杏仁破壳机的设计与仿真

杏仁破壳机的设计与仿真杏核破壳是杏仁加工过程中的重要环节，杏核破壳制约杏仁加工的发展。

通过对国内外杏核破壳机相关文献的分析和整理，本文对杏核破壳进行相关试验研究，分析确定影响杏核破壳的一些主要因素，通过正交试验筛选出一些影响杏核破壳的主要因素，从而为杏核破壳机的设计奠定研究基础。

通过试验分析表明，影响杏核破壳的主要因素排序为压缩行程、压缩速度、杏核干湿度、品种放置方式，一、杏仁概况1、杏仁的产量及分布全世界的杏果绝对产量并不很大，近些年一直在160万吨左右，但分布范围却相当广。

从杏的起源中心欧亚大陆到非洲大陆，越过大洋到达美洲和澳洲，以及太平洋上的一些岛屿，也都有杏的栽培和分布。

除了中国外，全世界杏产量最多的是前苏联南部的亚美尼亚阿塞拜疆土库曼等，年产量在29万吨左右；其次是土耳其，主产区在安纳托利亚中部的河谷和平原，东部直到埃尔金詹和卡尔斯，年产量为16万吨左右；第三位是西班牙，年产15万吨；美国占第四位，年产量为13万吨，主产区在太平洋沿岸的加利福尼亚州、华盛顿州和犹他州等。

其它年产量不足10万吨但超过1万吨的国家依次是：意大利、希腊、摩洛哥、法国、伊朗、叙利亚、罗马尼亚、澳大利亚、保加利亚、突尼斯、埃及。

看来，杏虽像是一种世界性的果树，但它的栽培却都在水分不多的山区。

中国杏除南方沿海和台湾省外，大多数省区都有分布，但以河北、山东、辽宁、山西、河南、山西、甘肃、青海、新疆、内蒙等省区栽培较多。

各地亦有相对集中的产区，但产量一般不大。

2、杏仁的营养成分杏仁中硒的含量远远高于核桃仁、花生仁、葵花仁和松籽仁，为各仁果之冠。

硒是带负电荷的非金属离子，在生物体内可与带正电荷的有害金属离子相结合，形成金属一硒一蛋白质复合物，把诱发病变的金属离子排除体外，从而解除金属离子对人体的毒害，故硒又称天然的解毒剂。

世界卫生组织宣布硒是人和动物生命活动中必须的微量元素。

美国FDA亦明文规定，为保证人体能获得足够的硒，食品中必须添加一定的硒。

中国营养学会推荐的成人对硒的摄入量为每日50-250微克。

苦杏仁甙亦称维生素B17，或左旋基睛-β-葡萄糖醛酸，属氰甙，是杏属植物特有的物质。

小白杏仁中含苦杏仁甙约为0.08-0.1%，它能抑制或杀死癌细胞，缓解癌痛。

美国Emest Kvebs博士是第一个将苦杏仁甙用于临床治疗的，并认为它是一种必需的维生素。

如今多个欧美发达国家认为，制造和使用苦杏仁甙治疗癌症是合法的，他们认为苦杏仁甙的功能在于给肌体提供低剂量而恒定的HCN(氢氰酸)，人和其他哺乳动物体内有一种硫氢酸酶，能使氰化物转变成硫氰酸盐，从而缓解毒性达到治疗的目的。

二、杏仁破壳机的发展及现状国外早在20世纪60年代初,就着手研制杏仁破壳机破壳机具,至80年代初,美国、意大利、法国等已相继推出了各种杏仁破壳机破壳机,如夏威夷果破壳机、杏仁破壳机等。

经过数十年的发展,杏仁破壳机破壳机具已日趋成熟,目前,正朝着机电一体化方向发展。

我国在传统脱壳设备的基础上,尽管正在积极研制和开发各种类型脱壳机械,但其发展相当缓慢,同时成熟的机型及进行批量生产的不多,远远落后于农产品深加工的需求。

在技术上还存在如下问题:(1)脱壳率低,脱壳后的籽仁破碎率高,损失大;(2)机具性能不稳定,适应性差;(3)通用性差:多数脱壳机只适应某一种籽粒的脱壳作业,而不能够通过更换主要工作部件来适应其他籽粒的脱壳,利用率低;(4)作业成本偏高:我国脱壳机械尚未形成规模和系列,多数是单机制造,制造的工艺水平较低,故制造成本偏高。

(5)有些产品仅进行了样机试制或少量试生产,未进行大量生产性考核和示范应用,作业性能、可靠性、耐久性及商品性等方面还存在不少问题。

三、机械脱壳方法1、撞击法脱壳撞击法脱壳撞击法脱壳是物料籽粒高速运动时突然受阻而受到冲击力，使外壳破碎而实现脱壳。

物料由高速回转甩料盘使籽粒产生一个较大的离心力撞击壁面，只要撞击力足够大，籽粒外壳就会产生较大的变形，进而形成裂缝。

当籽粒离开壁面时，由于外壳和粒仁具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度，籽仁受到的弹性力较小，运动速度也不如外壳，阻止了外壳迅速向外移动而使其在裂缝处裂开，从而实现籽粒的脱壳。

撞击脱壳法适合于仁壳间结合力小，仁壳间隙较大且外壳较脆的籽粒。

2、碾搓法脱壳物料籽粒在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作用，使籽料的外壳被撕裂而实现脱壳。

籽粒经进料口进入定磨片和动磨的间隙中，动磨片转动的离心力使籽粒沿径向向外运动，也使籽粒与定磨间产生方向相反的摩擦力;同时，磨片上的牙齿不断对外壳进行切裂，在摩擦力与剪切力的共同作用下使外壳产生裂纹直至破裂，并与籽仁脱离，达到脱壳的目的。

[7]3、剪切法脱壳杏核在固定刀架和转鼓之间受到相对运动刀板的剪切力作用，外壳被切裂并破开，实现外壳与籽仁的分离。

刀板转鼓和刀板座为主要工作部件，在刀板转鼓和刀板座上均装有刀板，刀板座呈凹形且带有调节机构，可根据籽粒杏核的大小调节刀板座与刀板转鼓之间的间隙。

当刀板转鼓旋转时，与刀板之间产生剪切作用，使物料外壳破裂和脱落。

4、挤压法脱壳挤压法脱壳是靠一对直径相同转动方向相反，转速相等的圆柱辊，调整到适当间隙，使籽粒通过间隙时受到辊的挤压而破壳，图2-1。

在破壳的过程中籽粒能否顺利地进入两挤压辊的间隙，取决于挤压辊及与籽粒接触的情况。

要使籽粒在两挤压辊间被挤压破壳，籽粒首先必须被夹住，然后被卷入两辊间隙被挤压破壳。

两挤压辊间的间隙大小是影响籽粒破碎率和脱壳率高低的重要因素。

5、搓撕法脱壳搓撕法脱壳是利用相对转动的橡胶辊筒对籽粒进行搓撕作用而进行脱壳。

两胶辊水平放置，分别以不同转速相对转动，辊面之间存在一定的线速差图2-2，橡胶辊具有一定的弹性，其摩擦系数较大。

籽粒进入胶辊工作区时，与两辊面相接触，如果此时籽粒符合被辊子啮入的条件，即啮入角小于摩擦角，就能顺利进入两辊间。

此时籽粒在被拉入辊间的同时，受到两个不同方向的摩擦力的撕搓作用;另外，籽粒又受到两辊面的法向挤压力的作用，当籽粒到达辊子中心连线附近时法向挤压力最大。

四、杏仁破壳机加工机械存在的问题分析目前，我国杏核粗加工方法十分落后。

在进行杏仁破壳机加工时，其脱壳处理是一个关键而又困难的工序，因果壳主要由纤维素和半纤维素组成，壳仁间隙小，壳较为坚硬、难以剥离。

然而研制干壳杏仁破壳机剥壳机，既可以利用干壳杏仁破壳机晒干后好贮藏的条件，又能开展常年性加工，还能缓和淡季市场杏仁破壳机紧俏的矛盾。

在脱壳过程中，果仁破碎的程度与果壳和果仁的物理、机械特性、杏仁破壳机品种及施加力的大小等因素有关。

国外早在20世纪60年代初，就着手研制杏仁破壳机剥壳机具，至80年代初，美国、意大利、法国等已相继推出了各种杏仁破壳机剥壳机。

如夏威夷果剥壳机、杏仁剥壳机等。

经过数十年的发展，剥壳机具已日趋成热。

目前，正朝着机电一体化方向发展。

但我国剥壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展。

在一些生产应用的机具中，存在如下几个突出的问题。

因而，难以推广应用。

1、剥壳率低不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，果仁去净率不高，有些剥壳机剥壳率只有50﹪。

这是杏仁破壳机剥壳机推广使用的最大障碍；2、损失率高由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难以回收而被弃除。

有些机具果仁损失率高达20﹪；3、果仁完整性差有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值；4、通用性差一般剥壳机仅能用于某一品种杏仁破壳机的剥壳作业，对于不同品种的杏仁破壳机，不能通过更换主要零部件来实现一机多用；5、机具性能不稳定，适应性差为某类杏仁破壳机专门开发的专用机型，在该杏仁破壳机品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差；6、作业成本偏高我国杏仁破壳机剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平低、成本高，也因为通用性差，不能一机多用，使得生产企业设备配置的成本高，致使加工杏仁破壳机的作业成本增加。

五、杏核破壳机的总体设计与仿真1、刮板结构的设计刮板结构是整个机器的关键部分，它的作用就是对小白杏杏核果进行去壳。

此结构采用四钢板十字交叉固定在旋转筒架上，因为采用的是打击和挤压两种方式配合进行去壳，所以对刮板的强度有一定要求，采用材料是45号钢，而且刮板的表面必须进行处理，表面渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。

刮板选用四块8mm厚钢板，长⨯宽=500mm⨯129mm，刮板外缘距旋转中心距离250mm。

固定刮板的筒架结构，其内径为26mm，外径120mm，刮板固定支架长度为140mm，截面尺寸40mm⨯20mm，每块刮板由两根固定支架固定，两者间采用M10螺栓联接。

2、半栅笼的设计半栅笼在机器中的作用是让已经被去壳的小白杏杏核与未被去壳的小白杏杏核进行分离，其分离的原理就是“小个通过，大个不过”。

半栅笼的每一个栅格都只能容许一个小白杏杏核仁大小的物体通过，被去壳的小白杏杏核由于小白杏杏核壳的破裂，被变成破碎的小白杏杏核壳和整粒的小白杏杏核仁，小白杏杏核仁的大小刚好可以穿过栅格，而小白杏杏核果因为太大，无法通过栅格，将被阻挡在去壳箱内，继续进行去壳直到其外壳破碎为止。

栅条是利用两块墙板对两端进行固定的，墙板材料为HT200，栅条材料为20号钢。

栅条采用圆截面长条，长度为538mm，因其特殊的作用，还需对其进行表面处理，要求渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。

栅条的两头装砌在墙板的圆形槽内，组成半圆栅笼，栅条间距为10mm，这样可使剥出的小白杏杏核仁能通过栅格，而未去壳的刚不能通过，装砌完成后要太上锁紧条，防止栅条松动。

3、箱体的设计箱体的作用是提供给刮板一个封闭的去壳环境，并对相关结构起到支承和定位作用。

为了便于轴系部件的安装和拆卸，将箱体做成剖分式，箱由箱座和箱盖组成，，取轴的中心线所在平面为剖分面。

箱座和箱盖采用普通螺栓联接，用圆锥销定位。

箱体的材料选用HT200，铸造成型。

具体结构设计见零件图。

4、壳仁分离装置的设计壳仁分离装置分为两个部分，一个是气流通道，它的一端接风机，另一端安装在箱体的下方，还有就是壳与仁的收集板，它同样也安装在箱体下方。

小白杏杏核经过箱体内的去壳过程后，将由此装置对其进行壳仁分离，分离的基本原理是利用小白杏杏核壳与小白杏杏核仁的重量及受力面积的不同，用气流对其进行分离。

重量稍重的不被气流吹走，直接下落到小白杏杏核仁收集通道，而重量较轻的小白杏杏核壳将被风机吹来的气流带入到小白杏杏核壳收集通道。

具体结构见装配图。

5、机架的设计整个机架采用L63*63*6角钢焊接而成，起到其它几个部分的支承、定位、连接作用，并将电机安装在机架里面[11]。