1、 1 毕业设计开题报告 测控技术与仪器 山核桃破壳机的设计 一、 前言部分 鉴于现在社会生产力的发展，全球正处于高速全面发展阶段，各种自动化、半自动化的批量生产代替了手工劳动，以及核桃作为一种营养品也好，一种休闲食品也好，都要求其越来越大的量，越来越快的生产速度与生产效率，因此核桃破壳机的生产与发展刻不容缓，尤其是要求它的高效率性的必要。 我国的核桃栽培面积约 130万公顷以上，主要种植区域在西南和西北。在国际市场上，核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界 4大干果，核桃作为保健食品早已被国内外所认识。我国核桃总产量约 3l 万 t，全国人均占有 0.24kg。这与国际上一些国家相比相差甚远，如
2、美国人均占有核桃 1.5kg，是我国的 6倍。所以迫切要求我国核桃破壳机的发展，完善的核桃破壳机可以提高生产效率，增加人均占有量。 目前核桃脱壳技术已经趋于半成熟阶段，随着科技的发展，伴随各种创新思维方式，相信我国的脱壳技术会更上一层楼。 二、主题部分 1、发展现状 1.1、较前的发展状态 2001 年时，国内外 核桃破壳取仁有以下几种方法：离心碰撞式破壳法。化学腐蚀法。真空破壳取仁法。超声波破壳法。定间隙挤压玻壳法。第一 种方法，碎仁太多，所以应用很少；第二种方法，由于在实际操作中不好控制仁易受到腐蚀，处理不好还会造成对环境的污染，因此人们不愿接受；第三、四种方法，设备昂贵，破壳成本高，且破
3、壳效果不够理想；只有第五种方法值得探索。 但由于核桃品种繁杂，尺寸差异较大、形状不规则、壳仁间隙小，所以核桃2 的破壳取仁难度较大。破壳后还需进行壳仁分离。鉴于壳仁密度相差不大 (约为0.04g cm3 )，加之碎壳、碎仁上有许多毛刺，所以壳仁分离也有相当 难度。 当时解决以上难题的方法就需要将破壳取仁分解为分级、导向、挤压破壳 (多点 )、壳仁分离成四部分，逐一加以解决 1。 1.2、近期的发展状态 2007 年时，核桃破壳机的种类较少，大多采用定间隙多点挤压破壳。这种破壳方式存在一些不足。高路仁比率与破壳率不能兼顾，所以综合破壳效果不理想。 可以考虑打击方式破壳，预期同时得到较高的破壳率和
4、高路仁率。通过实验比较挤压和打击两种核桃破壳方式，并对核桃仁的破碎度和核桃壳的破碎度，以及整机破壳率进行综合比较，以确定一种较好的破壳方式。以下就是实验内容 5 1）材料与方法 A.试验材料与装置 a.材料 :温 185(60 枚 )和扎 343(60枚 )核桃，新疆产量较大的核桃品种。 b.装置 :6HP-150 型核桃破壳机进行挤压试验田；打击破壳的试验采用自制的打击装置，主要由打击块、电器控制部分所组成。 B.试验方法 将挤压破壳试验分成了 2组，一组是平行喂人，即保证核桃从其长轴与挤压辊轴线平行的方向喂人挤压破壳机；另一组是垂直喂人，保证核桃从其长轴与挤压辊轴线垂直的方向喂入挤压破壳机
5、。 破壳后，按照核桃仁的大小分成 3类，第 1类：核桃仁等于整核桃仁的 12，为一路仁；第 2 类：核 桃刨、于整核桃仁的 1 2，大于整核桃仁的 1 4，为二路仁；第 3类：核桃仁小于整核桃仁的 1 4，为碎仁。 按照核桃壳的大小分成 2 类：第 l 类：核桃壳小于 1 4 的较碎核桃壳，为小于 1 4壳；第 2 类：核桃壳大于 1 4，且小于 1 2的较大核桃壳。为 1 4，3 1 2 壳。还有一些核桃被破开。但是核桃仁在壳中被卡住，不能自行从壳中脱落，为破开不完全核桃仁；最后是核桃几乎未被破开，为未破开核桃仁。 2）试验结果与分析 A.试验结果 :扎 343核桃破壳效果见表 1。温 18
6、5核桃破壳效果见表 2。 表 1：扎 343核桃 破壳效果 表 2：温 185核桃破壳效果 将未破开和破开不完全的核桃都进行手工破壳。然后用天平称出表 1和表 2中 7类物质的质量，算出总的核桃仁和核桃壳的质量，并且求出各自所占比例。 B.结果与分析 :扎 343 核桃的破壳试验结果见图 1，温 185 核桃的破壳试验结果见图 2。 4 图 1：扎 343核桃的破壳试验结果 图 2：温 185核桃的破壳试验结果从图 1和图 2得出以下分析。 （ 1）在温 185和扎 343两个核桃品种的破壳试验中，打击方式破壳所得到的一路仁和二路仁的比例均高于其他两种 方式，其中以温 185较为明显。说明打击
7、方式有利于得到高路仁，见图 1(1)和图 2(1)。 （ 2）打击破壳方式所产生的核桃壳破裂不完全的比例较小，且打击方式核桃仁不易被卡在壳中。 （ 3）打击方式破壳所得到的碎壳 (小于 1， 4 壳 )的比例较大，其中以扎 343较明显。说明打击方式破壳有利于破壳后的分选，见图 1(2)和图 2(2)。 （ 4）扎 343核桃的破壳试验中，打击方式破壳所得到的碎仁比例高于平行喂人挤压试验，但是平行挤压试验得到的未破开和破开不完全的核桃仁所占比例较大，故降低了一路仁和二路仁的比例。 （ 5）扎 343 核桃以打击方式破壳得到的破壳率较高，达到 80；温 185 以垂直喂人挤压破壳得到的破壳率高。
8、 3）结论 5 A.打击方式破壳能得到较多的高路仁破壳后的核桃壳较碎，有利于实现核桃的机械破壳。破壳的综合效果优与挤压破壳。 B.核桃的品种与其破壳取仁效果密切相关。本试验中，温 185核桃的破壳效果优于扎 343核桃。 2、发展方向 在 20世纪 80年代中，吴子岳先生就通过对绵核桃的破裂方式的研究，提出了双齿盘 齿板式剥壳原理。齿盘和弧齿板的斜面角度为 45，长度为 8mm。在倒角面上分布着一定尺 寸的小齿。当绵核桃喂入到嗑剥装置时，齿盘的旋转带动绵核桃边旋转边向里挤入，一定间距的齿尖不断地沿着壳表面嗑压，使得裂纹不断扩展，部分壳与仁掉离出来，最后壳基本上完全破裂，碎壳和仁通过最小间隙向下
9、掉下来。据测试，该机剥壳率在 90%以上，高露仁率为 70%90%，其中低露仁率为 30%40%。但该机缺乏仁壳分离装置。 近年来新疆农业大学等单位合作研究出 6HP-150 型核桃破壳机。该机由料斗、锥形分级滚筒，导向机构、破壳机构、传动机构以及动力装置所组成，依靠物料自身的重力自上而下形成一个系统作业流水线。其中所采用 的分级机构为锥形滚筒栅式分级机构，它功率低。振动小，可实现无级分级，对工位数的适应性强。破壳是利用滚筒与弧板之间的挤压作用来实现的。分级、导向、破壳的各机构驱动轴线相互平行，大大简化了结构，降低了制造成本，并一次可实现 5组不同尺寸的核桃破壳（即 5 个破壳工位），而且可根
10、据需要增加工位数。该机露仁率在 65%以上。 可向自动化控制方向发展。因为目前，大多数机具仍依赖人工喂料或定位，影响了作业速度和作业质量。因此应通过机电一体化的手段，开发设计自动喂料、自动定位脱壳装置，保证均匀喂料与有效定位，实现机组自动化操作， 进一步提高作业精确性和作业速度，提高产品质量与生产率，满足部分大、中型加工企业的需要，以开拓坚果加工品的国内和国际市场。 还可提高机具的通用性。研制通过变换主要工作部件即能满足不同坚果脱壳作业需要的脱壳机具，并注意制造工艺水平与自动化、机械化和电气化水平，降6 低制造成本，以适应不同加工企业的需要。 对坚果类农业物料加工工艺方法的研究，科技人员除了在
11、原理上寻找新的突破外，应尝试用多种脱壳工艺方法联合使用，找出最佳组合，同时结合新的工艺方法，以提高需脱壳坚果的剥壳率和整仁率，满足农产品深加工的需求。 3、问题探讨 3.1 核桃的品种要适合于机械破壳 为了获得更多的高路仁，培育出来的核桃要尽量向壳薄、横隔膜 (夹层 )退化的方向发晨，这样易于破出更多的整仁或半仁。培育棱挑时还要考虑新培育出来的同一品系的核桃尺寸大小要相差不多 (在同一压缩变形量范围内都能很好地破壳 )，且尽量呈球形；不同品系的核桃尺寸大小也应尽量一致。这样就可免去破壳前的分级和导向，降低机械的复杂程度，从而降低机械的成本，提高破壳的可靠性。因核桃壳和仁的密度相差很小，这给壳和
12、仁的分冉带来了一定困难，能否通过农艺的手段增大壳和仁的密度差，从而降低 壳和仁分离的难度。 3.2 破壳机械要向生产规模化方向发晨 一方面破壳机械的生产要向批量化生产的方向发展，这样可以降低破壳机械的生产成本；另一方面核桃破壳要向上规模、上效益的方向发展。由于目前有相当一部分生产厂家是家庭作坊式的。没有形成规模，所以利润低。 3.3 提高破壳精度是提高路仁仁率的关键 由于目前核桃新品种的产量比例根小 =，只占总产量的 1/9 左右，大部分还是中壳核桃，核桃径的尺寸大小不一。因此设计或改进破壳装置时应对以下几个方面加以考虑： 果径不同的核桃，破壳时所需要的压缩变形量也不相同，因此破壳 前需要对核
13、桃进行分级；破壳装置中除了齿板一偏心圆弧板破壳装置外，在破壳过程中都基本上没有实现核桃的滚动挤压。吴斌方等人的试验研究表明，如果核桃在挤压时能够实现滚动，就更有利于壳上裂纹的扩展和壳的破裂，更易于破出半仁或整仁，因此在破壳时应尽量实现核桃的滚动。要想实现核桃破裂时的滚动，就7 必须在破壳前对核桃进行导向。核桃分级和导向的累积误差，会在很大程度上降低高路仁率。由此可见耍想提高破壳效果，就需要提高核桃分级后的均匀度和导向率，即总体上提高核桃破壳机的破壳精度。 三、 总结部分 通过全文可看出，现在国内外坚果破壳 技术已经趋于往高科技技术发展，但不外乎从最基本的力学分析，机械结构入手，通过改进再改进，
14、添加新技术、新领域，删减落后不必要的过程，以取得更高的效率，用最快的速度，最少的成本，相对最简单的程序取得最大的效益。目前，我国在传统脱壳设备的基础上，尽管正在积极研制和开发各种类型脱壳机械，但其发展相当缓慢，同时成熟的机型及进行批量生产的不多，远远落后于农产品深加工的需求。在技术上还存在如下问题： a)脱壳率低，脱壳后的籽仁破碎率高，损失大； b)机具性能不稳定，适应性差； c)通用性差：多数脱 壳机只适应某一种籽粒的脱壳作业，而不能够通过更换主要工作部件来适应其他籽粒的脱壳，利用率低； d)作业成本偏高：我国脱壳机械尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平较低，故制造成本偏高。
15、所以对目前的关键性问题作个简要阐述： (1)要想达到核桃完全破裂而仁不碎，需满足以下条件：核桃的品种要适合于机械加工；核桃的湿度要适中，湿度过高，横膈膜难以与壳皮顺利分离，从而使得壳和仁难以分离，湿度过低，易造成仁的破碎，影响露仁率；凹板与挤压辊之间的间隙要与核桃的尺寸相适应，所以核桃在导向装置前要进行分级， 脱壳机的凹板间隙应能做相应调整；在挤压破壳的过程中要能实现 4点挤压，并且保证核桃在挤压过程中能够转动以利裂纹扩展，所以核桃在破壳前要导向。 核桃破壳是核桃深加工的第一步，必须首先解决。经实测发现核桃形状不规则、壳仁间隙小。核桃壳完全破裂所需的变形量大于壳仁间隙，用一般的机械挤8 压方法
16、破壳必将造成大量的碎仁。可采用结构静力分析的有限单元法，通过所建核桃的几何模型和破壳的有限元模型，对核桃在几种载荷作用下的应力分布规律进行了分析，找出了核桃壳变形量不大且产生局部裂纹点多、裂纹点易扩展的最佳的施力方式。设计了导向 机构。理论表明，核桃导向装置基本实现了使核桃的椭圆长轴与破壳辊轴线平行，使核桃以滚动方式挤压扩展裂纹提高了露仁率。 3 参考文献 1 史建新 ,辛动军 . 国内外核桃破壳取仁机械的现状及问题探讨 J. 新疆农机化 . 2001 (6) : 29 2 袁巧霞 . 我国坚果脱壳机现状及亟待解决的技术问题 J.农机化研究 .2001,(03) 3 史建新 ,赵海军 ,辛动军 . 基于有限元分析的核桃脱壳技术研究 J. 农业工程学报 . 2005 (3) : 185 4 赵小广 ,宗力 . 坚果类物料脱壳技术 应用与发展现状 J.新疆农机化 . 2005,(06) 5 董远德，史建新，乔园园 .核桃不同破壳方式的破壳取仁效果 J.新疆农机化 .2007，（ 04） 6 李忠新，杨军，杨莉玲，韩小军，李新明 .核桃破壳取仁工艺及关键设备 J.农机化研究 .2008，（ 27）
