一种核桃分级破壳设备的设计与试验研究

田智辉，卢军党，王亚妮，王　维，邹　超，刘东琴，王　佩

（陕西省农业机械研究所，陕西咸阳　712000）

一种核桃分级破壳设备的设计与试验研究

田智辉，卢军党，王亚妮，王维，邹超，刘东琴，王佩

（陕西省农业机械研究所，陕西咸阳712000）

为了提高核桃破壳的加工水平，促进核桃深加工行业的发展，试验设计了一种核桃分级破壳装置，可以实现核桃的分级破壳作业。通过试验，对破壳机的主要工作参数进行了确定，得到了较为合理的破壳方案，为核桃破壳机的设计提供了参考。

分级；破壳机；破壳辊；破壳率

0　引言

核桃是世界著名的四大坚果之一，也是重要的经济作物。我国是核桃的主产区之一，种植面积居世界第一，产量居世界第2位。近年来，在国家政策的推动下，核桃产业在我国的发展速度迅猛。但是，核桃的加工设备发展却相对滞后，成为制约我国核桃产业发展的关键问题。在核桃的初加工设备中，核桃破壳取仁是核桃进行深加工的基础，我国的核桃破壳取仁主要由人工完成，生产效率低、成本高、劳动量大、卫生条件差［1-2］。因此，研究设计了一种核桃分级破壳设备，目的在于提高核桃破壳加工水平，促进核桃产业的发展。

1　核桃分级破壳机结构原理及总体布局

通过对核桃产区的调研，对现有新品种核桃的直径、核桃壳的厚度进行了测量，最后确定了核桃破壳机的设计思路。

1.1结构原理［3-5］

核桃分级破壳机结构原理见图1。

图1　核桃分级破壳机结构原理

1.2工作原理

电机（3）带动2个破壳辊（6）相对旋转，核桃从入料斗（1）进入分级装置，分级装置由若干栅条组成分机栅板（8），其间隙从小到大，直径较小的核桃先掉落，较大的核桃靠重力作用向前滚动，从较大的空隙处掉落。掉落下的核桃进入导向漏斗（7），漏斗口正对2个破壳辊的间隙位置。2个破壳辊相对旋转，对不同尺寸的核桃进行挤压破壳，破壳后的核桃从出料口（4）落出机体。

2　破壳机主要工作部件设计

2.1分级装置设计

由于核桃的外形尺寸差异较大，为了便于对不同直径的核桃进行破壳，必须先进行分级处理。分级装置由10根栅条组成，平行焊接在机架上，组成分级栅板。分级栅板中各栅条间隙逐渐变小，即分级栅板上端分级间隙小，下端分级间隙大。核桃的直径一般在20～40 mm，因此设计栅条的最小间隙处为20 mm，最大间隙为45 mm。分级栅板与水平面呈30°倾角，核桃可以顺着分级栅板向下滚动，直径较小的核桃先掉落，较大的核桃靠重力作用向前滚动，在较大的间隙处掉落，实现对核桃的分级作用。在分级装置下面焊接有导向漏斗，导向漏斗上端与分级平面同宽，下端逐渐变窄至45 mm。核桃可以顺着导向漏斗落入2个破壳辊之间。

2.2破壳装置的设计

核桃破壳辊的结构原理见图2。

图2　核桃破壳辊的结构原理

破壳装置由2个相对旋转的破壳辊组成，利用2个辊之间的破壳间距差来实现核桃破壳。2个破壳辊平行分布于导向漏斗下方10 mm处。破壳辊上有5种尺寸弧形凹槽，从左到右凹槽逐渐变小。弧形凹槽宽度依次为40，35，30，25，20 mm，深度依次为12，10，8，5，3 mm，2个破壳辊之间的间隙为15 mm。经分级装置分级后的核桃，由导向漏斗分别进入对应的破壳区域，实现不同尺寸核桃的破壳。

3　试验情况

3.1试验材料

选用陕西渭南产香铃核桃，9月上旬采收，外形尺寸大小范围为20～40 mm，核桃壳的厚度范围在1.3～2.4 mm，核桃壳仁间隙范围为0.5～1.5 mm，含水率控制在14%左右［6］。

3.2试验设计

考虑到破壳机的破壳效果与核桃喂入量、破壳辊的转速、破壳间隙有着密切的联系，因此在投料试验中，对这3个重要参数分别进行了试验设计。在不考虑交互作用的情况下，采用L9（34）正交表安排试验进行三因素三水平的正交试验，分析核桃喂入量（A）、破壳辊转速（B）、破壳间隙（C）对核桃破壳效果的影响，优选出较为合适的核桃分级破壳参数。

试验因素与水平设计见表1。

表1　试验因素与水平设计

在试验中，首先固定其中2个参数，对第3个参数分别进行试验。如当核桃喂入量为3 kg/min，破壳辊转速为150 r/min时，分别对破壳间隙为13，15，17 mm进行3次试验，研究其对核桃的破壳效果，即高破壳率和碎仁率进行统计观察。

3.3试验效果及结论

根据试验情况，3个相关参数对破壳率和碎仁率均有不同程度的影响，综合考虑破壳率和碎仁率的情况下，在破壳辊转速为250 r/min，核桃喂入量为3 kg/min，破壳间隙为15 mm时，破壳的综合效果最佳。此时破壳率可达94%以上，碎仁率在5%以下。

4　结论

（1）经过多次试验验证，该设备结构简单实用，可以实现核桃的分级和破壳一体化操作，破壳率和碎仁率都基本满足当前核桃破壳作业的要求。

（2）核桃破壳除了文中所述的影响因素外，也与核桃品种、核桃壳仁含水率、破壳表面的摩擦系数等因素有关，文中未涉及到这些方面的研究讨论，在今后的工作中需要进一步试验改进。

［1］李忠新，杨军，杨莉玲，等.核桃破壳取仁工艺及关键设备 ［J］.农机化研究，2008（12）：27-29.

［2］王维，贺功民，王亚妮.3FJ-001型核桃分级机的设计与试验 ［J］.农机化研究，2014（5）：155-157.

［3］王维，贺功民，田智辉，等.变间距挤压式核桃破壳机的研制 ［J］.中国农机化学报，2014（11）：174-176.

［4］王亚妮，田智辉，王佩，等.核桃壳仁混合物滚筒分级机的设计与试验 ［J］.包装与食品机械，2015（3）：33-40.

［5］史建新，辛动军.国内外核桃破壳取仁机械的现状及问题探讨 ［J］.新疆农机化，2001（6）：29-32.

［6］李忠新，杨军，杨莉玲，等.一种核桃破壳取仁设备的研究 ［J］.中国农机化，2011（3）：104-106.

［7］余少华，李亚平，张娜，等.新疆薄皮核桃果仁去皮方法的研究 ［J］.农产品加工，2008（12）：74-76.◇

Design and Experimental Study of a Walnut Grading Shell Breaking Device

TIAN Zhihui，LU Jundang，WANG Ya'ni，WANG Wei，ZOU Chao，LIU Dongqin，WANG Pei
（Shaanxi Institution of Agricultural Mechanism，Xianyang，Shaanxi 712000，China）

In order to improve the processing level of walnut shell breaking and promote the development of deep processing industry，this study designs a walnut grading shell breaking device，which can realize the classification of walnut.Through the experiment，the main working parameters of the shell breaking machine are determined，and a reasonable shell breaking scheme is obtained，which provided reference for the design of the walnut shell breaking machine.

grading；shell breaking machine；breaking shell roller；breaking shell rate

S226.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.06.045

1671-9646（2016）06b-0061-02

2016-05-09

田智辉（1986— ），男，硕士，工程师，研究方向为农业机械。