云南青核桃脫皮機設計原理及工序

蘇連波，謝志宏，熊新武，梁林波，祁鴻飛，楊逸安，馮永興

（1.云南省林業(yè)和草原科學院 漾濞核桃研究院，云南漾濞 672500；2.云南道遠機械制造有限公司，云南漾濞 672500）

云南核桃又稱深紋核桃、鐵核桃，其堅果表面不光滑，刻紋深，與北方普通核桃（Juglans regia）相比，脫青皮難度大，容易去皮不干凈[1]。目前，云南核桃脫青皮方式主要為傳統(tǒng)堆漚或化學處理后手工脫青皮[2-3]。這種方式需消耗大量勞動力，且長時間從事該項工作可能會對人體造成一定的傷害。采用農(nóng)藥等化學藥劑處理去皮又會對堅果產(chǎn)生污染[1-2]。目前，許多學者研究的青核桃脫皮技術主要針對普通核桃[3-7]，脫皮機的設計原理有旋切滾筒式[8-10]、鋼刀鼠籠滾筒式[11-15]、毛刷旋轉(zhuǎn)滾筒式[16-18]和壓板輥筒式[19]，均為擠壓摩擦脫皮。云南核桃由于堅果表面不光滑，成熟度不一致，收獲模式、果形大小差異均較大，使用現(xiàn)有的青核桃脫皮機會出現(xiàn)脫皮不干凈、果面污染重且極易破裂等問題。現(xiàn)擬設計一種通過螺旋高仿人工切割運動來實現(xiàn)云南青核桃脫皮的新型單體脫皮機，并通過樣機脫青皮予以驗證。

1 云南青核桃脫皮機設計與工作原理

1.1 設計思路

云南核桃多為手工脫青皮。本設備將摸擬人工單個核桃切割脫皮方式作為云南青核桃脫皮機的設計思路，擬實現(xiàn)脫凈率高、破損率低且清洗、洗風一次完成。本設備的成功研制將大大改善目前云南核桃脫青皮的困境。

1.2 設計原理

設置核桃青皮投料倉和單個倒提進料循環(huán)卡座，將單個核桃送入進料槽，落入滑梯式的切割裝置進料口，通過旋轉(zhuǎn)切割的復合運動將核桃青皮與堅果分離，最終經(jīng)單個循環(huán)推送裝置運送至清洗嘴，實現(xiàn)青核桃的脫皮與清洗（圖1）。采用單個循環(huán)卡座、逐個切割脫皮技術可有效避免漏剝和相互擠壓現(xiàn)象，且切割刀片設備裝有緩沖裝置，可有效降低破殼率，實現(xiàn)青皮脫落，堅果逐個通過推送裝置到達清洗頭，有效減少堅果表面包漿，保證其表面潔凈。同時，該設備可實現(xiàn)連續(xù)進料與卸料。

圖1 青核桃脫皮機設計原理Fig.1 Design principle of green walnut peeling machine

1.3 工作原理

青核桃脫皮機采用逐個進料、逐個脫皮處理。單個青核桃進入卡座后傳送至進料槽，經(jīng)滑梯式和滾桶式的切割刀具切割破皮；滑動中經(jīng)過固定刀片，結(jié)合固定刀片的切割作用，在滑動切割中產(chǎn)生滾動力作用進行切割，仿照手工作用力的原理，達到脫皮效果，脫好的青皮先行分離，核桃果到達清洗頭進行清洗；經(jīng)清洗的核桃從出料口被推出，完成脫皮和清洗作業(yè)?？裳h(huán)進料和卸料，達到連續(xù)生產(chǎn)的目的。

1.4 設計參數(shù)

外型尺寸1 m × 0.8 m × 1 m（長× 寬× 高），配套動力為1.5 kW，生產(chǎn)率為300 kg/h，結(jié)構(gòu)質(zhì)量≤45 kg，脫凈率≥85%，破殼率≤2%，果面潔凈度≥85%。

2 云南青核桃脫皮機工作流程

脫皮機主要分為5道工序，分別為進料、螺旋切割破皮、剝皮分離、沖洗和出料。

2.1 進料工序

筐式進料口采用倒提卡座式裝置，把青皮核桃送入螺旋剝皮裝置，可限制核桃逐個進料，滿足單個核桃按順序進入切割裝置，保證每個青皮核桃都能脫皮，防止漏脫現(xiàn)象（圖2）。

圖2 倒提式進料裝置Fig.2 Inverted feeder

2.2 螺旋切割破皮與剝皮分離工序

電機帶動皮帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶輪通過三角皮帶帶動內(nèi)刀筒的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸帶動內(nèi)刀筒、內(nèi)刀片、外刀架和外刀片同時旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)動力作用下，將堆熟后的青皮核桃由進料口進入外刀架中，青皮核桃在自然下墜的過程中，通過核桃輸送上軌道和輸送下軌道的引導作用，沿著螺旋狀的外刀架從上往下運行，在運行過程中青皮被外刀架的外刀片與內(nèi)刀筒的內(nèi)刀片擠壓和切割，核桃青皮徹底脫落。由于核桃輸送上軌道和輸送下軌道之間有一定的間距和空間，因此被切削出來的核桃青皮能在瞬間掉到機器外面，不會再與切削后的核桃接觸；由于外刀架、核桃輸送上軌道和輸送下軌道均呈螺旋狀，核桃在核桃輸送上軌道和輸送下軌道中的行程變長，切割時間延長，可達到更好的脫青皮效果（圖3）。去掉青皮后的核桃從外刀架的下端落到出料篩上。出料篩呈左高右低狀，由多條鋼筋焊接而成，相鄰兩根鋼筋間的間隙為2 cm。

圖3 螺旋切割破皮裝置Fig.3 Spinal cutting equipment

2.3 沖洗與出料工序

清洗裝置包括高壓水泵、水箱、噴嘴、清洗倉和接水槽。清洗倉為C 字狀的不閉合圓管，清洗倉的上部設有交叉排列的噴嘴，清洗倉的下部設有出水口，在出水口的下部設有接水槽，高壓水泵的進水管連接在水箱上，高壓水泵的出水管連接在噴嘴上，水箱內(nèi)設有浮球閥。脫青皮后，堅果通過軌道時進行清洗，使得表面的包漿及雜物得以去除（圖4）。清洗后的核桃從出料口被推出。

圖4 清洗出料裝置Fig.4 Cleaning equipment

3 云南青核桃脫皮機關鍵零件機構(gòu)設計原理及其作用

3.1 倒提進料循環(huán)卡座設計

倒提進料循環(huán)卡座由18 個卡座構(gòu)成。將卡座固定在鏈條上，由3個轉(zhuǎn)輪鏈接，在動機帶動下實現(xiàn)單個上料和進料的復位運轉(zhuǎn)，以滿足單個切割的具體需要，有效摸擬了人工剝皮。

3.2 螺旋切割破皮設計

設置圓柱體直徑為26 cm 的螺旋切割刀具，整個設計由固定刀具和緩沖刀具構(gòu)成。緩沖刀具由壓桿刀頭+壓縮彈簧和壓桿刀桿組成，主要完成旋轉(zhuǎn)運動過程中的切割；通過彈簧自動調(diào)節(jié)，可改變壓桿軸向向下的位移大小，以適應不同種類核桃的大小，滿足生產(chǎn)要求；壓縮彈簧在壓桿刀頭兩端和壓桿刀桿之間，主要起緩沖作用，防止因擠壓力過大導致破殼率增加。

4 試驗情況

4.1 試驗材料

選用云南主栽核桃品種漾濞泡核桃（Juglans si?gillata）作為試驗材料。本批核桃果直徑為42.3 ～46.5 mm，平均直徑為45.4 mm，青皮厚度為3.8 ～4.5 mm，硬殼厚度為1.0 ～1.3 mm。

4.2 試驗結(jié)果

進行3 次試驗，每次試驗核桃約為10 kg，3 次重復（表1）。結(jié)果顯示，青核桃脫皮機基本達到設計要求，脫皮機產(chǎn)量約為300 kg/h。該脫皮機脫凈率較高，破損率低，脫青皮后堅果表面污染小，大大提高了工作效率，省時省力。缺點是核桃表面還存有包漿現(xiàn)象，需及時清洗或通過烤箱烘干表面的殘留液體，脫凈率有待進一步提升。

表1 青核桃脫皮機試驗結(jié)果Tab.1 Results of green walnut peeling machine

5 結(jié) 論

云南青核桃脫皮機能降低處理成本、減少處理時間，能一次完成核桃青皮的去皮和清洗。該機器的優(yōu)點是核桃破殼率低，清洗效果好，省時省工，可明顯提高核桃品質(zhì)和商品率。缺點是果形大小有差異的核桃進入脫青機會導致卡頓，而且對種皮較薄的核桃脫青時破損率較高；對不同采摘時期硬度不同的核桃脫青效果不一樣，較硬的核桃在脫青過程中會有青皮殘留，殘留的青皮會污染核桃果表面，導致品相不好；對開裂度不同的核桃脫青效果不一樣，開裂度達到60%才能較好完成脫青；未開裂的核桃必須要經(jīng)過堆漚或者化學藥劑預處理后，才能進行脫青，花費時間較長。該青核桃脫皮機采用倒提式卡座將單個核桃送入進料口、螺旋切割破皮、剝皮分離、推送沖洗、出料5個工序，為新一代核桃青皮剝離清洗機，是集脫皮和清洗為一體的初加工設備，適用性強、自動化率高，可為云南核桃初加工實現(xiàn)機械化奠定基礎，為核桃產(chǎn)業(yè)作出貢獻。