核桃分級(jí)剝殼級(jí)分離一體機(jī)設(shè)計(jì)

核桃分級(jí)、剝殼及分離一體機(jī)設(shè)計(jì)前言第第頁(yè)）核桃分級(jí)、剝殼及分離一體機(jī)設(shè)計(jì)1前言核桃是我國(guó)的傳統(tǒng)果樹(shù)，在我國(guó)農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。核桃在我國(guó)的栽培面積位居世界第一位，2000年我國(guó)核桃的總產(chǎn)量為30萬(wàn)噸。核桃的深加工潛力巨大，有待開(kāi)發(fā)。核桃除用于人們熟悉的食品工業(yè)外，還可以用于醫(yī)藥、化工、工藝美術(shù)等領(lǐng)域。隨著我國(guó)核桃產(chǎn)量的逐年增加，農(nóng)民如何依靠核桃致富，如何對(duì)核桃進(jìn)行深加工，如何提高它的附加值等問(wèn)題很快就會(huì)突現(xiàn)出來(lái)。核桃破殼取仁這是核桃深加工的第一步，必須首先解決。一般來(lái)說(shuō)，核桃破殼取仁有這樣幾種方法①離心碰撞式破殼法②化學(xué)腐蝕法③真空破殼取仁法④超聲波破殼法⑤定間隙擠壓破殼法。第一種方法，碎仁太多，所以應(yīng)用很少。第二種方法，由于在實(shí)際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染，因此人們不愿接受。第三、四種方法，設(shè)備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想。而第五種方法是一個(gè)值得探索的方向。但由于核桃品種繁雜，尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小，所以核桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離，鑒于殼仁密度相差不大(約為0.04ｇ/cm3)加之碎殼，碎仁上有許多毛刺，所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分級(jí)，擠壓破殼，多點(diǎn)殼仁分離三部分，逐一加以解決。所以基于目前工廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的我在指導(dǎo)老師黃和祥副教授的指點(diǎn)下，對(duì)核桃脫殼的生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。2選題背景2.1開(kāi)發(fā)核桃剝殼機(jī)械的必要性隨著核桃產(chǎn)量的逐年增加，同時(shí)人們對(duì)核桃營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的認(rèn)識(shí)加深，如何對(duì)核桃進(jìn)行深加工，以提高它的附加值等問(wèn)題就突現(xiàn)出來(lái)。核桃脫殼取仁是核桃深加工的第一步，必須首先解決。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。用一般的機(jī)械擠壓方法破殼必將造成大量的碎仁，對(duì)于固定擠壓間隙的破殼裝置來(lái)說(shuō)，擠壓間隙是固定的，不同尺寸的核桃都在同一開(kāi)度內(nèi)破殼，會(huì)出現(xiàn)小尺寸核桃難以破殼而大尺寸核桃仁的破碎率高的現(xiàn)象。因此為了很好的破殼而又保證仁不破碎，就需要：1擠壓間隙與核桃尺寸相適應(yīng),有必要在破殼前對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)；2合理施力使核桃產(chǎn)生裂紋且變形量小，這是提高核桃破殼機(jī)破殼質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，因此有必要對(duì)核桃的施力方式及結(jié)果進(jìn)行有限元受力分析；3裂紋的擴(kuò)展是核桃完全破殼的基本條件，按核桃正確姿態(tài)喂入進(jìn)行破殼是裂紋擴(kuò)展的條件，有必要進(jìn)行破殼前的導(dǎo)向。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始著手脫殼機(jī)具的研究和開(kāi)發(fā)，但由于存在一些技術(shù)難點(diǎn)，至今此類機(jī)具沒(méi)有得到大范圍的推廣和應(yīng)用。因此，對(duì)脫殼機(jī)主要技術(shù)問(wèn)題做深入的研究具有重要的意義。目前，全國(guó)核桃年產(chǎn)量十多萬(wàn)噸，其中山西、陜西、云南和河北四省的年產(chǎn)量均在萬(wàn)噸以上。核桃和核桃仁是中國(guó)傳統(tǒng)的出口商品，在國(guó)際市場(chǎng)上一直處于領(lǐng)先地位。中國(guó)出口的核桃仁全部是手工砸取的，手工取仁不僅勞動(dòng)生產(chǎn)率低,而且人手污染造成的大腸桿菌總數(shù)高于國(guó)際食品衛(wèi)生法規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，實(shí)現(xiàn)核桃機(jī)械剝殼取仁十分重要。2.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀核桃分級(jí)裝置是定間隙擠壓破殼機(jī)的必要裝置,核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機(jī)的核心裝置。對(duì)于具有固定間隙的核桃剝殼機(jī)來(lái)說(shuō),物料尺寸必須與固定間隙的大小相適應(yīng)。尺寸大了，仁會(huì)被擠碎。尺寸小了，殼破不開(kāi)。殼仁分離問(wèn)題是核桃破殼取仁的難題之一，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到好的分離方法和分離設(shè)備的報(bào)道而國(guó)外雖然很好地解決了殼仁分離的問(wèn)題。但設(shè)備成本高，工藝復(fù)雜，對(duì)于加工能力有限的工廠和個(gè)人來(lái)說(shuō)是很難接受的?，F(xiàn)對(duì)常見(jiàn)的核桃分級(jí)及剝殼分離裝置加以介紹。2.2.1核桃分級(jí)裝置按工作原理可分為輥軸式、篩網(wǎng)式、柵條滾筒式、智能式：①輥軸式分選裝置錐輥式分級(jí)機(jī)是由成對(duì)的錐形輥組成，其間有間隙，如圖所示。果品位于兩軸間隙之上，并隨輸送裝置前進(jìn)，當(dāng)果品直徑小于輥軸時(shí)，落入到輥?zhàn)酉旅娴墓P中。因?yàn)槠叫械腻F輥間隙在逐漸增大，因此可根據(jù)間隙的變化，把果品分成不同的等級(jí)。選題背景圖1輥軸式分選裝置1錐輥2核桃②篩網(wǎng)式分選裝置山核桃被傳輸設(shè)備傳輸至殼體內(nèi)空間的頂層，并落到第1層篩網(wǎng)上;同時(shí)，在振動(dòng)裝置以及振動(dòng)棒的共同作用下，第1層篩網(wǎng)上的山核桃部分從網(wǎng)眼漏至第2層篩網(wǎng)上，部分山核桃通過(guò)第1層篩網(wǎng)篩選并通過(guò)連通第1篩網(wǎng)的第1出料口被收集，最終將山核桃按照大小分為若干部分，完成分級(jí)。圖2篩網(wǎng)式分選裝置③柵條滾筒式分級(jí)機(jī)構(gòu)的主體是分選篩筒，其內(nèi)壁分成若干篩選段，每個(gè)篩選段開(kāi)有大小不同的篩選孔，且在其筒壁的內(nèi)側(cè)還覆有螺旋狀的橡膠螺旋管，在相都篩選段的分段處設(shè)有環(huán)形阻擋板，各篩選段的下邊分別設(shè)有相匹配的分級(jí)收集槽。圖3柵條滾筒式1進(jìn)料斗2出料斗3柵式滾④核桃智能分選裝置光線式大小分級(jí)機(jī)是根據(jù)光束遮斷法和圖像處理法制成，進(jìn)行非接觸式測(cè)量。當(dāng)被測(cè)果品不滿足分級(jí)要求時(shí)，檢測(cè)信號(hào)傳送到控制裝置，用推板或強(qiáng)氣流將果品排出。圖4核桃智能分選裝置綜合以上介紹的多種核桃分級(jí)設(shè)備的現(xiàn)狀，對(duì)于機(jī)械式的核桃分級(jí)技術(shù)而言，單一定量的分級(jí)方法始終不能達(dá)到很高的分級(jí)精度，需要進(jìn)一步解決其分級(jí)間歇不可調(diào)的瓶頸問(wèn)題;就基于智能分級(jí)技術(shù)而言，需要更加快速、精確的檢測(cè)系統(tǒng)，以及更為綜合性的分級(jí)因素，還有待于在其通用性和推廣方面進(jìn)一步的研究和探討。2.2.2核桃破殼裝置可分為對(duì)輥窩眼式破殼裝置、雙齒盤—齒板式破殼裝置、變形恒定破殼裝置、內(nèi)外磨核桃破殼裝置、平板擠壓破殼裝置、平板擠壓破殼裝置、弧板—滾筒破殼裝置、機(jī)械擊打破殼裝置、碰撞碎殼裝置①對(duì)輥窩眼式破殼裝置對(duì)輥窩眼式開(kāi)口裝置的每個(gè)輥上同一個(gè)圓周平均分布著8個(gè)窩眼。窩眼在整個(gè)擠壓輥表面上呈交錯(cuò)排列，窩眼縱向間距為54mm，所有窩眼開(kāi)口半徑均為30mm，但不在同一圓周的窩眼的深度都不相同，從13mm依次增加0.5mm直到20mm為止，對(duì)輥的長(zhǎng)度870mm。該裝置能對(duì)大小不同的核桃進(jìn)行定距離擠壓，同時(shí)擠壓時(shí)用窩眼抓取核桃，抓取可靠，核桃擠壓時(shí)不會(huì)竄動(dòng)，能進(jìn)行可靠的擠壓。破殼的核桃需進(jìn)行進(jìn)一步的脫殼。該裝置生產(chǎn)能力>150kg/h，核桃按粒徑大小自動(dòng)分級(jí)的準(zhǔn)確率>95%，開(kāi)口率>95%，破碎率<2%。圖5對(duì)輥窩眼式破殼裝置1窩眼輥2核桃②雙齒盤—齒板式破殼裝置齒盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓弧齒板組成的剝殼區(qū)，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置能較好滿足“四點(diǎn)加壓”原理，且可實(shí)現(xiàn)核桃的滾動(dòng)擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。最大生產(chǎn)率180kg/h，破殼率90%以上，高路仁率70%~90%，其中一路仁率30%~40%。圖6雙齒盤—齒板式破殼裝置1核桃2齒盤3齒板③變形恒定破殼裝置該破殼裝置是由一對(duì)螺紋螺旋方向相反的滾柱組成，在滾柱面上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實(shí)際變形能隨果徑的增大而增大（圖5）。當(dāng)核桃?jiàn)A在一對(duì)左、右螺紋之間時(shí)，形成了四點(diǎn)加壓。不同果徑的核桃可在不同開(kāi)度處破殼。為避免核桃與滾柱間發(fā)生相對(duì)滑移，滾柱面進(jìn)行了“滾花”處理。圖7變形恒定破殼裝置1擠壓輥2核桃④內(nèi)外磨核桃破殼裝置外磨固定在機(jī)架上，內(nèi)磨在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。核桃在內(nèi)外磨之間的間隙內(nèi)破裂脫殼，當(dāng)破碎到合適的粒度后，由擋板與內(nèi)磨下底之間的縫隙落到落料扳上。因該機(jī)不能自動(dòng)適應(yīng)核桃的大小，又由于目前核桃品種不純、大小不一，因此該機(jī)在實(shí)際使用中存在一定缺陷，破裂果徑不同的核桃，需更換尺寸大小不同的內(nèi)外磨。圖8內(nèi)外磨核桃破殼裝置1外磨2核桃3內(nèi)磨4擋板⑤圓盤破殼裝置該裝置由一對(duì)端面呈傾斜、上寬下窄的破殼盤3組成的。兩破殼盤用等速萬(wàn)向節(jié)偶合。狹縫角度通過(guò)動(dòng)軸承組件可調(diào)，狹縫寬度通過(guò)破殼盤上的固定螺釘可調(diào)。落人破殼盤狹縫一側(cè)的核桃，隨盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)最窄處破殼后從另一側(cè)甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。圖9圓盤破殼裝置1主動(dòng)軸2螺釘3破殼盤4從動(dòng)軸5萬(wàn)向節(jié)6核桃⑥平板擠壓破殼裝置選用平板擠壓破殼方法，采用了一對(duì)端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板作為核桃破殼工作部件，對(duì)核桃進(jìn)行破殼取仁。并設(shè)計(jì)出了6PK-400核桃破殼機(jī)，該裝置由一對(duì)端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板組成。動(dòng)破殼板一端通過(guò)鉸鏈連接到殼體，一端可由偏心軸帶動(dòng)做往復(fù)曲線運(yùn)動(dòng)；定破殼板是一可調(diào)擠壓直板，上方一端與機(jī)體鉸接，下方與調(diào)距手柄相連，手柄由可轉(zhuǎn)動(dòng)的一段螺栓組成。旋轉(zhuǎn)手柄可推動(dòng)定破殼板前后運(yùn)動(dòng)，用來(lái)調(diào)節(jié)兩板之間的間隙和角度，使擠壓間隙的最小寬度小于果殼的直徑，并接近于核桃果仁最大外徑。兩破殼板表面焊有魚鱗狀鐵網(wǎng)，有許多細(xì)小的橫紋，用于增加與核桃接觸的粗糙度。落入破殼板狹縫的核桃，隨動(dòng)破殼板運(yùn)動(dòng)經(jīng)最窄處破殼后，經(jīng)出料口甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。圖10平板擠壓破殼裝置1定破殼板2調(diào)距手柄3偏心軸4動(dòng)破殼板⑦弧板—滾筒破殼裝置該裝置是由弧形板2和滾筒1組成（圖9），在滾筒上裝有兩個(gè)角度成180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。當(dāng)分級(jí)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(dòng)，在活塞和弧板的共同擠壓下破裂，而后進(jìn)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。圖11弧板—滾筒破殼裝置1滾筒2弧板3活塞4彈簧5氣壓裝載系統(tǒng)⑧機(jī)械擊打破殼裝置打擊方式破殼能得到較多的高路仁，破殼后的核桃殼較碎，有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼，破殼的綜合效果優(yōu)與擠壓破殼。洪翎等人采用仿生機(jī)械敲擊臂敲擊山核桃使其破殼，研制了一種采用機(jī)械擊打方式的實(shí)用高效手剝山核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由輸送機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)及機(jī)架等組成，不受山核桃形狀和大小限制，免除了分級(jí)步驟。圖12機(jī)械擊打破殼裝置1支架2發(fā)動(dòng)機(jī)3出料口4下機(jī)殼5螺釘6支架7打擊器8脫殼室9輻條篩10上機(jī)殼11進(jìn)料口⑨碰撞碎殼裝置該裝置由上機(jī)殼10與下機(jī)殼4，以及傳動(dòng)部件組成。上機(jī)殼下部設(shè)置和傳動(dòng)部件相連的脫輥，脫棍與上機(jī)殼的外壁之間設(shè)置數(shù)根固連在上機(jī)殼兩側(cè)與脫輥平行的輻條篩9，相鄰輻條篩的間距為18~20mm，輻條篩與脫棍之間形成上大下小漏斗形狀的脫殼室8，輻條篩的下部和脫輥之間形成脫殼室的咽喉，進(jìn)入脫殼室的核桃在凸筋的拋送下與輻條篩碰撞擊碎核桃殼，為碰撞的核桃在咽喉處被搓擦擠壓破碎。脫出的核桃仁一、二等品占70%以上。圖13碰撞碎殼裝置1機(jī)架2出料口3主滾筒4進(jìn)料5電機(jī)6敲擊臂7壓桿滾筒8電機(jī)2.2.3核桃殼仁分離裝置分為帶式殼仁分離法、比重法分離殼仁、風(fēng)選法分離殼仁、靜電法分離殼仁①帶式殼仁分離法：縱向帶式殼、仁分離法，在長(zhǎng)度方向上，環(huán)形帶和水平面有一定的傾斜角，其上帶面由低處運(yùn)行到高處。摩擦系數(shù)較小的仁沿環(huán)形帶下行，從低處進(jìn)入接仁斗;摩擦系數(shù)較大的殼沿環(huán)形帶上行，從高處進(jìn)入接殼斗。由于破殼后的核桃物料中核桃殼、核桃仁和半截核桃的斷裂端口都有毛刺，且破開(kāi)不完全核桃表面相對(duì)光滑，所以該方法在分離核桃殼仁時(shí)不能達(dá)到預(yù)計(jì)的效果圖14帶式殼仁分離法1料斗2擋板3絨輥4出料斗②比重法分離殼仁：此法主要用于分離外形尺寸比較相近而比重相差較大的各種物料以及種子籽粒。利用此方法進(jìn)行了破殼后的杏仁與殼的分離試驗(yàn):把破殼后的杏仁與殼的混合物放入水中，為了提高分離的效果，在水中加入一定分量的鹽;由于殼仁的比重不同，杏殼漂浮在鹽水的表面，而杏仁沉在鹽水的下層，從而完成殼仁的分離。但是核桃殼與仁的密度相差不大，在鹽水中表現(xiàn)出來(lái)的浮沉現(xiàn)象不明顯，分離效果不佳。同時(shí)利用此方法在對(duì)殼仁進(jìn)行分離后還要對(duì)核桃仁進(jìn)行烘干，提煉鹽，增加了加工工序，還易造成仁的污染。圖15比重法分離殼仁1接殼斗2進(jìn)料斗3分離帶4接仁斗③風(fēng)選法分離殼仁：風(fēng)選法是利用殼與仁單體質(zhì)量的區(qū)別以及殼仁之間空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)—物體在運(yùn)動(dòng)氣流中力學(xué)性質(zhì)不同，在氣流的作用下，由于懸浮速度不同而產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而進(jìn)行分離。此方法常用于分離煙草物料、淀粉、癟谷和茶葉等。從理論上講，物料的懸浮速度不同，就應(yīng)該得到很好的分離，但是在實(shí)際生產(chǎn)中卻有很多復(fù)雜情況。例如，同一種被分離的物料，由于大小和質(zhì)量的差異，其懸浮速度不完全相同，同時(shí)氣流方向不斷改變，造成氣流場(chǎng)內(nèi)氣流的不穩(wěn)定，因此很難完全分離兩種懸浮速度相互交錯(cuò)或相接近的物料。圖16風(fēng)選法分離殼仁④靜電法分離殼仁靜電法是利用殼與仁的介電性質(zhì)差異產(chǎn)生不同的極化，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下向強(qiáng)電場(chǎng)方向產(chǎn)生不同的偏移，從而使殼與仁高精度高效地分開(kāi)。被分離的殼仁不受顆粒大小、形狀和比重的限制，同時(shí)在分離的過(guò)程中因不受機(jī)械力的作用，不會(huì)被二次破損。該方法主要的缺點(diǎn)在于，在破殼前需要對(duì)核桃進(jìn)行處理，且利用此方法研制出的機(jī)器價(jià)格比較任昂貴。2.3目前核桃剝殼取仁機(jī)械存在的主要問(wèn)題目前許多科研人員對(duì)核桃初加工機(jī)械的機(jī)理及設(shè)備做了大量的研究和分析，也取得了很多的成果，但是在核桃殼仁分離裝置方面的研究還比較少。要想達(dá)到核桃殼仁分離的預(yù)期效果只能借鑒其它物料的篩分規(guī)律，針對(duì)核桃殼仁做相應(yīng)的基礎(chǔ)性研究，找出最佳方案，因此主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:①我國(guó)核桃生產(chǎn)量大、品種多，不同品種的核桃形狀、殼的厚度、內(nèi)隔和內(nèi)褶的面積大小差別比較大，例如新疆的核桃品種扎343,溫185、新新2等大都是長(zhǎng)圓形，外表呈橢球狀，內(nèi)隔和內(nèi)褶都比較少;而云南的山核桃是扁圓形的，外殼堅(jiān)硬，內(nèi)隔比較多。內(nèi)隔和內(nèi)褶多的核桃品種，其夾層較多，核桃仁卡在殼中不易取出，為后續(xù)的核桃殼仁分離帶來(lái)一定的困難。②尚未對(duì)破殼后的核桃物料進(jìn)行深入的研究，己研制的核桃破殼機(jī)大都采用定間隙多點(diǎn)擠壓或擊打方式使核桃果殼在機(jī)械外力作用下開(kāi)裂或破壞，為了追求較高的高路仁率，其破殼率就要降低。同時(shí)核桃進(jìn)入擠壓空間的姿態(tài)不易控制，核桃沿縫合線處的粘合力較小，因此采用擠壓或擊打方式破殼，尤其是擠壓方式，所產(chǎn)生的半截核桃(核桃沿縫合線破開(kāi)，夾層未破，仁仍然卡在殼中)和破開(kāi)不完全核桃(核桃外殼只裂一小口，幾乎未被破開(kāi))較多。因此破殼后的核桃物料由四種物料組成:半截核桃、破開(kāi)不完全核桃、核桃殼與核桃仁。為了后續(xù)核桃仁的加工以及半截核桃與破開(kāi)不完全核桃的二次破殼，在將核桃殼分離出的同時(shí)，也必須將半截核桃、破開(kāi)不完全核桃與核桃仁彼此分離開(kāi)。但是現(xiàn)有的核桃風(fēng)選裝置只是將破碎的核桃殼分選出，對(duì)后續(xù)核桃仁、半截核桃和破開(kāi)不完全核桃的分離并沒(méi)有做分析研究。③目前國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)破殼后核桃物料的形狀、物理機(jī)械性能以及在分離過(guò)程中核桃仁的損失做分析研究在殼仁的分離過(guò)程中，核桃仁因受到外力的作用，就會(huì)產(chǎn)生破碎或表皮磨損的現(xiàn)象。磨損掉的核桃仁是沒(méi)有辦法被回收的，從而造成核桃仁的浪費(fèi)。而目前國(guó)內(nèi)外研究人員主要還是研究核桃的初加工機(jī)械，而對(duì)在加工過(guò)程中核桃仁的損失還沒(méi)有做研究。雖然篩分法在其它谷物或物料中的應(yīng)用較為普遍，但是用此方法進(jìn)行核桃殼仁分離時(shí)，在如何選取適合的振動(dòng)篩參數(shù)，盡量減少核桃仁的損失方面還是存在一定的難度。3核桃剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖17核桃剝殼機(jī)1料斗2分機(jī)滾筒3鏈條4漏斗及導(dǎo)向槽5導(dǎo)向輥6傳動(dòng)齒輪7弧形齒板8擠壓輥9變速電機(jī)整機(jī)由料斗、錐形柵條分級(jí)滾筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力所組成，如圖14所示。它們依靠物料自身的重力自上而下形成一個(gè)系統(tǒng)作業(yè)流水線。核桃由料斗1進(jìn)入分級(jí)滾筒2。分為五級(jí)后分別通過(guò)漏斗4(漏斗和一級(jí)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu))接觸到導(dǎo)向輥5，經(jīng)導(dǎo)向后的核桃進(jìn)入由偏心圓弧齒板7和剝殼齒盤8所組成的剝殼區(qū)域。受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。4核桃剝殼機(jī)分級(jí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1分級(jí)的必要性由于核桃受到壓縮后，其直徑的變形與果徑的大小有關(guān)，一般說(shuō)來(lái)，果徑越大受壓時(shí)殼皮上的壓力越高。如果某一變形對(duì)中型果能很好破殼的話，則同樣的變形對(duì)小型果來(lái)說(shuō)就顯得偏大。反之對(duì)大型果則又顯得小了。對(duì)于變形恒定(即固定間隙)的核桃剝殼機(jī)分級(jí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)核桃破殼機(jī)來(lái)說(shuō)，要想對(duì)各個(gè)尺寸的核桃都能很好的破殼的話，就應(yīng)該在破殼前對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)。4.2分級(jí)原理及柵式滾筒的結(jié)構(gòu)為了把核桃分成大小不同的等級(jí)，須按尺寸對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)，按尺寸特性進(jìn)行分級(jí)的方法很多，如平面篩、轉(zhuǎn)筒、輥軸等。雖然這些分級(jí)裝置都是利用孔穴或縫隙的大小進(jìn)行尺寸分選，但由于它們的結(jié)構(gòu)，分級(jí)精度以及對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的沖擊程度等各不相同。故使用對(duì)象也有所不同。具體地說(shuō)，對(duì)于核桃分級(jí)來(lái)說(shuō)，上述分級(jí)裝置基本都能滿足要求，但為了降低制造成本和整機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了柵式分級(jí)滾筒。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)簡(jiǎn)圖。圖18柵式分級(jí)滾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1傳動(dòng)鏈條2電機(jī)3出料口4柵條5進(jìn)料斗4.3核桃在柵式分級(jí)機(jī)構(gòu)里的運(yùn)動(dòng)及力學(xué)分析4.3.1運(yùn)動(dòng)分析由喂料斗喂入的核桃從滾筒的右端(直徑小的一端)進(jìn)入滾筒，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，小尺寸核桃率先從柵格中漏下，在重力、離心力、摩擦力以及柵格反力的共同作用下，尺寸大于柵格間隙的核桃繼續(xù)向左移動(dòng)，直到柵格間隙大于核桃尺寸時(shí)漏下。4.3.2力學(xué)分析為了使核桃能準(zhǔn)確分級(jí)，大小尺寸不同的核桃應(yīng)能及時(shí)的互換位置，以增加每一個(gè)核桃與下方柵格接觸的幾率。核桃在柵式分級(jí)滾筒里所受力的大小隨位置的改變而變化，但存在三個(gè)特殊的位置點(diǎn)，-90°、0°、90°，如圖16其中，左圖是重力、柵格反力所構(gòu)成的平面，在右圖中所截出的截面圖。當(dāng)核桃轉(zhuǎn)過(guò)的β角在0°和-90°之間時(shí)，核桃所受力及所選X-Y坐標(biāo)系如圖所示。假設(shè)此時(shí)核桃所受的力恰好是平衡力，即若再轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，核桃就會(huì)在X-Y平面內(nèi)往下滾動(dòng)（忽略沿柵條方向的摩擦力）。此時(shí)有：方向上：(1)方向上：(2)圖19核桃在滾筒內(nèi)的受力圖其中：β……離心力與Y軸的夾角θ……中心線與柵條之間的夾角……核桃所受的離心力……核桃所受摩擦力μ……摩擦系數(shù)G……核桃自重ω……滾筒的角速度又R——離心半徑解以上各式得：(3)核桃轉(zhuǎn)過(guò)的β角在0°和90°之間，由圖17所示：方向上：方向上：解得：(4)為了使核桃能很好的交換位置，應(yīng)使核桃在滾筒轉(zhuǎn)過(guò)90°之后，在轉(zhuǎn)過(guò)最高點(diǎn)之前落下，即應(yīng)滿足：又因解之得：轉(zhuǎn)/分鐘。所以，大小核桃位置交換的條件是：(5)轉(zhuǎn)/分鐘圖20核桃在滾筒內(nèi)的受力圖4.4主要參數(shù)的確定4.4.1分級(jí)滾筒轉(zhuǎn)速為使核桃在分級(jí)工位順利落下，應(yīng)使核桃對(duì)于分級(jí)滾筒由右桿移向左桿時(shí)，核桃重心低于X軸線。核桃移動(dòng)的距離：(6)核桃下降的距離：(7)因此有：(8)滾筒轉(zhuǎn)速：(9)取n＝60r/min4.4.2分級(jí)滾筒錐角由于核桃尺寸差別不大，故錐形滾筒錐角也不大。錐形滾筒大小端半徑為：(10)(11)(12)式中，、分別為大端和小端柵條距離；d為柵條直徑；α為相鄰柵條件角；φ為滾筒錐角；L為分級(jí)滾筒長(zhǎng)度取500mm。取柵條直徑d＝10mm。滾筒共有20根柵條組成。所以α＝18°根據(jù)核桃的大小可分為5級(jí)。分別是：第一級(jí)直徑25mm≤R≤29mm；第二級(jí)直徑29mm≤R≤33mm；第三級(jí)直徑33mm≤R≤37mm第四級(jí)37mm≤R≤41mm；第五級(jí)41mm≤R≤45mm。所以取c1=45mmc2=25mm計(jì)算得:柵條大小端半徑分別為R1≈175mm；R2=109mm。代入相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算得知：Φ＝7.5°。5核桃剝殼機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1核桃導(dǎo)向的必要性對(duì)于固定間隙的核桃剝殼機(jī)來(lái)說(shuō)，核桃進(jìn)入剝殼機(jī)構(gòu)的姿態(tài)對(duì)破殼率和高路仁率有很大影響。由于目前國(guó)內(nèi)核桃品種繁雜，形狀、大小各異，既有橢球形的，也有球形的。但總的說(shuō)來(lái)，外形近似為球形，近似度用球度來(lái)表示(球度=近似球體直徑/最核桃剝殼機(jī)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)大直徑)。對(duì)于大部分核桃，由于擠壓方向，擠壓速度及其品種對(duì)壓縮剛度無(wú)顯著性影響，所以從理論上講，進(jìn)入固定間隙剝殼裝置的核桃都能很好的破殼，不存在進(jìn)入方向問(wèn)題。但對(duì)于球度小即近似呈橢球形的核桃來(lái)說(shuō)，當(dāng)其長(zhǎng)軸方向與擠壓輥軸線平行或呈較小角度時(shí)，核桃可隨擠壓輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃破殼完全、取仁容易、破碎少。反之，核桃不能隨擠壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)而造成沿核桃長(zhǎng)軸方向的剪切破裂，出現(xiàn)兩半破裂，造成仁殼分離困難和仁的破碎，從而降低了高路仁率。因此有必要在剝殼前對(duì)球度小的核桃進(jìn)行導(dǎo)向。5.2核桃的可導(dǎo)向性研究核桃導(dǎo)向的目的就在于通過(guò)對(duì)核桃物理機(jī)械性能的研究，使其長(zhǎng)軸能與擠壓輥軸線平行或有一個(gè)較小的夾角，此角稱為導(dǎo)向擺角α。其分布統(tǒng)計(jì)特征值為核桃可導(dǎo)向性指標(biāo)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以看出直徑較大的核桃(即球度小的核桃)導(dǎo)向性好，直徑較小的核桃(即球度大的核桃)導(dǎo)向性差。由于球度接近1的核桃無(wú)須導(dǎo)向，所以對(duì)于球度小的核桃來(lái)說(shuō)具有可導(dǎo)向性。圖21導(dǎo)向擺角圖圖22導(dǎo)向機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖5.3導(dǎo)向裝置根據(jù)前人的理論研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)裝置如圖19如示，該裝置由兩級(jí)導(dǎo)向槽、導(dǎo)向滾輪組成。5.4導(dǎo)向分析5.4.1一級(jí)導(dǎo)向?yàn)榱吮ＷC核桃有一個(gè)高的導(dǎo)向率，一次導(dǎo)向角與水平面夾角γ應(yīng)小于或等于導(dǎo)向輥對(duì)核桃的支持力與水平面的夾角β，這樣，支持力N1就形成了主動(dòng)力矩而不是阻力矩，其一級(jí)導(dǎo)向受力圖如圖22所示。圖23一次導(dǎo)向受力圖1導(dǎo)向槽2核桃3導(dǎo)向輥核桃在與導(dǎo)向輥接觸的瞬時(shí)姿態(tài)是隨機(jī)的，即長(zhǎng)軸與輥軸的夾角在0°～90°范圍內(nèi)變化，但是可以分為3大類即：導(dǎo)向擺角α=0°、α=90°和0°<α<90°或90°<α<180°。當(dāng)α為0°時(shí)已實(shí)現(xiàn)了自然導(dǎo)向，不必考慮。當(dāng)α=90°時(shí)受力如圖20所示。當(dāng)導(dǎo)向輥靜止時(shí)有：(13)(14)所以(15)輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將對(duì)核桃產(chǎn)生一滑動(dòng)摩擦力F，在核桃與輥軸接觸的瞬間，此力與支持力N1一起形成了使核桃向上轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)力矩，重力G產(chǎn)生一個(gè)使核桃向下轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，而且γ越小N所產(chǎn)生的主動(dòng)力矩越大，越易于導(dǎo)向。此時(shí)若核桃的重力線與兩支點(diǎn)連線，即導(dǎo)向槽5及導(dǎo)向輥3對(duì)核桃的支撐點(diǎn)不在同一豎直面上的話，兩力矩就會(huì)形成一對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩，使核桃產(chǎn)生側(cè)滑，直到P1P2與輥軸線平行后進(jìn)入二次導(dǎo)向槽，否則，一次導(dǎo)向時(shí)就可能出現(xiàn)核桃兩端不在同一水平面上同時(shí)下落，造成一次導(dǎo)向失敗的情況，因此還需進(jìn)行二次導(dǎo)向。若0°<a<120°或90°<a<180°時(shí)核桃的一端先與輥軸接觸，這樣輥軸對(duì)核桃的支持力N2核桃自重G在導(dǎo)向槽方向上就形成了一對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩，在此力矩是作用下使核桃的另一端向下滾動(dòng)，從而使核桃的長(zhǎng)軸方向與輥軸線平行，完成調(diào)向動(dòng)作。5.4.2二級(jí)導(dǎo)向一次調(diào)向后已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了a=0°,但如果核桃的重力線與兩支點(diǎn)連線不在同一豎直面上的話,重力G就會(huì)形成以兩支點(diǎn)連線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩出現(xiàn)核桃傾翻現(xiàn)象。因此對(duì)一次導(dǎo)向后的核桃還有必要進(jìn)行二次導(dǎo)向,經(jīng)一次導(dǎo)向后的核桃其一端,設(shè)為O端,首先觸及二次導(dǎo)向槽,此時(shí)核桃以O(shè)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心,在重力G形成的主動(dòng)力矩和摩擦力F形成的旋轉(zhuǎn)力矩共同作用下,核桃另一端下落至兩端在同一水平面上后進(jìn)入破殼裝置。但是進(jìn)行二次導(dǎo)向時(shí)要注意:為防止己導(dǎo)向的核桃在二次導(dǎo)向槽內(nèi)滾動(dòng)時(shí)改變方向,二次導(dǎo)向槽要盡可能的短;二次導(dǎo)向槽與水平面夾角不能過(guò)大,否則將引起核桃來(lái)不及調(diào)向而沿導(dǎo)向槽下滑,沒(méi)有進(jìn)行第二次調(diào)向直接進(jìn)入破殼裝置。5.5導(dǎo)向裝置參數(shù)的確定從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看：各個(gè)參數(shù)的最佳組合是：一次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角Φ=21°，二次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角Ψ=37°，導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)速ω=32轉(zhuǎn)/分。一次導(dǎo)向角Φ越小越易導(dǎo)向，但是如果Φ過(guò)小，則核桃在一次導(dǎo)向槽內(nèi)下滑的速度減小，降低了生產(chǎn)率，如果要提高核桃的下滑速度，則需讓一次導(dǎo)向槽在一定范圍內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但這樣做會(huì)加大設(shè)計(jì)難度以及增大生產(chǎn)成本，為此選取Φ=21°作為一次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角的下限。對(duì)于導(dǎo)向輥軸，若輥軸轉(zhuǎn)速高，進(jìn)入導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的單個(gè)核桃就會(huì)被輥軸帶動(dòng)而彈起，從而降低導(dǎo)向率。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于采用的喂入方式是群體喂入而不是單個(gè)喂入。為了提高生產(chǎn)率輥軸轉(zhuǎn)速可取比32轉(zhuǎn)/分鐘略大些，取ω=35轉(zhuǎn)/分鐘。另外可將一級(jí)導(dǎo)向槽和分級(jí)滾筒合并成一個(gè)結(jié)構(gòu),這樣即可以減少設(shè)備的體積重量還可以大大簡(jiǎn)化設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程。由上面的結(jié)果分析可知,一次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角Φ不大。由于核桃與轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)向輥軸之間存在摩擦力,若輥軸不轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)速很小的話,可能會(huì)出現(xiàn)核桃一端與輥軸接觸后靜止不動(dòng)的情況無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)向,為此需給輥軸提供一定轉(zhuǎn)速。為了使輥軸在低速下也能很好的調(diào)向,在輥軸設(shè)計(jì)制造時(shí),應(yīng)盡量加大導(dǎo)向輥的表面粗糙度,以提高導(dǎo)向輥與核桃之間的摩擦力。在本設(shè)計(jì)中采用塑膠滾輪。6核桃剝殼機(jī)剝殼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1核桃剝殼的力學(xué)分析對(duì)于整個(gè)核桃，除了結(jié)合線上的殼厚較大，約為2～4mm以外。其它各個(gè)位置的殼厚基本上是一樣的。但靠近結(jié)合線處，殼的厚度比遠(yuǎn)離結(jié)合線處殼的厚度大些，殼頂端的厚度要比底端大些。因此，對(duì)于每個(gè)核桃分別測(cè)量四個(gè)位置的厚度，隨機(jī)測(cè)量了30個(gè)核桃，故樣本n=30對(duì)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。其結(jié)果列于表1。表1核桃的厚度位置頂端h/mm底端h/mm結(jié)合線處h/mm最凸出處h/mm厚度hσ301.320.159hσ301.240.153hσ301.410.164hσ301.180.145由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知核桃三維尺寸和不同位置的殼厚差異不顯著。因此,可將核桃殼簡(jiǎn)化為各向同性、均勻厚度的薄殼球。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及理論分析可知核桃在集中力處彎曲力矩及橫向剪力均趨于無(wú)窮大，事實(shí)上由于力不是作用在一個(gè)單純的點(diǎn)上而是一個(gè)區(qū)域上，所以彎曲力矩及橫向剪力不可能成為無(wú)窮大，而是一個(gè)很大的值。由于核桃的抗彎能力遠(yuǎn)小于抗壓能圖24一對(duì)和兩對(duì)壓縮力下核桃的破裂形式力，而在遠(yuǎn)離集中力作用點(diǎn)區(qū)域只有薄膜力沒(méi)有彎矩，所以殼的破裂首先從集中核桃剝殼機(jī)剝殼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)力處開(kāi)始，集中力處就是一個(gè)破裂源。對(duì)于韌脆性斷裂的核桃來(lái)說(shuō)，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，裂紋頂端附近一部分塑性區(qū)發(fā)生卸載，隨著核桃擠壓轉(zhuǎn)動(dòng)又進(jìn)一步加載，這樣就等于給核桃施加了一個(gè)交變應(yīng)力。由材料力學(xué)知，交變應(yīng)力易于使殼破裂。Craggcs通過(guò)研究給出了裂紋擴(kuò)展速度公式：核桃剝殼機(jī)剝殼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(16)(17)即瞬時(shí)裂紋擴(kuò)展力G與動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子K有關(guān)，其中：G—瞬時(shí)裂紋擴(kuò)展力K—?jiǎng)討B(tài)瞬時(shí)強(qiáng)度因子(18)、—彈性波速—裂紋擴(kuò)展速度的通用函數(shù)雷利表面波的速度σ一應(yīng)力a一裂紋長(zhǎng)度V一裂紋擴(kuò)展速度υ一洎桑系數(shù)從上式可以看出，裂紋擴(kuò)展力G的大小和應(yīng)力σ的大小有關(guān)，σ越大,G越大。裂紋越易擴(kuò)展，核桃越易破裂。由以上對(duì)核桃進(jìn)行的分析可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：1.法向集中力作用區(qū)域，內(nèi)力值遠(yuǎn)大于其它位置的內(nèi)力值。因而法向集中力作用處將首先出現(xiàn)破裂裂紋。2.適當(dāng)增加法向集中力的對(duì)數(shù)，法向集中力作用點(diǎn)處的位移較一對(duì)時(shí)大,因而有利于破殼。但過(guò)多的法向集中力反而使集中力處的位移減小，不易使殼破裂。這主要是因?yàn)檫^(guò)多地集中力作用在殼上，提高了殼體剛度，降低了內(nèi)力值。但較小的位移，可減少碎仁。3.兩對(duì)法向集中力作用在殼上，較易使殼破裂。4.核桃在滾動(dòng)擠壓時(shí)更易于破裂。這是由于滾動(dòng)擠壓增加了法向集中力作用頻次，在殼上施加了交變應(yīng)力的緣故。6.2三種擠壓方式的比較擠壓破裂核桃基本上有以下三種方式。圖中圓盤半徑r，圓盤和圓盤（板）之間的間隙均為s，偏心圓弧板的半徑為R，偏心距e=R-r-s。核桃簡(jiǎn)化為直徑為d的圓。圖25三種破裂核桃的方式6.2.1核桃的旋轉(zhuǎn)角度采用第一種方式，核桃在圓盤之間沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，故β=0。采用第二、三種方式，核桃則繞接觸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。由于核桃表面粗糙，可認(rèn)為向下無(wú)滑移，運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化為繞瞬心點(diǎn)作向下純滾動(dòng)；可分解為繞質(zhì)心(圓心)的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和質(zhì)心的勻速平動(dòng)。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度式中υ為圓盤線速度。當(dāng)核桃開(kāi)始受擠壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)的圓盤帶動(dòng)核桃一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊向下平動(dòng)。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，核桃向下平動(dòng)的圓弧長(zhǎng)度l：(19)所用時(shí)間t：(20)核桃的旋轉(zhuǎn)角(21)當(dāng)r﹑d一定時(shí)，β和α成正比關(guān)系，比較第二、三種方式，擠入角>，則>。因此，第三種方式最有利于殼的全面破裂。6.2.2核桃的壓縮變形曲線根據(jù)幾何尺寸關(guān)系．運(yùn)用三角形的余弦定理和正弦定理，就可求出這三種方式的壓縮變形量與圓盤轉(zhuǎn)角α的關(guān)系式，簡(jiǎn)稱為壓縮變形曲線。是最大壓縮變形量。推導(dǎo)結(jié)果如下。對(duì)于第一種方式：(22)(23)(24)對(duì)于第二種方式：(25)(26)其中(27)(28)對(duì)于第三種方式：(29)(30)(31)其中(32)(33)(34)圖26三種壓縮方式的壓縮變形曲線選取r=100mm，d/2=10.4mm,s=19.1mm,R=180mm,就可繪出三種方式下的壓縮變形曲線(圖23)。第三種曲線變化最平緩，斜率最小，這就意昧著殼達(dá)到相同的變形量面出現(xiàn)初始裂紋時(shí)，第三種方式下圓盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度最大，因而綿核桃出現(xiàn)裂紋這一過(guò)程中所轉(zhuǎn)過(guò)的角度也是最大的。這就使得殼上受擠壓力作用而出現(xiàn)初始裂紋的區(qū)域最大，最有利于殼的全面破裂。這三條曲線的最大變形量雖然非常接近，但第三條曲線的擠入角明顯大于第二條曲線的擠入角。這就使得曲線的變化比較平緩。在擠壓過(guò)程的后期，擠壓變形量增加緩慢，避免對(duì)剝離出來(lái)的仁的擠壓破碎，提高取仁質(zhì)量。6.3雙齒盤—齒板式剝殼原理及最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)6.3.1剝殼原理在前面分析的基礎(chǔ)上，提出了雙齒盤一齒板式剝殼原理。當(dāng)核桃喂入到剝殼裝置中，齒盤的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊向里擠入，一定間距的齒尖不斷地沿著殼表面克壓，使得裂紋不斷擴(kuò)展，部分殼和仁掉離出來(lái)，最后殼基本上完全破裂，碎殼和仁通過(guò)最小間隙向下掉出來(lái)。齒盤和孤齒板的斜面角度為45°，長(zhǎng)度為8mm。在倒角面上分布著一定尺寸的小齒。隨著擠壓變形量的增加，殼表面變平甚至出現(xiàn)凹坑，則齒數(shù)由一個(gè)增加到二、三個(gè)甚至四、五個(gè)。這樣在接觸處產(chǎn)生的初始裂紋條數(shù)多又長(zhǎng)，由于綿核桃的旋轉(zhuǎn)使整個(gè)圓周都產(chǎn)生裂紋，使殼完全均勻地破裂。圖27剝殼機(jī)原理圖6.3.2理想擠入角理想的擠壓破裂過(guò)程要求核桃從擠壓開(kāi)始到破裂結(jié)束轉(zhuǎn)過(guò)半周，即β=180°，保證核桃在整個(gè)圓周上都產(chǎn)生裂紋，殼的破裂全面而均勻。那么，理想的擠入角的計(jì)算式為：(35)假定齒盤直徑200mm，考慮到核桃在擠壓過(guò)程中的速度要發(fā)生變化，取修正角為3°，d為簡(jiǎn)化了的核桃直徑，即相應(yīng)兩接觸點(diǎn)間的實(shí)際距離，d與橫徑均值D的關(guān)系為；(36)(37)表2給出了每一尺寸等級(jí)的和橫徑范圍（mm）25～2929～3333～3737～4141～45橫徑均值D（mm）2731353943簡(jiǎn)化了圓的半徑r’(mm)7.6910.411.813.2理想的擠入角（度）15.717.819.92224.16.3.3偏心圓弧板最佳半徑的確定為了保證擠壓破裂過(guò)程中對(duì)仁不造成破碎，應(yīng)使最太壓縮變形量小于不使仁壓碎的最大擠壓變形量，即<1．6～2．5mm根據(jù)圖1的幾何尺寸關(guān)系，當(dāng)給定、r和時(shí)，不同的R將產(chǎn)生不同的和最小間隙s(理論調(diào)節(jié)值)。計(jì)算公式如下：因?yàn)?38)所以(39)(40)將綿核桃分為五個(gè)尺寸等級(jí)，即五組和，繪出每組的一R曲線(圖25)。從圖中可見(jiàn)，隨R增大近似成線性增加。當(dāng)R為較小值時(shí)，也較小，不足圖28不同D值下的一R曲線使殼完全破裂。當(dāng)R為較大值時(shí)，也較大，將會(huì)造成殼還未破裂，一部分仁已經(jīng)受到擠壓破碎。因此，當(dāng)R取適當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，才能獲得較好的剝殼取仁性能。對(duì)每一組的—R曲線加以比較，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)D增大時(shí)，也增大，這就要求所選取的R值對(duì)每一尺寸等級(jí)的核桃都能獲得較好的剝殼取仁性能。選取R=180mm，的變化范圍為1.8～2.7mm。數(shù)值上比較接近不使仁壓碎的最大擠壓變形量。較大的滾筒直徑有助于提高破殼質(zhì)量,但機(jī)器的尺寸、質(zhì)量、制造成本都會(huì)增加綜合考慮取破殼輥2如圖24測(cè)表滾花,r=100mm,b=5~7mm。擠壓破殼滾筒的轉(zhuǎn)速在n=15～16r/min之間,對(duì)破殼質(zhì)量影響不顯著。取n=80r/min。采用R＝180mm的弧齒板，根據(jù)前面的分析，對(duì)應(yīng)于橫徑均值D，可求出間距L和最小間隙S的理論調(diào)節(jié)值。綜合以上結(jié)果可得出以下結(jié)論：1要想達(dá)到核桃完全破裂而仁不碎，需滿足以下條件：①核桃的品種要適合于機(jī)械加工；②核桃的濕度要適中，濕度過(guò)高，橫隔膜難以與殼皮順利分離，從而使得殼和仁難以分離，濕度過(guò)低，易造成仁的破碎，影響露仁率；③凹板與擠壓輥之間的間隙要與核桃的尺寸相適應(yīng)，所以核桃在導(dǎo)向裝置前要進(jìn)行分級(jí)，脫殼機(jī)的凹板間隙應(yīng)能作相應(yīng)調(diào)整；④在擠壓破殼的過(guò)程中要能實(shí)現(xiàn)4點(diǎn)擠壓，并且保證核桃在擠壓過(guò)程中能夠轉(zhuǎn)動(dòng)以利裂紋擴(kuò)展。2由于核桃的尺寸大小不一，對(duì)于固定擠壓間隙的破殼裝置來(lái)說(shuō)凹板與擠壓輥之間的間隙是固定的。如果不同尺寸的核桃都在同一間隙內(nèi)破殼的話。就會(huì)出現(xiàn)小尺寸核桃難以破殼而大尺寸核桃仁的破碎高的現(xiàn)象。因此為了很好的破殼而又保證仁不破碎，必須滿足擠壓間隙與核桃尺寸相適應(yīng)。所以說(shuō)在破殼前有必要對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)。3由動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展分析知，如果能使核桃在擠壓裝置里邊破裂邊轉(zhuǎn)動(dòng)則核桃易于破裂，由于有相當(dāng)一部分核桃的長(zhǎng)寬比較大，只有以長(zhǎng)軸與擠壓輥軸線方向平行的姿態(tài)喂入才能實(shí)現(xiàn)核桃在破殼時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在破殼前有必要對(duì)核桃進(jìn)行導(dǎo)向。7核桃殼仁分離殼仁分離問(wèn)題是核桃破殼取仁的難題之一，目前國(guó)際上尚未見(jiàn)到好而不貴且實(shí)用的分離方法和分離設(shè)各的報(bào)道，雖然有能夠很好地解決殼仁分離問(wèn)題的方法及設(shè)備。但設(shè)備成本高，工藝復(fù)雜。對(duì)于加工能力有限的工廠和個(gè)人來(lái)說(shuō)，是很難接受的?，F(xiàn)對(duì)目前使用最廣泛較實(shí)用的一種分離設(shè)備介紹如下:圖29縱向帶式殼仁分離示意圖1接殼斗2進(jìn)料斗3分離帶4接仁斗帶式分離殼仁裝置。如圖26所示縱向帶式分離殼仁的示意圖。環(huán)形帶沿長(zhǎng)度方向與水平面傾斜，上帶面由低端向高端運(yùn)行。表面光滑的仁沿帶面下行,從底端排出;端口粗糙的殼順帶面上行，從高端排出；因?yàn)楹颂覛ず腿实臄嗔讯丝诙加忻?都能夠被毛絨粘附，所以為了達(dá)到分離精度，一般采用多層分離帶分離。8核桃剝殼機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)驗(yàn)算可知本機(jī)械適合采用鏈傳動(dòng)。電機(jī)采用Y90L-4型。額定功率P=1.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為l400r/min。因?yàn)閯儦C(jī)各機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速均比較低，所以在鏈傳動(dòng)與電機(jī)之間需安裝一個(gè)傳動(dòng)比i=5.83的減速器。減速之后其轉(zhuǎn)速為240r/min。因?yàn)槠茪C(jī)構(gòu)中擠壓輥的轉(zhuǎn)速為80r/min。所以電動(dòng)機(jī)與擠壓輥之間的傳動(dòng)比i=3。8.1鏈輪齒數(shù)核桃剝殼機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)查工具書可知選：小齒輪齒數(shù)=23；大鏈輪齒數(shù)。實(shí)際傳動(dòng)比i=69/23=3誤差小于±5%,故允許。8.2鏈條節(jié)數(shù)初定中心距=40p。由式(41)節(jié)核桃剝殼機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)取鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)，故選取節(jié)8.3鏈條節(jié)距查表取工作情況系數(shù)=1.0，齒數(shù)系數(shù)=1.1,采用單排鏈,=1.0,故當(dāng)=24Or/min時(shí),可查得,10A鏈條能傳動(dòng)需要的功率,其節(jié)距p=15.875mm。8.4實(shí)際中心距(42)(43)8.5選擇潤(rùn)滑方式(44)按10A鏈，v=1.5m/s,按表查得采用油浴或飛濺潤(rùn)滑（3區(qū)）圖30小鏈輪8.6作用在軸上的壓力根據(jù)公式可得：，取(45)(46)(47)8.7鏈輪主要尺寸小鏈輪主要尺寸的確定其主要尺寸圖如圖27所示。分度圓直徑d(48)齒頂圓直徑(49)齒頂圓直徑可在和之間任意選擇(50)齒根圓半徑(51)為滾子外徑總結(jié)齒側(cè)凸緣直徑齒側(cè)?。?0mm(52)根據(jù)需要取=34.6mm8.8鏈輪材料鏈輪材料應(yīng)該保證輪齒有足夠的強(qiáng)度和耐磨性,故鏈輪一般都經(jīng)過(guò)熱處理,使之達(dá)到一定硬度。小鏈輪因?yàn)楸却箧溳唶Ш洗螖?shù)多,所以對(duì)材料的要求比大鏈輪高。本設(shè)計(jì)中選用20鋼,熱處理方式為淬火。同理可算出大鏈輪的各主要參數(shù),本文不再贅述。9總結(jié)9.1本文研究?jī)?nèi)容對(duì)于固定間隙核桃來(lái)說(shuō)，核桃分選的好壞直接影響破殼質(zhì)量，而核桃進(jìn)入擠壓空間的姿態(tài)不同，也將會(huì)影響破殼質(zhì)量。不同的擠壓方式滾動(dòng)擠壓與固定擠壓對(duì)破殼取仁質(zhì)量有一定影響，當(dāng)呈橢圓形核桃的長(zhǎng)軸與擠壓滾筒軸線平行時(shí)，核桃可隨擠壓滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)。核桃破殼完全，取仁容易，破碎少。反之，核桃不能隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)而造成沿核桃長(zhǎng)軸方向的剪切破裂，出現(xiàn)兩半破裂，造成仁殼分離困難。但由于目前導(dǎo)向裝置定向喂入的可靠性不高，導(dǎo)致輥壓擠碎效果不好，碎仁率較高。因此有必要對(duì)分選和導(dǎo)向裝置進(jìn)行研究，以期提高核桃破殼機(jī)的破殼質(zhì)量，本課題主要完成以下內(nèi)容：1、在核桃分級(jí)裝置研究中，主要做了如下工作：首先，對(duì)核桃在滾筒里的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行了分析。其次，對(duì)柵式分級(jí)機(jī)構(gòu)的個(gè)零件參數(shù)進(jìn)行了確定。2、在核桃破殼機(jī)導(dǎo)向裝置研究中，主要做了如下工作：首先，從理論角度分析了破殼前對(duì)核桃進(jìn)行導(dǎo)向的必要性。認(rèn)為在破殼前對(duì)核桃進(jìn)行導(dǎo)向是非常必要的。其次，分析了核桃的可導(dǎo)向性。第三，設(shè)計(jì)了核桃導(dǎo)向定位試驗(yàn)裝置。最后，對(duì)核桃進(jìn)行了一、二次導(dǎo)向分析，優(yōu)選出了一、二次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角和導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)速的合適參數(shù)。3、在核桃破殼原理及試驗(yàn)分析中，主要做了如下工作：首先，利用動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展理論分析了核桃的破殼原理，通過(guò)分析得出①核桃在兩對(duì)法向集中力的作用下較易于破裂②實(shí)現(xiàn)核桃破裂時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即在破裂核桃時(shí)，給核桃殼施加一交變應(yīng)力，有利于殼的破裂和裂紋的擴(kuò)展。從而更有利于核桃的破裂。在核桃破殼時(shí)如能滿足上述兩個(gè)條件，則能夠?qū)崿F(xiàn)用最小的擠壓力達(dá)到合適的擠壓量，實(shí)現(xiàn)殼仁的完全破裂，并能提高高路仁率。其次，通過(guò)試驗(yàn)，一方面驗(yàn)證了核桃受到兩對(duì)法向集中力的作用及實(shí)現(xiàn)擠壓時(shí)的滾動(dòng)，易于核桃破裂。另一方面對(duì)理論分析不變考慮的因素，諸如擠壓輥轉(zhuǎn)速、核桃的濕度等影響核桃破殼效果的因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析。分析結(jié)果表明，核桃的濕度對(duì)破殼效果有不可忽略的影響。最后，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出了擠壓輥轉(zhuǎn)速n；凹板與擠壓輥之間的間隙s；以及核桃的濕度m等合適的破殼參數(shù)。9.2存在的主要問(wèn)題及今后努力的方向本課題通過(guò)導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和本人的不懈努力，雖然已取得了令人滿意的成果。但由于時(shí)間、條件等諸多因素的影響，不足之處在所難免。本人認(rèn)為今后應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行繼續(xù)探討：1、破殼機(jī)械要向生產(chǎn)規(guī)?；?，提高破殼精度的方向發(fā)展。這其中包括兩個(gè)方面，一方面破殼機(jī)械的生產(chǎn)要向批量化生產(chǎn)的方向發(fā)展，這樣可以降低破殼機(jī)械的生產(chǎn)成本。另一方面核桃破殼要向規(guī)模和效益的方向發(fā)展。由于目前有相當(dāng)一部分生產(chǎn)廠家是家庭作坊式的，沒(méi)有形成規(guī)模。所以利潤(rùn)較低。2、破殼機(jī)對(duì)核桃品種的適應(yīng)性還有待于提高。不同品種的核桃對(duì)破殼效果及路仁率有較大影響。結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然僅僅經(jīng)歷了短暫的三個(gè)月，但是它濃縮了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全過(guò)程，體現(xiàn)了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和領(lǐng)悟程度。由于我是第一次進(jìn)行整體性地設(shè)計(jì)，并且是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不可避免地碰到了許多困難，有時(shí)甚至?xí)械綗o(wú)法下手。無(wú)論碰到什么樣的困難，我都沒(méi)有退縮，憑借著一股求知的熱情，再加參考文獻(xiàn)上指導(dǎo)老師的幫助，然后再回到書本攻克一個(gè)又一個(gè)的難題，最終圓滿地完成了本次設(shè)計(jì)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在各個(gè)方面都有了很大的提高，具體地表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.對(duì)大學(xué)四年所學(xué)到的東西進(jìn)行了歸納總結(jié)，找到了各種學(xué)科之間的交叉點(diǎn)，同時(shí)構(gòu)成了—個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，形成了一個(gè)整體的知識(shí)體系，進(jìn)一步完善了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。2.對(duì)所學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，并了解學(xué)習(xí)了新的知識(shí)，開(kāi)闊了視野，拓寬了自己的知識(shí)面。養(yǎng)成了勤學(xué)好問(wèn)的習(xí)慣，同時(shí)具有了一定的創(chuàng)新思維。3.利用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了提高，為以后正確解決工作和學(xué)習(xí)中的問(wèn)題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.學(xué)會(huì)了充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱相關(guān)資料，以及借助前人的研究成果尋求解決問(wèn)題的思維方法，對(duì)新信息和新知識(shí)及時(shí)做筆記。5.敢于面對(duì)困難，同時(shí)也懂得了互助合作的重要性。6.利用計(jì)算機(jī)(AutoCAD2OO7，Word2003，Excel2002)的能力得到很大的提高，學(xué)會(huì)了利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。但是，設(shè)計(jì)研究過(guò)程中仍然存在不足之處，有的問(wèn)題還待于進(jìn)—步深入，具體如下:1.缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費(fèi)。2.有關(guān)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的個(gè)零件的配合和放置關(guān)系還缺乏經(jīng)驗(yàn)。3.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不太完善，在與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。4.使用有一定的局限：實(shí)際操作環(huán)境復(fù)雜多變，零部件磨損度在實(shí)際中尚不明確。參考文獻(xiàn)[1]張仲欣.對(duì)輥窩眼式核桃開(kāi)口機(jī)設(shè)計(jì)[J].洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào),1999,20(4):8～11[2]趙正江.新型固體食品順粒等級(jí)分選機(jī)機(jī)械與設(shè)計(jì)[J],食品機(jī)械,2001,18(l)[3]史建新,高大中，學(xué)農(nóng)，周向農(nóng).6HP-150型核桃破殼機(jī)[J]糧油加工與，2000,(01)[4]吳斌方等.棉核桃剝殼取仁機(jī)的研制[J],湖北工學(xué)院學(xué)報(bào),1995,S1[5]薛彥成,公差配合與技術(shù)測(cè)量[M],機(jī)械工業(yè)出版社,1999,10[6]席偉光,楊光,李波.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社,2003[7]王琦祥.核挑破殼取仁機(jī)[P].93207950.4[8]盧盛超.剝殼方法與剝殼機(jī)械[J].江西農(nóng)機(jī)與農(nóng)業(yè)工程,1988,2[9]張勇.核桃剝殼取整仁器[P].專利號(hào)：94219360.1[10]孫振美.粘核桃開(kāi)瓣挖核機(jī)[P].專利號(hào)：88213548.1[11]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1990[12]陳秉鈞.美國(guó)胡桃加工技術(shù)的新進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)情報(bào)資料,1985,（9）38～43[13]張艷華，新安.板栗脫殼設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)[J]機(jī)械，2004,(07)[14]吳子岳.綿核桃剝殼機(jī)的研制[J].包裝與食品機(jī)械,1995,13(2):1～5[15]吳子岳.核桃剝殼的力學(xué)分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1995,