1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 山核桃破壳机的设计 1 前言 山核桃果肉香脆可口、肥厚甘美，可炒食又可制作各种糕点，深受乡居民的青睐。经测定，山核桃坚果干粒重 3040 4425g,出仁率 43.7 49.2 ,干仁含油率 69.8 74.11 ,蛋白质含量 7.8 9.6 ,氨基酸含量高达 25 ,其中人体必须的氨基酸占 7 种，山核桃果肉中还含有 22 种矿物质元素，特别是钙 ,钾 ,锌含量大大高于一般干果仁 ,有很高的营养价值 ,并有润肺强肾，降低血脂 ,预防冠心病之功效。长期食用 ,还对癌症具有一定的预防效果。山核 桃果含油率是木本油料中最高的一种 , 且油的碘价、皂化值高
2、；油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量占 88.38 95.78 ,超过油茶 4 倍 ,也比世界著名食用油 橄榄油的含量高 ,饱和脂肪酸及廿碳以上难消化脂肪酸含量极微 ,是易消化和防治高血脂、冠心病的优良食用油 ,药用上有润肠、滋补功效 ,是营养丰富无污染的绿色食品。山核桃在社会上的需求量日益增加 ,市场前景非常广阔。在我国核桃栽培面积大，产量高，但是加工技术落后，没有成熟的核桃破壳机械，因此，针对核桃加工存在的问题和市场的需求 ,确定核桃加工工艺 ,除脱青皮、分级、清洗、脱 水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外 ,还可进一步深加工。在加工中 ,存在的问题是核桃脱壳比较困难，主要由人工完成。人工剥壳难以
3、满足生产发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急 11。 2 主题 目前，主要是采取物理式破壳取仁方法，常见国内外的破壳装置有以下几种 ： 2.1 核桃破壳挖核装置 该装置由电动机经二条路线传动。一条是由主动轮经摇臂、槽轮 、链条间歇地带动送料桃碗运动；另一条是由主动轮经链条带动从动轮。从动轮带动一个凸轮 ,该凸轮使定位机械手上下运动将核桃压紧定位于桃碗。同时该链条还带动与从动轮同轴的一 个凸轮。凸轮转动使挖核机械手上下运动。手指张开、合拢，二者同步调工作完成核桃的半自动上料及自动挖核 7。 2.2 双齿盘 齿板式破壳装置 图 1 为绵核桃剥壳取仁原理图。齿盘 1 旋转带动绵核桃边旋转边挤进由
4、齿盘1，偏心圆孤齿板 3 组成的剥壳区域，受到挤压作用，核桃表面产生裂纹并逐渐扩展，直至最终完全破裂，碎壳和仁从最小间隙处掉下。 由于该装置很好地满足了“四点加压”原理，而且实现了核桃的滚动挤压，因此破裂效果好 ,碎仁率低。 该装置破壳取仁的性能指标如下：最大生产率为 l80kg/h ,破壳率在 90上，高路 仁率为 70 90，其中一路仁率为 30 一 40 7。 图 1 绵核桃剿壳取仁原理圈 1.核桃 2.齿盘 3.偏心圆弧板 2.3 变形恒定破壳装置 图 2 为变形恒定破壳装置破壳原理圈。该破壳装置是由一对螺纹螺旋方向相反的滚柱组成。在滚柱面上切制有螺距恒定的梯形螺纹，螺纹滚柱在结构上保
5、证了核桃的实际变形能随果径的增大而增大。当核桃夹在一对左右螺纹之间时。形成了四点加压。不同果径的核桃可在不同开度处破壳。为避免核桃与滚柱间发生相对滑移，滚柱面进行“滚花” 处理 7。 图 2 变形恒定破壳装置破壳原理图 1.挤压辊 2.核桃 2.4 内外磨核桃破壳装置 图 3是带有齿槽的内外磨核桃破壳装置的破壳原理图。外磨 1固定在机架上，内磨 3 在电机 的带动下转动。核桃在内外磨之间的间隙内破裂脱壳，当破碎到合适的粒度后、由挡板 4 与内磨 3 下底之间的缝隙落到落料板上。 因该机不能自动适应核桃的太小，由于目前核桃的品种不纯、太小不一 ，因此该机在实际使用中存在一定缺陷，破裂果径不同的核
6、桃，需更换尺寸太小不同的内外磨 7。 1.外磨 2.核桃 3.内磨 4.挡板 图 3 内外 磨破壳原理图 2 .5 圆盘破壳装置 图 4 是圆盘破壳装置结构简图。设装置由一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳盘组成的。两破壳盘用等速万向节偶合。狭缝角度通过动轴承组件可调，狭缝宽度通过破壳盘上的固定螺钉可调。落入破壳盘狭缝一侧的核桃，随盘旋转经最窄处破壳后从另一侧甩出，该机可破大小混杂在一起的核桃 7。 l.主动轴 2.螺钉 3.破壳盘 4.主动轴 5.等速万向节 6.核桃 图 4 圆盘破壳装置结构简 图 2.6 弧板 滚筒破 壳装置 该装置破壳原理图如图 5，该装置是由弧形板和滚筒组成，在滚筒上装有两
7、个角度成 180 度的活塞，两活塞由弹簧支撑。当分级后的核桃喂入旋转着的滚筒后，自行定位在活塞的顶端，随滚筒连续转动。在活塞和弧板的共同挤压下破裂，而后进入接料斗。 图中的气压调节装置 5，通过实验发现没有起到预想的作用，因此在该装置里，被废弃不用。试验表明：核桃经该装置破壳后，半仁以上的占 75%，破仁率占 15%，未破壳率约占 6%。该机生产率为 30KG/H7。 1.滚筒 2.弧板 3.活塞 4.弹簧 5.气压调节装置 图 5 弧板 滚筒破壳原理图 2 .7 冲压式破壳装置 图 6 是冲压式破壳装置的破壳原理图。冲压时，核桃外壳受到挤压兼切割作用而破裂。但冲压时应避开核桃的结合线，否则核
8、桃会在结合线处裂开为两半，难于取仁。由于该破壳装置要求物料精确定向，增加了机械的复杂程度 7。 1. 冲压环 2.刀体 3.刀片 4.锥套 图 6 冲压式剥壳原理 图 2 .8 核桃锯口破壳装置 核桃锯口破壳装置由基座和顶盖组成。基座的上半部是一个圆台，圆台的顶面有一个下凹的剥壳腔。剥壳腔的边缘带有圈锯齿，基座的 轴线处有一轴向孔 ,其侧壁有一固定螺孔。使用时，将电机轴插人基座的轴向孔，用螺钉通过螺孔将电机轴固定在基座中，将核桃放在剥壳腔的锯齿上，用下面带有橡胶垫的顶盖将核桃压住，启动电机就可将核桃壳锯出一个缺口，锯出 4-6 个缺口后就可将核桃壳剥开 7。 2 .9 对辊窝眼式开口装置 对辊
9、窝眼式核桃开口机主要由进料斗、锥辊式分级装置、对辊窝眼式开口装置、出料滑板、机架和传动系统等组成，如图 7 所示：锥辊式分级装置为一对锥形辊 。锥形辊大端与大端相对，小端与小端相对，进料斗对准锥形辊的大端。这样，由两锥形辊所形成的间隙由 小逐渐变大 .对辊窝眼式开口装置为一对直径相同的圆柱形挤压辊，如图 8 同一个圆周平均分布着 8 个窝眼。窝眼在整个挤压辊表面上呈交错排列，窝眼纵向间距为 54mm，所有窝眼开口半径均为30mm但不在同一圆周上的窝眼的深度都不相同 ， H 从 1 3 mm 依次增加 0.5mm直到 20mm 为止 .d 对辊的长度 I： 870mm，该装置能对大小不同的核桃进
10、行定距离挤压，因此，很好地满足了挤压要求。同时挤压时用窝眼抓取核桃，抓取可靠 ，核桃挤压时不会窜动，能进行可靠的挤压。锥辊式分级装置上的核桃进行分级时 ,不应受挤压 ,所以 ,一对 锥形辊应相开转动。对辊窝眼式开口装置要对落在其窝眼内的核桃实施挤压开口，所以，一对圆柱形挤压辊应相对转。 工作时 ,先将核桃装入进料斗内。开动电机 ,使两锥形分级辊相开转动，两圆柱形窝眼挤压辊相对转动。锥形分级装置上的核桃 ，粒径小的先通过两辊的间隙落人挤压辊的窝眼内 ,粒径大的在重力和核桃间的侧向挤压力的作用下沿锥面向大间隙端滚动。与间隙尺寸相对应的核桃依次通过间隙落人挤压辊的窝眼内，实现核桃的自动分级。落人挤压
11、辊窝眼内的核桃在两辊的挤压作用下开口 ,然后通过出料滑板收集 ,完成开口作业 。不足之处是 1）当核桃大量 喂入时，上层的核桃无法及时地与下层的核桃进行交换。造成前一级的核桃在后一 级甚至后几级才被分离出去出现分级混杂现象 2）由于有相当一部分核桃是椭球形的，这些核桃在下滑时，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落 ，从而造成分级误差 4。 1.进料斗 2.锥辊式分级装置 3.对辊窝跟式开口装置 4.出料滑板 图 7 对辊窝跟式核桃开口机结构原理简图 1. 窝眼辊 2.核桃 图 8 对辊窝眼式开口装置简图 2.10 6PK-400 核桃破壳机 通过对成熟核桃物料特性的研究以及对核桃破壳工作部件
12、的 分析 ， 本研究选用平板挤压剥壳方法。采用了一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳板作为核桃破壳工作部件 ， 并设计出了 6PK - 400 核桃破壳机 ， 如图 9 所示： 1.定破壳板 2.调距手柄 3.偏心轴 4.动破壳板 图 9 6PK一 400核桃破壳机简图 破壳机的工作原理： 该装置由一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳板组成。动破壳板一端通过铰链连接到壳体 ,一端可由偏心轴带动做往复曲线运动 ； 定破壳板是一可调挤压直板 ,上方一端与机体铰接 ,下方与调距手柄相连 ,手柄由可转动的一段螺栓组成。旋转手柄可推动定破壳板前后运动 ,用来调节两板之 间的间隙和角度 ,使挤压间隙的最小宽度小于果壳
13、的直径 ,并接近于核桃果仁最大外径。两破壳板表面焊有鱼鳞状铁网 ,有许多细小的横纹 ,用于增加与核桃接触的粗糙度。落入破壳板狭缝的核桃 ,随动破壳板运动经最窄处破壳后 ,经出料口甩出。该机可破太小混杂在一起的核桃 。 在实践中也发现了它的不足之处： 1）滚筒是由四个滑轮支撑，调整困难，运转阻力大，转动不平稳 2）原导向机构起不到应有的导向作用 3）壳仁分离尚未得到解决 14。 3 总结 由于核桃品种繁杂 ,形状不规则、尺寸差异较大、壳仁间隙小 ,壳完全破裂所要求的变形量大于壳仁间隙 ,所以 破壳取仁难度较大。用一般的机械挤压方法破壳必将造成大量的碎仁 , 对于固定挤压间隙的破壳装置来说 ,挤压
14、间隙是固定的 , 不同尺寸的核桃都在同一开度内破壳 ,会出现小尺寸核桃难以破壳而大尺寸核桃仁的破碎率高的现象。因此为了很好的破壳而又保证仁不破碎 ,就需要 : 1 挤压间隙与核桃尺寸相适应 ,有必要在破壳前对核桃进行分级 ; 2 合理施力使核桃产生裂纹且变形量小 ,这是提高核桃破壳机破壳质量的关键因素之一 ,因此有必要对核桃的施力方式及结果进行有限元受力分析 ; 3 裂纹的扩展是核桃完全破壳的基本条件 , 按核桃正确姿态喂入进行破 壳是裂纹扩展的条件 ,有必要进行破壳前的导向 1 2。目前我国对破壳机的研究也有了一定成果，但成本过高，需要进一步研究出更合理的方案。 4 参考文献 1 丁正耀 ,
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