新型便攜式板栗剝殼器的多功能設(shè)計(jì)與研究

李雪萌，蔡雅琨，王玉涵，時(shí)德通，卜丁東

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū)，河北 黃驊 061100）

新型便攜式板栗剝殼器的多功能設(shè)計(jì)與研究

李雪萌，蔡雅琨，王玉涵，時(shí)德通，卜丁東

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū)，河北 黃驊 061100）

目前，板栗剝殼主要依靠手工剝殼，手指極易被板栗硬殼劃傷，為解決這一問題，設(shè)計(jì)一種新型便攜式板栗剝殼器。該剝殼器的主要部位為剪鉗式結(jié)構(gòu)，剪切板栗底端，并對(duì)手柄進(jìn)行設(shè)計(jì)，添加十字花刀，使板栗多出開口。結(jié)果表明，該剝殼方式能夠最大程度破壞板栗殼且不損毀果仁，且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，主要適用于家庭。

板栗；剝殼；剪鉗式結(jié)構(gòu)

板栗，又稱栗、風(fēng)臘，有“干果之王”的美稱，是一種殼斗科栗屬植物。板栗作為一種人們經(jīng)常食用的食品，其營養(yǎng)豐富，維生素C含量較高，甚至比西紅柿、蘋果等本身富含維生素C的蔬菜水果要高出幾倍，對(duì)于人體補(bǔ)充維生素有較好的作用。并且，板栗中的礦物質(zhì)也很全面，鉀、鋅、鐵等元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他食品，尤其是含鉀量比蘋果高出3倍[1]。

目前，還沒有更好更合理的方式進(jìn)行家庭板栗脫殼工作。人們?cè)趯?duì)生板栗或者炒熟的板栗剝殼的過程中經(jīng)常會(huì)被板栗外殼刮傷，容易損傷人手指皮膚組織。市場(chǎng)上還沒有適合于家庭用的板栗剝殼器。但是，工業(yè)上有多種方法，比如火燒脫殼法、蒸汽脫殼法、機(jī)械脫殼法、真空爆殼法和微波去殼法等[2]。對(duì)于家庭來說，這些方法都不能有效且安全地得到完整的栗仁，其中所需要的條件如高溫火燒、真空爆殼等[3]，不易實(shí)現(xiàn)且不安全。所以，適用于家庭用的板栗剝殼法依舊要依據(jù)物理原理機(jī)械脫殼。

本課題研究家庭用安全有效板栗剝殼器的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、高效率的原則，設(shè)計(jì)一種便攜、簡(jiǎn)易、耐用且有效的新型家用板栗剝殼器。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

市面上常見的是遷西板栗，所以選用遷西板栗作為實(shí)驗(yàn)材料。板栗尺寸測(cè)量采用直尺、數(shù)碼游標(biāo)卡尺，每次測(cè)量樣本容量在300～400，測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 板栗測(cè)量尺寸平均值表

1.2 剝殼器的設(shè)計(jì)原理

機(jī)械剝殼法在日常家庭生活中是較為方便且易實(shí)現(xiàn)的方法。我們對(duì)機(jī)械剝殼的物理原理進(jìn)行分析，大致有以下幾種。一是擠壓法，利用類似軋輥結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體擠壓使殼破碎。二是撞擊法，利用打板的高速撞擊作用使皮殼破碎變形。三是碾壓法，利用具有粗糙面的結(jié)構(gòu)對(duì)所要脫殼的食品進(jìn)行碾壓，利用較大的摩擦力使皮殼破損。四是剪切法，利用尖銳面的剪切作用使皮殼有明顯豁口[4]。

綜合分析，擠壓法、撞擊法、碾壓法都只適用于外殼具有堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)的堅(jiān)果脫殼，如核桃脫殼機(jī)、花生脫殼機(jī)、松子脫殼機(jī)等。板栗的棕色皮殼沒有像核桃那樣堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)和組織，具有韌性，外殼內(nèi)皮軟薄，相對(duì)來說堅(jiān)硬的外殼上面沒有結(jié)合縫，一般的擠壓、撞擊和碾壓會(huì)使其變形，但是并不能對(duì)其造成破損性的傷害，以致于板栗剝殼不能起到很好的效果。家庭最主要使用的還是剪切法[5]。

本文主要設(shè)計(jì)剪鉗式結(jié)構(gòu)對(duì)板栗底部堅(jiān)硬部分進(jìn)行創(chuàng)口處理，刀縱向切割技術(shù)，讓板栗底部有破裂裂口，易于剝開。初步確定的裝置三維圖如圖1所示。

圖1 剪鉗式結(jié)構(gòu)裝置三維圖

2 系統(tǒng)關(guān)鍵部位優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 鉗式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

板栗剝殼器最主要部位為鉗式結(jié)構(gòu)。如圖1所示，設(shè)計(jì)雙側(cè)都加上刀片。左側(cè)刀片為平刀刃，右側(cè)刀片為鋸齒狀刀刃。鋸齒狀刀刃是為了讓板栗有較大摩擦力以及對(duì)板栗本體有一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹С至?，讓其在剪切時(shí)有一定的穩(wěn)定性，我們采取刀片不傾斜狀，頭部不安排凹槽。板栗手持，通過2個(gè)刀片對(duì)板栗底部的剪切力達(dá)到剪下底部硬殼的目的，使其剪切下底部硬殼，如圖2所示。根據(jù)板栗外殼和內(nèi)部紅衣的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)底部硬殼的剪切有利于內(nèi)部紅衣的脫皮，較為方便地得到板栗果仁。

圖2 板栗剝殼器剝殼流程圖

在進(jìn)行剪切工作時(shí)，手持板栗頭部，讓板栗底部放在兩刀刃之間，雙側(cè)夾擊。給底部硬殼與軟殼組織連接處一定力的作用，足夠的壓強(qiáng)能夠給其大小適中的豁口。考慮到便攜性、小巧美觀，刀片嵌入在樹脂基部，基部寬為8 mm；考慮到這樣不傷及果仁，刀片設(shè)計(jì)長(zhǎng)30 mm，刀片總寬為5 mm，雙側(cè)刀刃均寬3 mm，如圖3所示。

圖3 板栗剝殼器設(shè)計(jì)圖

2.2 手柄優(yōu)化

設(shè)計(jì)手柄之間添加彈簧結(jié)構(gòu)。目的是為了讓兩刀片之間的角度不會(huì)過大或過小。依靠于彈簧的彈力，兩刀片之間的角度通過手的作用力來控制，同樣也能控制用力大小有效控制刀片剪切深度，保護(hù)栗仁完整。

手柄連接處下方設(shè)計(jì)添加2個(gè)半凹槽。長(zhǎng)度25 mm，總寬15 mm，深5 mm，凹槽內(nèi)部加入食品級(jí)橡膠墊材料。目的是為了增加板栗與凹槽的摩擦力，起到一定穩(wěn)固作用。

板栗殼較核桃、花生、松子等干鮮果，不具有足夠的堅(jiān)硬、脆性等性狀。板栗殼不易裂開，容易受潮，有韌性。還有給予其足夠的剪切面，裂口才能更好地脫殼。所以，此設(shè)計(jì)的優(yōu)化在于在右手柄凹槽中央固定一個(gè)十字花刀。刀長(zhǎng)10 mm，刀刃寬4 mm。當(dāng)板栗殼底部在鉗式部位有剪切口之后，拿到此處，再次利用手部力量進(jìn)行夾擊，彈簧控制深度，有效緩沖，給板栗頭部以十字型的切口，這樣便可板栗殼有多處破裂口，易于剝開。手柄細(xì)節(jié)如圖4所示。

圖4 板栗剝殼器手柄細(xì)節(jié)圖

2.3 材料選用

整個(gè)板栗剝殼器的材質(zhì)都要用到食品級(jí)安全材料。全體除刀片外的材質(zhì)選用ABS樹脂材料。該材料耐熱耐磨耐酸且無毒，較為適用于板栗剝殼器的身體部位。304不銹鋼材料的優(yōu)勢(shì)為強(qiáng)度良好（抗拉強(qiáng)度σb≥520 MPa，條件屈服強(qiáng)度σ0.2≥205 MPa），硬度較強(qiáng)（參數(shù)≤187HB；≤90HRB；≤200HV），耐磨性良好，耐高溫（800 ℃），加工性能好，韌性高，其材料組成包括鉛等重金屬含量低，保證了食品的安全衛(wèi)生。

3 結(jié)語

本研究主要針對(duì)家庭用便攜式板栗剝殼器設(shè)計(jì)。在刀片和整體上都對(duì)板栗剝殼器進(jìn)行優(yōu)化。包括刀片、刀刃的寬度，形狀和材質(zhì)。設(shè)計(jì)手柄處合理的寬度，并且在手柄兩側(cè)各加上一個(gè)凹槽，其中右側(cè)凹槽內(nèi)部有十字花刀，給板栗的頭部也進(jìn)行切口處理，保證板栗殼能夠最大限度地受到破損且不損毀板栗果仁。該優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，造價(jià)低，便攜性好，主要適用于家庭。板栗脫殼效果好，栗仁剝出完整，安全衛(wèi)生且有效，值得大力推廣使用。

[1]張文斌.自動(dòng)板栗脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（8）：104-106.

[2]袁越錦，徐英英，黨新安，等.板栗脫殼技術(shù)與破殼機(jī)理研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].食品工業(yè)科技，2008，30（10）：301-305.

[3]張艷華，黨新安.板栗脫殼設(shè)備的研究與開發(fā)[J].機(jī)械，2004，31（7）：45-47.

[4]張林泉，龔 麗.剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討[J].食品與機(jī)械，2006，22（4）：72-74.

[5]楊雪銀，齊延興.機(jī)械式板栗脫殼技術(shù)研究初探[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2006，44（5）：42-44.

指導(dǎo)老師：蔡雅琨

Research and Design of Multi Function Portable Chestnut Sheller

Li Xuemeng, Cai Yakun, Wang Yuhan, Shi Detong, Bu Dingdong
（Bohai Campus, Hebei Agricultural University, Huanghua 061100, China）

At present, Chinese chestnut shelling process mainly rely on manual peeling, so that fingers can easily be scratched. In order to solve this problem, a new portable chestnut sheller was designed. The main parts of the sheller is pliers type structure, to cut the bottom shear of chestnut. The handle is optimized that add crosswise knife to make the sheller more open. Results show that the chestnut shelling can destroy the sheller without destroying the nutlet, and the design structure is reasonable, it is mainly applied to the family.

Chinese chestnut; Shelling; Pliers type structure

S226.4

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.22.037

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：20162307）。

李雪萌（1997-），女，漢，本科，專業(yè)方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。

蔡雅琨（1988-），女，河北邯鄲人，碩士，助教；專業(yè)方向?yàn)樽詣?dòng)化，通訊。