新型便攜式板栗剝殼器的多功能設計與研究

◎ 李雪萌，蔡雅琨，王玉涵，時德通，卜丁東

（河北農業(yè)大學渤海校區(qū)，河北 黃驊 061100）

板栗，又稱栗、風臘，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，對于人體補充維生素有較好的作用。并且，板栗中的礦物質也很全面，鉀、鋅、鐵等元素的含量遠遠高出其他食品，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行家庭板栗脫殼工作。人們在對生板栗或者炒熟的板栗剝殼的過程中經常會被板栗外殼刮傷，容易損傷人手指皮膚組織。市場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、機械脫殼法、真空爆殼法和微波去殼法等[2]。對于家庭來說，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]，不易實現且不安全。所以，適用于家庭用的板栗剝殼法依舊要依據物理原理機械脫殼。

本課題研究家庭用安全有效板栗剝殼器的設計優(yōu)化。本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡易、高效率的原則，設計一種便攜、簡易、耐用且有效的新型家用板栗剝殼器。

1 設計思路

1.1 實驗材料

市面上常見的是遷西板栗，所以選用遷西板栗作為實驗材料。板栗尺寸測量采用直尺、數碼游標卡尺，每次測量樣本容量在300～400，測量結果見表1。

表1 板栗測量尺寸平均值表

1.2 剝殼器的設計原理

機械剝殼法在日常家庭生活中是較為方便且易實現的方法。我們對機械剝殼的物理原理進行分析，大致有以下幾種。一是擠壓法，利用類似軋輥結構的堅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構對所要脫殼的食品進行碾壓，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硬結構的堅果脫殼，如核桃脫殼機、花生脫殼機、松子脫殼機等。板栗的棕色皮殼沒有像核桃那樣堅硬的結構和組織，具有韌性，外殼內皮軟薄，相對來說堅硬的外殼上面沒有結合縫，一般的擠壓、撞擊和碾壓會使其變形，但是并不能對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]。

本文主要設計剪鉗式結構對板栗底部堅硬部分進行創(chuàng)口處理，刀縱向切割技術，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 剪鉗式結構裝置三維圖

2 系統(tǒng)關鍵部位優(yōu)化設計

2.1 鉗式結構優(yōu)化

板栗剝殼器最主要部位為鉗式結構。如圖1所示，設計雙側都加上刀片。左側刀片為平刀刃，右側刀片為鋸齒狀刀刃。鋸齒狀刀刃是為了讓板栗有較大摩擦力以及對板栗本體有一個恰當的支持力，讓其在剪切時有一定的穩(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個刀片對板栗底部的剪切力達到剪下底部硬殼的目的，使其剪切下底部硬殼，如圖2所示。根據板栗外殼和內部紅衣的結構，發(fā)現底部硬殼的剪切有利于內部紅衣的脫皮，較為方便地得到板栗果仁。

圖2 板栗剝殼器剝殼流程圖

在進行剪切工作時，手持板栗頭部，讓板栗底部放在兩刀刃之間，雙側夾擊。給底部硬殼與軟殼組織連接處一定力的作用，足夠的壓強能夠給其大小適中的豁口?？紤]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，刀片設計長30 mm，刀片總寬為5 mm，雙側刀刃均寬3 mm，如圖3所示。

圖3 板栗剝殼器設計圖

2.2 手柄優(yōu)化

設計手柄之間添加彈簧結構。目的是為了讓兩刀片之間的角度不會過大或過小。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，保護栗仁完整。

手柄連接處下方設計添加2個半凹槽。長度25 mm，總寬15 mm，深5 mm，凹槽內部加入食品級橡膠墊材料。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，此設計的優(yōu)化在于在右手柄凹槽中央固定一個十字花刀。刀長10 mm，刀刃寬4 mm。當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。手柄細節(jié)如圖4所示。

圖4 板栗剝殼器手柄細節(jié)圖

2.3 材料選用

整個板栗剝殼器的材質都要用到食品級安全材料。全體除刀片外的材質選用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)勢為強度良好（抗拉強度σb≥520 MPa，條件屈服強度σ0.2≥205 MPa），硬度較強（參數≤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 結語

本研究主要針對家庭用便攜式板栗剝殼器設計。在刀片和整體上都對板栗剝殼器進行優(yōu)化。包括刀片、刀刃的寬度，形狀和材質。設計手柄處合理的寬度，并且在手柄兩側各加上一個凹槽，其中右側凹槽內部有十字花刀，給板栗的頭部也進行切口處理，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)化設計結構合理，造價低，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。

參考文獻：

[1]張文斌.自動板栗脫殼機的設計[J].農機化研究，2015，37（8）：104-106.

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

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

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

[5]楊雪銀，齊延興.機械式板栗脫殼技術研究初探[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2006，44（5）：42-44.