辛惠芬

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西太原 030002）

0 引言

山西省核桃種植已有幾千年歷史，作為山西省最著名的土特產(chǎn)品之一，在全國(guó)也享有盛譽(yù)。近年來(lái)國(guó)家出臺(tái)了許多扶持核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，極大地鼓舞了農(nóng)民群眾種植的積極性，大力發(fā)展核桃生產(chǎn)已成為地方政府在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的主打王牌之一，核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出蒸蒸日上的大好局面。山西省許多丘陵地區(qū)、貧困山區(qū)已把核桃生產(chǎn)作為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和富民產(chǎn)業(yè)進(jìn)行推廣，受到農(nóng)民群眾的廣泛歡迎，將種植核桃作為致富的“搖錢(qián)樹(shù)”大力發(fā)展。許多縣已把發(fā)展核桃經(jīng)濟(jì)與生態(tài)建設(shè)、改善環(huán)境、推進(jìn)致富融合在一起來(lái)抓，并列為“一縣一業(yè)”的推動(dòng)項(xiàng)目，發(fā)展形勢(shì)非常迅猛。預(yù)計(jì)到“十三五”末，山西省1.33×104hm2左右的種植縣將達(dá)到10個(gè)以上，全省種植面積將達(dá)到33.3×104hm2，產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到200×104t。

面對(duì)做大做強(qiáng)核桃產(chǎn)業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的勞動(dòng)力短缺、加工品種單一、產(chǎn)量增加、生產(chǎn)過(guò)剩等方面的問(wèn)題，僅靠人工處理、簡(jiǎn)單加工已無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，必須運(yùn)用先進(jìn)的機(jī)械對(duì)產(chǎn)后的核桃進(jìn)行機(jī)械化處理和加工[1]，才能解決老百姓在生產(chǎn)加工過(guò)程中的問(wèn)題，才能延長(zhǎng)核桃產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)核桃在多個(gè)環(huán)節(jié)上增值增收。對(duì)核桃產(chǎn)后進(jìn)行機(jī)械化處理和加工就是利用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備解決核桃產(chǎn)后處理和加工中存在的問(wèn)題，解決人力無(wú)法完成的工作，達(dá)到提高工作效率、提升堅(jiān)果品質(zhì)、減少產(chǎn)后損失、增加品種多樣化的目的。使核桃生產(chǎn)通過(guò)機(jī)械化作業(yè)，達(dá)到增加收入的目的。

核桃硬殼破碎是核桃產(chǎn)后處理及初加工環(huán)節(jié)的重要階段。目前，市場(chǎng)上的核桃仁主要通過(guò)人工敲碎或是破殼機(jī)機(jī)械化擠壓核桃殼得到核桃仁。傳統(tǒng)破碎硬殼的方法是由人工砸碎的方法破殼或用簡(jiǎn)單的破硬殼工具，如夾鉗、手動(dòng)擠壓設(shè)備等。人工破殼需左右手配合工作，一手拿核桃，一手拿工具。砸仁時(shí)應(yīng)將縫合線(xiàn)與地面平行放置。每次用力大小由核桃皮的薄厚來(lái)決定，皮厚則用力大。由于手工操作用力不均，常常出現(xiàn)多次連擊現(xiàn)象，這樣就會(huì)使核桃的破爛率增加、核仁等級(jí)下降，進(jìn)而影響銷(xiāo)售價(jià)格。人工破硬殼不僅效率低，一般一人一天可處理50 kg左右，且核桃仁破碎率高，一般破碎率在30%以上，影響了取仁質(zhì)量。20世紀(jì)90年代，我國(guó)就已經(jīng)研制出多種核桃破殼加工的裝置，如圓盤(pán)破殼裝置、沖壓式破殼裝置等[2]。核桃破殼加工裝置采用機(jī)械化手段破碎核桃硬殼，此類(lèi)設(shè)備能夠解決人工破殼的繁重工作，可以高效率、大批量地破碎多顆核桃，且破碎效果好、頭露率高，大大提高工效，節(jié)省人工。但是目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)現(xiàn)有的破殼機(jī)一體化和自動(dòng)化的程度較低，某些破殼工序需要操作人員介入，降低加工效率，同時(shí)存在針對(duì)不同品種的核桃破殼的力度無(wú)法調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備昂貴、破殼成本高等技術(shù)問(wèn)題[3]。

1 技術(shù)及結(jié)構(gòu)分析

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)[4]

為解決現(xiàn)有核桃破殼方法和破殼裝置效率低下、不同品種的核桃破殼的力度無(wú)法調(diào)節(jié)等問(wèn)題，提供一種新型全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)。全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)包括砸殼區(qū)、上料區(qū)和出料區(qū)。砸殼區(qū)主要包括驅(qū)動(dòng)裝置、破殼裝置、運(yùn)料裝置、控制裝置。驅(qū)動(dòng)裝置包括帶有偏心凸輪的凸輪軸及用于驅(qū)動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)，凸輪軸水平設(shè)置，其轉(zhuǎn)動(dòng)連接在機(jī)殼內(nèi)砸殼區(qū)上部。破殼主要是通過(guò)轉(zhuǎn)軸上連接的若干個(gè)與其垂直的帶柄砸殼錘進(jìn)行敲擊破殼，砸殼錘與手柄的一端連接，手柄的另一端與轉(zhuǎn)軸連接，并在連接處形成延伸段，延伸段可與偏心凸輪相互接觸，轉(zhuǎn)軸與凸輪軸相平行且位于同一水平面；偏心凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)砸殼錘在豎直平面內(nèi)做抬起并落下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；利用手柄來(lái)調(diào)節(jié)落錘高度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)錘擊力度的作用，以適應(yīng)不同品種核桃的要求。破殼裝置改變現(xiàn)有核桃破殼機(jī)擠壓破殼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)仿人工錘砸式破殼方式破殼取仁，實(shí)現(xiàn)了核桃砸殼的全自動(dòng)化，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低、加工效率高等特點(diǎn)。運(yùn)料裝置包括固定在機(jī)殼內(nèi)部的3個(gè)鏈輪，圍繞3個(gè)鏈輪的輸送帶和用于驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的第二電機(jī)，第一鏈輪和第二鏈輪位于機(jī)殼內(nèi)砸殼區(qū)并位于同一水平面，第三鏈輪位于機(jī)殼內(nèi)上料區(qū)的底部，輸送帶表面設(shè)置有均勻分布的裝料盤(pán)，相鄰裝料盤(pán)的間距與相鄰砸殼錘之間的間距一致且砸殼錘落下時(shí)正好砸入裝料盤(pán)內(nèi)，每個(gè)裝料盤(pán)能裝一個(gè)核桃；運(yùn)料裝置還包括設(shè)置在上料區(qū)位于輸送帶上方的且中部帶有凹槽的滾輪和驅(qū)動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)的第三電機(jī)，滾輪的凹槽與輸送帶上的裝料盤(pán)相對(duì)。出料口設(shè)置在機(jī)殼與輸送帶相對(duì)應(yīng)的左部側(cè)壁上?？刂蒲b置包括設(shè)置在砸殼區(qū)的控制器、設(shè)置在凸輪軸附近的第一傳感器、設(shè)置在第一鏈輪附近的第二傳感器共3個(gè)部分，偏心凸輪靠近第一傳感器的一端設(shè)有感應(yīng)點(diǎn)，第一鏈輪上也設(shè)有感應(yīng)點(diǎn)，第一電機(jī)與第二電機(jī)均與控制器連接。

砸殼機(jī)俯視圖見(jiàn)圖1，砸殼機(jī)主視圖見(jiàn)圖2，砸殼機(jī)側(cè)視圖見(jiàn)圖3。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

①改變現(xiàn)有核桃破殼機(jī)擠壓核桃破殼的加工方式，采用仿人工錘砸式破殼方式破殼取仁；②利用手柄來(lái)調(diào)節(jié)落錘高度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)錘擊力度的作用，以適應(yīng)不同品種核桃的加工要求。

圖1 砸殼機(jī)俯視圖

圖2 砸殼機(jī)主視圖

圖3 砸殼機(jī)側(cè)視圖

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

桃仁完好率≥70%，生產(chǎn)率6 000顆/h，硬殼破碎率≥85%。

1.4 技術(shù)工藝路線(xiàn)

該機(jī)啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)后，3個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)傳送帶和毛刷傳動(dòng)，通過(guò)凸輪傳動(dòng)砸殼區(qū)的砸殼錘仿人工進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，再將水泡過(guò)的核桃倒入料斗內(nèi)，通過(guò)傳送帶將核桃進(jìn)行輸送，待核桃經(jīng)過(guò)毛刷時(shí)，毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)將核桃均勻地布置在傳送帶，并送入砸殼區(qū)，讓砸殼錘破殼，破殼后的核桃通過(guò)出料口掉入承接的容器，這樣就完成了核桃的破殼。

2 試驗(yàn)結(jié)果與效益分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

一代樣機(jī)生產(chǎn)試制完成后，分別在山西省昔陽(yáng)縣、五臺(tái)縣選取1個(gè)具備一定生產(chǎn)規(guī)模與硬件條件的核桃機(jī)械化加工企業(yè)開(kāi)展全自動(dòng)核桃破殼機(jī)作業(yè)試驗(yàn)，通過(guò)一個(gè)加工周期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)加工設(shè)備進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)一代樣機(jī)加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，做好第二代樣機(jī)圖紙的設(shè)計(jì)、試制和性能試驗(yàn)。二代樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了核桃硬殼破碎自動(dòng)化、便捷化，使得破碎后的整仁和半仁完好率達(dá)到72%，每1 h能夠完成6 100顆以上核桃的硬殼破碎，機(jī)器單次作業(yè)時(shí)間為2.3 s，單次可完成4顆核桃的硬殼破碎工作，通過(guò)對(duì)多類(lèi)品種核桃進(jìn)行破殼試驗(yàn)，硬殼破碎率達(dá)到86%以上。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

核桃的破殼取仁是核桃加工多樣化的需要。由銷(xiāo)售堅(jiān)果到銷(xiāo)售桃仁，價(jià)格增加3倍多。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上核桃干果的售價(jià)為20～60元/kg，核桃仁的零售價(jià)為60～180元/kg，從一般情況來(lái)看，1 kg核桃干果可產(chǎn)出0.5 kg核桃仁，運(yùn)用核桃砸殼機(jī)將核桃破殼，由銷(xiāo)售堅(jiān)果到銷(xiāo)售桃仁，除去加工成本，每1 kg可增收4～12元；與人工破殼相比，設(shè)備提高工作效率5倍以上，節(jié)省人工勞務(wù)開(kāi)銷(xiāo)500元/d以上。此外，桃仁的市場(chǎng)需求量也越來(lái)越大。特別是對(duì)分級(jí)后篩選出來(lái)的26 mm以下的小個(gè)核桃，在市場(chǎng)直接銷(xiāo)售時(shí)存在賣(mài)不起價(jià)格、不好銷(xiāo)售等問(wèn)題。由于劣果的數(shù)量較大，必須通過(guò)加工處理進(jìn)行轉(zhuǎn)化增值。取出較大、較完整的桃仁，可以進(jìn)行市場(chǎng)銷(xiāo)售，出售給飯店、加工企業(yè)或出口創(chuàng)匯。對(duì)較小特別是破碎的桃仁，可就地加工成核桃油，核桃出油率能夠達(dá)到45%，核桃碎仁的價(jià)格為12～16元/kg，核桃油的價(jià)格為100元/L左右，除去生產(chǎn)成本，核桃碎仁榨油的利潤(rùn)相當(dāng)可觀(guān)。

2.3 社會(huì)效益分析

①全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)的推廣應(yīng)用，提高了核桃加工能力，延長(zhǎng)了核桃產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈，提高了核桃綜合利用率，多渠道的開(kāi)發(fā)利用，減少了大面積種植帶來(lái)的銷(xiāo)售難和價(jià)格下滑的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)也調(diào)動(dòng)了農(nóng)民種植核桃的積極性，帶動(dòng)了核桃種植業(yè)的發(fā)展，形成種植、加工、貿(mào)易一體化的良性循環(huán)。②設(shè)備進(jìn)行成功推廣后，可將更多勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到其他急需行業(yè)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到促進(jìn)作用，同時(shí)也提高了核桃制品的品種數(shù)量和品質(zhì)，豐富了市場(chǎng)需求。③全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)的推廣應(yīng)用，將帶動(dòng)山西省核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將在核桃主產(chǎn)區(qū)掀起種植核桃樹(shù)的熱情。核桃樹(shù)種植規(guī)模的擴(kuò)大將有助于改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少水土流失，防止土地沙漠化。

3 結(jié)語(yǔ)

全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)的成功研發(fā)對(duì)核桃機(jī)械化處理技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，形成了較為系統(tǒng)的核桃產(chǎn)后機(jī)械化加工技術(shù)體系，起到了典型示范作用。實(shí)踐證明，采用全自動(dòng)核桃砸殼機(jī)可大大提高加工工效、節(jié)省人工，且精準(zhǔn)的砸殼技術(shù)可以提高產(chǎn)品品質(zhì)，減少因加工方式不當(dāng)而產(chǎn)生的損失，以達(dá)到增收節(jié)支的目的。隨著核桃產(chǎn)后機(jī)械化處理技術(shù)的不斷完善和推廣，對(duì)核桃種植業(yè)、副產(chǎn)品加工業(yè)及其他行業(yè)的快速發(fā)展將起到有效的推動(dòng)作用，同時(shí)也可起到增加稅收、出口創(chuàng)匯、轉(zhuǎn)移勞動(dòng)力、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用。