侯瑞麗

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

0 引言

新疆是我國主要的核桃種植基地之一，尤其是南疆三地州，核桃種植已成為當(dāng)?shù)刂饕慕?jīng)濟(jì)支柱之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示2019 年，我區(qū)核桃種植面積近38.93 萬hm2，產(chǎn)量逾101 萬噸。未經(jīng)分級加工的核桃在當(dāng)?shù)匾浴敖y(tǒng)貨”價低價出售，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)睾颂耶a(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，為解決這一瓶頸問題，需加快核桃初加工及精加工步伐，推廣應(yīng)用機(jī)械化加工設(shè)備。對核桃進(jìn)行分級是桃初加工及后續(xù)精加工的首要工序。

目前常見的分級方法有按照果品重量、尺寸進(jìn)行分級。按重量分級是通過調(diào)節(jié)傾翻力矩大小將果品分級，按尺寸分級就是根據(jù)果品的大小進(jìn)行分級，常見的有打孔帶、柵條滾筒及叉式分級法。國外在很早就開始了對分級設(shè)備的研發(fā)，已實(shí)現(xiàn)了按照重量、顏色、形狀分級。

美國是全球最大的核桃出口國，但美國種植的核桃品種較單一，因此核桃在外形和尺寸上差異性較小，對核桃分級要求不高。由于我國核桃產(chǎn)量大、品種多，不同品種的核桃形狀和尺寸差別大，因此迫切需要研制一款適合國內(nèi)不同品種核桃分級的設(shè)備。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

核桃分級機(jī)主要由喂料裝置、限量檔板、機(jī)架、分級輥、傳動系統(tǒng)、摩擦底板和出料口等組成，如圖1。分級輥兩端的軸頭上安裝鏈輪，通過鏈條帶動分級輥運(yùn)轉(zhuǎn)，鏈條在電機(jī)的帶動下帶動分級輥運(yùn)動。

圖1 核桃分級機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

作業(yè)時，將核桃喂入喂料斗，限量板控制進(jìn)入分級裝置的核桃數(shù)量。分級輥運(yùn)動過程中，核桃在分級輥和摩擦底板的作用下持續(xù)滾動，不斷調(diào)整姿態(tài)，最終使核桃以短徑方向支撐在兩分級輥間。隨著分級輥的運(yùn)動，核桃在分級輥的帶動下離開摩擦底板，相鄰兩分級輥間隙不斷由小變大，尺寸較小的核桃先從分級輥的間隙落下，尺寸較大的核桃會隨分級輥的運(yùn)動在下一段適合的間隙處落入接料箱，達(dá)到分級的目的。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 喂料裝置的設(shè)計(jì)

圖2 核桃分級機(jī)喂料裝置

喂料裝置如圖2，喂料裝置能直接影響核桃分級的精度，為了提高分級精度，應(yīng)使核桃以單層、均勻連續(xù)的方式平鋪于進(jìn)料帶上，且應(yīng)平穩(wěn)地落在分級輥上，因此喂料時在物料入口設(shè)置限量板控制喂入量，同時還能解決核桃堆積出現(xiàn)的卡死現(xiàn)象。

2.2 分級輥的設(shè)計(jì)

圖3 分級輥結(jié)構(gòu)

2.2.1 分級輥直徑的選擇

圖4 分級輥直徑的確定

核桃在分級輥上運(yùn)動時的幾何模型如圖4，為保證分級精確，要保證核桃在分級輥上運(yùn)動不能翻滾到下個輥軸上去。若將核桃推到輥Ⅱ的上面，必需滿足：α≥φ

式中α—可移動斜面XX 與水平面之間的夾角；φ—核桃與輥之間的摩擦角。

根據(jù)圖中幾何關(guān)系推算

式中c取最小分級尺寸30 mm，φ為核桃與輥軸的摩擦角，通過測量確定為26.6°，核桃最大直徑為d=45 mm，代入式得d輥=300 mm。根據(jù)分級精度和安全性要求，同時要求輕簡化，選取分級輥壁厚為3 mm。

2.2.2 鏈條的確定

分級機(jī)選用08A 鏈條，節(jié)距為L=12.7 mm，選用六個鏈節(jié)一個輥軸的鏈節(jié)方式。

3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）在分級過程中，分級輥間隙逐漸由小變大，不同大小核桃依次分級落入出料口，可根據(jù)需要設(shè)置出料口數(shù)量，分多個等級；（2）物料入口設(shè)置限量板控制喂入量，解決了核桃堆積出現(xiàn)的卡死現(xiàn)象；（3）可選用不同直徑的分級輥，實(shí)現(xiàn)對其他類球形果品的分級。

4 試驗(yàn)及結(jié)論

以新疆種植面積最大的三種核桃品種溫185、扎343、新新2 為研究對象，機(jī)具運(yùn)行參數(shù)為喂入量、鏈條前進(jìn)的速度、輥軸自轉(zhuǎn)速度，選取核桃的分級精度和機(jī)械損傷率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示扎343 與新新2 的分級效果明顯好于溫185，主要原因是與核桃的外形物理特性相關(guān)。由于溫185 縱軸與橫軸相差較大，且溫185 外殼較薄、易破損，因此分級精度較其他兩種外形為類球形的核桃差，機(jī)械損傷率稍高。本研究的核桃分級機(jī)適用對象為類球形新疆本地核桃，是否適用其它干鮮果品如圣女果、杏子的分級還未做試驗(yàn)研究，有待進(jìn)一步研究。