分级挤压式核桃破壳机的设计.docx

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分级挤压式核桃破壳机的设计

前言

我国从20世纪80年代开始着手破壳机的研究和开发，但由于存在一些技术难点，至今此类机器没有得到大范围的推广和应用。

实现核桃加工的机械化生产，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁质量。

本次设计的重点是对核桃进行分级以及核桃的破壳，所以所设计的机器名为分级挤压式核桃破壳机的设计。

本次设计所做的主要工作是介绍国内现存的核桃分级、破壳、壳仁分离技术，进行分级、破壳部分的设计，形成整体的机型。

最后对所设计的机子进行电机的选择，带轮的选择，以及带的选择，并进行轴的计算及选择。

设计的目的是大大提高核桃破壳的效率，并且保持核桃仁的完整度较高。

关键词：

分级；破壳，效率；完整度

目录

1绪论1

1.1课题研究的背景1

1.2国内核桃破壳研究的现状分析2

1.3核桃破壳机的市场预测3

2市场上核桃分级、破壳、壳仁分离装置的研究3

2.1核桃分级装置3

2.2核桃破壳装置4

2.3核桃壳仁分离装置7

3核桃破壳机的设计8

3.1核桃破壳机设计方案的制定8

3.2核桃破壳机的总体结构及工作原理9

3.3核桃破壳机分级筛网结构设计9

3.4核桃破壳机破壳结构设计10

4各部分零件的选择与校核计算11

4.1电动机的选择12

4.2带轮的选择12

4.3带的选择13

4.4轴的计算13

4.5选择键联接的类型和尺寸14

5结论与发展方向15

5.1结论15

5.2发展方向15

总结16

致谢17

参考文献18

1绪论

1.1课题研究的背景

核桃为胡桃科、胡桃属植物，乔木，高达20.25米；树干较别的种类矮，树冠广阔；树皮幼时灰绿色，老时则灰白色而纵向浅裂；小枝无毛，具光泽，被盾状着生的腺体，灰绿色，后来带褐色。

核桃皮毒性较大，可入药，治疗皮肤脓疖等。

核桃果仁具有很高的营养价值，含有丰富的蛋白质、氨基酸及矿物原素，并具有润肺强肾、降低血脂，预防冠心病之功效，长期食用具有益寿养颜，抗衰老等作用。

核桃果仁具有很高的药用价值，核桃仁有“补气养血，润燥化痰，益命门，处三焦，温肺润肠，治虚寒喘咳，腰脚重疼，心腹疝痛，血痢肠风”等功效。

长期食用益寿养颜、抗衰老，孕妇食用对胎儿智力发育有神奇功效。

核桃果仁具有很高的食用价值，用东北山核桃加工而成的高级食用植物油，油色清味香，品位高档，含有脂肪酸、油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸占88%-96%之间，高于油茶油，也高于食用橄榄油。

常食山核桃仁、油产品，具有健脾开胃、润沛强肾、滋补康复、预防冠心病和降低血脂的功效。

是一种健康味美、营养丰富的天然绿色营养食品。

种仁多破碎成不规则的块状，完整者类球形，由二瓣种仁合成，皱缩多沟，凹凸不平。

外被棕褐色薄膜状的种皮包围，剥去种皮显黄白色。

质脆，子叶富油质。

气微弱，子叶味淡，油样，种皮味涩。

以色黄、个大、饱满、油多者为佳。

近年来，随着经济的迅猛发展、人民生活水平的不断提高，核桃的价值与功能进一步被世人所认识，在国内外的市场上，人们对核桃及其加工品的需求量不断增加。

这就为核桃的发展提供了广阔的市场，同时也对核桃的安全生产和加工质量提出了更高的要求。

但由于核桃品种繁杂，尺寸各异、形状不规则、核仁与核壳间隙小，这个间隙小于壳完全破裂时的变形量，这大大增加了核桃的破壳取仁难度。

破壳后还有很多的工作要完成，怎样实现壳仁分离是面临的又一大难题。

这是核桃破壳技术方面存在的主要问题。

性能良好的破壳机有以下三个特点：

（1）破壳效率高；

（2）破壳后核仁的清洁度高；

（3）破壳机自动化程度高。

1.2国内核桃破壳研究的现状分析

陕西科技大学的硕士研究生高警进行了核桃破壳机理研究及破壳机的设计，依据核桃破壳机理研究的结果，并结合目前国外成熟的核桃破壳机械的工作原理，本课题中采用定间隙挤压破壳法和定向击打法设计破壳设备。

在课题研究的过程中,由于各个核桃之间的尺寸存在差异，需要根据实际的尺寸条件设计破壳机构，并设计简单的调节装置以适应不同大小的核桃。

先根据破壳方案运用UG设计出核桃破壳机的三维模型，并根据机械设计理论和优化设计理论对核桃破壳机的三维模型进行优化，最后确定设备的尺寸并加工出样机。

最后,对样机进行试验，确定最终的设计方案。

偏心挤压式核桃破壳机和击打式核桃破壳机在原理上都能够对核桃进行破壳，但是两种设备的破壳效果不尽相同，所以本课题用两种设备利用正交试验对不同种类的核桃进行破壳，通过从破壳效果、破壳机加工成本、操作方便性、设备寿命、环境影响等方面进行比较，确定出最终的设计方案以适应薄皮核桃品种。

山西农业大学的硕士研究生刘德华进行了核桃分级破壳机的设计与试验研究，运用机械设计理论，对核桃分级破壳机的上料装置、传送装置、分级装置以及破壳装置四部分进行了设计，其中上料装置中的隔料器实现均匀喂料，传送装置将样本传送至分级装置，分级装置对样本进行分级处理，最后在破壳装置中进行破壳操作。

利用三维建模软件SolidWorks对核桃分级破壳机各部分零件进行建模，并装配以验证有关设计。

新疆农业大学的硕士研究生何义川进行了气动击打式核桃破壳机的设计及试验研究，该机的主要特点是喂料箱里的核桃由喂料拨轮不停地转动将核桃送到喂料箱的出口，并将喂料箱出口多余的核桃往回拨从而防止核桃在喂料箱中出现搭桥；设计出了由两条平行的驱动链和输送核桃盒子组成的输送装置，该装置可以保证核桃被单一连续地输送到破壳工位；同时,设计出了防止核桃在输送过程中有跳动和偏出现象的导向护送装置。

通过对气动击打式核桃破壳机的二次回归正交试验，得到了在不同试验指标下破壳机的破壳回归方程和最优方案。

青岛理工大学的硕士研究生刘明政进行了核桃剪切挤压柔性破壳取仁的机理分析与实验研究，目前所存在的核桃破壳取仁设备主要采用刚性元件，存在破壳率和露仁率低的问题，多数剥壳机一味追求剥壳率的提高，导致高的核桃仁破碎率，损失率较高，并且对不同品种的核桃适应性差。

采用柔性元件并设计合理的机构能有效提高破壳率和露仁率，减少对核桃仁损害，提高了整仁率。

本研究课题利用自行研制的核桃剪切挤压柔性破壳取仁分离设备，重点对柔性带剪切挤压破壳及脱壳取仁系统进行结构设计与破壳取仁机理分析，并对柔性带剪切挤压破壳及脱壳取仁效果进行实验验证具体研究内容如下:

（1）针对目前核桃生产加工中破壳取仁工序存在的问题，分析了目前核桃破壳取仁方法的优劣，得出机械装置的方法较为理想；针对不同的机械破壳方法，综述了国内外核桃破壳以及脱壳取仁机械设备研究现状，并对坚果破壳过程中的力学特性的国内外研究现状进行了分析。

在上述分析的基础上，提出了基于剪切挤压机理柔性带核桃破壳取仁的研究课题。

（2）进行了核桃剪切挤压柔性破壳取仁分离装置的结构设计，设计了柔性带剪切挤压破壳及脱壳系统，柔性叶片锤击取仁系统，气力与柔性螺旋叶片耦合作用下核桃壳仁滚筒双向分离系统，并分析了每个系统中的关键技术和工作原理；对核桃剪切挤压柔性破壳取仁分离装置的有益效果进行了分析；设计了新型核桃分级设备，并对核桃剪切挤压柔性破壳取仁分离装置三个系统中各自相应的部件进行改进设计。

1.3核桃破壳机的市场预测

随着社会的进步与人们生活水平的提高以及核桃市场的发展，核桃破壳机的市场肯定会越来越好，需求量会越来越大，所以说这一块的市场市很好的。

但是目前这一市场还不成熟，技术也不是很成熟，急需大量的科技工作者涌入这一领域。

2市场上核桃分级、破壳、壳仁分离装置的研究

2.1核桃分级装置

①锥辊式分级装置，如图2-1所示，该装置用一对相对转动的锥形辊挤压核桃，核桃在两锥形辊的带动下不停地翻动，核桃在重力和上端核桃对其侧向挤压力的共同作用沿锥形辊向下移动直至两锥形辊的间隙大于核桃的直径时，核桃通过间隙落下。

理论上锥辊也可用圆辊，只要两端的间距不同即可，且线速度相同，锥辊则线速度不同。

该装置分级时如果核桃进料过多会造成上层核桃无法及时与下层核桃进行交换，使前一级的核桃在后一级甚至后几级才被分离出去，出现分级混杂现象。

另外有的核桃是椭球形的，这些核桃在下滑时，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落，从而造成分级误差。

1.锥辊2.核桃1.进料斗2.出料斗3.栅式滚

图2-1锥辊式分级装置图2-2栅式滚筒分级装置

②栅式滚筒分级装置，如图2-2所示，该装置由栅条组成的有一定锥度滚筒构成，滚筒的转动带动核桃不停地上升和下落，并在重力和离心力的驱动下向前移动，直至从滚筒中脱出。

该装置结构简单，能耗低、分级均匀度高。

1.窝眼辊2.核桃1.核桃2.齿盘3.齿板

图2-3对辊窝眼式破壳装置图2-4双齿盘-齿板式破壳装置

2.2核桃破壳装置

①对辊窝眼式破壳装置，如图2-3所示，对辊窝眼式开口装置的每个辊上同一个圆周平均分布着8个窝眼。

窝眼在整个挤压辊表面上呈交错排列，窝眼纵向间距为54mm，所有窝眼开口半径均为30mm，但不在同一圆周的窝眼的深度都不相同，从13mm依次增加0.5mm直到20mm为止，辊的长度870mm。

该装置能对大小不同的核桃进行定距离挤压，同时挤压时用窝眼抓取核桃，抓取可靠，核桃挤压时不会窜动，能进行可靠的挤压。

破壳的核桃需进行进一步的脱壳。

该装置生产能力>150kg/h，核桃按粒径大小自动分级的准确率>95%，开口率>95%，破碎率<2%。

②双齿盘—齿板式破壳机，如图2-4所示，齿盘旋转带动核桃边旋转边挤进由齿盘、偏心圆弧齿板组成的剥壳区，受到挤压作用，核桃表面产生裂纹并逐渐扩展，直至最终完全破裂，碎壳和仁从最小间隙处掉下。

由于该装置能较好满足“四点加压”原理，且可实现核桃的滚动挤压，因此破裂效果好、碎仁率低。

最大生产率180kg/h，破壳率90%以上，高路仁率70%-90%，其中一路仁率30%-40%。

1.挤压辊2.核桃1.外磨2.核桃3.内磨4.挡板

图2-5变形恒定破壳装置图2-6内外磨破壳装置

③变形恒定破壳装置，如图2-5所示，该破壳装置是由一对螺纹螺方向相反的滚柱组成，在滚柱上切制有螺距恒定的梯形栅纹，栅纹滚柱在结构上保证了核桃的实际变形能随果径的增大而增大。

当核桃夹在一对左、右螺纹之间时，形成了四点加压。

不同果径的核桃可在不同开度处壳。

为避免核桃与滚柱间发生相对滑移，滚柱面进行了“滚花”处理。

④内外磨核桃破壳装置，如图2-6所示，外磨1固定在机架上，内磨3在电机的带动下转动。

核桃2在内外磨之间的间隙内破裂脱壳，当破碎到合适的粒度后，由挡板4与内磨下底之间的缝隙落到落料扳上。

因该机不能自动适应核桃的大小，又由于目前核桃品种不纯、大小不一，因此该机在实际使用中存在一定缺陷，破裂果径不同的核桃，需更换尺寸大小不同的内外磨。

⑤圆盘破壳装置，如图2-7所示，该装置由一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳盘3组成的。

两破壳盘用等速万向节5偶合。

狭缝角度通过动轴承组件1、4可调，狭缝宽度通过破壳盘上的固定螺钉2可调。

落人破壳盘狭缝一侧的核桃6，随盘旋转经最窄处破壳后从另一侧甩出。

该机可破大小混杂在一起的核桃。

1.主动轴2.螺钉3.破壳盘1.定破壳板2.调距手柄3.偏心轴

4.从动轴5.万向节6.核桃4.动破壳板

图2-7圆盘破壳装置图2-86PK-400核桃破壳机简图

⑥平板挤压破壳装置，李忠新等人选用平板挤压破壳方法，采用了一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳板作为核桃破壳工作部件，对核桃进行破壳取仁。

并设计出了6PK-400核桃破壳机，如图2-8所示，该装置由一对端面呈倾斜、上宽下窄的破壳板组成。

动破壳板一端通过铰链连接到壳体，一端可由偏心轴带动做往复曲线运动；定破壳板是一可调挤压直板，上方一端与机体铰接，下方与调距手柄相连，手柄由可转动的一段螺栓