石明村 劉明政 李長河 曹成茂 李心平

(1.青島理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院， 青島 266520； 2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036；3.河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院， 洛陽 471003)

0 引言

中國核桃種植面積居世界首位。目前，傳統(tǒng)破殼方式采用手工敲擊的方法，不僅效率低，同時存在嚴重的衛(wèi)生安全問題，不利于核桃產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。因此，急需研發(fā)核桃機械化破殼取仁裝置。

脫青皮、干燥、分級、破殼取仁、殼仁分離、去種皮是核桃初加工流程中的6個工序，對核桃初加工產(chǎn)品質(zhì)量有著不同程度影響，其中破殼取仁階段對初加工產(chǎn)品質(zhì)量有著直接影響[1]。研究人員依據(jù)不同原理設(shè)計了類型多樣的破殼裝置[2-17]，但由于核桃品種繁多，導(dǎo)致不同破殼裝置的適應(yīng)性、破殼效果不盡理想，特別是高露仁率與碎仁率之間的矛盾已成為亟待解決的技術(shù)難題。尤其是核桃破殼、裂紋擴展臨界條件需要明確；破殼裝置需要進一步提升自定位、自適應(yīng)功能；破殼擠壓行程與核桃力學(xué)特性，擠壓裝置幾何尺寸的量化需要揭示。針對以上問題，本文設(shè)計凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置，將擠壓、落料凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為擠壓、落料U形塊的雙向擠壓運動，采用沿核桃周徑方向定間隙單果擠壓破殼的方式，實現(xiàn)在破殼過程中對核桃外形差異的自適應(yīng)、自定位，在提高脫殼率的同時降低碎仁率。

1 破殼機理分析與工作原理

1.1 破殼機理分析

1.1.1破殼臨界條件

如圖1所示，核桃的三維尺寸包括：長徑、周徑、棱徑。核桃球度為

圖1 核桃外形尺寸圖Fig.1 Outline dimensions of walnut

(1)

式中S——球度a——長徑，mm

b——周徑，mmc——棱徑，mm

根據(jù)文獻[18]，當沿周徑擠壓可簡化為各向同性均質(zhì)彈性體。由彈性力學(xué)可知，核桃破殼臨界壓力為[19]

(2)

式中pcr——臨界壓力，MPa

E——彈性模量，MPa

μ——泊松比

h——核桃殼厚度，mm

核桃外殼厚度在縫合線附近最大，最突出處最小。由式(2)可知，沿棱徑方向施加外力，所需外力最大，最終核桃沿縫合線一分為二，不利于后續(xù)殼仁分離工作；沿周徑方向施加外力破殼所需的外力最??；沿長徑施加外力，由于核桃兩頭比較尖，在加載過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致頂端和底端的小塊殼體發(fā)生脫落，產(chǎn)生崩潰現(xiàn)象，一次破殼效果不佳，還需二次破殼，從而增加生產(chǎn)成本[20]。綜合以上因素，最為理想的加載方式為沿周徑方向施力破殼。

利用楔形放置U形塊的自定位功能，核桃擠壓過程受力如圖2所示。

圖2 核桃破殼受力分析圖Fig.2 Walnut shell force analysis diagram

核桃在擠壓過程中處于自鎖狀態(tài)，水平、垂直方向受力平衡，即

(3)

式中Fn1——落料U形塊法向力，N

Fn2——擠壓U形塊法向力，N

Ff1——落料U形塊摩擦力，N

Ff2——擠壓U形塊摩擦力，N

α——U形塊與水平方向夾角，(°)

m——核桃質(zhì)量，kg

g——重力加速度，m/s2

μ′——滑動摩擦因數(shù)

在破殼過程中，核桃同時受到擠壓U形塊與落料U形塊的雙向擠壓作用，核桃與U形塊之間的接觸面積為S0，核桃發(fā)生破殼時，落料U形塊法向力需滿足

Fn1>pcrS0

(4)

1.1.2裂紋擴展臨界條件

裂紋擴展主要分為Ⅰ型(張開型)和Ⅱ型(撕開型)，如圖3所示[21]。

圖3 裂紋類型Fig.3 Crack styles

根據(jù)文獻[22]，假設(shè)核桃為理想彈性材料，在外力作用下，當施加應(yīng)力大于裂紋擴展臨界應(yīng)力時，裂紋擴展貫通實現(xiàn)破殼，其臨界應(yīng)力為

(5)

式中σc——裂紋擴展臨界應(yīng)力，Pa

γ——單位面積的表面能，kJ/m2

l——裂紋長度，mm

由斷裂力學(xué)可知核桃裂紋擴展貫通實現(xiàn)破殼的臨界外力為

(6)

或

(7)

S1——裂紋表面積，m2

1.1.3核桃破殼位移分析

如圖4所示，φ為緯線上任意一點與z軸正向之間的球心角，θ為同一條緯線上任意一點與x軸正向之間的圓心角。殼體上任一點的位置均可由θ、φ確定。

圖4 薄殼截面內(nèi)力簡圖Fig.4 Diagram of internal force of thin shell section

在一對集中壓力P下，核桃產(chǎn)生法向位移W與切向位移U的關(guān)系為[23]

(8)

式中Nφ——球心角為φ的圓截面內(nèi)力，N

Nθ——圓心角為θ的圓截面內(nèi)力，N

在集中力處φ=0，代入式(8)得

(9)

1.2 工作原理

凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置如圖5所示，由動力傳動機構(gòu)、雙螺桿定量喂料機構(gòu)、機架、凸輪搖桿雙向擠壓破殼機構(gòu)、卸料倉、調(diào)速器等組成。采用雙螺桿定量喂料機構(gòu)，第一螺桿、第二螺桿交錯排列，通過動力傳動機構(gòu)帶動第一螺桿、第二螺桿轉(zhuǎn)動，將螺距內(nèi)的單個核桃旋轉(zhuǎn)至棱徑與螺桿軸向平行的位置，落入下方擠壓破殼機構(gòu)工位。擠壓破殼機構(gòu)有9個破殼工位，每個破殼工位為兩組相對布置的凸輪搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)對核桃的雙向擠壓破殼，同時利用U形塊的自定位功能實現(xiàn)沿核桃周徑擠壓，且可保證不同大小的核桃無論定位位置如何均受到相同的擠壓間隙，從而有效減小了碎仁率。當核桃開始落下時，對應(yīng)工位的落料凸輪、擠壓凸輪同時處于第一遠休止工作段，擠壓/落料U形塊之間形成V形間隙且相對位置保持不變；然后，擠壓凸輪與落料凸輪以等速傳動比同向轉(zhuǎn)動，依次進入第二推程工作段、第二遠休止工作段，擠壓/落料U形塊分別繞各自旋轉(zhuǎn)中心運動，完成沿核桃周徑方向雙向擠壓破殼動作，使核桃表面產(chǎn)生裂紋且進一步擴展，直至殼體完全破碎；然后擠壓凸輪、落料凸輪進入回程工作段，擠壓/落料U形塊底部形成倒V形開口，完成破殼后的核桃在重力下落入卸料倉。最后擠壓凸輪、落料凸輪轉(zhuǎn)過第一推程運動角，進入下一破殼流程。通過調(diào)速器實現(xiàn)對電機調(diào)速，調(diào)整凸輪輪廓曲線可以實現(xiàn)對擠壓間隙的控制。凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置配套動力為1.2 kW。

圖5 凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagrams of cam rocker bidirectional extrusion self-positioning walnut shell breaking device1.動力傳動機構(gòu) 2.雙螺桿定量喂料機構(gòu) 3.機架 4.凸輪搖桿雙向擠壓破殼機構(gòu) 5.卸料倉 6.調(diào)速器 7.第二螺桿V形擋板 8.第一螺桿V形擋板 9.第一螺桿 10.第二螺桿 11.可調(diào)彈簧隔板 12.擠壓凸輪 13.滾子軸承 14.落料凸輪 15.落料U形塊 16.擠壓U形塊 17.拉簧

2 主要工作部件設(shè)計

2.1 雙螺桿定量喂料機構(gòu)設(shè)計

如圖6所示，第一螺桿、第二螺桿分別通過固定在喂料機構(gòu)箱體側(cè)壁的軸承安裝在喂料機構(gòu)箱體內(nèi)部。在第二螺桿底部設(shè)有可調(diào)彈簧隔板，其一側(cè)開有9個均勻排布的U形口，其寬度與擠壓/落料U形塊寬度相同，另一側(cè)通過兩顆螺母與喂料機構(gòu)箱體相連，通過旋轉(zhuǎn)螺母可以調(diào)整彈簧壓縮量進而調(diào)節(jié)喂料機構(gòu)出料口大小。

圖6 喂料機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure diagrams of feeding mechanism1.第二螺桿V形擋板 2.喂料機構(gòu)箱體 3.第二螺桿 4.螺母 5.可調(diào)彈簧隔板 6.軸承 7.第一齒輪 8.同步帶輪 9.第二齒輪 10.第一螺桿 11.第一螺桿V形擋板

喂料機構(gòu)采用非嚙合型雙螺桿定量螺旋輸送機，實現(xiàn)核桃位姿可控、定量喂料的目的，即保證在每個破殼工位中沿周徑方向擠壓單個核桃。喂料機構(gòu)動力傳動機構(gòu)通過同步帶輪帶動第一螺桿旋轉(zhuǎn)，其中，第一/二螺桿通過軸端固定且相互嚙合的大、小齒輪，實現(xiàn)向下反向轉(zhuǎn)動，利用第一/二螺桿螺旋葉片對核桃的向下?lián)軇幼饔?，將核桃從上方喂料箱撥離到下方破殼機構(gòu)。

雙螺桿輸送機滿足幾何關(guān)系

(10)

其中

L=d-A

(11)

式中L——兩驅(qū)動軸軸心距，mm

d1——驅(qū)動軸直徑，mm

bmax——核桃最大周徑，mm

bmin——核桃最小周徑，mm

cmax——核桃最大棱徑，mm

cmin——核桃最小棱徑，mm

t——螺距，mm

d——螺旋葉片直徑，mm

A——螺旋葉片間交疊量，mm

錯位量S′的選取對于喂料效果影響較大，錯位量S′過小往往會導(dǎo)致較大核桃無法下落，錯位量S′過大會造成破殼機構(gòu)擠壓/落料U形塊之間同時落入多個核桃，影響破殼效果。

2.2 凸輪搖桿雙向擠壓破殼機構(gòu)設(shè)計

破殼機構(gòu)主要由U形塊和凸輪兩部分組成，如圖7所示。從喂料機構(gòu)落下的核桃在自身重力作用下，落入擠壓U形塊與落料U形塊之間的V型間隙，完成自動定位。擠壓凸輪、落料凸輪同時轉(zhuǎn)過第二推程運動角和第二遠休止角，在擠壓凸輪、落料凸輪的推動下，擠壓U形塊、落料U形塊同時對核桃擠壓，使核桃表面產(chǎn)生裂紋并擴展，直至殼體完全破碎。最后，擠壓凸輪、落料凸輪同時轉(zhuǎn)過回程運動角，完成卸料。完成破殼后的薄皮核桃在自身重力下落入卸料倉，進入下一步殼、仁分離工序。

圖7 擠壓破殼機構(gòu)示意圖Fig.7 Sketch of crushing and breaking mechanism1.擠壓凸輪 2.擠壓凸輪固定軸 3.滾子軸承 4.擠壓U形塊 5.落料U形塊鉸接軸 6.落料U形塊 7.拉簧 8.落料凸輪 9.落料凸輪固定軸 10.銷軸 11.擠壓U形塊鉸接軸 12.擠壓破殼機構(gòu)箱體 13.菱形帶座軸承 14.同步帶輪

2.2.1擠壓/落料U形塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖8所示，擠壓U形塊結(jié)構(gòu)參數(shù)包括擠壓U形塊旋轉(zhuǎn)中心與拉簧掛點垂直距離L1，與滾子軸承旋轉(zhuǎn)中心垂直距離L2，與擠壓U形塊頂部的垂直距離L3，以及擠壓U形塊整體長度L4，滾子軸承半徑rr，擠壓U形塊厚度t1，寬度W1，擠壓U形塊內(nèi)圓弧面半徑R1；落料U形塊結(jié)構(gòu)參數(shù)包括落料U形塊旋轉(zhuǎn)中心與拉簧掛點垂直距離L5，與滾子軸承旋轉(zhuǎn)中心垂直距離L6，與落料U形塊底部垂直距離L7，以及落料U形塊長度L8，落料U形塊厚度t2，寬度W2，落料U形塊內(nèi)圓弧面半徑R2。

圖8 擠壓/落料U形塊結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖Fig.8 Sketch of structural parameters of extrusion/blanking U-shaped plate

云南省漾濞核桃具有果大、皮薄、核仁肥厚、出仁率高、出油率高的特點，栽培面積廣，具有非常高的經(jīng)濟價值，漾濞核桃周徑在31～40 mm之間。凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置采用一對集中力進行擠壓破殼的方式，需保證R1=R2>bmax/2=20 mm，取R1=R2=25 mm。為防止在擠壓過程中，擠壓U形塊和落料U形塊發(fā)生碰撞，令W1=W2<(bmin-ΔX)/2=(31-7)/2=12 mm，其中ΔX為擠壓間隙，取W1=W2=10 mm。其它參數(shù)為：L3=L7=160 mm，L4=L8=170 mm，L1=L5=90 mm，L2=L6=120 mm，t1=t2=6 mm。

2.2.2凸輪機構(gòu)運動角及位移確定

為保證薄皮核桃準確落入擠壓U形塊與落料U形塊之間，需滿足

(12)

LO′O″——投影點O′、O″之間距離，mm

α1——擠壓U形塊與x軸正向初始夾角，(°)

β1——落料U形塊與x軸負向初始夾角，(°)

如圖2所示，為保證核桃在擠壓過程中不被彈出，需滿足條件

(Fn1+Fn2)cosα1≤(Ff1+Ff2)sinα1

(13)

將式(3)代入式(13)中，得

μ′≥arctanα1

(14)

設(shè)核桃外殼與擠壓U形塊內(nèi)腔任意接觸點為A，與落料U形塊內(nèi)腔面任意接觸點為B，核桃的擠壓間隙為

(15)

式中 ΔxA——核桃在點A的擠壓間隙，mm

ΔxB——核桃在點B的擠壓間隙，mm

α2——擠壓U形塊在擠壓階段結(jié)束位置與x軸正向夾角，(°)

β2——落料U形塊在擠壓階段結(jié)束位置與x軸負向夾角，(°)

LAO′——點A與點O′之間的距離，mm

LBO″——點B與點O″之間的距離，mm

整理得到

(16)

為保證核桃在卸料階段，能夠完全從擠壓U形塊與落料U形塊之間落下，需保證

(17)

式中β3——落料U形塊在卸料階段結(jié)束位置與x軸負向夾角，(°)

2.2.3搖桿位移方程確定

凸輪輪廓曲線的設(shè)計如圖9、10所示，擠壓破殼裝置完成一套擠壓破殼流程需經(jīng)過準備階段、喂料階段、擠壓階段和卸料階段。其中，準備階段：擠壓/落料U形塊分別在凸輪EF段輪廓曲線推動下旋轉(zhuǎn)α1-α3，使擠壓U形塊與落料U形塊之間形成V形間隙；喂料階段：凸輪轉(zhuǎn)過FG段輪廓曲線，擠壓U形塊與落料U形塊相對位置保持不變；擠壓階段：擠壓/落料U形塊分別在凸輪GH段輪廓曲線推動下旋轉(zhuǎn)α2-α1，在此階段核桃受一對集中力作用，核桃殼表面產(chǎn)生裂紋，部分裂紋開始拓展，然后，凸輪轉(zhuǎn)過HI段輪廓曲線，核桃表面裂紋進一步向外圍拓展；卸料階段：凸輪轉(zhuǎn)過IE段輪廓曲線，在拉簧作用下，擠壓/落料U形塊同時轉(zhuǎn)過α2-α3，底部形成開口，實現(xiàn)落料。

圖9 擠壓破殼裝置各工作階段示意圖Fig.9 Sketch of each working stage of crushing and breaking device

圖10 凸輪轉(zhuǎn)角示意圖Fig.10 Sketch of cam rotation

(1)第一推程工作段采用二次多項式與正弦加速度的組合運動規(guī)律，如圖11a所示，其運動曲線由6段組成。其搖桿位移的計算公式為

圖11 凸輪組合運動規(guī)律圖Fig.11 Regular diagram of cam combination motion

(18)

式中ψ1——第一推程工作段內(nèi)搖桿角位移，rad

δ1——第一推程工作段內(nèi)凸輪轉(zhuǎn)角，rad

ψ′01——第一推程工作段內(nèi)搖桿行程角，rad

δ01——第一推程工作段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

ψ′1——第一修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

ψ′2——第二修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

ψ′3——第三修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

ψ′4——第四修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

ψ′5——第五修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

φ1——第一修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

φ2——第二修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

φ3——第三修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

φ4——第四修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

φ5——第五修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

(2)第一遠休止工作段搖桿位移ψ2=α1-α3。

(3)第二推程工作段采用一次多項式與正弦加速的組合運動規(guī)律，由圖11b所示，其運動曲線由3段組成。其搖桿位移方程為

(19)

式中ψ3——第二推程工作段內(nèi)搖桿角位移，rad

δ3——第二推程工作段內(nèi)凸輪轉(zhuǎn)角，rad

ψ′03——第二推程工作段內(nèi)搖桿行程角，rad

δ03——第二推程工作段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

ψ′6——第六修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

ψ′7——第七修正區(qū)段內(nèi)搖桿角位移，rad

φ6——第六修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

φ7——第七修正區(qū)段內(nèi)凸輪推程運動角，rad

為保證兩段運動規(guī)律在銜接點處運動參數(shù)的連續(xù)性，同時還應(yīng)滿足關(guān)系

(20)

(4)第二遠休止工作段搖桿位移ψ4=α2-α1。

(5)回程工作段采用二次多項式運動規(guī)律，其搖桿位移方程為

(21)

式中ψ5——回程工作段內(nèi)搖桿角位移，rad

δ5——回程工作段內(nèi)凸輪轉(zhuǎn)角，rad

ψ′05——回程工作段內(nèi)搖桿行程角，rad

δ05——回程工作段內(nèi)凸輪運動角，rad

2.2.4凸輪輪廓曲線設(shè)計

如圖12所示，根據(jù)從動件運動規(guī)律、凸輪基本尺寸，用反轉(zhuǎn)法求解凸輪輪廓曲線。擠壓凸輪有兩段推程和一段回程，其中滾子軸承中心點D即為擠壓凸輪的理論輪廓線，在坐標系中對應(yīng)位置為D(x,y)，運用解析法求解擠壓凸輪理論輪廓線，其方程為[24]

圖12 擠壓凸輪輪廓曲線設(shè)計Fig.12 Design of extrusion cam profile curve

(22)

式中a1——擠壓凸輪旋轉(zhuǎn)中心與搖桿的中心距，mm

ψ0——搖桿初始位置角，rad

δ——凸輪運動角，rad

ψ——搖桿角位移，rad

(23)

式中r0——基圓半徑，mm

凸輪工作輪廓線對應(yīng)點坐標為

(24)

其中

(25)

將相應(yīng)從動件角位移ψ和凸輪轉(zhuǎn)角δ代入式(22)、(24)，可得凸輪工作輪廓線每個點的坐標值。

3 試驗

3.1 試驗條件

試驗材料選用云南省種植的漾濞核桃，含水率為14.55%～16.35%，周徑為31～40 mm。試驗設(shè)備及儀器等包括：凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置、電子秤、游標卡尺等。

3.2 試驗方案與結(jié)果分析

凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置試驗效果如圖13所示。選取L9(34)正交表安排試驗，每組試驗選取1 000 g核桃。試驗因素水平如表1所示。如圖14所示，將殼仁未分離、核桃表面有裂紋及整體完整的核桃稱為“未脫殼”。核桃脫殼后，核桃仁體積大于或等于整個核桃仁1/4的稱為一露仁，大于或等于1/8小于1/4的稱為二露仁；小于1/8的稱為碎仁[11]。

圖13 破殼裝置作業(yè)效果Fig.13 Operation effects of shell breaking device

表1 試驗因素水平Tab.1 Experimental factors and levels

圖14 核桃仁等級特征Fig.14 Grade characteristics of walnut kernel

由表2(表中A、B、C為因素水平值)可知各因素對一露仁率η1、二露仁率η2、碎仁率η3、脫殼率η4的影響情況。通過對試驗結(jié)果的極差分析(表3)，得到影響一露仁率的主次順序為C、A、B，各因素的最優(yōu)水平分別為A2、B3、C3；影響二露仁率的主次順序為C、B、A，各因素的最優(yōu)水平為A1、B2、C1；影響碎仁率的主次順序為C、A、B，各因素的最優(yōu)水平分別為A2、B3、C3；影響脫殼率的主次順序為C、A、B，各因素的最優(yōu)水平為A3、B2、C2。

表2 試驗設(shè)計與結(jié)果Tab.2 Results of experiment

表3 試驗結(jié)果極差分析Tab.3 Range analysis of experimental results

通過表3可以看出，核桃周徑對4個指標影響程度最大；凸輪軸轉(zhuǎn)速對一露仁率、脫殼率、碎仁率影響程度最低；擠壓間隙對二露仁率影響程度最低。

通過方差分析，對各因素影響一露仁率、二露仁率、碎仁率、脫殼率進行顯著性檢驗，如表4所示。核桃周徑對一露仁率影響極顯著，擠壓間隙對一露仁率影響顯著，主次順序為C、A、B；擠壓間隙、凸輪軸轉(zhuǎn)速、核桃周徑對二露仁率、碎仁率、脫殼率皆無顯著性影響，其影響的主次順序分別為C、B、A，C、A、B，C、A、B，這與極差分析的主次因素結(jié)論一致。

表4 一露仁率、二露仁率、碎仁率和脫殼率方差分析Tab.4 Variance analysis of the first grade kernel rate, the second grade kernel rate, kernel cracking rate and hulling rate

根據(jù)凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置性能要求，試驗結(jié)果中各試驗指標所對應(yīng)的最優(yōu)組合并不相同，為了達到兼顧平衡各項指標的目的，采用綜合加權(quán)評分法確定4個指標下的最優(yōu)組合[25]。考慮到3個因素對衡量指標的重要程度，以100分作為總“權(quán)”，對4個指標進行賦值：一露仁率30分、二露仁率20分、碎仁率20分、脫殼率30分。試驗的綜合加權(quán)結(jié)果如表5所示。

表5 綜合加權(quán)結(jié)果Tab.5 Result of integrated weighted

通過表5可得，各試驗因素對試驗指標(一露仁率、二露仁率、碎仁率、脫殼率)影響的最優(yōu)組合。綜合影響因素的大小順序為C、A、B，最優(yōu)組合為A3B2C2，即擠壓間隙為7 mm，凸輪軸轉(zhuǎn)速為53 r/min，核桃周徑范圍為34～37 mm時，試驗效果最佳。

3.3 驗證試驗

為檢驗最優(yōu)組合在破殼機中的工作效果，將最優(yōu)組合A3B2C2進行3次動態(tài)驗證性試驗，試驗結(jié)果如表6所示。對3次試驗結(jié)果取平均值后，經(jīng)過工作參數(shù)優(yōu)化后的凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置一露仁率平均值為61.39%；二露仁率平均值為23.30%；碎仁率平均值為15.31%；脫殼率平均值為92.36%。在滿足高脫殼率的同時具有較高露仁率，與傳統(tǒng)型核桃剝殼取仁裝置相比，高露仁率提高了14.69個百分點，滿足核桃產(chǎn)業(yè)初加工的需求[26]。

表6 核仁損傷率驗證試驗結(jié)果Tab.6 Verification test results of kernel damage rate

4 結(jié)論

(1)設(shè)計了凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置，采用定間隙單果擠壓破殼的方式，在提高脫殼率的同時，降低了碎仁率，并對該裝置主要工作系統(tǒng)進行了參數(shù)化設(shè)計。采用L9(34)正交表進行試驗，利用SPSS統(tǒng)計分析軟件對試驗結(jié)果進行分析，得到核桃周徑對一露仁率影響極顯著，擠壓間隙對一露仁率影響顯著，影響的主次順序為C、A、B，擠壓間隙、凸輪軸轉(zhuǎn)速、核桃周徑對二露仁率、碎仁率、脫殼率皆無顯著性影響，其影響的主次順序分別為C、B、A，C、A、B，C、A、B。

(2)采用綜合加權(quán)評分法得到凸輪搖桿雙向擠壓自定位核桃破殼裝置的最優(yōu)水平組合為：核桃周徑范圍34～37 mm、擠壓間隙7 mm、凸輪軸轉(zhuǎn)速53 r/min，并進行驗證試驗，得到一露仁率為61.39%，二露仁率為23.30%，碎仁率為15.31%，脫殼率為92.36%，與傳統(tǒng)型核桃剝殼取仁裝置相比，高露仁率提高了14.69個百分點，在滿足高脫殼率的同時具有較高露仁率，滿足核桃產(chǎn)業(yè)初加工需求。