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      剪切擊打混合式艾草脫葉機構(gòu)的設(shè)計

      2021-10-14 17:05:18賴曲芳黎元瑞姚星劉斌鄧勇杰胡淑芬肖本貴
      關(guān)鍵詞:脫葉艾葉艾草

      賴曲芳,黎元瑞,姚星,劉斌,鄧勇杰,胡淑芬,肖本貴

      (江西農(nóng)業(yè)大學工學院,江西南昌 330045)

      艾草作為醫(yī)用藥物已有2 000多年的發(fā)展歷史,早在晉唐時期,人們就將艾草用于艾灸療法[1]。近期研究表明,艾草有著抑菌、抗蟲、抗氧化等藥理作用,其中艾葉還對人體有著抗癌、止血、利膽等作用[2-3]。在艾草加工領(lǐng)域,目前應(yīng)用廣泛且相對而言脫葉效果較好的是擊打式脫葉[4],其中代表裝置有湖北大學張鵬楚[5]等設(shè)計的利用回轉(zhuǎn)滾筒擊打脫葉的艾草脫葉機。雖然回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)簡單,但是由于脫葉滾筒作用范圍有限,在應(yīng)對堆疊或發(fā)生纏繞的采草時,只能對表層艾葉進行脫離,導致單次脫凈率低,往往需要將艾草多次置入機器中脫葉,并且裝置中堅硬的擊打元件易將艾草梢部莖稈擊斷導致含雜率上升,同時艾葉也易被擊碎造成營養(yǎng)成分的流失。針對以上問題,文章設(shè)計了一種混合式艾草脫葉機構(gòu),在現(xiàn)有回轉(zhuǎn)脫葉機構(gòu)的基礎(chǔ)上,增加了剮蹭脫葉機構(gòu),其脫葉力作用在艾草的側(cè)面,對堆疊的艾草也有較好的脫葉效果,此外剮蹭機構(gòu)還有梳理艾草的作用,減少了艾草纏堆疊現(xiàn)象的發(fā)生。剮蹭脫葉機構(gòu)和回轉(zhuǎn)脫葉輥的協(xié)同作用,大大提高了脫葉效率,并且回轉(zhuǎn)脫葉輥上采用柔性元件,降低了艾葉的破損率,文章設(shè)計的艾草脫葉機構(gòu)對提高艾草加工生產(chǎn)效率和艾草加工質(zhì)量有重要意義。

      1 脫葉機結(jié)構(gòu)分析

      1.1 整體結(jié)構(gòu)

      本脫葉裝置由輸送帶、脫葉機箱、電動機、傳動機構(gòu)及其他連接元件組成見圖1。艾草的脫葉過程在脫葉機箱中完成。脫葉機箱的外部安裝有鏈條、齒輪、帶輪等傳動元件,艾草脫葉過程中的飛屑不會干擾傳動機構(gòu)的運行。脫葉機的動力由2個電機提供,其中一個電機控制輸送輥轉(zhuǎn)速,另外一個電機控制回轉(zhuǎn)脫葉輥轉(zhuǎn)速,可根據(jù)艾葉特性分別對輸送速度和脫葉速度進行調(diào)整。

      圖1 脫葉機整體結(jié)構(gòu)Fig.1 The overall structure of defoliator

      1.2 脫葉結(jié)構(gòu)

      脫葉機箱內(nèi)含3組輸送輥,兩組脫葉輥,每組脫葉輥包含上下布置的1根回轉(zhuǎn)脫葉輥和1根剮蹭脫葉輥,輸送輥采用間隔分布,上下對稱布置。兩組脫葉輥各夾在一對輸送輥之間,且每組脫葉輥中的回轉(zhuǎn)脫葉輥分別一上一下布置,使得艾草的上下面均能被作用到,輥組分布情況見圖2。脫葉力由回轉(zhuǎn)脫葉輥上的柔性脫葉元件和剮蹭脫葉輥上的一排剮蹭棒產(chǎn)生,考慮到剮蹭棒的存在會阻礙艾草在輥組間的行進,為此在剮蹭脫葉輥軸兩端各安裝了1個彈簧,使得艾草在撞擊到剮蹭棒時,剮蹭棒能帶動剮蹭脫葉輥轉(zhuǎn)動一個角度,提高了艾草的通過性。為增加回轉(zhuǎn)脫葉輥的作用面積,每個回轉(zhuǎn)脫葉輥上都有3排柔性脫葉元件,且交錯排列,見圖3。

      圖2 輥組分布圖Fig.2 The roller set distribution diagram

      圖3 回轉(zhuǎn)脫葉輥安裝圖Fig.3 The installation drawing of flexible deblading element

      考慮到柔性脫葉元件工作強度高,為便于其損壞后的更換,設(shè)計了一種易于拆卸和安裝機械結(jié)構(gòu)。柔性脫葉元件為下端粗、上端細的弧形圓柱體,其下端置于脫葉元件安裝筒內(nèi),上端穿過固定板,固定板通過螺釘固定在脫葉元件安裝筒上。若有柔性脫葉元件損壞,只需將固定板上螺釘取下,移除固定板后,便可將損壞的柔性脫葉元件取下。

      設(shè)計中,為了減少脫離過程中艾葉的破損,采用了聚氨酯材料制作回轉(zhuǎn)輥上的脫葉元件,使得其具有一定的撓性,相比于剛性元件而言,使用撓性元件在脫葉時艾草纏繞在脫葉輥的概率大大減小[6],同時對艾葉的損傷也會降低[4]。

      2 工作原理

      在脫葉機箱中,由輸送輥、回轉(zhuǎn)脫、葉輥、剮蹭脫葉輥的協(xié)同工作完成將艾稈上艾葉的分離,脫葉力由剮蹭脫葉輥和回轉(zhuǎn)脫葉輥產(chǎn)生。開始脫葉時,艾草被放置在傳送帶上,帶動艾草向右移動,傳送帶右端連接在進料口處的輸送輥上,艾草被輸送至脫葉機箱進料口后,輸送輥夾持艾草前進,見圖4,艾草從剮蹭棒間的各個間隙中穿過,艾草被分成多個排列整齊的部分,即剮蹭棒對艾草的梳理作用,減少了艾草的纏繞現(xiàn)象,使得脫葉元件能接觸到更多的艾葉,繼而提高脫葉率。艾草在機器中行進時,首先受到回轉(zhuǎn)脫葉輥上擊打元件的沿回轉(zhuǎn)圓周切線方向的擊打力作用,使得脫葉機中艾草的上下表面部分艾葉脫離,與此同時在柔性元件兩側(cè),擊打力作用不到的位置,艾草還受到柔性元件產(chǎn)生的擠壓力作用,迫使艾草向前進方向兩側(cè)移動,因而圓柱剮蹭棒與艾草發(fā)生擠壓,艾草貼緊剮蹭棒,此時艾草因受夾持力向前運動,剮蹭棒與艾草間存在速度差,剮蹭棒便產(chǎn)生阻礙艾草前進的力。見圖5。力在艾草莖葉連接處產(chǎn)生剪應(yīng)力,艾葉葉柄折斷,此剪應(yīng)力可作用于剮蹭棒的整個側(cè)面,而對堆疊的艾草而言,其側(cè)面為常規(guī)回轉(zhuǎn)脫葉機難以作用到的區(qū)域,本機構(gòu)中的剮蹭棒則有效地解決了這一問題。艾草完成脫葉后艾稈從右側(cè)出口離開,艾葉從下方漏斗狀出口離開(見圖4)。脫葉的同時完成了艾葉和艾稈的分離。由上述可知本脫葉機的脫葉力由剮蹭脫葉輥和回轉(zhuǎn)脫葉輥產(chǎn)生,相對傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)脫葉方式而言,本脫葉機脫葉力不但作用于脫葉機中的艾草上下表面,還可深入作用于于艾草側(cè)面并降低艾草在脫葉過程中的纏繞現(xiàn)象,整體的脫葉效果得到了提高。

      圖4 脫葉過程圖Fig.5 The defoliation process diagram

      圖5 受力分析圖Fig.7 The force analysis diagram

      3 結(jié)論與討論

      文章設(shè)計的艾草脫葉裝置具有以下特點:回轉(zhuǎn)脫葉輥和剮蹭脫葉輥配合工作,減小了脫葉作用盲區(qū),提高了脫葉效率;回裝脫葉輥上柔性脫葉元件的使用,減少了脫葉過程中可能造成的艾葉的破損;雙電機分別控制脫葉輥和輸送輥使得輸送速度和脫葉輥轉(zhuǎn)速可調(diào),方便為不同特性的艾草設(shè)置不同的電機轉(zhuǎn)速,適應(yīng)性得以提高。

      本脫葉裝置結(jié)合使用了回轉(zhuǎn)脫葉輥與剮蹭脫葉輥,彌補了目前回轉(zhuǎn)脫葉裝置對堆疊、纏繞的艾草脫葉能力不足導致脫葉率低的缺陷,艾草脫葉過程中被脫葉作用部分的面積得以提高,使得艾草在一次行程中,脫葉效率得到提高,但本裝置在對艾草柔軟梢部艾葉的脫離方面稍顯不足,未來嘗試在機構(gòu)中加入拉拔裝置進行研究[7]。此外,由于植物的共有特性,本裝置除可用于艾草的加工外,還可用于其他有葉柄類植物的脫葉加工。

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