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弧板--滾筒式核桃破殼機
學(xué)生：李文正
指導(dǎo)老師：張宏
（塔里木大學(xué)，阿拉爾）
摘 要：本文首先提出核桃機械剝核取仁的必要性和重要性。提出了弧板--滾筒式剝核原理及最優(yōu)設(shè)計方案，并研制了核桃脫殼機。其中主要包括總體方案的確定，各部件的設(shè)計與計算，總裝與零部件裝圖紙；完成設(shè)計后，分析了它的特點、優(yōu)勢，以及存在的不足，需要改進，提出了一些改進措施。
關(guān)鍵詞：核桃；機械；剝核
1引言
核桃，是人們常見的食物。它營養(yǎng)豐富，具有健腦、補腎、美容、降血脂四大功效。核桃和核桃仁還是我國傳統(tǒng)的出口商品。但是，由于核桃殼堅硬，手工剝核極其不便而且費時費力。因此，提高核桃取仁的機械化程度，是生產(chǎn)過程中急需解決的問題。鑒于此，本設(shè)計根據(jù)以往的研究與資料，提出了弧板—滾筒式核桃破殼原理，研制了核桃破殼機。本機能完美的解決核桃難剝核和人工剝核不能保證仁的完全性難題，且又有較高的生產(chǎn)率和較高的高路仁率。
本次設(shè)計采用常見的電機作動力源，利用V帶傳遞功率。利用軸旋轉(zhuǎn)帶動滾筒的轉(zhuǎn)動，利用氣缸和弧板的擠壓力來實現(xiàn)破殼，從而使機器能夠連續(xù)的工作，大大提高了生產(chǎn)率。
2國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
2.1堅果類破殼機現(xiàn)狀
國外早在20世紀60年代初,就著手研制堅果破殼機具,至80年代初,美國、意大利、法國等已相繼推出了各種堅果破殼機,如夏威夷果破殼機、杏仁破殼機等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,堅果破殼機具已日趨成熟,目前,正朝著機電一體化方向發(fā)展。近幾年來,國內(nèi)有些加工企業(yè)和科研院所已逐步研制開發(fā)出一些堅果類破殼加工設(shè)備,但多數(shù)破殼機具一次性破殼率偏低,碎仁率偏高,致使生產(chǎn)效率低,加工損失大。我國在傳統(tǒng)脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上,盡管正在積極研制和開發(fā)各種類型脫殼機械,但其發(fā)展相當(dāng)緩慢,同時成熟的機型及進行批量生產(chǎn)的不多,遠遠落后于農(nóng)產(chǎn)品深加工的需求。在技術(shù)上還存在如下問題: a)脫殼率低,脫殼后的籽仁破碎率高,損失大; b)機具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差; c)通用性差:多數(shù)脫殼機只適應(yīng)某一種籽粒的脫殼作業(yè),而不能夠通過更換主要工作部件來適應(yīng)其他籽粒的脫殼,利用率低; d)作業(yè)成本偏高:我國脫殼機械尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機制造,制造的工藝水平較低,故制造成本偏高; e)有些產(chǎn)品僅進行了樣機試制或少量試生產(chǎn),未進行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用, 作業(yè)性能、可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問題。
2.2堅果類破殼機常見的機械脫殼方法
（1）撞擊法脫殼:撞擊法脫殼是物料籽粒高速運動時突然受阻而受到?jīng)_擊力, 使外殼破碎而實現(xiàn)脫殼。物料由高速回轉(zhuǎn)甩料盤使籽粒產(chǎn)生一個較大的離心力撞擊壁面,只要撞擊力足夠大,籽粒外殼就會產(chǎn)生較大的變形,進而形成裂縫。當(dāng)籽粒離開壁面時,由于外殼和粒仁具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運動速度,籽仁受到的彈性力較小,運動速度也不如外殼,阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開,從而實現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小,仁殼間隙較大且外殼較脆的籽粒。(2)碾搓法脫殼:物料籽粒在固定磨片和運動著的磨片間受到強烈的碾搓作用,使籽料的外殼被撕裂而實現(xiàn)脫殼。籽粒經(jīng)進料口進入定磨片和動磨的間隙中,動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒沿徑向向外運動,也使籽粒與定磨間產(chǎn)生方向相反的摩擦力;同時,磨片上的牙齒不斷對外殼進行切裂,在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂,并與籽仁脫離,達到脫殼的目的。(3)剪切法脫殼:籽粒在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓之間受到相對運動刀板的剪切力作用,外殼被切裂并破開,實現(xiàn)外殼與籽仁的分離。刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件,在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板,刀板座呈凹形且?guī)в姓{(diào)節(jié)機構(gòu),可根據(jù)籽粒堅果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時,與刀板之間產(chǎn)生剪切作用,使物料外殼破裂和脫落。(4)擠壓法脫殼:擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反,轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥,調(diào)整到適當(dāng)間隙,使籽粒通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。在破殼的過程中籽粒能否順利地進入兩擠壓輥的間隙,取決于擠壓輥及與籽粒接觸的情況。要使籽粒在兩擠壓輥間被擠壓破殼,籽粒首先必須被夾住,然后被卷入兩輥間隙被擠壓破殼。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破碎率和脫殼率高低的重要因素。(5)搓撕法脫殼:搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進行搓撕作用而進行脫殼。兩膠輥水平放置,分別以不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動,輥面之間存在一定的線速差,橡膠輥具有一定的彈性,其摩擦系數(shù)較大。籽粒進入膠輥工作區(qū)時,與兩輥面相接觸,如果此時籽粒符合被輥子嚙入的條件,即嚙入角小于摩擦角,就能順 利進入兩輥間。此時籽粒在被拉入輥間的同時,受到兩個不同方向的摩擦力的撕搓作用;另外,籽粒又受到兩輥面的法向擠壓力的作用,當(dāng)籽粒到達輥子中心連線 附近時法向擠壓力最大,籽粒受壓產(chǎn)生彈性——塑性變形,此時籽粒的外殼也將在擠壓作用下破裂,在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。
3弧板-滾筒式核桃破殼機的工作原理
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 5.氣壓裝載系統(tǒng)
圖3-1 設(shè)計原理圖
該裝置是由弧形板2和滾筒1組成，在滾筒上裝有兩個角度成180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。 當(dāng)分級后的核桃喂入旋轉(zhuǎn)滾筒后， 自行定位在活塞的頂端，隨滾筒轉(zhuǎn)動，在活塞和弧板的共同擠壓下破裂，而后進入料斗。半仁以上的占75%，碎仁占15%，未破殼的約占6%，生產(chǎn)能力30kg/h。
3.1破殼機的總體裝配思路
本裝置主要有入料斗﹑上箱蓋﹑箱體﹑滾筒﹑弧板﹑氣缸等組成。入料斗和上箱蓋通過螺紋連接，然后和箱體連接，在滾筒上有對稱的四排凹槽，用來固定從入料斗下來的核桃，然后電機通過V帶帶動滾筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動90度的的時候，氣動裝置打擊一次核桃，通過氣動裝置上的撞針和弧板的擠壓力實現(xiàn)對核桃的破殼。破殼以后的核桃隨著滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動，然后掉落，最后通過出料斗輸出。
如圖3-2：
圖3-2 總裝圖
4氣動裝置的選取
由于本裝置設(shè)計體積不大，所使用的氣缸又必須能到實驗的要求，綜合考慮本裝置選取單作用微型氣缸。
型號表示方法：C D J 2 B 16 - 45 S R - C73 s/n
D處：無標記表示無內(nèi)置磁環(huán)，有符號D則表示內(nèi)置磁環(huán)。
B表示安裝形式：B是基本型，F(xiàn)表示桿側(cè)法蘭型，L表示腳座型，D表示雙耳環(huán)型。
16表示缸徑
45表示行程
R表示軸向，無R表示徑向
C73表示磁性開關(guān)的型號，如果無型號則表示無磁性開關(guān)
C73后面如果無標記則表示有2個磁性開關(guān)，是s則表示磁性開關(guān)個數(shù)是1，是n則表示有n個磁性開關(guān)[2]。
本裝置綜合考慮選取的氣缸型號為：CDJ2B16-35 SR-C73
5電動機的選擇
根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在800-1000轉(zhuǎn)/分，按《機械設(shè)計實用手冊》推薦的傳動比合理取值范圍，取V帶的傳動比為2～4，即可滿足電動機的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》查出三種適宜的電動機型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表：
表5-1 電動機的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比
方案
電動機型號
額定
功率P/kW
同步轉(zhuǎn)速
r/min
滿載
轉(zhuǎn)速
r/min
效率（%）
電動機重量（KG）
功率因數(shù)
1
Y90S-2
1.5
3000
2840
78
22
0.85
2
Y90S-4
1.1
3000
1400
79
27
0.79
3
Y90S-6
0.75
1000
910
82
25
0.86
綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，可知方案2比較適合,因此選定電動機型號為Y90S-4。所選電動機的額定功率 P＝1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1400r／min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表5-2：
表5-2 Y90S-4主要參數(shù)如下表
型 號
額定功率KW
轉(zhuǎn)速r/min
電流/A
效率（%）
功率因數(shù)
額定電流
額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
Y90S-4
1.1
1400
3.65
82
0.86
6.5
2.0
2.0
表5-3 電動機尺寸列表 單位mm
中心高
H
外形尺寸
底腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
90
10
6帶及帶輪的設(shè)計
表6-1 V帶主要參數(shù)如下表
P（KW）
V帶轉(zhuǎn)速（m/s）
從動輪直徑（mm）
傳動中心距（mm）
帶長（mm）
上包角
V帶根數(shù)
V帶初拉力（N)
軸上的壓力（N）
1.298
5.35
224
400
1258
3
73.5
433.93
7 V帶帶輪的設(shè)計
7.1帶輪的材料選擇
因為帶輪的轉(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。
7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計如下：
主動帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗公式，所以主動 帶輪采用腹板式。
帶輪參數(shù)的選擇：通過查《機械設(shè)計手冊》一書，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗公式計算求得。
表7-1 主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）
槽型
e
Z
8.5
2
7
12±0.3
7
13
主動帶輪的厚度可以由計算公式： 求得 （7-1）
即 ：
主動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7-1：
圖7-1 主動帶輪的結(jié)構(gòu)
7.3 從動帶輪的設(shè)計
從動帶輪的結(jié)果選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑和傳動比來確定，即 ，，所以從動帶輪采用腹板式。
從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機械設(shè)計手冊》一書，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗公式計算求得：
表7-2 從動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）
槽型
e
Z
8.5
2
7
12±0.3
7
13
從動帶輪的厚度可以由計算公式： ，當(dāng)B＜1.5d是，L=B 求得
即 ：
從動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖6-2：
圖7-2 從動帶輪的結(jié)構(gòu)
8傳動軸的設(shè)計
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗公式：
（8-1）
其中：—軸常用的幾種材料的的值
—主軸上的功率
—主軸上的轉(zhuǎn)速
軸上的材料由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》一書中表18—1 可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，，書中表18—2取，于是得 ：
輸出軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強度，可以使周的直徑增加7%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強度。即：
主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為20。在《機械設(shè)計手冊》一書。查表可以得知帶輪的厚度，則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為。
8.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需要制出一個軸肩，故?、瘛蚨魏廷鳌妮S直徑 ，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號為普通平鍵為。鍵的型號可以通過查《機械設(shè)計實用手冊》一書取得。
8.2初步選擇輸出軸系
由破殼機的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計的軸上裝有帶輪和滾筒，根據(jù)，初步選取支撐的軸承為角接觸球軸承，在《機械設(shè)實用冊》查得7202AC型角接觸球軸承，由手冊中查得a=21mm，它的結(jié)構(gòu)尺寸為，?、颉蠖蔚闹睆较嗟?，即。
考慮到機體的制造誤差等原因造成的安裝錯位或是借口不齊等，滾動軸承應(yīng)在機體內(nèi)有一段移動的位移，查《機械設(shè)計手冊》可等位移量。
又因為此次設(shè)計所使用的軸為懸臂軸，因此軸的設(shè)計很有講究，綜合考慮，設(shè)計圖形如下：
圖8-2 懸臂軸
8影響核桃破殼的因素
多次試驗的結(jié)果證明,破殼效果與多種因素有關(guān)。機械的結(jié)構(gòu)因素有進入角、摩擦角、電機轉(zhuǎn)速、破殼板間隙﹑破殼板硬度、破殼板上網(wǎng)格形狀和大小等;物料因素有品種﹑含水率、粒型大小、飽滿程度、均勻度、表面粗糙度、殼的厚薄和內(nèi)隔膜面積等。除此之外,還和喂料速度有關(guān)。
13.1核桃的性質(zhì)
13.1.1核桃的品種
由于核桃品種繁雜,形狀不規(guī)則,尺寸差異較大,殼仁間隙小,殼完全破裂所要求的變形量大于殼仁間隙,所以破殼取仁難度較大。核桃仁與殼之間的空隙大,仁殼結(jié)合松懈,易剝殼分離,否則難以剝殼分離。因此,應(yīng)盡量選擇殼薄與橫隔膜(夾層)退化的核桃,從而易于破出更多的整仁或半仁。
8.1.2 核桃飽滿程度和均勻度
核桃飽滿程度和均勻度對剝殼效果也產(chǎn)生影響。核桃粒度不均勻,剝殼設(shè)備最佳操作條件的確定困難,使剝殼效率和粉末度無法達到最佳的平衡,剝殼效果下降。為提高剝殼效果,可采取循環(huán)剝殼和二次剝殼的工藝,當(dāng)粒度相差太大時,最好采取分級剝殼,才能達到好的工藝效果。
8.1.3核桃的濕度要適中
核桃水分含量對外殼的強度、彈性、塑性以及仁的粉碎度都有直接影響。一般情況下,核桃含水量越低,其外殼越脆,剝殼時易破殼,但剝殼后混合物的粉末度增加;反之,外殼的韌性好,剝殼時的破殼率低,但剝殼后的整仁率提高。在核桃剝殼時,應(yīng)保持最適
當(dāng)?shù)乃趾?使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異,這樣一方面使外殼含水量低到使其具有最大的脆性更易破碎剝殼,另一方面又不致于使仁在機械外力的作用下粉末度太大。因此,控制核桃剝殼時的最佳水分含量,對提高剝殼效率和減少粉末度都十分重要。試驗結(jié)果證明,核桃濕度15%左右時破殼較為合適。
8.1.4破殼板的硬度
破殼板硬度對破殼有較大影響,適當(dāng)?shù)挠捕燃皬椥钥色@得與核桃殼之間所需的摩擦力。若硬度太低,破殼板容易摩擦受熱發(fā)軟而過快磨損,使用壽命短;若硬度太大,則彈性差,對核桃擠壓力大容易傷核桃仁,同時變形小,與核桃殼之間摩擦減小,使撕剝作用相對較弱,影響破殼。試驗結(jié)果證明,采用HRC硬度40-50的45號鋼較合適。
8.2喂料速度對破殼效果的影響
在兩板間隙不變的情況下,喂料速度越高,單位時間通過的核桃量越多,生產(chǎn)率越高。但經(jīng)過實驗證明,當(dāng)喂料速度遠大于生產(chǎn)率時,核桃破碎率增加,而破殼質(zhì)量則嚴重下降。因此,喂料速度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。
9對堅果類破殼機械未來展望分析
堅果生產(chǎn)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分,是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的重要保證,近年來,堅果機械裝備總量不斷穩(wěn)步增長,作業(yè)水平進一步提高,社會化服務(wù)規(guī)模不斷擴大,雖然目前堅果破殼機械化水平較高,但是多應(yīng)用于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)與示范推廣區(qū),并且小型機械多、大型機械少,低檔機械多、高性能機械少。在一些地區(qū),特殊用途的堅果仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼,勞動生產(chǎn)率低,區(qū)域性發(fā)展不平衡。進入21世紀,我國堅果生產(chǎn)機械化開始了新的發(fā)展階段,農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化,也對堅果機械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠的影響,不僅拉動了新的有效需求,而且構(gòu)筑了適合堅果生產(chǎn)機械化發(fā)展的新舞臺,為堅果生產(chǎn)機械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的推動器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進堅果生產(chǎn)機械化的過程中,相繼出臺了鼓勵和扶持農(nóng)民購買堅果機械、開展堅果機械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施,調(diào)動了農(nóng)民購買堅果機械的積極性,形成了新的市場需求。隨著堅果種植業(yè)的不斷發(fā)展,國內(nèi)外對堅果深加工產(chǎn)品的需求不斷增大,提高堅果破殼機械化作業(yè)水平成為必然。堅果破殼機在提高勞動生產(chǎn)率,減輕勞動強度方面起到了積極的作用,促進了堅果加工業(yè)的科技進步,為堅果破殼機械的發(fā)展提供了空間。綜上所述，在堅果的破殼設(shè)備中，更多的為機械擠壓設(shè)備，與傳統(tǒng)手工法相比,機械法省工、省力、高效、環(huán)保，但這種設(shè)備仍存在著破殼率低、碎仁率高、機械適性差等缺點。而對于堅果破殼設(shè)備及破殼技術(shù)的研究，均基于堅果的機理研究。我認為在堅果破殼技術(shù)與破殼機理的研究中，尚存在著以下幾方面需要解決的問題，這也是將來堅果破殼機械研究的發(fā)展方向。
a)堅果的微觀結(jié)構(gòu)研究。微觀結(jié)構(gòu)是宏觀性能的決定因素，堅果的破殼力學(xué)變形都是基于其可破殼的微觀結(jié)構(gòu)組成，但可惜的是目前人們對此尚未研究。由于這一根本性問題的存在,使人們進一步在理論上研究堅果破殼力學(xué)特性時遇到了很大困難。
b)破殼力學(xué)特性研究。目前，人們對堅果的破殼物理力學(xué)性能、機械性能的研究主要采用實驗的方法進行定性分析，從理論上進行定量研究的很少。而堅果破殼可破殼性機理復(fù)雜,力學(xué)特性參數(shù)甚多。因此,這方面問題的解決僅靠實驗研究 是不夠的。
c)影響因素的確定與控制。影響堅果破殼開口的因素眾多,各因素之間相互影響，關(guān)系極為復(fù)雜。在某一特定破殼操作中，對影響參數(shù)條件的控制操作不易掌握，這就使得堅果的破殼設(shè)備在很大范圍內(nèi)推廣使用受到限制。
參考文獻
[1]鐘海雁等. 核桃生產(chǎn)加工利用研究的現(xiàn)狀與前景[J]. 食品與機械,2008,(04).
[2]吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京：高等教育出版社，2009.
[3]成大先.機械設(shè)計圖冊：第1卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
[4]濮良貴.機械零件.5版.北京：高等教育出版社，1989.
[5]辛動軍,史建新. 核桃剝殼機導(dǎo)向裝置試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 , 2008,(03).
[6]于俊一，鄒青.機械設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社.2010.
[7]喬園園，史建新，董遠德.影響核桃殼仁脫離的主要因素[J].農(nóng)機化研究，2008，（04）.