内外磨式核桃破壳机的设计

目录1绪论 (1)1.1本课题来源以及研究的目的和意义 (1)1.2本课题所涉及的问题及国内（外）研究现状及分析 (1)1.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 (2)1.4方案的确定 (3)2设计方案的选择 (4)2.1总体设计 (4)2.2核桃破壳部分的设计 (4)2.3轴的设计 (5)2.4轴的校核 (7)3动力与传动的设计 (14)3.1电动机的主要外型和安装尺寸的选择 (14)3.2联轴器的选择 (14)3.3齿轮的设计与校核 (14)4总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)1绪论1.1本课题来源以及研究的目的和意义近些年来，核桃除销售干果和核桃仁以外，核桃乳品、核桃速食粉类、核桃精等加工产品也已逐步进入市场，另外有少量的核桃油产品在销售，获得了部分消费者的青睐。

市场上对核桃深加工产品的需求正越来越迫切,但核桃的深加工产品较为少见，随着核桃生产的发展脚步不断加快，其后续产品的开发和应用也迫在眉梢[1] 。

在加工过程中，存在的关键问题是核桃脱壳十分的困难。

核桃破壳机的核心装置当属核桃破壳装置。

然而机械破壳常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓破壳,借助撞击作用撞击破壳、利用剪切作用的剪切破壳和利用成对轧辊挤压作用的挤压破壳等。

常见的破壳装置主要有圆盘破壳装置、离心破壳装置、锤击式破壳装置、轧辊式破壳装置、对辊窝眼式开口装置、冲压式破壳装置、齿辊破壳装置、核桃锯口破壳装置、核桃破壳挖核装置和平板挤压式破壳装置等。

针对核桃加工存在的问题和市场的不断需求，确定核桃加工工艺有很重要的现实意义，核桃加工除了脱青皮、核桃分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可以进行进一步的深加工。

人工破壳效率较低而且难以满足生产发展的要求，故研制高效破壳机俨然已成为当务之急[2]。

本课题中，将内外磨式核桃破壳装置运用于此处，重点研究核桃破壳机的内外磨破壳部分，以改善现存的破壳率较低、损失率较高、果仁完整性较差、通用性较差、机具性能较为不稳定、适应性较差、作业成本较高等一系列的大小问题,其装置可用于具有一定直径大小的核桃破壳作业，即分级后的核桃的破壳作业，能较为高效的完成核桃破壳任务。

如果全疆全团的核桃全部采用机械破壳，可节省大量劳动力去从事除核桃以外经济价值作物的田间管理工作，社会效益可以显著提高。

该方法的研究同时给破壳装置的改进提出了新的可行的可行性方向，为其他坚果破壳装置的研制提出了新的思考方向。

该课题的研究可以进一步促进新疆维吾尔自治区及兵团各部的核桃产业的发展，可以为核桃深加工企业提供一种有力的可利用方式，为新疆的农业现代化以及机械化的发展之路做出应有的贡献。

1.2本课题所涉及的问题及国内（外）研究现状及分析1.2.1国外研究现状及分析目前核桃生产国中生产水平最高、最有代表性且市场占有份额最大的当数美国。

美国可谓核桃生产上年轻而又强大的王国之一。

美国核桃采收的机械化程度相当高，核桃收获过程首先是喷洒乙烯利(是一种果实催熟药剂)，其次用振落机采收，接着用脱青皮机脱皮，再接着用清洗机清洗，再接着用烘干机烘干、最后利用冷库进行干燥处理和贮藏。

在加工果仁的过程中采用破壳机破壳，紧接着通过气流分选机进行壳仁分离，然后用分色机将果仁分为出浅色深色，再分出碎仁，最后才分别称重并包装销售[3]。

由于美国的主栽的核桃品种只有豪沃、迪哈特、利希尔、强特勒、维纳、土莱尔这 6 个，其质地优良，规格统一，有利于机械化破壳作业的进行，因此核桃破壳机在美国发展较快、较迅速。

其主要的核桃破壳机类型有：①Larry H. Hemry 及其合作人研制的专利号为 6098530 机械式核桃破壳机[4]。

该机的主要结构有机架、料斗、可调节定位板、破碎装置、传动机构等。

机械式核桃破壳机可以通过调节可调节定位板与破碎装置间的间隙来适应各类坚果的破壳作业。

②Kenneth R. Evans及其团队研制的专利号为 4201126 核桃破壳机[5]。

该机主要有喂料斗、输送装置、破壳装置和出料口等。

破壳作业时，待破壳的核桃由输送装置从料箱运送到破壳装置，然后进行破壳作业。

③Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack团队研制的专利号为 6516714 核桃破壳机[6]。

该机主要有机架、箱体、滚筒、旋转破壳装置和出料口等。

该机完全可以成功而有效地击打核桃将其壳仁分离。

④John W. Brazil及其团队发明的专利号为 4255855 核桃钳[7]。

该钳有把手、可调柱塞、夹头、底座和固定套等。

使用的时侯，只需将核桃放置在底座上，接着通过操纵把手推动可调柱塞在固定套内来回滑动，可调柱塞伸出以使夹头将核桃推到刚性砧底座上，将核桃夹紧并破壳。

⑤Michael P. Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 团队研制的专利号为 5325769 核桃破壳机[8]。

该机主要有机架、喂料斗、输送装置、击打装置和传动装置等。

破壳作业时，料箱中的核桃由输送装置逐个逐个的运送到击打装置，然后由凸轮机构控制击打打头将核桃壳打破使其壳仁分离。

显然，核桃破壳的装置种类很多，但都有一定的地域性与时域性的限制，有的破壳装置是特意为某种特定的核桃品种而设计的，专门的为桃破壳装置而去大量推广某核桃品种也有一定的难度；但其设计已经为内外磨式核桃破壳机的设计提供了大量可供参考的实验数据及研究方法，为设计提供了无可挑剔的参考样本。

同时也大大方便了本设计的进行。

1.2.2国内研究现状及分析目前，我国已研制开发出了很多坚果破壳机械，但是核桃破壳机的发展脚步是相当缓慢，并且能够进行批量化生产的成熟机型并不多，远远不能满足实际生产的需要。

具有代表性的一些核桃破壳机主要有：①新疆农业大学的史建新、乔园园、董远德等研究人员和其团队研制的新型核桃破壳机。

该机主要有喂料斗、喂料拨轮、机架、物料输送圆盘、导向摩擦盘、触点开关、气缸、供气组件、时间继电器和电磁阀等。

破壳作业时，摩擦盘驱动物料输送圆盘外圆周上均布的导向辊子推动核桃转动实现其导向的目的，而时间继电器利用电磁阀控制活塞杆对核桃进行击打破壳作业。

该新型核桃破壳机结构简单明了、破壳效率较高，能顺利而又方便地实现核桃的机械化破壳取仁的破课作业的目的[9]。

②王琦祥先生研制的核桃破壳作业机，该机有一对保持一定夹角的工作盘、储料斗、出料斗、带爪钩链条等。

利用链条进行运行，链条上以一定间距分布的爪钩可以方便的将核桃从储料斗里一个接一个的抓起送入一对保持一定夹角的工作盘之间，伴随着工作盘的旋转可以将核桃外壳压碎而又保持核桃仁的完整性不受损，被压碎的全部外壳和核桃仁共同落入带有斜面的出料斗，借助该斜面的作用使已破碎外壳和核桃仁在出料斗出口处完全分开。

该机可以将大小不一且混在一起的核桃进行破壳[10]。

③吴子岳教授通过对绵核桃物理机械特性的不断测定以及内力分析，提出了破裂绵核桃壳破壳取仁的原理，同时研制了双齿盘—弧齿板式破壳装置与绵核桃破壳取仁机，该机主要有机架、喂入装置、破壳装置、调速电机、出料斗等。

该破壳机的最优运动参数是：齿盘的转速为70～80r/min，喂入轮的转速为25r/min 左右，最大生产率约为180kg/h[11]。

④光旭、冯昱、李琳娜和他们团队人员研制的核桃破壳机。

该机有底座、破壳组件等，其中的破壳组件由活动块和固定块组成，有底座一端设置固定块，蜗杆的一端设置活动块，蜗杆的另一端外套弹簧，蜗杆与蜗轮形成配合，蜗轮轴的下端固定在机器底座上，蜗轮轴的上端安装操作手柄。

该机的省力效果很明显，破壳效果较好，易掌握施力的大小程度[12]。

⑤董诗韩, 史建新进行了针对国内挤压式核桃破壳机的缺点的研究, 提出一种多辊挤压式核桃破壳机的研制, 该机选择间断性挤压式破壳的方法, 利用破壳辊和多对辅助破壳辊形成从大到小间断性的多工位挤压破壳工作区域, 用该区域对核桃进行破壳取仁作业[13]。

我国核桃破壳机的设计更加注重本土核桃的破壳工作以及运营成本，有自己的特色，设计思路更容易理解与融化，设计本身更加具体化，为内外磨式核桃破壳机的设计奠定了设计的基础。

1.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析本课题所涉及的任务较为繁重与复杂，但是我们处于一个资源非常丰富的环境之中，如果有不懂的问题就可以向较为渊博的老师和同学寻求帮助，因此我应该充分利用这样难得的机会，利用一切对我们有利的资源，努力将我的设计做到最好，由于核桃破壳的机械，在国内外的研究起步都较晚，所以技术还有待完善，同时与其相关的学术报告也不是很丰富，所以我们应该通过多种途径试探性的研究与设计，在内外磨式破壳装置的方向去不断设计构思核桃破壳机械，以达到破壳最优效果的目的。

新疆的核桃早以其个大、皮薄、质优闻名全国各个地方，因为薄壳和中壳核桃的横隔膜退化或呈膜质，内褶壁退化且不发达，相对易于用机械破壳作业的进行，新疆核桃品种性状的不断改良的脚步也为机械化破壳取仁作业提供了有利条件。

那么，成功设计出核桃破壳机应该达到以下几个任务要求[14]：要求破壳率较高，碎仁较少，其中高路仁率较高，即整仁和半仁含量较高，仁壳分离较为彻底。

在能保证能破壳作业完成的前提下,失效变形越小越好,破碎时获得的整仁越大越好。

可以通过减少失效变形的机理明显提高坚果的破壳质量和果仁的回收率。

1.4方案的确定本课题重点研究核桃的破壳作业的破壳部分，以用来改善现存的破壳率较低、损失率较高、果仁完整性较差、通用性较差、机具性能较不稳定、适应性较差、作业成本较高等一系列的问题[15]。

1.4.1关键问题解决思路：对内外磨式核桃破壳机的主要部件是带有齿槽的内外磨。

因该机不能自动适应核桃的大小.又由于目前核挑挤压磨进行了设计研究，确定了核桃在挤压磨中的导入条件, 给出了挤压磨之间间隙、直径、长度的确定方法。

对核桃破壳机械的挤压磨进行设计时, 挤压磨必须满足两个条件,一是核桃在挤压磨间被夹持而不滑脱(即导入条件); 而是满足设计要求的生产[16]。

1.4.2设计方法：用内外磨挤压方式进行核桃破壳。

其破壳工作的原理图如图1-1。

外磨l先固定在机架上，内磨3在减速电机的带动下不停地转动。

核桃在内外磨之间的间隙之中破裂脱壳，当破碎到合适的粒度后，由挡板4与内磨3下底之间的足够大小的缝隙落到落料扳上。

核桃品种不纯、大小又不一，因此该机具在实际的使用过程中存在有一定缺陷，破裂果径不同的核挑时，必须更更换尺寸大小不同的内外磨部分。

内外磨式核桃破壳机应该由内外磨、机架、传动系统和出料板组成，重点对内外磨式核桃破壳装置进行深入设计，包括对内外磨的尺寸大小及内磨外侧面倾角的大小等等。

内外磨设计的原理如图1-1。

由于该装置很好地利用了磨壳原理，而且实现了核桃的冲击挤压及磨损，但破裂效果、取仁率等还需进行试验。