關(guān)于核桃破殼方式及其影響因素的分析

傅展翔 蔣加煒 耿海棠

核桃因其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，已越來(lái)越受大眾歡迎。在售賣過(guò)程中，因?yàn)楹颂业耐鈿ぽ^堅(jiān)硬，所以一般店家都會(huì)附贈(zèng)一些簡(jiǎn)易的手持式破殼器，其破殼效率低且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。故本文對(duì)核桃的破殼方式何方法進(jìn)行一系列討論，以冀獲得處理破殼問(wèn)題的更優(yōu)解。此外，各種核桃雖然品種、生產(chǎn)地區(qū)、生產(chǎn)條件不盡相同，但是其基本參數(shù)相差并不大。為提高破殼效率和效果，需選出最佳的破殼位置，同時(shí)考慮在破殼時(shí)出現(xiàn)的裂紋和其拓展速度。為降低所得數(shù)據(jù)誤差，需在破殼前對(duì)核桃進(jìn)行篩選，剔除外殼有破損的核桃。在獲得數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)據(jù)軟件、CAD軟件建模處理，最終得到一些結(jié)論，為今后在核桃破殼方面提供一些理論參考。

1.核桃受力方向?qū)ζ茪ば阅艿挠绊?/p>

1.1材料及試驗(yàn)裝置

網(wǎng)購(gòu)自新疆省某村所產(chǎn)核桃100個(gè)，經(jīng)風(fēng)干后，分成兩組，每組50個(gè)，本實(shí)驗(yàn)取第一組。試驗(yàn)裝置為圖1-1所示壓力機(jī)。

1.2方法

1.2.1擠壓破殼方向

圖1-1 壓力機(jī)示意圖。

1.2.2不同方向受力對(duì)核桃破殼影響性實(shí)驗(yàn)

由圖1-1可見(jiàn)，普通核桃一般可由其外形分為兩個(gè)軸，較光滑的一側(cè)稱之為A軸，有縱向紋路的稱之為B軸。本試驗(yàn)探討的是關(guān)于完全破殼（核桃沿某一軸向完全分離）和完全破損（剩余部分最大高度小于1mm）兩種情況下所耗費(fèi)外界作用力大小和受力方向的關(guān)系。

1.3試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)處理和分析

1.4結(jié)論

從表1-1可看出，當(dāng)核桃在B軸上受力時(shí)，不管是完全破殼還是完全破損所消耗的外力均小于A軸上受力。此外，通過(guò)表1-2所示的相關(guān)性分析可見(jiàn)，F(xiàn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F臨界值，即核桃破殼時(shí)受力方向的不同對(duì)破殼的影響是顯著的。根據(jù)表1-3所示折線圖不難看出，破殼受力方向在A軸時(shí)不僅消耗的外力大于作用在B軸上的力，而且在完全破殼后核仁的完整度方面也低于B軸方向。故在破殼時(shí)宜采取對(duì)B軸施加力的方法進(jìn)行破殼處理。

2.接觸方式對(duì)核桃破殼的影響

試驗(yàn)一所得結(jié)論僅限于核桃在面接觸破殼時(shí)，但在實(shí)際情況中不止存在面接觸，包括點(diǎn)接觸、線接觸等破殼接觸方式均有存在。同時(shí)，在試驗(yàn)一中觀察可知，沿B軸方向進(jìn)行面接觸式破殼時(shí)，首先會(huì)出現(xiàn)垂直于B軸的裂紋，隨后裂紋擴(kuò)張最終導(dǎo)致核桃外殼完全損毀，且裂紋出現(xiàn)多的地方其拓展速度較緩慢。故而假設(shè)核桃在破殼過(guò)程中破殼情況與裂紋出現(xiàn)并擴(kuò)張有關(guān)，且裂紋出現(xiàn)對(duì)破殼有抑制作用，為驗(yàn)證該假設(shè)，遂做試驗(yàn)二，研究接觸方式對(duì)核桃破殼的影響。

2.1材料及設(shè)備

取上次實(shí)驗(yàn)所剩余核桃50個(gè)。設(shè)備包括壓力機(jī)及圖2-1所示鑄鐵制壓力裝置，其中壓力裝置粘連在壓力機(jī)上壓力板下。

2.2試驗(yàn)方法

將核桃沿B軸方向水平放置后，測(cè)量其B軸長(zhǎng)度后，選取B軸長(zhǎng)度在 cm的核桃共30個(gè)，按照隨機(jī)不放回抽樣法分成三組每組十個(gè)，沿其A軸方向且較平整的面作為底面放置于圖1-3所示的壓力機(jī)上，頂尖下端（細(xì)端）正對(duì)核桃B軸。以4mm/min的勻速分組進(jìn)行加壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)一所得結(jié)論，面接觸破殼至剩余部分最大高度小于5mm時(shí)的平均最大壓力為0.963kN，故在壓力機(jī)加載載荷到達(dá)此數(shù)值時(shí)三組核桃會(huì)均完成破殼。為研究破殼速率的關(guān)系，取每0.1kN為一基準(zhǔn)，即每外載荷每增加0.1kN記錄此時(shí)殘余部分水平方向大于1cm部分的平均長(zhǎng)度。

2.3試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

根據(jù)所測(cè)量的結(jié)果及數(shù)據(jù)，可使用折線圖做出表2-1。

從表2-1易知，三種接觸方式幾乎都是從外載荷加載到0.4kN時(shí)核桃開始出現(xiàn)破殼跡象，其中，破殼效果最明顯的為點(diǎn)接觸方式，其在外載荷加載至0.8kN時(shí)其剩余部分高度已在5mm以下，是三種破殼方式中最先得到理想效果的破殼方式。三者之中，面接觸方式其在破殼時(shí)破殼速率較為平緩，其破殼速率與外載荷呈線性關(guān)系;線接觸方式在破殼時(shí)有明顯的先快后慢的轉(zhuǎn)折，其拐點(diǎn)位于外載荷為0.6kN左右處，在此之前其破殼速率位列三種破殼方式之首，隨后速率減慢，最終在0.9kN左右處剩余高度小于5mm;點(diǎn)接觸方式在破殼初期效果不明顯，但當(dāng)外載荷為0.5kN左右時(shí)破殼速率明顯增大，在0.6kN左右時(shí)超過(guò)其他兩種破殼方式并繼續(xù)增大，最終先于其他兩種方式達(dá)到剩余部分小于5mm的既定目標(biāo)。同時(shí)，在破殼過(guò)程中觀察可見(jiàn)，點(diǎn)接觸式由于壓應(yīng)力大導(dǎo)致迅速外殼迅速出現(xiàn)破損及裂紋但裂紋擴(kuò)展速度在外載荷為0.5kN前明顯快于其他兩種方式，在此之后，裂紋出現(xiàn)逐漸趨于飽和，導(dǎo)致破殼效果逐漸明顯。

3.總結(jié)

1）在以上兩個(gè)試驗(yàn)中探討了核桃在受外力作用時(shí)的影響因素和該因素的作用效果。

2）證實(shí)了在核桃B軸上以點(diǎn)接觸方式進(jìn)行破殼效果是最明顯的。

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作者簡(jiǎn)介：

傅展翔，1998年11月，男，漢族，天津市人，江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（卓越）本科在讀。

蔣加煒，1999年10月，男，漢族，江蘇省泰州市人，江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化（卓越）本科在讀。

耿海棠，1999年7月，女，漢族，江蘇省徐州市人，江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（卓越）本科在讀。