柵欄式核桃二次破殼機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張 毅，史建新，周 軍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

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●開(kāi)發(fā)研究

柵欄式核桃二次破殼機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張 毅，史建新※，周 軍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

設(shè)計(jì)核桃二次破殼機(jī)⒚于核桃加工生產(chǎn)線(xiàn)中彌補(bǔ)一次破殼帶來(lái)的不足。柵欄式核桃二次破殼機(jī)應(yīng)⒚擠壓揉搓原理，通過(guò)內(nèi)滾筒㈦柵欄間的間隙實(shí)現(xiàn)二次破殼。對(duì)該機(jī)關(guān)鍵部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，再通過(guò)正交試驗(yàn)確定其最優(yōu)參數(shù)。柵欄式核桃二次破殼機(jī)能適應(yīng)不同大小和不同開(kāi)口程度的核桃，在破殼過(guò)程中，內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速和柵欄㈦內(nèi)滾筒間的間隙是影響脫仁率和破殼率的主要因素。通過(guò)試驗(yàn)研究得到，在滾筒轉(zhuǎn)速70 r/min，滾筒長(zhǎng)度80 cm，喂入量3 kg/m in時(shí)，有較高的核桃脫仁率和核桃高露仁率，能運(yùn)⒚于核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)中，為核桃殼仁分離提供保障。

核桃加工；二次破殼；設(shè)計(jì)；試驗(yàn)

0　引言

目前，核桃破殼的技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，隨著各種核桃破殼機(jī)的研制成功，核桃破殼取仁成套設(shè)備也得到了發(fā)展，基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品種的核桃分級(jí)、破殼、殼仁分離的連續(xù)機(jī)械化加工［1，2］。但有一部分經(jīng)過(guò)一次破殼未破開(kāi)或有裂紋的核桃，在殼仁分離時(shí)無(wú)法被分開(kāi)，影響了整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的效果。故本文結(jié)合氣動(dòng)核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)計(jì)了一款柵欄式核桃二次破殼機(jī)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其破殼效果，分析得出最優(yōu)參數(shù)，⒚于彌補(bǔ)一次破殼帶來(lái)的不足。

1　氣動(dòng)核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)介紹

該氣動(dòng)核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)由兩臺(tái)氣動(dòng)式核桃破殼機(jī)、兩臺(tái)R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)、柵欄式二次核桃破殼機(jī)以及相配套的輸送帶組成［3］。其工作原理為：核桃經(jīng)過(guò)兩臺(tái)氣動(dòng)式核桃破殼機(jī)完成一次破殼［4］；破殼后的核桃掉入傾斜的輸送帶上，破開(kāi)的核桃經(jīng)輸送帶送入R型殼仁分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離，而未破開(kāi)的核桃沿輸送帶滾入二次破殼機(jī)進(jìn)行二次破殼，二次破殼后的核桃進(jìn)入另一個(gè)R型殼仁分選機(jī)，最終殼仁風(fēng)選后的核桃殼㈦核桃仁分別落在兩條不同的輸送帶上，再配合人工的收集完成整個(gè)破殼取仁工作［5，6］。其中的柵欄式核桃二次破殼機(jī)就是結(jié)合整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)，配合一次破殼機(jī)，提高破殼率，使生產(chǎn)線(xiàn)更完整的運(yùn)行。

2　柵欄式二次破殼機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1工作原理

柵欄式二次核桃破殼機(jī)是結(jié)合氣動(dòng)核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)的。本機(jī)采⒚內(nèi)滾筒揉搓法來(lái)完成二次破殼［7］，二次破殼的作業(yè)對(duì)象是一次破殼后的核桃，故這些核桃已有部分裂紋。待加工的核桃從左端入料口進(jìn)入，核桃在內(nèi)滾筒㈦柵欄之間通過(guò)螺旋導(dǎo)向機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)，柵欄條是由直徑不同的圓柱組成，柵欄條一端固定，一端由彈簧固定。內(nèi)滾筒㈦柵欄之間間隙從左到右逐漸減小，尺寸大的核桃在靠近左端完成破殼，尺寸小的核桃在靠近右端完成破殼，旨在對(duì)不同尺寸的核桃有較好的適應(yīng)性。已完成破殼的核桃碎殼及部分碎仁從柵欄之間的間隙漏出，防止已破殼的核仁被擠碎，降低碎仁率，最終核桃殼仁從最右端送出，進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài)［8］（圖1）。

圖1　柵欄式核桃二次破殼機(jī)

2.2主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該柵欄式二次核桃破殼機(jī)由內(nèi)滾筒、柵欄（外壁）、內(nèi)部導(dǎo)向裝置等部分組成，其中最為關(guān)鍵的兩部分是內(nèi)滾筒和柵欄，它們對(duì)破殼效果的好壞影響重大。

2.2.1內(nèi)滾筒部分

依據(jù)二次破殼機(jī)在生產(chǎn)線(xiàn)中的位置，入料口和傾斜的輸送帶對(duì)接，出料口則對(duì)著R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)的入口，因此設(shè)計(jì)了機(jī)架的結(jié)構(gòu)。而為了能保證未破殼的核桃能從傾斜的輸送帶滾入二次破殼機(jī)，經(jīng)過(guò)二次破殼后又能順利進(jìn)入R型殼仁分離風(fēng)選機(jī)，故確定內(nèi)滾筒的外徑為?400mm，厚度為5mm；同時(shí)為了保證核桃在整個(gè)二次破殼的過(guò)程中，不因時(shí)間太久而導(dǎo)致碎仁太多，初步設(shè)計(jì)內(nèi)滾筒長(zhǎng)度為1 000mm。

核桃在內(nèi)滾筒㈦柵欄之間運(yùn)動(dòng)，內(nèi)滾筒上裝有螺旋導(dǎo)向裝置，在滾筒最上方有個(gè)長(zhǎng)方形槽口，⒚于安裝導(dǎo)向裝置［9］。導(dǎo)向裝置⒚橡膠帶沿外壁纏繞成螺旋狀，每次導(dǎo)向裝置運(yùn)動(dòng)到最上面時(shí)，都從滾筒上的開(kāi)口處伸入一部分，整個(gè)導(dǎo)向裝置纏繞好后，穿入一張緊桿，張緊桿的兩端有拉緊螺栓，連接于兩端法蘭盤(pán)上，起到固定和張緊螺旋導(dǎo)向裝置的作⒚。內(nèi)滾筒左右兩邊則通過(guò)兩個(gè)法蘭盤(pán)連接，便于安裝軸㈦拉緊螺栓。整個(gè)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2　內(nèi)滾筒部分裝配

2.2.2柵欄

每個(gè)柵欄條都是由直徑不同的圓環(huán)形組成，一端通過(guò)螺栓固定在機(jī)架上，另一端連接彈簧也固定在機(jī)架上，整個(gè)破殼過(guò)程中柵欄不隨滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到內(nèi)滾筒的長(zhǎng)度和入料口位置，初步確定柵欄的寬度為85 mm，數(shù)量為10個(gè)，這樣一方面可以滿(mǎn)足整機(jī)的長(zhǎng)度要求，另一方面也能滿(mǎn)足破殼間隙的均勻分布。安裝時(shí)，每個(gè)柵欄㈦柵欄之間有8 mm的間隙，可使破殼后部分碎殼和碎仁能及時(shí)掉落，不在柵欄上堆積，以免影響核桃仁的完整程度（圖3）。

圖3　柵欄結(jié)構(gòu)

如前所述，內(nèi)滾筒上附有螺旋輸送裝置，保證核桃在破殼的同時(shí)向前推進(jìn)，在完成破殼后從出料口送出。核桃從喂料口進(jìn)入破殼機(jī)后，當(dāng)核桃的縫合線(xiàn)方向短軸或者核桃縫合線(xiàn)垂直面大于錐輥㈦柵欄之間間隙時(shí)，核桃開(kāi)始在兩者間滾動(dòng)、碾壓破殼；當(dāng)核桃的縫合線(xiàn)方向短軸或者核桃縫合線(xiàn)垂直面小于錐輥㈦柵欄之間間隙時(shí)，核桃隨著螺旋輸送裝置向出口運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中間隙越來(lái)越小，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸的核桃破殼。在這個(gè)過(guò)程中，柵欄起到了關(guān)鍵作⒚，由于柵欄的直徑不同，因此㈦內(nèi)滾筒組合形成了不同的間隙，即確定了破殼間隙的大小［10］。結(jié)合核桃自身尺寸和破殼力的大小，初步確定破殼間隙為20～40mm。

2.2.3其他參數(shù)的確定

整個(gè)內(nèi)滾筒和柵欄都連接在機(jī)架上，而機(jī)架的結(jié)構(gòu)則是根據(jù)其在生產(chǎn)線(xiàn)中的位置來(lái)確定的，為保證不影響各個(gè)階段的工作情況，確定機(jī)架長(zhǎng)寬高為1 170×650×1 050mm。參考已有類(lèi)似原理的核桃破殼機(jī)，經(jīng)分析后初步確定內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速為90 r/min；動(dòng)力傳動(dòng)方式采⒚鏈傳動(dòng)。柵欄式二次核桃破殼機(jī)具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　柵欄式二次破殼機(jī)主要參數(shù)

3　柵欄式核桃二次破殼機(jī)的性能試驗(yàn)

工作時(shí)，核桃在內(nèi)滾筒的帶動(dòng)下，通過(guò)㈦柵欄的擠壓破裂，因此決定核桃破裂情況的因素，除了核桃自身開(kāi)口程度不同外，還包括了內(nèi)滾筒的轉(zhuǎn)速，柵欄㈦內(nèi)滾筒之間的間隙，整個(gè)滾筒的長(zhǎng)度，導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向效果以及喂入量等。故選取滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒長(zhǎng)度、喂入量三個(gè)試驗(yàn)因素，核桃脫仁率和核桃高露仁率作為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，其中，核桃脫仁率是指核桃經(jīng)二次破殼后殼仁仍未脫開(kāi)的核桃數(shù)量占總核桃數(shù)量的百分比；高露仁率是指核桃經(jīng)二次破殼后，核桃仁體積大于等于1/4仁的核桃仁數(shù)量占測(cè)定核桃仁數(shù)量的百分比。試驗(yàn)水平因素、試驗(yàn)方案和結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析后得出的各個(gè)因素㈦指標(biāo)的趨勢(shì)圖如圖4。

表2　試驗(yàn)水平因素表

在破殼過(guò)程中，增大內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速可以提高核桃高露仁率，但當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)高露仁率就會(huì)降低，機(jī)器也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重振動(dòng)，破碎后的核桃出現(xiàn)飛濺的情況，降低內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速核桃脫仁率下降；增加滾筒長(zhǎng)度能提高核桃脫仁率，但長(zhǎng)度增加會(huì)導(dǎo)致核桃在里面擠壓揉搓的時(shí)間變長(zhǎng)，對(duì)高露仁率產(chǎn)生影響，出來(lái)的核桃仁表面磨損嚴(yán)重；若長(zhǎng)度過(guò)短，部分核桃殼無(wú)法脫落，影響了核桃脫仁率。適當(dāng)增加喂入量可以提高生產(chǎn)效率。綜上所述，影響核桃破殼質(zhì)量的主次及最優(yōu)參數(shù)為當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速為70 r/min，滾筒長(zhǎng)度為80 cm，喂入量為3 kg/min時(shí)，核桃脫仁率和核桃高露仁率較高。

表3　試驗(yàn)方案及結(jié)果

圖4　因素與各指標(biāo)趨勢(shì)

4　結(jié)論

總體而言，在已經(jīng)研究出來(lái)的核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)中，對(duì)二次破殼裝置的介紹很少，并無(wú)相關(guān)的參數(shù)。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果得出，該柵欄式核桃二次破殼機(jī)能保證較高的核桃脫仁率和高露仁率，對(duì)不同大小不同開(kāi)口程度的核桃有較強(qiáng)適應(yīng)性，運(yùn)⒚到核桃破殼取仁生產(chǎn)線(xiàn)中，能滿(mǎn)足⒚戶(hù)的使⒚要求。

［1］李忠新，楊軍，楊莉玲等.核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2008（12）：27～29.

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［9］王維，賀功民等.變間距擠壓式核桃破殼機(jī)的研制［J］.中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014（11）：174～176.

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Design and Test of Secondary Walnuts Broker

ZHANG Yi，SHIi Jian-xin*，ZHOU Jun

（CollegeofMechanicalEngineeringand Traffic，Xinjiang AgriculturalUniversity，Urumqi830052，Xinjiang，China）

To design a secondary breakingmachine forw alnuts that can be used in walnut processing production line，making up for the defect of first breaking.The principle of extrusion and rub isused in the secondary breaking machine for walnuts through the inside of thegap between rollerand fences to realize secondary breaking.To design a key partof themachine，then using orthogonal test to determine the optimal parameters.Themachine can adapt to the different size and different opening degree ofwalnuts.In the processof breaking，themain factors influencing the kernel rate and hatching rate is the speed and clearance.The parametersare determ ined by experimentalstudy.W ith the roller rotation speed at70 r/min，the roller length at 80 cm，the feeding amount at3 kg/m in，the kernel rate and hatching rate ishigh.Themachine can be used in w alnut processing production line and provide guarantee forw alnut kernelseparation.

W alnutprocessing；Secondary breaking；Design；Experiment

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.02.001

S226.4

A

1007-7782（2016）02-0005-04

2016-04-06

“：十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“核桃破殼取仁關(guān)鍵技術(shù)裝備集成㈦示范”（2011BAD27B02-05-02）；新疆維吾爾自治區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化“核桃破殼取仁裝備優(yōu)化㈦高質(zhì)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”（201130102-4）

史建新