分级击打式山核桃破壳机的设计

并 试 制 了 一 种 自 分 级 击 打 式 山 核 桃 破 壳 机 。首 先 对 山 核 桃 的 力 学 性 能 进 行 了 分 析 ，然 后 设 计 了 分 级 机 构 和 击 打
机构 。同 时 ，对 关 键 的 零 部 件 进 行 有 限 元 仿 真 分 析 ，并 通 过 试 验 验 证 。结 果 表 明 ： 样 机 的 破 壳 率 在 99 ． 24 % 左 右 ，
文章编号： 1003－188X（ 2019） 09－0056－06
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2019.09.010
0 引言
山核桃又名 小 核 桃，主 要 产 于 皖、浙 交 界 的 天 目 山 区 及 昌 北 区，具 有 较 高 的 营 养 价 值 和 独 特 的 风 味［1－2］。随着种植规模和需 求 量 的 增 加，采 用 人 工 敲 打 破 壳 取 仁 的 方 法 不 仅 效 率 太 低 、人 工 成 本 较 高，且 容易产生二次污染，品质不能保证［3－4］。
压力变化曲线可分为 3 个阶段： 第 1 阶段，对壳体 进行的压缩力开始 增 加 ，此 时 山 核 桃 壳 体 的 形 变 量 较 小，压缩位移在 0 ～ 0．3mm 之间，为弹性受力阶段； 第 2 阶段，随着压力的继续增加，当形变达到 0． 3 ～ 0． 7mm 时 ，压力迅速增加 ，此 时 壳 体 开 始 屈 服 破 裂，然 而 破 裂 不完全，为屈服破裂阶段； 第 3 阶段，破裂的壳体不能
2019 年 9 月
农机化研究
第9期
分级击打式山核桃破壳机的设计
宋 超，陈超超，刘贤喜，张开兴
（ 山东农业大学 机械与电子工程学院，山东 泰安 271018）
摘 要： 针 对 目 前 我 国 山 核 桃 破 壳 机 适 用 机 型 少 、大 部 分 地 区 山 核 桃 破 壳 仍 以 手 工 为 主 的 破 壳 方 式 的 现 状 ，设 计
国内外学者对山核桃破壳机械进行了大量的研 究。曹成茂［5］等设计了一种凹槽滚筒载料的 山 核 桃 破壳机械； Ojolo［6］等设计了一种通过机械臂和载有山 核桃的转轮进行挤压从而实现破壳的山核桃破壳机。 因为山核 桃 个 体 存 在 较 大 差 异，故 破 壳 效 果 参 差 不 齐［7－8］。针对山核桃个体存 在 差 异、大 部 分 破 壳 机 械 没有进行分级击打 的 现 状 ，研 制 了 一 种 自 分 级 击 打 式 山核桃破壳机 ，设计 了 分 级 机 构 和 击 打 机 构 对 山 核 桃 进行逐个破壳作业 ，保 证 了 不 同 尺 寸 的 山 核 桃 的 破 壳 质量 。本机提高了破 壳 率 ，加 快 了 山 核 桃 破 壳 机 械 化 的步伐。
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2019 年 9 月
农机化研究
第9期
保持 稳 定，压 力 迅 速 下 降，碎 裂 的 果 壳 碎 片 散 落 开 从 而不能再承受压力，为余裂阶段。
2 整机结构及工作原理
分级击打式山核 桃 破 壳 机 主 要 由 分 级 机 构 、破 壳 机构及分离机构等部件组成，如图 2 所示。
风机产生的气流促使壳仁分离开来。
00） 作者简介： 宋 超（ 1992 － ） ，男，山东 济 宁人，硕 士 研 究 生，（ E － mail）
eddisc@ 163．com。 通讯作者： 张开兴（ 1984－） ，男，山东泰安人，副教授，硕士生导师，（ E
－mail） kaixingzhang@ 139．com。
图 1 破壳压力变化曲线图 Fig．1 Broken shell pressure variation graph
果仁 损 伤 率 在 6 ． 47 % 左 右 。击 打 式 山 核 桃 破 壳 机 破 壳 率 高 ，果 仁 损 伤 率 在 合 理 区 间 ，是 一 种 新 型 高 效 的 山 核 桃
破壳机械。
关键词： 破壳机； 击打式； 分级机构； 有限元分析； 破壳率
中图分类号： SBiblioteka Baidu26．4
文献标识码： A
11．减速机 12．电动机 13．风机 14．从动轮 图 2 山核桃破壳机的原理示意图
Fig．2 Schematic diagram of pecan shell breaking machine
工作原理： 将处理后的山核桃加入喂料料斗中， 山核桃在重力的作用下流入分级机构中。分级机构 中的分级滚筒设计为呈现一定倾斜角度的由细到粗 的 形 状，由 电 动 机 带 动 以 特 定 速 度 旋 转，由 喂 料 斗 进 入分级辊筒的山核桃在重力和分级辊筒旋转的作用 力下，由分级滚筒的一端向另一端螺旋移动； 分级辊 筒设计为栅条间距 不 同 的 分 级 辊 ，当 在 辊 筒 内 的 山 核 桃尺 寸 小 于 栅 条 间 距 时 ，山 核 桃 落 到 落 果 斗，从 而 实 现分级功能。进入落果斗中的山核桃随即在重力作 用和下落入击打机 构 导 管 中 ，击 打 机 构 中 的 凸 轮 轴 牵 引敲 击 锤 向 后 移 动，敲 击 锤 后 退 一 定 距 离 时，在 机 构 的联动下山核桃从导管中落入击打机构的击打管中。 当敲击锤与轴承达 到 临 界 点 时，敲 击 锤 不 再 受 凸 轮 的 牵 制，敲 击 锤 冲 出 撞 向 击 打 凹 槽，从 而 实 现 山 核 桃 的 破壳作业 。 破壳后的 物 料 经 料 斗 落 向 振 动 板，曲 柄 连 杆 机 构 使 振 动 板 产 生 颤 动 ，物 料 在 振 动 中 落 下，且 由
3 主要机构、工作原理及参数确定
3．1 分级机构的设计 山核桃存在个体 的 差 异 ，为 确 保 山 核 桃 的 破 壳 效
果，在 对 山 核 桃 进 行 破 壳 作 业 前，需 先 要 对 山 核 桃 进 行分级，故设计了分级机构，如图 3 所示。
1．喂料斗 2．分级从动轮 3．分级辊筒 4．落果斗 5．三角带 6．击打机构 7．料斗 8．振动板 9．分离从动轮 10．出风口
行壳体承受载荷和压缩变形量的检测。 随机选取完好山核桃 100 粒作为试验对象，然后
将这山 核 桃 逐 一 放 置 于 微 机 控 制 电 子 式 万 能 试 验 机［9］作业平台中 ，测 试 施 加 外 加 力 与 壳 体 纵 径 方 向 时 的破壳过程 。 对试验 机 的 相 关 监 测 参 数 进 行 设 定，逐 渐增加施加于壳体 上 的 作 用 力 ，取 部 分 曲 线 可 得 到 实 时载荷曲线如图 1 所示。
1 山核桃的力学性能分析
山核桃进行破壳作业时，会对果壳进行纵向 （ 平 行缝合线） 挤压。果壳所受最大压缩变形量及最大破 坏载荷是设计击打 装 置 的 重 要 参 考 参 数 ，故 有 必 要 进
收稿日期： 2018－04－12 基金项目： 国家重点研发计划项目（ 2016YFD0700500，2017YFD07001