蘇連波，謝志宏，熊新武，梁林波，祁鴻飛，楊逸安，馮永興

（1.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院 漾濞核桃研究院，云南漾濞 672500；2.云南道遠(yuǎn)機(jī)械制造有限公司，云南漾濞 672500）

云南核桃又稱深紋核桃、鐵核桃，其堅果表面不光滑，刻紋深，與北方普通核桃（Juglans regia）相比，脫青皮難度大，容易去皮不干凈[1]。目前，云南核桃脫青皮方式主要為傳統(tǒng)堆漚或化學(xué)處理后手工脫青皮[2-3]。這種方式需消耗大量勞動力，且長時間從事該項工作可能會對人體造成一定的傷害。采用農(nóng)藥等化學(xué)藥劑處理去皮又會對堅果產(chǎn)生污染[1-2]。目前，許多學(xué)者研究的青核桃脫皮技術(shù)主要針對普通核桃[3-7]，脫皮機(jī)的設(shè)計原理有旋切滾筒式[8-10]、鋼刀鼠籠滾筒式[11-15]、毛刷旋轉(zhuǎn)滾筒式[16-18]和壓板輥筒式[19]，均為擠壓摩擦脫皮。云南核桃由于堅果表面不光滑，成熟度不一致，收獲模式、果形大小差異均較大，使用現(xiàn)有的青核桃脫皮機(jī)會出現(xiàn)脫皮不干凈、果面污染重且極易破裂等問題?，F(xiàn)擬設(shè)計一種通過螺旋高仿人工切割運動來實現(xiàn)云南青核桃脫皮的新型單體脫皮機(jī)，并通過樣機(jī)脫青皮予以驗證。

1 云南青核桃脫皮機(jī)設(shè)計與工作原理

1.1 設(shè)計思路

云南核桃多為手工脫青皮。本設(shè)備將摸擬人工單個核桃切割脫皮方式作為云南青核桃脫皮機(jī)的設(shè)計思路，擬實現(xiàn)脫凈率高、破損率低且清洗、洗風(fēng)一次完成。本設(shè)備的成功研制將大大改善目前云南核桃脫青皮的困境。

1.2 設(shè)計原理

設(shè)置核桃青皮投料倉和單個倒提進(jìn)料循環(huán)卡座，將單個核桃送入進(jìn)料槽，落入滑梯式的切割裝置進(jìn)料口，通過旋轉(zhuǎn)切割的復(fù)合運動將核桃青皮與堅果分離，最終經(jīng)單個循環(huán)推送裝置運送至清洗嘴，實現(xiàn)青核桃的脫皮與清洗（圖1）。采用單個循環(huán)卡座、逐個切割脫皮技術(shù)可有效避免漏剝和相互擠壓現(xiàn)象，且切割刀片設(shè)備裝有緩沖裝置，可有效降低破殼率，實現(xiàn)青皮脫落，堅果逐個通過推送裝置到達(dá)清洗頭，有效減少堅果表面包漿，保證其表面潔凈。同時，該設(shè)備可實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料與卸料。

圖1 青核桃脫皮機(jī)設(shè)計原理Fig.1 Design principle of green walnut peeling machine

1.3 工作原理

青核桃脫皮機(jī)采用逐個進(jìn)料、逐個脫皮處理。單個青核桃進(jìn)入卡座后傳送至進(jìn)料槽，經(jīng)滑梯式和滾桶式的切割刀具切割破皮；滑動中經(jīng)過固定刀片，結(jié)合固定刀片的切割作用，在滑動切割中產(chǎn)生滾動力作用進(jìn)行切割，仿照手工作用力的原理，達(dá)到脫皮效果，脫好的青皮先行分離，核桃果到達(dá)清洗頭進(jìn)行清洗；經(jīng)清洗的核桃從出料口被推出，完成脫皮和清洗作業(yè)?？裳h(huán)進(jìn)料和卸料，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的。

1.4 設(shè)計參數(shù)

外型尺寸1 m × 0.8 m × 1 m（長× 寬× 高），配套動力為1.5 kW，生產(chǎn)率為300 kg/h，結(jié)構(gòu)質(zhì)量≤45 kg，脫凈率≥85%，破殼率≤2%，果面潔凈度≥85%。

2 云南青核桃脫皮機(jī)工作流程

脫皮機(jī)主要分為5道工序，分別為進(jìn)料、螺旋切割破皮、剝皮分離、沖洗和出料。

2.1 進(jìn)料工序

筐式進(jìn)料口采用倒提卡座式裝置，把青皮核桃送入螺旋剝皮裝置，可限制核桃逐個進(jìn)料，滿足單個核桃按順序進(jìn)入切割裝置，保證每個青皮核桃都能脫皮，防止漏脫現(xiàn)象（圖2）。

圖2 倒提式進(jìn)料裝置Fig.2 Inverted feeder

2.2 螺旋切割破皮與剝皮分離工序

電機(jī)帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶輪通過三角皮帶帶動內(nèi)刀筒的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸帶動內(nèi)刀筒、內(nèi)刀片、外刀架和外刀片同時旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)動力作用下，將堆熟后的青皮核桃由進(jìn)料口進(jìn)入外刀架中，青皮核桃在自然下墜的過程中，通過核桃輸送上軌道和輸送下軌道的引導(dǎo)作用，沿著螺旋狀的外刀架從上往下運行，在運行過程中青皮被外刀架的外刀片與內(nèi)刀筒的內(nèi)刀片擠壓和切割，核桃青皮徹底脫落。由于核桃輸送上軌道和輸送下軌道之間有一定的間距和空間，因此被切削出來的核桃青皮能在瞬間掉到機(jī)器外面，不會再與切削后的核桃接觸；由于外刀架、核桃輸送上軌道和輸送下軌道均呈螺旋狀，核桃在核桃輸送上軌道和輸送下軌道中的行程變長，切割時間延長，可達(dá)到更好的脫青皮效果（圖3）。去掉青皮后的核桃從外刀架的下端落到出料篩上。出料篩呈左高右低狀，由多條鋼筋焊接而成，相鄰兩根鋼筋間的間隙為2 cm。

圖3 螺旋切割破皮裝置Fig.3 Spinal cutting equipment

2.3 沖洗與出料工序

清洗裝置包括高壓水泵、水箱、噴嘴、清洗倉和接水槽。清洗倉為C 字狀的不閉合圓管，清洗倉的上部設(shè)有交叉排列的噴嘴，清洗倉的下部設(shè)有出水口，在出水口的下部設(shè)有接水槽，高壓水泵的進(jìn)水管連接在水箱上，高壓水泵的出水管連接在噴嘴上，水箱內(nèi)設(shè)有浮球閥。脫青皮后，堅果通過軌道時進(jìn)行清洗，使得表面的包漿及雜物得以去除（圖4）。清洗后的核桃從出料口被推出。

圖4 清洗出料裝置Fig.4 Cleaning equipment

3 云南青核桃脫皮機(jī)關(guān)鍵零件機(jī)構(gòu)設(shè)計原理及其作用

3.1 倒提進(jìn)料循環(huán)卡座設(shè)計

倒提進(jìn)料循環(huán)卡座由18 個卡座構(gòu)成。將卡座固定在鏈條上，由3個轉(zhuǎn)輪鏈接，在動機(jī)帶動下實現(xiàn)單個上料和進(jìn)料的復(fù)位運轉(zhuǎn)，以滿足單個切割的具體需要，有效摸擬了人工剝皮。

3.2 螺旋切割破皮設(shè)計

設(shè)置圓柱體直徑為26 cm 的螺旋切割刀具，整個設(shè)計由固定刀具和緩沖刀具構(gòu)成。緩沖刀具由壓桿刀頭+壓縮彈簧和壓桿刀桿組成，主要完成旋轉(zhuǎn)運動過程中的切割；通過彈簧自動調(diào)節(jié)，可改變壓桿軸向向下的位移大小，以適應(yīng)不同種類核桃的大小，滿足生產(chǎn)要求；壓縮彈簧在壓桿刀頭兩端和壓桿刀桿之間，主要起緩沖作用，防止因擠壓力過大導(dǎo)致破殼率增加。

4 試驗情況

4.1 試驗材料

選用云南主栽核桃品種漾濞泡核桃（Juglans si?gillata）作為試驗材料。本批核桃果直徑為42.3 ～46.5 mm，平均直徑為45.4 mm，青皮厚度為3.8 ～4.5 mm，硬殼厚度為1.0 ～1.3 mm。

4.2 試驗結(jié)果

進(jìn)行3 次試驗，每次試驗核桃約為10 kg，3 次重復(fù)（表1）。結(jié)果顯示，青核桃脫皮機(jī)基本達(dá)到設(shè)計要求，脫皮機(jī)產(chǎn)量約為300 kg/h。該脫皮機(jī)脫凈率較高，破損率低，脫青皮后堅果表面污染小，大大提高了工作效率，省時省力。缺點是核桃表面還存有包漿現(xiàn)象，需及時清洗或通過烤箱烘干表面的殘留液體，脫凈率有待進(jìn)一步提升。

表1 青核桃脫皮機(jī)試驗結(jié)果Tab.1 Results of green walnut peeling machine

5 結(jié) 論

云南青核桃脫皮機(jī)能降低處理成本、減少處理時間，能一次完成核桃青皮的去皮和清洗。該機(jī)器的優(yōu)點是核桃破殼率低，清洗效果好，省時省工，可明顯提高核桃品質(zhì)和商品率。缺點是果形大小有差異的核桃進(jìn)入脫青機(jī)會導(dǎo)致卡頓，而且對種皮較薄的核桃脫青時破損率較高；對不同采摘時期硬度不同的核桃脫青效果不一樣，較硬的核桃在脫青過程中會有青皮殘留，殘留的青皮會污染核桃果表面，導(dǎo)致品相不好；對開裂度不同的核桃脫青效果不一樣，開裂度達(dá)到60%才能較好完成脫青；未開裂的核桃必須要經(jīng)過堆漚或者化學(xué)藥劑預(yù)處理后，才能進(jìn)行脫青，花費時間較長。該青核桃脫皮機(jī)采用倒提式卡座將單個核桃送入進(jìn)料口、螺旋切割破皮、剝皮分離、推送沖洗、出料5個工序，為新一代核桃青皮剝離清洗機(jī)，是集脫皮和清洗為一體的初加工設(shè)備，適用性強(qiáng)、自動化率高，可為云南核桃初加工實現(xiàn)機(jī)械化奠定基礎(chǔ)，為核桃產(chǎn)業(yè)作出貢獻(xiàn)。