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冯永刚
（浙江工业职业技术学院，浙江绍兴 !#$$$）
摘% 要：简要介绍和分析了软荚豆类壳仁自动分离机的结构、原理、研究过程以及经济效益和社会效益，并展望了其使
用前景。
关键词：分离机，研制，开发
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中图分类号：>;#$!% % % % 文献标识码：?% % % % 文 章 编 号：$$#&$!$@（#$）$#&$#AA&$!
收稿日期：#$$&&#B
作者简介：冯永刚（CA$&），男，实验师，高级技师，主要从事机电专业
理论研究和实验、实践指导及社会培训工作。
% % 国外早在 #$ 世纪 @$ 年代初，就着手研制果仁剥
壳机具，至 D$ 年代初，美国、意大利、法国等已相继
推出了各种果仁分离机。经过数十年的发展，果仁
分离机具已日趋成熟。目前，正朝着机电一体化方
向和数字控制方向发展。我国的果仁分离机在传统
脱壳设备的基础上，尽管正在积极研制和开发各种
类型脱壳机械，还不能满足实际需要。其主要原因
是在技术上还存在如下问题：,=果仁分离率较低，果
仁分离后的果仁破碎率高，损失大；E=通用性差，设备
利用率低；9=成本偏高，我国果仁分离机多数是单机
制造，制造的工艺水平较低，致使加工果仁的作业成
本增加。就浙江省而言，青毛豆是浙江省特色农产
品之一，目前年种植面积大约为 #F$ 千 (G#，青毛豆
产量达 #@$ 千 3。由于青毛豆生产的季节性较强，
在青毛豆大量上市时货源充足，价格很低，而在淡季
时市场供应又严重不足，甚至脱销，导致毛豆仁价格
大幅提高。目前主要通过保鲜、冷藏技术将青毛豆
延至淡季销售。具体的方法有两种：一种是将青毛
豆荚直接入库冷藏保鲜；另一种是将剥荚后的青毛
豆籽经高温蒸气等处理后冷藏。前种方法保鲜时间
较短，且销售后还需剥荚，费时费事；第二种方法保
鲜时间较长，方便人们食用，且能增加生产、经营者
收入，有较好的发展前景，在浙江已经初步形成了一
个新兴产业。随着人们生活节奏的不断加快，市场
上对毛豆仁的需求量日益增加。软荚豆类壳仁分离
机的研制与开发正是针对这一状况而提出的。
9: 青毛豆荚物理性状和豆荚壳仁自动分离机
核心技术
9;9: 青毛豆荚物理性状
青毛豆荚为扁长条状，中间厚，两头扁平，大体
尺寸是：长 !$H@$GG，宽 DH#GG，厚 BHAGG；每荚含
籽粒 HB 个，其中有 #H! 粒的占 D$I以上，其豆荚长
度在 F$HB$GG；籽粒为长扁鼓形，籽粒在壳内纵向排
列，籽粒间有一定间隙，受外界挤压时会移动；豆荚
外壳比较柔韧，两片荚壳结合力较紧，无一定的外力
作用，籽粒不可能脱出；籽粒和荚壳的含水率较高，
壳韧籽脆，籽粒易受伤。该物理性状在研制开发剥
壳装置时，需重点考虑、研究。
9;<: 相关豆荚壳仁自动分离技术的分析研究
常见相关机械豆荚壳仁自动分离机的主要方
式：一是碾搓剥壳，即借助于表面磨擦力碾搓作用剥
壳，剥壳效率高，其要求加工对象含水率较低、籽粒
和壳有一定硬度；二是冲击剥壳，即利用冲击力使果
荚炸裂，籽粒与果荚分离；三是撞击法，即借助打板
或壁面的高速撞击作用使皮壳变形直至破裂；四是
剪切法，即借助锐利面的剪切作用使壳破碎，以上几
种方式都要求籽粒表面较硬，不易破碎。根据青毛
豆荚的物理性状，显然上述设备不能满足，需另辟
途径。
9;=: 核心技术
!#$
借助于表面磨擦力的碾搓作用对青毛豆荚进行
挤压剥壳技术是本项目的核心技术。而双轴辊装置
为剥壳机的核心装置，如图 !。其工作原理是：先将
已经分类的长条状青毛豆荚或软壳的豆类倒入振动
床身，经振动电机作用，其在振动床身上整齐排列，
并纵向输送到铁芯橡胶双轴辊（见图 ），对向转动的
铁芯橡胶轴辊和雷司轧辊首先将毛豆荚扁平的一端
夹持，两轴辊转动，在磨擦力作用下毛豆荚通过轴辊
向前移动，由于铁芯橡胶轴辊和雷司轧辊间隙较小，
豆荚中间厚鼓部分难以通过，荚中籽粒受到铁芯橡
胶轴辊的挤压，与荚壳产生相对运动，向后滑移，向
后移动的籽粒，将荚壳撑开。为了防止铁芯橡胶轴
辊与毛豆荚之间打滑，也为了防止铁芯橡胶轴辊由
此而压碎籽粒，这时，首先进入铁芯橡胶轴辊的毛豆
被转动的铁轴辊夹持，使毛豆荚顺利被拉出果仁分
离机构，籽粒脱离荚壳，实现去壳脱粒。这时荚壳在
双轴辊的前侧，籽粒在后侧，达到了粒、壳分开、
分置。
图 !# 双轴辊装置
图 # 铁芯橡胶双轴辊
! 整体方案和部件设计
!#$ 整体方案设计、布置
本机械以台桌形式设计布置。在对软荚豆类壳
仁分离核心技术、部件设计完成后，其它工作部件的
设计、布局围绕软荚豆壳仁自动作业生产工艺展开，
设计上注重简单、高效、紧凑和可靠。用机架支撑的
工作台面，主要支撑电机与控制系统、软荚豆类的导
向送料及壳仁分离机构的安置，导向送料机构其一
端连接喂料斗，另一端衔接剥壳轴辊机构，主电动机
布置在机架前下端，传动机构在机架两侧分置，物料
输送电机变速器在工作台下方，各控制按钮、开关集
中在机架一侧，便于使用者操作。软荚豆类壳仁自
动分离机主要部件有：一对铁芯橡胶轴辊和一对铁
轴辊所组成的软荚豆壳仁分离机构、电机、变速传动
机构、物料输送机构、轴辊清洗机构、机架等。软荚
豆壳仁分离机性能技术指标见表 !。
表 !# 豆荚壳仁自动分离机性能技术指标
指标名称 标准
外形尺寸长 $宽 $高（%%） !&& $ ’(& $ ’&
辊轴
一对（两支）铁芯橡胶轴辊，
一对（两支）铁轴辊
辊轴直径（%%） (!
双辊间隙（%%） ()!&（可调）
双辊转速（ * + %,-） .&)&&（无级变速）
主电机转速（ * + %,-） !.&&
配套动力（/0） 主电机 &123 4 &1
生产效率（/5 + 6） !3&)&&
!#! 双轴辊软荚豆类壳仁自动分离机构
为适应不同成熟程度、不同饱满程度、不同个体
大小的软荚豆类仁壳分离的作业要求，经多次实验、
改进，并增设辅助机构，形成了目前的四轴辊壳仁分
离机构。同时为了适应从田地里直接采摘下来的软
荚类仁壳分离或经高温蒸气后的软荚类仁壳分离，
我们将首先与软荚类接触的那一对铁制轴辊设计成
铁芯橡胶轴辊。把以前的轴辊对软荚豆类夹持由以
前的硬性夹持设计成柔性夹持，同时也增加了夹持
和磨擦力，使壳仁分离效果明显改善：剥净率由起初
(&7提高到 87，籽粒破碎率由 (&7下降到 .7以
下，机构的适应性、稳定性、可靠性明显增强。
该机构的特点是：壳仁分离双辊由啮合齿轮同
步等速驱动，效率高、工作平稳；双辊表面滚花，夹持
附着力大大增强；轧辊间隙可通过调整分体式滑动
轴承座位置实现，满足了不同厚度毛豆荚对壳仁分
离间隙的要求，在送料机构至仁壳分离轧辊间增设
一组橡胶轴辊，起着稳定夹持、送料，加速、加力，便
于两片荚壳分离的作用；同时也在很大程度上减少
了仁的破碎率。
!#% 电机的选用
按照每小时 !3&)&&/5 软荚类分离加工能力，
其动力配置经理论计算及生产实验测试，确定主电
机功率为 &123/0；同时考虑到因不同的软荚类物理
性状差异，可能导致豆荚壳仁分离难易程度有所不
同，因而壳仁分离轴辊需要有不同的转速。
为此，本着简化减速机构设计，降低成本的宗
旨，我们选用的变速机构是行星转臂磨擦式 9:0&2
;<;=无级变速机。送料机构动力选用两只 >?@!!
;. 振动电机。主副电机分置，单独驱动，分别操作、
控制，提高了豆荚壳仁自动分离机的可靠性。
!#& 传动机构
传动方式：皮带传动和齿轮传动；壳仁分离机构
传动路线：电机#无级变速器#皮带传动#铁芯橡胶轴辊
#齿轮#剥壳轴辊；传动比：一级皮带传动比为 ’&A3&，
橡胶轴辊与壳仁分离轴辊的传动比为 !( A’，轧辊转
速 .&)&&* + %,-。
!#’ 物料输送机构
物料输送机构采用导向槽加振动的方式设计。
导向槽可基本保证青毛豆荚以垂直或近似垂直于轴
辊轴心线的方式首先进入铁芯橡胶轴辊。通过对自
!#$
由振动、简谐振动、冲击强迫振动等三种振动方式的
比较实验，本项目设计选择了冲击强迫振动方式，该
方式能较好地实现物料在工作台上的水平移动。同
时，我们将振动电机机架设计成与工作台面间成一
定倾角。这样，工作台在振动电机的作用下，实现有
规则的往复运动，青毛豆荚在工作台上是以蛙式前
移，从而均匀地进入籽壳分离机构。
为克服振动式送料机构和底座机架间相互影
响，在两者间安装了四只避振弹簧；工作台前端与橡
胶轧辊之间间隙为 !#$$，为避免两者发生相互碰
撞，避振弹簧具有足够的侧向阻尼系数。
!#$ 轴辊清洗机构
软荚豆类含水率高，荚内籽粒外层包有绒衣，剥
壳机工作一段时间后，剥壳轴辊滚花凹纹中会嵌满
杂物，表面变得光滑，减少了对软荚豆类的附着力，
降低了剥净率。我们实验过几种不同方法（如排刷、
滚动刷等），最后确定采用低压水力冲洗，不但能保
持剥壳轧辊清洁状态，而且也使得籽粒干净。
%$ 效率和效益分析
%&$ 人工、机器效率比较
人工长时间剥壳劳动强度很大，每小时大约能
剥 #%&，而青毛豆剥壳机每小时加工能力为 ’((%&，约
为人工剥壳的 )( 倍。
%!$ 机器剥壳加工经济效益
设备每小时加工能力为 *#(’((%&，如一天工作
+,左右，其可加工软荚豆类 *’((*-((%&，按每公斤
加工费 (.) 元计算，一天可获加工费 )+(-)( 元。
%%$ 成本回收期
剥壳机批量生产后，价格为 +((( 元 /台。如每
天的平均加工费为 #(( 元，一般 *-0左右即可收回成
本。
’$ 结束语
本设备在众多有剥壳技术的基础上针对软荚豆
类的物性进行改进，不但可以对从田地里直接采摘
的青毛豆进行剥壳，而且又增加了对经高温蒸气后
软荚豆类的壳仁分离，提高了设备的利用率。但对
于经高温蒸气后软荚豆类的分离，由于荚表面的一
层绒与荚本身易产生相对滑动，在一定程度上降低
了壳仁自动分离的效率，有待在以后改制中加以进
一步地改进。
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