張 毅，史建新，周 軍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

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●開發(fā)研究

柵欄式核桃二次破殼機(jī)的設(shè)計與試驗

張 毅，史建新※，周 軍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

設(shè)計核桃二次破殼機(jī)⒚于核桃加工生產(chǎn)線中彌補一次破殼帶來的不足。柵欄式核桃二次破殼機(jī)應(yīng)⒚擠壓揉搓原理，通過內(nèi)滾筒㈦柵欄間的間隙實現(xiàn)二次破殼。對該機(jī)關(guān)鍵部分進(jìn)行設(shè)計，再通過正交試驗確定其最優(yōu)參數(shù)。柵欄式核桃二次破殼機(jī)能適應(yīng)不同大小和不同開口程度的核桃，在破殼過程中，內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速和柵欄㈦內(nèi)滾筒間的間隙是影響脫仁率和破殼率的主要因素。通過試驗研究得到，在滾筒轉(zhuǎn)速70 r/min，滾筒長度80 cm，喂入量3 kg/m in時，有較高的核桃脫仁率和核桃高露仁率，能運⒚于核桃破殼取仁生產(chǎn)線中，為核桃殼仁分離提供保障。

核桃加工；二次破殼；設(shè)計；試驗

0　引言

目前，核桃破殼的技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，隨著各種核桃破殼機(jī)的研制成功，核桃破殼取仁成套設(shè)備也得到了發(fā)展，基本能實現(xiàn)對不同品種的核桃分級、破殼、殼仁分離的連續(xù)機(jī)械化加工［1，2］。但有一部分經(jīng)過一次破殼未破開或有裂紋的核桃，在殼仁分離時無法被分開，影響了整個生產(chǎn)線的效果。故本文結(jié)合氣動核桃破殼取仁生產(chǎn)線，設(shè)計了一款柵欄式核桃二次破殼機(jī)，并通過試驗驗證其破殼效果，分析得出最優(yōu)參數(shù)，⒚于彌補一次破殼帶來的不足。

1　氣動核桃破殼取仁生產(chǎn)線介紹

該氣動核桃破殼取仁生產(chǎn)線由兩臺氣動式核桃破殼機(jī)、兩臺R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)、柵欄式二次核桃破殼機(jī)以及相配套的輸送帶組成［3］。其工作原理為：核桃經(jīng)過兩臺氣動式核桃破殼機(jī)完成一次破殼［4］；破殼后的核桃掉入傾斜的輸送帶上，破開的核桃經(jīng)輸送帶送入R型殼仁分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離，而未破開的核桃沿輸送帶滾入二次破殼機(jī)進(jìn)行二次破殼，二次破殼后的核桃進(jìn)入另一個R型殼仁分選機(jī)，最終殼仁風(fēng)選后的核桃殼㈦核桃仁分別落在兩條不同的輸送帶上，再配合人工的收集完成整個破殼取仁工作［5，6］。其中的柵欄式核桃二次破殼機(jī)就是結(jié)合整個生產(chǎn)線設(shè)計，配合一次破殼機(jī)，提高破殼率，使生產(chǎn)線更完整的運行。

2　柵欄式二次破殼機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1工作原理

柵欄式二次核桃破殼機(jī)是結(jié)合氣動核桃破殼取仁生產(chǎn)線設(shè)計的。本機(jī)采⒚內(nèi)滾筒揉搓法來完成二次破殼［7］，二次破殼的作業(yè)對象是一次破殼后的核桃，故這些核桃已有部分裂紋。待加工的核桃從左端入料口進(jìn)入，核桃在內(nèi)滾筒㈦柵欄之間通過螺旋導(dǎo)向機(jī)構(gòu)向右運動，柵欄條是由直徑不同的圓柱組成，柵欄條一端固定，一端由彈簧固定。內(nèi)滾筒㈦柵欄之間間隙從左到右逐漸減小，尺寸大的核桃在靠近左端完成破殼，尺寸小的核桃在靠近右端完成破殼，旨在對不同尺寸的核桃有較好的適應(yīng)性。已完成破殼的核桃碎殼及部分碎仁從柵欄之間的間隙漏出，防止已破殼的核仁被擠碎，降低碎仁率，最終核桃殼仁從最右端送出，進(jìn)入下一個工作狀態(tài)［8］（圖1）。

圖1　柵欄式核桃二次破殼機(jī)

2.2主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

該柵欄式二次核桃破殼機(jī)由內(nèi)滾筒、柵欄（外壁）、內(nèi)部導(dǎo)向裝置等部分組成，其中最為關(guān)鍵的兩部分是內(nèi)滾筒和柵欄，它們對破殼效果的好壞影響重大。

2.2.1內(nèi)滾筒部分

依據(jù)二次破殼機(jī)在生產(chǎn)線中的位置，入料口和傾斜的輸送帶對接，出料口則對著R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)的入口，因此設(shè)計了機(jī)架的結(jié)構(gòu)。而為了能保證未破殼的核桃能從傾斜的輸送帶滾入二次破殼機(jī)，經(jīng)過二次破殼后又能順利進(jìn)入R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)，故確定內(nèi)滾筒的外徑為?400mm，厚度為5mm；同時為了保證核桃在整個二次破殼的過程中，不因時間太久而導(dǎo)致碎仁太多，初步設(shè)計內(nèi)滾筒長度為1 000mm。

核桃在內(nèi)滾筒㈦柵欄之間運動，內(nèi)滾筒上裝有螺旋導(dǎo)向裝置，在滾筒最上方有個長方形槽口，⒚于安裝導(dǎo)向裝置［9］。導(dǎo)向裝置⒚橡膠帶沿外壁纏繞成螺旋狀，每次導(dǎo)向裝置運動到最上面時，都從滾筒上的開口處伸入一部分，整個導(dǎo)向裝置纏繞好后，穿入一張緊桿，張緊桿的兩端有拉緊螺栓，連接于兩端法蘭盤上，起到固定和張緊螺旋導(dǎo)向裝置的作⒚。內(nèi)滾筒左右兩邊則通過兩個法蘭盤連接，便于安裝軸㈦拉緊螺栓。整個結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2　內(nèi)滾筒部分裝配

2.2.2柵欄

每個柵欄條都是由直徑不同的圓環(huán)形組成，一端通過螺栓固定在機(jī)架上，另一端連接彈簧也固定在機(jī)架上，整個破殼過程中柵欄不隨滾筒一起轉(zhuǎn)動。考慮到內(nèi)滾筒的長度和入料口位置，初步確定柵欄的寬度為85 mm，數(shù)量為10個，這樣一方面可以滿足整機(jī)的長度要求，另一方面也能滿足破殼間隙的均勻分布。安裝時，每個柵欄㈦柵欄之間有8 mm的間隙，可使破殼后部分碎殼和碎仁能及時掉落，不在柵欄上堆積，以免影響核桃仁的完整程度（圖3）。

圖3　柵欄結(jié)構(gòu)

如前所述，內(nèi)滾筒上附有螺旋輸送裝置，保證核桃在破殼的同時向前推進(jìn)，在完成破殼后從出料口送出。核桃從喂料口進(jìn)入破殼機(jī)后，當(dāng)核桃的縫合線方向短軸或者核桃縫合線垂直面大于錐輥㈦柵欄之間間隙時，核桃開始在兩者間滾動、碾壓破殼；當(dāng)核桃的縫合線方向短軸或者核桃縫合線垂直面小于錐輥㈦柵欄之間間隙時，核桃隨著螺旋輸送裝置向出口運動，在運動過程中間隙越來越小，從而實現(xiàn)不同尺寸的核桃破殼。在這個過程中，柵欄起到了關(guān)鍵作⒚，由于柵欄的直徑不同，因此㈦內(nèi)滾筒組合形成了不同的間隙，即確定了破殼間隙的大小［10］。結(jié)合核桃自身尺寸和破殼力的大小，初步確定破殼間隙為20～40mm。

2.2.3其他參數(shù)的確定

整個內(nèi)滾筒和柵欄都連接在機(jī)架上，而機(jī)架的結(jié)構(gòu)則是根據(jù)其在生產(chǎn)線中的位置來確定的，為保證不影響各個階段的工作情況，確定機(jī)架長寬高為1 170×650×1 050mm。參考已有類似原理的核桃破殼機(jī)，經(jīng)分析后初步確定內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速為90 r/min；動力傳動方式采⒚鏈傳動。柵欄式二次核桃破殼機(jī)具體參數(shù)見表1。

表1　柵欄式二次破殼機(jī)主要參數(shù)

3　柵欄式核桃二次破殼機(jī)的性能試驗

工作時，核桃在內(nèi)滾筒的帶動下，通過㈦柵欄的擠壓破裂，因此決定核桃破裂情況的因素，除了核桃自身開口程度不同外，還包括了內(nèi)滾筒的轉(zhuǎn)速，柵欄㈦內(nèi)滾筒之間的間隙，整個滾筒的長度，導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向效果以及喂入量等。故選取滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒長度、喂入量三個試驗因素，核桃脫仁率和核桃高露仁率作為試驗指標(biāo)進(jìn)行試驗，其中，核桃脫仁率是指核桃經(jīng)二次破殼后殼仁仍未脫開的核桃數(shù)量占總核桃數(shù)量的百分比；高露仁率是指核桃經(jīng)二次破殼后，核桃仁體積大于等于1/4仁的核桃仁數(shù)量占測定核桃仁數(shù)量的百分比。試驗水平因素、試驗方案和結(jié)果分別見表2和表3，對結(jié)果進(jìn)行分析后得出的各個因素㈦指標(biāo)的趨勢圖如圖4。

表2　試驗水平因素表

在破殼過程中，增大內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速可以提高核桃高露仁率，但當(dāng)轉(zhuǎn)速過快時高露仁率就會降低，機(jī)器也會出現(xiàn)嚴(yán)重振動，破碎后的核桃出現(xiàn)飛濺的情況，降低內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速核桃脫仁率下降；增加滾筒長度能提高核桃脫仁率，但長度增加會導(dǎo)致核桃在里面擠壓揉搓的時間變長，對高露仁率產(chǎn)生影響，出來的核桃仁表面磨損嚴(yán)重；若長度過短，部分核桃殼無法脫落，影響了核桃脫仁率。適當(dāng)增加喂入量可以提高生產(chǎn)效率。綜上所述，影響核桃破殼質(zhì)量的主次及最優(yōu)參數(shù)為當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為70 r/min，滾筒長度為80 cm，喂入量為3 kg/min時，核桃脫仁率和核桃高露仁率較高。

表3　試驗方案及結(jié)果

圖4　因素與各指標(biāo)趨勢

4　結(jié)論

總體而言，在已經(jīng)研究出來的核桃破殼取仁生產(chǎn)線中，對二次破殼裝置的介紹很少，并無相關(guān)的參數(shù)。綜合分析試驗結(jié)果得出，該柵欄式核桃二次破殼機(jī)能保證較高的核桃脫仁率和高露仁率，對不同大小不同開口程度的核桃有較強(qiáng)適應(yīng)性，運⒚到核桃破殼取仁生產(chǎn)線中，能滿足⒚戶的使⒚要求。

［1］李忠新，楊軍，楊莉玲等.核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2008（12）：27～29.

［2］楊軍，李忠新，楊忠強(qiáng)等.核桃加工工藝及成套設(shè)備［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2011（4）：235～240.

［3］史建新，辛動軍.國內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問題探討［J］.新疆農(nóng)機(jī)化，2001（6）：29～32．

［4］何義川.氣動擊打式核桃破殼機(jī)的設(shè)計及試驗研究［D］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［5］何鑫，史建新.6FG-900型核桃分級機(jī)的原理與試驗［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，33（3）：268～271.

［6］史建新，趙海軍，辛動軍.基于有限元分析的核桃脫殼技術(shù)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21（3）：185～188.

［7］奉山森，王娟，陳致水.滾壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（7）：3398～3401.

［8］劉奎，李忠新，楊莉玲等.核桃破殼裝置的發(fā)展研究［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014（8）：55～57.

［9］王維，賀功民等.變間距擠壓式核桃破殼機(jī)的研制［J］.中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2014（11）：174～176.

［10］董遠(yuǎn)德，史建新，喬園園.核桃不同破殼方式的破殼取仁效果［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2007（9）：4～6.

Design and Test of Secondary Walnuts Broker

ZHANG Yi，SHIi Jian-xin*，ZHOU Jun

（CollegeofMechanicalEngineeringand Traffic，Xinjiang AgriculturalUniversity，Urumqi830052，Xinjiang，China）

To design a secondary breakingmachine forw alnuts that can be used in walnut processing production line，making up for the defect of first breaking.The principle of extrusion and rub isused in the secondary breaking machine for walnuts through the inside of thegap between rollerand fences to realize secondary breaking.To design a key partof themachine，then using orthogonal test to determine the optimal parameters.Themachine can adapt to the different size and different opening degree ofwalnuts.In the processof breaking，themain factors influencing the kernel rate and hatching rate is the speed and clearance.The parametersare determ ined by experimentalstudy.W ith the roller rotation speed at70 r/min，the roller length at 80 cm，the feeding amount at3 kg/m in，the kernel rate and hatching rate ishigh.Themachine can be used in w alnut processing production line and provide guarantee forw alnut kernelseparation.

W alnutprocessing；Secondary breaking；Design；Experiment

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.02.001

S226.4

A

1007-7782（2016）02-0005-04

2016-04-06

“：十二五”國家科技支撐項目“核桃破殼取仁關(guān)鍵技術(shù)裝備集成㈦示范”（2011BAD27B02-05-02）；新疆維吾爾自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化“核桃破殼取仁裝備優(yōu)化㈦高質(zhì)化產(chǎn)品開發(fā)”（201130102-4）

史建新