆形物体，其满足关系：
[0017][0018]
式中：fn为法向搓擦力，单位为n；f
t
为切向搓擦力，单位为n；ff为阻碍蒜瓣运动的摩擦力，单位为n；fz为蒜瓣支撑力，单位为n；g为蒜瓣自身重力，单位为n；p为弹簧对其的压力，单位为n；f为蒜皮间的分离力，单位为n；
[0019]
根据fn、f
t
和fc的关系可得：
[0020][0021]
式中：θ为搓擦力与法向搓擦力之间夹角，单位为
°
；
[0022]
将式(2)带入式(1)得：
[0023][0024]
式中：μ为蒜瓣与扇形摩擦面的动摩擦系数，μ取0.214；
[0025]
为满足搓擦力fc必须大于分离力f，需对蒜皮间的分离力f进行测量；
[0026]
将fn＝mω
12
r1代入式(2)得：
[0027][0028]
其中：
[0029][0030]
式中：m1为单个蒜瓣质量，单位为g；ω1为搓擦辊转动角速度，单位为r/min；n1为搓擦辊转速，单位为r/min；r1为搓擦辊圆周运动半径，单位为mm；
[0031]
由式(4)可知，搓擦力的大小与浮动搓擦辊的转速n1有关，转速过小则导致搓擦力不够，转速过大易导致蒜瓣损伤；由式(3)、式(4)可得浮动搓擦辊转速为：
[0032][0033]
有益效果
[0034]
其一、本方案，通过对结构改进，将搓擦机构、振动机构和梳刷机构按照大蒜去皮工序在机架上依次设置，蒜瓣首先经过喂入口落入搓擦筒内的浮动搓擦单元上，通过带动浮动摩擦辊组对扇形摩擦面上的蒜瓣进行搓擦，摩擦辊与扇形摩擦面之间的间隙由上至下依次递减，以保证尺寸大小不一的蒜瓣均能受到搓擦作用而使得蒜皮开裂；搓擦后的蒜瓣通过下料板进入振动筛内，受到振动筛偏心振动和毛刷辊梳刷作用向排料口运动，蒜瓣在振动筛内与仿蒜弧形摩擦块进行摩擦与碰撞，先后受到筛面振动、毛刷辊梳刷等作用力，使得蒜皮在振动筛内逐渐脱落。
[0035]
其二、优选方案中，振动机构通过摇杆组件与机架相连接，其中摇杆座通过设置可调节螺杆和可调节螺母能够实现振动筛的倾斜角度的调整，从而调整蒜瓣的出料速度以及蒜瓣在振动筛内的摩擦时间，从而达到预期的脱皮效果。
[0036]
其三、优选方案中，毛刷辊沿蒜米出料方向依次设置有三根或以上，梳刷机构的三个毛刷辊距离筛内蒜瓣的高度不同，沿蒜米进料至出料方向，毛刷辊与振动筛之间的蒜米通过间隙是逐渐依次降低的，第一个毛刷辊距离振动筛底部间隙较大，主要是用于对大量涌入的蒜瓣的输送与梳刷作用；第二个毛刷辊高度较第一个稍低，作用是到对蒜皮梳刷；第三个圆刷筒毛刷辊距离高度最小，主要是对已去皮的蒜米和蒜皮向后排出的作用。
[0037]
其四、优选方案中，在梳刷机构的上方设置有气动机构，气动机构的作用是将气流通过气嘴吹入振动筛上，以在风压的作用下将蒜皮被吹落达到去皮效果。
[0038]
其五、优选方案中，蒜米和较大的蒜皮沿排料斗由尾部排出，且排料斗在支撑杆组件的作用下可以实现排料角度的调节，振动筛上掉落下来的碎屑和灰尘则可通过废料收集斗滑落收集。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本发明去皮装置的立体图；
[0041]
图2为本发明去皮装置的正视图；
[0042]
图3为本发明去皮装置中浮动搓擦机构的结构图；
[0043]
图4为本发明去皮装置中梳刷机构的结构图；
[0044]
图5为本发明去皮装置中振动机构的结构图；
[0045]
图6为本发明去皮装置中机架的结构图；
[0046]
图7为本发明去皮装置中浮动搓擦单元的内部结构图；
[0047]
图8为本发明去皮装置中收集机构的结构图；
[0048]
图9为废料收集斗、振动筛和气动机构的相对位置图；
[0049]
图10为本发明中电动机与浮动搓擦单元的连接结构图；
[0050]
图11为实施例中蒜瓣三维尺寸正态分布图：长度；
[0051]
图12为实施例中蒜瓣三维尺寸正态分布图：宽度；
[0052]
图13为实施例中蒜瓣三维尺寸正态分布图：厚度；
[0053]
图14为蒜瓣在浮动搓擦单元间受力分析图；
[0054]
图15为蒜皮分离力正态分布图；
[0055]
图16为蒜瓣轮廓二值化提取图；
[0056]
图17为蒜瓣弧形面轮廓曲线图；
[0057]
图18为蒜瓣所受气吹表面积测量图；
[0058]
图19为振动筛上物料受力示意图；
[0059]
图中标记：1、机架，2、搓擦机构，21、喂料口，22、搓擦筒，23、浮动搓擦辊，231、空心橡胶辊，232、钢条，233、空心轴套，24、扇形搓擦面，25、传动轴ⅰ，26、下料板，27、弹簧，3、振动机构，31、振动筛，32、仿蒜弧形摩擦块，331、偏心轴承，332、轴承座、333、传动轴ⅱ，34、第一可调摇杆，35、第二可调摇杆，4、梳刷机构，41、垫块，42、毛刷辊，43、轴套，44、立式轴承座，45、传动轴ⅲ，46、传动轴ⅳ，47、传动轴
ⅴ
，5、气动机构，51、微型夹具，52、空压机，55、固定板，6、收集机构，61、排料斗，62、废料收集槽，63、支撑杆组件，631、第一支杆，632、第二支杆，633、铰接头，64、安装杆，7、传动机构，71、电动机ⅰ，72、电动机ⅱ，73、万向节联轴器，74、双槽带轮ⅰ，75、双槽带轮ⅱ，76、双槽带轮ⅲ，77、单槽带轮ⅰ，78、单槽带轮ⅱ，79、v型带，8、蒜瓣。
具体实施方式
[0060]
以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。
[0061]
如图所示，本实施例提供一种组合式大蒜柔性去皮装置，包括机架1，在机架1上设置有搓擦机构2、振动机构3、梳刷机构4、气吹机构5、收集机构6以及传动机构7；其中机架1作为去皮装置的主体，搓擦机构2安装在机架1头部的上方，完成蒜瓣的输入和破皮过程；振动机构3安装在机架1中部，是蒜皮去皮的主要空间；梳刷机构4安装在振动机构3的上方，与振动机构3配合进行去皮；气吹结构5安装在机架1的尾部，完成蒜瓣去皮过程中的气流输入；收集机构6安装在振动机构3的下方和机架1的尾部，完成蒜米和废料收集过程；传动机构7安装在机架1的外侧上，负责将整个去皮装置联动起来。此装置可实现连续的去皮过程，而装置的摩擦块均选用柔性材料，可大大降低机械对蒜肉的损伤，与传统的大蒜去皮装置相比，本装置采用了浮动搓擦、振动梳刷和气吹去皮等结构相组合的方式实现蒜皮柔性去皮，降低蒜肉的损伤和提高蒜皮的剥净率，解决了传统大蒜去皮装置存在的问题。
[0062]
本方案中，搓擦机构2包括搓擦筒22和浮动搓擦单元，搓擦筒22为圆柱筒体结构，搓擦筒22具有位于其上方的喂料口21和位于下方的出料板26，出料板26处形成出料口，浮动搓擦单元安装在所述搓擦筒21内，蒜瓣由搓擦筒22的喂料口21进入，经过浮动搓擦单元对蒜瓣进行搓擦与挤压破皮，再由搓擦筒22的出料板26进入振动机构3中；其中，浮动搓擦单元由浮动搓擦辊23和扇形摩擦面24组成，共3组，3个扇形摩擦面24分3层交错安装在搓擦筒22的中部，扇形摩擦面24固定安装在搓擦筒22的内壁上，浮动搓擦辊23通过螺纹固定连
接安装在传动轴ⅰ25上，优选地，浮动搓擦辊23呈两两对称设置在传动轴ⅰ25上，且浮动搓擦辊23位于所对应的扇形摩擦面24上方，浮动搓擦辊23的轴线与所对应的扇形摩擦面24平行，再由推力轴承座固定在搓擦筒22内的传动轴ⅰ25上，传动轴ⅰ25能够带动浮动搓擦辊23相对于扇形摩擦面24转动，下料板26通过直片紧固件安装在搓擦筒22的下方。蒜瓣由喂料口21进入搓擦筒22中，经过浮动搓擦单元对蒜瓣进行搓擦与挤压破皮，再由下料板26进入振动机构3中。浮动搓擦辊23和扇形搓擦面24形成的浮动搓擦单元是搓擦机构2的关键部件。浮动搓擦辊23可以采用如下方式：第一种实施方式是，浮动搓擦辊23由空心橡胶辊231和钢条232紧密配合组成，将直径为10mm的钢条通过焊接固定到空心轴套233上，空心橡胶辊231包覆在钢条232外部，空心轴套233套装在传动轴ⅰ25的安装台阶处，且浮动搓擦辊23的轴线与空心轴套233的轴线相垂直，空心轴套233与传动轴ⅰ25的安装台阶之间设置有弹簧27，弹簧27套设在传动轴ⅰ25上，且弹簧27的一端安装在空心轴套233下端面的安装孔内，另一端抵接传动轴ⅰ25的安装台阶上，空心轴套233的上端设置有止挡环(图中未示出)，用于限定空心轴套233的最高活动位置，通过空心轴套233与弹簧27配合在传动轴ⅰ25实现浮动搓擦辊23上下浮动调节，以适应不同尺寸的蒜瓣，本实施例中共安装3组浮动搓擦辊23；第二种未附图的实施方式是：浮动搓擦辊由空心橡胶辊和钢条紧密配合组成，将直径为10mm的钢条通过焊接固定到空心轴套上，空心橡胶辊包覆在钢条外部，空心轴套套装在传动轴ⅰ的安装台阶处，且浮动搓擦辊的轴线与空心轴套的轴线相垂直，空心轴套与传动轴ⅰ的安装台阶之间设置有下弹簧，下弹簧的一端安装在空心轴套下端面的安装孔内，另一端抵接在传动轴ⅰ的安装台阶处，空心轴套的上端设置有止挡环，止挡环固定在传动轴ⅰ的轴上，在空心轴套与止挡环之间设置有上弹簧，上、下弹簧配合用于限定空心轴套的上下位置，当浮动搓擦辊23受到蒜瓣的向上挤压力时，空心轴套压缩上弹簧，当浮动搓擦辊受蒜瓣的向上挤压力消除时，浮动搓擦辊在自重和上弹簧的双重作用下，使得空心轴套下移，以适应小尺寸的蒜瓣。
[0063]
本实施例中，浮动搓擦单元间隙因蒜瓣外形尺寸而定，以我国山东省某地大蒜为测量对象，随机挑选200粒饱满的蒜瓣进行三维尺寸测量，对测量结果进行概率统计，三维尺寸频率分布如图所示，可知大蒜长、宽和厚尺寸频率均符合正态分布，以此作为去皮性能试验依据。蒜瓣在平面上多呈现卧姿，参考大蒜的三维尺寸参数，设定浮动搓擦辊23和扇形搓擦面24间的间隙依次为20mm、14mm、8mm，以此保证蒜瓣在搓擦单元间受到足够的搓擦作用。结合以上设计和物料喂入量，拟设计搓擦筒22的直径为250mm，沿轴线长度为300mm。
[0064]
当蒜瓣8在理想状态下进行搓擦时，对其在搓擦单元中进行受力分析，如图所示。当蒜瓣与浮动搓擦单元接触时，蒜瓣受到自身重力、浮动搓擦辊23对其的搓擦力、弹簧27对其的压力、阻碍其运动的摩擦力和扇形搓擦面对其的支撑力。在搓擦的过程中，当搓擦力大于蒜皮之间的分离力时，蒜瓣上的蒜皮会产生裂缝，即达到搓擦效果。
[0065]
为保证搓擦力大于蒜皮之间的分离力，须建立搓擦过程的动力学模型。在搓擦过程中，可将外形不规则蒜瓣看作椭圆形物体，其满足关系：
[0066][0067]
式中fn为法向搓擦力，单位为n；
[0068]ft
为切向搓擦力，单位为n；
[0069]ff
为阻碍蒜瓣运动的摩擦力，单位为n；
[0070]fz
为蒜瓣支撑力，单位为n；
[0071]
g为蒜瓣自身重力，单位为n；
[0072]
p为弹簧对其的压力，单位为n；
[0073]
f为蒜皮间的分离力，单位为n；
[0074]
根据fn、f
t
和fc的关系可得：
[0075][0076]
式中：θ为搓擦力与法向搓擦力之间夹角，(
°
)
[0077]
将式(2)带入式(1)得：
[0078][0079]
式中：μ为蒜瓣与扇形摩擦面的动摩擦系数，μ取0.214；
[0080]
为满足搓擦力fc必须大于分离力f，需对蒜皮间的分离力f进行测量。如图所示，采用质构仪(ta.xtc-16型，上海保圣实业发展有限公司)测量蒜皮间的分离力f，试验对象为以上山东某地大蒜。由大蒜的生物特性可知，蒜瓣形状不规则，无法直接对蒜皮进行夹持，故选择用强力胶水将t形硬纸板粘到蒜皮非弧面，通过夹头夹持t形硬纸板实现对蒜皮的分离试验，拉伸速度为0.1mm/s。由试验结果可知，蒜皮分离力呈正态分布，最大分离力f为13.89n。
[0081]
将fn＝mω
12
r1代入式(2)得：
[0082][0083]
其中：
[0084][0085]
式中：m1为单个蒜瓣质量，单位为g；
[0086]
ω1为搓擦辊转动角速度，单位为r/min；
[0087]
n1为搓擦辊转速，单位为r/min；
[0088]
r1为搓擦辊圆周运动半径，单位为mm；
[0089]
由式(4)可知，搓擦力的大小与浮动搓擦辊的转速n1有关，转速过小则导致搓擦力不够，转速过大易导致蒜瓣损伤。由式(3)、式(4)可得浮动搓擦辊转速为
[0090][0091]
而搓擦辊圆周运动半径r1最大取120mm；蒜瓣平均单个质量m1为4g，对搓擦力影响较小，计算时可忽略不计；θ可取45
°
。将以上参数代入式(5)，求得搓擦辊最小转速为115.88r/min，最大转速为227.22r/min。经预实验确定浮动搓擦辊23转速范围为120r/min≤n1≤200r/min，因搓擦辊在轴上是成对安装，故搓擦辊轴转速范围为60r/min≤n1≤100r/min。
[0092]
本方案，扇形搓擦面24是由耐磨橡胶层和扇形钢板构成，在扇形钢板的外部包覆有耐磨橡胶层。每组浮动搓擦辊23的轴线均与扇形搓擦面24平行，形成浮动搓擦单元，使得蒜瓣蒜皮在喂入过程中受到搓擦作用而产生裂缝；空心橡胶辊231和扇形面表层由柔性材料制成，两者表面形成有波浪线凸起结构，可增大蒜瓣在搓擦过程中受到的摩擦力，有利于蒜皮产生裂缝。扇形搓擦面24可以采用如下安装方式：第一种方式是：扇形搓擦面24在搓擦筒22内壁的位置被固定，通过螺栓或焊接方式连接在搓擦筒22内，第二种方式是一个未附图的实施例：扇形摩擦面24在搓擦筒22内的高度位置可上下调节，具体可以采用如下结构：扇形摩擦面24的弧形面一侧通过调节基座固定在搓擦筒22的内壁上，搓擦筒22上对应设置有调节孔，调节基座上设置有调节螺栓，调节基座上设置有挡块能够在上下调节过程中将调节孔进行遮挡，从而防止蒜瓣由调节孔外漏，松开调节螺栓机构扇形摩擦面24调节至与浮动搓擦辊23具有相应的恰当高度间隙后，再次将其固定，如此设计可以根据蒜瓣脱皮的品种不同进行主动调节；与浮动搓擦辊23的被动自适应调节相配合，以更好地满足不同尺寸品种的蒜瓣进行脱皮。
[0093]
本方案中，振动机构3包括振动筛31、仿蒜弧形摩擦块32和偏心振动单元33、第一可调摇杆34和第二可调摇杆35。其中，振动筛31为振动机构3的主体，振动筛31内安装一层聚氨酯糙面垫，能够减少去皮过程中蒜瓣受到的刚性冲击；仿蒜弧形摩擦块32按照棋形布置固定在该糙面垫上；偏心振动单元33由传动轴ⅱ331、偏心轴承332、轴承座333和平键构成，轴承座333通过摇臂与振动筛31固定连接，轴承座333通过偏心轴承332安装在传动轴ⅱ331上，传动轴ⅱ331通过键与偏心轴承332的内圈固定连接，偏心轴承332安装在轴承座333内，轴承座333的摇臂通过螺栓组固定到振动筛31，传动轴ⅱ331通过平键带动偏心轴承332实现平面振动；通过传动轴ⅱ331的带动作用实现振动筛31的平面振动作用；第一可调摇杆和第二可调摇杆安装在振动筛31的两侧，可通过调节摇杆的长度来调节振动筛31的倾斜角度。偏心轴承332安装在轴承座333内，通过螺栓组固定到振动筛31，传动轴ⅱ331通过平键带动偏心轴承332；可调摇杆安装在振动筛31的两侧，可通过调节摇杆的长度来调节振动筛31的倾斜角度，经过倾斜角度的调节能够调整蒜瓣在振动筛31内的摩擦脱皮效果。
[0094]
本方案中，为提高去皮效果，在振动筛面上安装仿蒜弧形摩擦块，使蒜瓣在筛内增大碰撞和摩擦面积的同时增大蒜瓣所受到的摩擦力。参考大蒜蒜瓣弧形面形状，随机挑选100瓣，采用二值化提取蒜瓣弧形面轮廓，如图所示，蒜瓣弧形面形状可看作抛物线，选取100瓣弧形面轮廓曲线最集中的一条曲线线作为抛物线设计依据，通过对抛物线进行求解，得到蒜瓣弧形轮廓的抛物线方程。
[0095]
由图17可知，l
ab
为过目标曲线的一条切线，切点为m(x0，y0)，则由抛物线方程可得
[0096][0097]
由k＝tan49
°
，c＝8.5求得抛物线方程为：
[0098]
x2＝25.76y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0099]
基于抛物线方程制造仿蒜弧形摩擦块，采用3d打印，材质为pla，按照棋形布置形式与筛面上的筛孔交错布置。
[0100]
本实施例，梳刷机构4设在所述振动筛31的上方，梳刷机构4包括至少一根毛刷辊42，毛刷辊42与振动筛31之间预留有蒜米通道间隙。具体地，梳刷机构4可以采用如下结构：
梳刷机构4包括毛刷辊41、轴套43、立式轴承座44、垫块42、传动轴ⅲ45、传动轴ⅳ46和传动轴
ⅴ
47。毛刷辊41分别安装在传动轴45、传动轴ⅳ46和传动轴
ⅴ
47上，由轴肩和轴套固定，传动轴ⅲ45、传动轴ⅳ46和传动轴
ⅴ
47两端均由立式轴承座44支撑，通过垫块42使得毛刷辊41与固定板55之间保持距离，共安装3组毛刷辊41。梳刷机构4主要由三组毛刷辊42及传动轴组成，毛刷辊轴两端通过立式轴承座44固定，据蒜瓣三维尺寸统计可知，蒜瓣在卧姿状态下其高度即厚度为0-26mm，为保证梳刷效果，毛刷辊42转动时刷毛需梳刷所有蒜瓣。而梳刷机构4的三个毛刷辊41距离振动筛31的底板的高度不同，第一个毛刷辊41安装在传动轴ⅲ45，距离振动筛31底部间隙为第一高度间隙，第一高度间隙较大，主要是用于对大量涌入的蒜瓣的输送与梳刷作用；第二个毛刷辊41安装在传动轴ⅳ46，传动轴ⅳ46距离振动筛31底部间隙为第二高度间隙，第二高度间隙小于第一高度间隙，第二个毛刷辊41的作用是到对蒜皮梳刷；第三个毛刷辊41安装在传动轴
ⅴ
47，传动轴
ⅴ
47距离振动筛底板间隙为第三高度间隙，第三高度间隙小于第二高度间隙，第三个毛刷辊41主要是对已去皮的蒜米和蒜皮向后排出的作用。
[0101]
本方案，气吹机构5包括空压机52、气体分流器、气管、气嘴、固定板55和微型夹具51。其中气体分流器、气管和气嘴在图中未示出，微型夹具51通过螺栓组固定在固定板55上，气嘴通过微型夹具51固定在固定板55上，微型夹具51的排列间距为100mm，气管和气嘴共需排列3根。通过空压机52输出一定气压的气体，经过气体分流器均分到气管内的气体通过气嘴吹入到振动筛31内，在蒜皮吹开的同时把碎屑和灰尘吹进振动筛31下方的废料收集槽62中；气吹机构5的微型夹具51和气嘴安装在传动轴ⅳ46和传动轴
ⅴ
47中间，目的是将第二个毛刷辊41后的振动筛31内未被梳刷掉或未被梳刷干净的蒜瓣进行气吹去皮。通过空压机51输出一定气压的气体，经过气体分流器均分到气管内的气体通过气嘴吹入到振动筛31内，振动筛31内的蒜瓣蒜皮由于在搓擦筒22内受到搓擦作用而开裂，故气体可通过蒜皮裂缝吹入，在风压的作用下蒜皮被吹落，以达到去皮效果。
[0102]
本方案中，为保证筛内的蒜瓣均可被气体吹到，由筛面宽度尺寸和气体射流动力学原理可知，气管通过微型夹具固定在固定板上的排列间距为100mm，共需排列3根。由蒜皮分离力可知，要保证气吹脱皮效果，气力需要大于蒜皮间的分离力，为方便计算，设气体在射流区域内压强一样大，故：
[0103]fq
＝ps
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0104]
式中：fq为吹落蒜皮所需气力，单位为n；
[0105]
p为空压机输出气体压强，单位为pa；
[0106]
s为蒜瓣表面所受气体面积，单位为mm2；
[0107]
由图可知，采用matlab软件对蒜瓣所受风力表面积进行测量，得出蒜瓣最小受风力面积s为5.19
×
102mm2,当蒜皮最大分离力为13.89n即所需气力时，求得出口气吹压强p最小为0.27mpa。而气嘴距离筛面内物料大约100mm，据预试验得到，当蒜瓣蒜皮含水率为10％左右时，空压机出口压强为0.5mpa蒜瓣去皮效果较好。
[0108]
本方案，振动机构3可视为曲柄摇杆机构，由传动轴与偏心轴承配合驱动，可视为曲柄，偏心轴承座可视为连杆，摇杆的长度大于筛子的摆辐，故筛体运动可看作简谐运动。曲柄转速会对振动筛中物料运动产生影响，故对位于振动筛31内的物料进行受力分析，如图所示。设oa为筛体运动正方向，物料沿筛面向上的相对运动为正方向，则筛面上存在以下
关系
[0109][0110]
式中：x1为筛体位移，单位为mm；
[0111]
v1为筛体速度，单位为mm/s；
[0112]
a1为筛体加速度，单位为mm/s2；
[0113]
r3为曲柄半径，取15mm；
[0114]
ω3为曲柄旋转角速度，单位为r/min；
[0115]
t为时间，单位为s；
[0116]
由于物料在去皮过程中毛刷辊在做匀速圆周运动，梳刷时存在以下关系：
[0117][0118]
式中：x2为梳刷位移，单位为mm；
[0119]
v2为梳刷速度，单位为mm/s；
[0120]
ω2为毛刷辊旋转角速度，单位为r/min；
[0121]
因此，物料在去皮过程中受到振动和梳刷作用时，其接触点的动力学方程为：
[0122][0123]
物料随振动筛31的筛面一起运动，当ω3t在0～π/2和3π/2～2π时，惯性力ⅰ为正值，物料有沿着筛面向上滑动的趋势；当ω3t在π/2～3π/2时，惯性力ⅰ为负值，物料有沿着筛面向下滑动的趋势。
[0124]
设曲柄位于ⅱ、ⅲ象限时加速度为正，方向向左，物料处于毛刷辊42与振动筛31的梳刷间隙内，此时物料受到重力g、筛面法向反力n、惯性力ⅰ、摩擦力f和梳刷力fs。因毛刷辊42上的刷毛为尼龙束，变形量较小，为方便计算选择忽略刷毛的变形量，则：
[0125][0126]
式中：ε为筛体振动方向角，取5
°
；
[0127]
α为筛面与水平面倾角，取2
°
；
[0128]
β为梳刷力与筛面垂直方向夹角，(
°
)；
[0129]
为物料与筛面的摩擦角，取31.6
°
；
[0130]
当物料沿筛面上滑时，其加速度为a1，则：
[0131]
ma1＝icos(ε+α)+gsinα-fssinβ-f
ꢀꢀꢀ
(14)
[0132]
将ⅰ、f、fs和g值代入(9)化简得：
[0133][0134]
由于加速度a1为正，则物料沿筛面上滑的条件为：
[0135][0136]
物料沿筛面上滑时不被抛离筛面的条件为n》0，即：
[0137][0138]
同理可得，当曲柄位于ⅰ、ⅳ象限时，加速度为a2，方向向左，物料沿振动筛31的筛面下滑时的条件为：
[0139][0140]
物料沿振动筛31的筛面下滑时不被抛离筛面的条件为n》0，即：
[0141][0142]
当cos(ω3t)＝1，得到物料只受筛面作用力时在筛面上滑的极限角速度为：
[0143][0144]
从而可得到物料沿筛面上滑的最小曲柄转速为：
[0145][0146]
同理可得，物料沿筛面下滑极限角速度为：
[0147][0148]
从而可得到物料沿筛面下滑的最小曲柄转速为：
[0149][0150]
综合上述分析，将所需相关数据代入式(21)、式(23)，求得物料沿振动筛31筛面上滑的最小曲柄转速n2为196.02r/min，物料沿筛面下滑的最小曲柄转速n3为192.36r/min。由于在筛面上安装仿蒜弧形摩擦块，使得物料在筛内所受摩擦力f增大，经预试验观察，曲柄
转速小于360r/min时，物料堆积在第1组毛刷辊42前，振动筛31上物料无法正常向排料口输送；当曲柄转速大于480r/min时，曲柄转速过快导致去皮装置振动加剧，长时间运转会使得装置零件加速损坏，故确定曲柄转速在360～480r/min，即振动频率为6～8hz。
[0151]
本实施例，收集机构6包括废料收集槽62、排料斗61、支撑杆组件63和安装杆64。排料斗61通过螺母和安装杆64固定在机架1上，安装杆64为丝杠，安装杆64穿过排料斗61上的通孔，两端通过螺栓将丝杠固定，排料斗61的安装位置为可转动式连接，排料斗61一端通过可转动式安装在机架1上，排料斗61的底部下方由支撑杆组件63进行固定；支撑杆组件63可以次采用如下结构：第一种结构为，支撑杆组件63包括第一支杆631、第二支杆632和铰接头633，第一支杆631的两端为外螺纹柱，第二支杆632的一端与机架1铰接，第二支杆632的另一端设置有与第一支杆631的外螺纹柱配合的内螺纹孔一，铰接头633与排料斗61远离机架1的一端铰接，在铰接头633上设置有与第一支杆631的另一外螺纹柱配合的内螺纹孔二，第一支杆631的两端外螺纹柱分别与铰接头633、第二支杆632的内螺纹孔螺纹连接，当需要调节排料斗61的倾斜角度时，旋转第一支杆631能够调节支撑杆组件63整体的长度，从而对排料斗61调整至合适角度，以利于振动筛31出料。废料收集槽62位于振动筛31的正下方，振动筛31中掉落下来的碎屑和灰尘通过废料收集槽62滑落进行集中处理。第二种结构为，支撑杆组件63包括第一支杆、第二支杆和中间调节杆，其中第一支杆通过铰接头与排料斗转动式连接，第二支杆通过铰接头与机架1转动式连接，中间调节杆为两端具有外螺纹的结构，第一、二支杆端部设置有与外螺纹配合的螺纹孔，通过中间调节杆的转动调节，能够实现整体支撑杆组件63的整体长度调节。
[0152]
本方案，传动机构7包括电动机ⅰ71、电动机ⅱ72、万向节联轴器73、支架、双槽带轮ⅰ74、双槽带轮ⅱ75、双槽带轮ⅲ76、单槽带轮ⅰ77、单槽带轮ⅱ78、v型带79。电动机ⅰ71安装在机架1头端的支架上，通过单槽带轮ⅰ77和皮带带动双槽带轮ⅰ74转动，双槽带轮ⅰ74安装在传动轴ⅱ36的一端，通过v型带79带动振动机构3中的传动轴ⅱ36转动，再由双槽带轮ⅰ74带动梳刷机构4中的传动轴ⅲ45，通过传动轴ⅲ45上的双槽带轮ⅱ75带动传动轴ⅳ46端部的双槽带轮ⅲ76，双槽带轮ⅲ76带动传动轴
ⅴ
47端部的单槽带轮ⅱ78转动，进而带动梳刷机构4中的三个毛刷辊41转动；电动机ⅱ72固定在机架1上，通过万向节联轴器73带动搓擦机构2中的传动轴ⅰ25做旋转搓擦运动。
[0153]
本方案的工作原理如下：已破瓣过的大蒜按照一定的重量经过输送带从喂料口21进入到搓擦筒22内，浮动摩擦辊231在传动轴ⅰ25的带动下进行一定速度的旋转，经过浮动摩擦辊231和扇形摩擦面232对蒜瓣的不断摩擦和挤压，搓擦单元23共安装3组，可满足尺寸不同的蒜瓣，使得原本完整的蒜皮在摩擦和挤压的作用力下破裂，有利于下一步对蒜皮的整体去皮。破皮后的蒜瓣经过下料板26进入振动筛31中，会同时受到空压机51喷出的气流、振动筛31上下振动力、振动筛31内仿蒜弧形摩擦块32摩擦与碰撞以及毛刷辊42的梳刷等几种组合作用力，使得蒜瓣上的蒜皮能剥离下来。去皮过程中会产生较多的废料，较大的蒜皮会随着蒜米通过排料斗61输出，后续可通过风机实现蒜米肉和蒜皮分离，较小的碎屑和灰尘会顺着振动筛31下方的棋形孔进入到废料收集斗62，进行集中处理。
[0154]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种组合式大蒜柔性去皮装置，包括机架，其特征在于：在所述机架上设置有搓擦机构、振动机构和梳刷机构；所述搓擦机构包括搓擦筒和浮动搓擦单元，所述搓擦筒为圆柱筒体结构，其包括位于其上方的喂料口和位于下方的出料口，所述浮动搓擦单元安装在所述搓擦筒内，蒜瓣由搓擦筒的喂料口进入，经过浮动搓擦单元对蒜瓣进行搓擦与挤压破皮，再由搓擦筒的出料口进入振动机构中；所述振动机构包括振动筛和偏心振动单元，所述偏心振动单元设置在振动筛的一端，通过传动轴的带动作用实现振动筛的平面振动作用；所述梳刷机构设在所述振动筛的上方，所述梳刷机构包括至少一根毛刷辊，所述毛刷辊与振动筛之间预留有蒜米通道间隙。2.根据权利要求1所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述偏心振动单元包括传动轴、偏心轴承和轴承座，所述轴承座通过摇臂与振动筛连接，轴承座通过偏心轴承安装在所述传动轴上，传动轴通过键与偏心轴承的内圈固定连接。3.根据权利要求2所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述振动机构还包括摇杆组件，所述摇杆组件包括若干摇杆座和摇杆，所述摇杆组件设置在振动筛的周围，摇杆座固定在所述机架上，摇杆的一端与振动筛转动式连接，另一端与摇杆座转动式连接。4.根据权利要求3所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述摇杆座包括调节螺杆和调节螺母，所述调节螺杆与机架相连并通过调节螺母固定，摇杆组件通过可调节螺杆和调节螺母配合，以通过调节摇杆的长度来调节振动筛的倾斜角度，所述振动筛的倾斜角度是指沿蒜米出料方向的倾斜角度。5.根据权利要求1任一项所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述振动筛内铺设有一层聚氨酯糙面垫，在所述聚氨酯糙面垫上布置有若干仿蒜弧形摩擦块。6.根据权利要求1所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述毛刷辊沿出料方向依次设置有三根以上，所述毛刷辊平行设置，沿进料至出料方向，毛刷辊与振动筛之间的蒜米通道间隙逐渐减小。7.根据权利要求5所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：还包括气动机构，所述气动机构包括若干气嘴，所述气嘴安装在所述振动筛的上方，用于将气流通过气嘴吹入振动筛上，以在风压的作用下将蒜皮由蒜米上吹落达到去皮效果。8.根据权利要求所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：还包括收集机构，所述收集机构包括排料斗和废料收集斗，排料斗设置在振动筛的出料端的机架上，振动筛上的蒜米由排料斗排出，废料收集斗设置在振动筛的下方，且由进料侧至出料侧具有一定的坡度。9.根据权利要求8所述的一种组合式大蒜柔性去皮装置，其特征在于：所述排料斗的一端可转动式安装在机架上，另一端与支撑杆组件一端铰接，支撑杆组件的另一端与机架铰接，所述支撑杆组件包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆和第二支杆螺纹连接，支撑杆组件通过两支杆之间的螺纹调节长度，以实现废料收集斗的角度调节。

技术总结
本发明公开一种组合式大蒜柔性去皮装置，包括机架，在所述机架上设置有搓擦机构、振动机构和梳刷机构；所述搓擦机构包括搓擦筒和浮动搓擦单元，所述搓擦筒为圆柱筒体结构，其包括位于其上方的喂料口和位于下方的出料口，所述浮动搓擦单元安装在所述搓擦筒内，蒜瓣由搓擦筒的喂料口进入，经过浮动搓擦单元对蒜瓣进行搓擦与挤压破皮，再由搓擦筒的出料口进入振动机构中；所述振动机构包括振动筛和偏心振动单元，所述偏心振动单元设置在振动筛的一端，通过传动轴的带动作用实现振动筛的平面振动作用；所述梳刷机构设在所述振动筛的上方，本装置能够实现大蒜低损高效去皮。装置能够实现大蒜低损高效去皮。装置能够实现大蒜低损高效去皮。


技术研发人员：李心平 孙臣臣 杜哲 张万通 徐绅迪 马福丽 耿令新 庞靖 马义东
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/7/13