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分級(jí)擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
趙成偉 蘭海鵬
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：我國從20世紀(jì)80年代開始著手破殼機(jī)的研究和開發(fā)，但由于存在一些技術(shù)難點(diǎn)，至今此類機(jī)器沒有得到大范圍的推廣和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)核桃加工的機(jī)械化生產(chǎn)，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)以及核桃的破殼，所以所設(shè)計(jì)的機(jī)器名為分級(jí)擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)所做的主要工作是介紹國內(nèi)現(xiàn)存的核桃分級(jí)、破殼、殼仁分離技術(shù)，進(jìn)行分級(jí)、破殼部分的設(shè)計(jì)，形成整體的機(jī)型。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)子進(jìn)行電機(jī)的選擇，帶輪的選擇，以及帶的選擇，并進(jìn)行軸的計(jì)算及選擇。設(shè)計(jì)的目的是大大提高核桃破殼的效率，并且保持核桃仁的完整度較高。
關(guān)鍵詞：分級(jí)；破殼，效率；完整度
中圖分類號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
收稿日期：2016-05-28
作者簡(jiǎn)介：趙成偉，男，本科生，研究方向：核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)研究，Email：1005045344@qq.com。
0引言
核桃為胡桃科、胡桃屬植物，喬木，高達(dá)20 .25米；樹干較別的種類矮，樹冠廣闊；樹皮幼時(shí)灰綠色，老時(shí)則灰白色而縱向淺裂；小枝無毛，具光澤，被盾狀著生的腺體，灰綠色，后來帶褐色。核桃皮毒性較大，可入藥，治療皮膚膿癤等。
核桃果仁具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及礦物原素，并具有潤(rùn)肺強(qiáng)腎、降低血脂，預(yù)防冠心病之功效，長(zhǎng)期食用具有益壽養(yǎng)顏，抗衰老等作用。
核桃果仁具有很高的藥用價(jià)值，核桃仁有“補(bǔ)氣養(yǎng)血，潤(rùn)燥化痰，益命門，處三焦，溫肺潤(rùn)腸，治虛寒喘咳，腰腳重疼，心腹疝痛，血痢腸風(fēng)”等功效。長(zhǎng)期食用益壽養(yǎng)顏、抗衰老，孕婦食用對(duì)胎兒智力發(fā)育有神奇功效。
核桃果仁具有很高的食用價(jià)值，用東北山核桃加工而成的高級(jí)食用植物油，油色清味香，品位高檔，含有脂肪酸、油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸占88%-96%之間，高于油茶油，也高于食用橄欖油。常食山核桃仁、油產(chǎn)品，具有健脾開胃、潤(rùn)沛強(qiáng)腎、滋補(bǔ)康復(fù)、預(yù)防冠心病和降低血脂的功效。是一種健康味美、營養(yǎng)豐富的天然綠色營養(yǎng)食品。
種仁多破碎成不規(guī)則的塊狀，完整者類球形，由二瓣種仁合成，皺縮多溝，凹凸不平。外被棕褐色薄膜狀的種皮包圍，剝?nèi)シN皮顯黃白色。質(zhì)脆，子葉富油質(zhì)。氣微弱，子葉味淡，油樣，種皮味澀。以色黃、個(gè)大、飽滿、油多者為佳。
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，核桃的價(jià)值與功能進(jìn)一步被世人所
認(rèn)識(shí)，在國內(nèi)外的市場(chǎng)上，人們對(duì)核桃及其加工品的需求量不斷增加。這就為核桃的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)，同時(shí)也對(duì)核桃的安全生產(chǎn)和加工質(zhì)量提出了更高的要求。但由于核桃品種繁雜，尺寸各異、形狀不規(guī)則、核仁與核殼間隙小，這個(gè)間隙小于殼完全破裂時(shí)的變形量，這大大增加了核桃的破殼取仁難度。破殼后還有很多的工作要完成，怎樣實(shí)現(xiàn)殼仁分離是面臨的又一大難題。這是核桃破殼技術(shù)方面存在的主要問題。性能良好的破殼機(jī)有以下三個(gè)特點(diǎn)：
1 破殼效率高；
2 破殼后核仁的清潔度高；
3 破殼機(jī)自動(dòng)化程度高。
1核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定
核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，要想設(shè)計(jì)出一款好的機(jī)器，就要在經(jīng)濟(jì)性
和實(shí)用性上下功夫。要綜合考慮諸多方面的因素，包括產(chǎn)品實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，安全性，實(shí)用性就要
要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品便于操作，經(jīng)濟(jì)性則要求產(chǎn)品效率高，同時(shí)自動(dòng)化程度高，節(jié)省勞動(dòng)力，降低勞
動(dòng)成本。安全性要考慮所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中安全系數(shù)要高，充分考慮工人的人身安全。
基于以上所要考慮的各個(gè)方面，我們要通過所學(xué)的專業(yè)知識(shí)對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，使得產(chǎn)品在后期的工作中沒有后顧之憂。
通過對(duì)國內(nèi)外核桃破殼機(jī)的分析，以及查閱大量文獻(xiàn)資料，此次我設(shè)計(jì)的是分級(jí)擠壓式核桃破殼機(jī)。整個(gè)裝配圖由進(jìn)料口、機(jī)架、分級(jí)部分、擠壓部分、傳動(dòng)部分、電動(dòng)機(jī)等組成。核桃由入料口進(jìn)入分級(jí)部分然后經(jīng)過擠壓部分破殼最后進(jìn)行收集。
1.1 核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
分級(jí)擠壓式核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)包括：進(jìn)料口，分級(jí)篩網(wǎng)，篩軸，擠壓板，輥?zhàn)樱瑱C(jī)架，電動(dòng)機(jī)，大皮帶輪，小皮帶輪等組成。
1.2 工作原理
工作原理：核桃經(jīng)由進(jìn)料口進(jìn)入破殼機(jī)，先進(jìn)入分級(jí)篩網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，經(jīng)過分級(jí)處理后，核桃按照其大小的不同被分為若干等級(jí)，被分級(jí)好的核桃掉落至核桃擠壓裝置中，可以根據(jù)核桃的大小來制定核桃破殼擠壓的具體距離，在發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以后，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，核桃在該擠壓區(qū)受到連續(xù)四點(diǎn)擠壓，最后破殼成功。下圖1-1為本次設(shè)計(jì)機(jī)器總體裝配圖：
圖1 分級(jí)擠壓式核桃破殼機(jī)
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1 核桃破殼機(jī)分級(jí)篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)比我們前面提到的各種分級(jí)裝置，柵式滾筒分級(jí)裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，耗能少，并且分級(jí)精度也比較理想，分級(jí)均勻度高，所以我們選用此裝置作為本機(jī)的分級(jí)裝置，如圖2-1所示：
圖2 柵式滾筒分級(jí)裝置
為了防止核桃在兩條柵條之間移動(dòng)混亂，在此對(duì)柵條滾筒進(jìn)行改進(jìn)，我在柵條的垂直方向上加上一圈一圈的鋼圈，如圖2-2所示，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)核桃不停地上升和下落， 并在重力和離心力的驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)， 直至從滾筒中脫出。因?yàn)楹颂沂遣灰?guī)則的近似圓形，并且單靠重力與離心力的作用很難使核桃向前移動(dòng)（柵條的錐度也并不是很大），所以我在滾筒內(nèi)設(shè)計(jì)加上一個(gè)像彈簧一樣的螺旋裝置，，螺旋的厚度為5厘米，使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn)，這樣核桃就會(huì)隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動(dòng)。
圖3 分級(jí)篩選裝置
2.2 核桃破殼機(jī)破殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)我們前面提供的幾種破殼方式，綜合分析利弊，我們?cè)谶@里選擇變形恒定破殼裝置，該破殼裝置是由一對(duì)螺紋方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實(shí)際變形能隨果徑的增大而增大，如圖2-3所示。 當(dāng)核桃夾在一對(duì)左 、右螺紋之間時(shí) ， 形成了四點(diǎn)加壓，兩個(gè)滾柱發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃在壓力的作用下，進(jìn)行破殼。
圖4 對(duì)輥窩眼式破殼裝置
但是此裝置也有一些不足之處，最大的弊端就是兩個(gè)滾柱之間的距離是不可調(diào)整的，雖然說兩個(gè)滾柱之間的距離根據(jù)滾柱上螺紋的直徑大小的改變是能夠改變的，但是因?yàn)闈L柱整體的直徑不會(huì)很大，所以這個(gè)距離的改變是非常有限的。并且由于是兩個(gè)滾柱，四點(diǎn)加壓只有一個(gè)地方，會(huì)影響破殼的效果。最后由于滾柱的表面比較光滑，可能在擠壓時(shí)發(fā)生打滑。
3 各部分零件的選擇與校核計(jì)算
我在此基礎(chǔ)上對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2-4所示，讓其中的一個(gè)滾柱固定，不再轉(zhuǎn)動(dòng)，并且去掉螺紋，
在上面加一個(gè)鋸齒形的板子，形成擠壓板。另一個(gè)滾柱設(shè)計(jì)成一個(gè)輥?zhàn)?，不再用螺旋結(jié)構(gòu)，在擠壓部分設(shè)計(jì)成鋸齒形，輥?zhàn)优c擠壓板的距離可以通過手輪調(diào)節(jié)，在輥?zhàn)拥匿忼X形部分加上一條筋。
這樣設(shè)計(jì)最大的好處就是可以根據(jù)核桃的大小自由的調(diào)節(jié)擠壓板與輥?zhàn)又g的距離，以適應(yīng)實(shí)際情況，并且由于擠壓板上面是一個(gè)鋸齒形的板子，在破殼的過程中可以持續(xù)的四點(diǎn)加壓，由于有筋的緣故，所以會(huì)減小打滑的情況，提高破殼的效率。
圖5 分級(jí)擠
3.1 帶輪的選擇
確定帶輪基準(zhǔn)直徑：查表知道主動(dòng)輪的最小基準(zhǔn)直徑為：
根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑系列與實(shí)際情況：
計(jì)算從動(dòng)輪（大皮帶輪）的基準(zhǔn)直徑，取傳動(dòng)比為1:3：
根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列，取：
，
驗(yàn)算帶的速度：
速度在?5-25m/s內(nèi)，合適。
3.2 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
本設(shè)計(jì)中有四處要求使用鍵聯(lián)接，一處為電機(jī)軸處與小皮帶輪的連接鍵，此處為鍵1，此處軸的直徑d1=19mm。一處是在篩軸與大皮帶輪的連接處，此處為鍵2，此處軸的直徑d2=22mm，一處是輥?zhàn)优c小皮帶輪的連接處，此處的鍵為鍵3，此處軸的直徑d3=21mm，最后一處為調(diào)整絲杠與手輪的連接處，此處的鍵為鍵4，此處軸的直徑d4=18mm。一般8級(jí)以上的精度要有定心精度的要求，所以選擇用平鍵聯(lián)接，此處用圓頭普通平鍵（A）型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中53頁查得鍵1的截面尺寸，并且根據(jù)課本106頁表6-1的尺寸的基本規(guī)定,把鍵的尺寸確定為：寬度b=6mm，高度h=6mm，參考小皮帶輪的輪轂的寬度和鍵的長(zhǎng)度系列，可以確定取此鍵的長(zhǎng)度L=80mm。查得鍵2的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，根據(jù)大皮帶輪的輪轂寬度取此鍵的長(zhǎng)度L=40mm。查得鍵3的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm。由輪轂的寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取該鍵的鍵長(zhǎng)L=40mm。查得鍵4的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由手輪的輪轂寬度結(jié)合長(zhǎng)度系列取此鍵的鍵長(zhǎng)為：16mm。
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