关于核桃破壳方式及其影响因素的分析

2020-03-10傅展翔蒋加炜耿海棠

科学与财富 2020年32期

傅展翔　蒋加炜　耿海棠

核桃因其营养价值高，已越来越受大众欢迎。在售卖过程中，因为核桃的外壳较坚硬，所以一般店家都会附赠一些简易的手持式破壳器，其破壳效率低且费时费力。故本文对核桃的破壳方式何方法进行一系列讨论，以冀获得处理破壳问题的更优解。此外，各种核桃虽然品种、生产地区、生产条件不尽相同，但是其基本参数相差并不大。为提高破壳效率和效果，需选出最佳的破壳位置，同时考虑在破壳时出现的裂纹和其拓展速度。为降低所得数据误差，需在破壳前对核桃进行筛选，剔除外壳有破损的核桃。在获得数据后，通过数据软件、CAD软件建模处理，最终得到一些结论，为今后在核桃破壳方面提供一些理论参考。

1.核桃受力方向对破壳性能的影响

1.1材料及试验装置

网购自新疆省某村所产核桃100个，经风干后，分成两组，每组50个，本实验取第一组。试验装置为图1-1所示压力机。

1.2方法

1.2.1挤压破壳方向

1.2.2不同方向受力对核桃破壳影响性实验

由图1-1可见，普通核桃一般可由其外形分为两个轴，较光滑的一侧称之为A轴，有纵向纹路的称之为B轴。本试验探讨的是关于完全破壳（核桃沿某一轴向完全分离）和完全破损（剩余部分最大高度小于1mm）两种情况下所耗费外界作用力大小和受力方向的关系。

1.3试验结果数据处理和分析

1.4结论

从表1-1可看出，当核桃在B轴上受力时，不管是完全破壳还是完全破损所消耗的外力均小于A轴上受力。此外，通过表1-2所示的相关性分析可见，F值远远大于F临界值，即核桃破壳时受力方向的不同对破壳的影响是显著的。根据表1-3所示折线图不难看出，破壳受力方向在A轴时不仅消耗的外力大于作用在B轴上的力，而且在完全破壳后核仁的完整度方面也低于B轴方向。故在破壳时宜采取对B轴施加力的方法进行破壳处理。

2.接触方式对核桃破壳的影响

试验一所得结论仅限于核桃在面接触破壳时，但在实际情况中不止存在面接触，包括点接触、线接触等破壳接触方式均有存在。同时，在试验一中观察可知，沿B轴方向进行面接触式破壳时，首先会出现垂直于B轴的裂纹，随后裂纹扩张最终导致核桃外壳完全损毁，且裂纹出现多的地方其拓展速度较缓慢。故而假设核桃在破壳过程中破壳情况与裂纹出现并扩张有关，且裂纹出现对破壳有抑制作用，为验证该假设，遂做试验二，研究接触方式对核桃破壳的影响。

2.1材料及设备

取上次实验所剩余核桃50个。设备包括压力机及图2-1所示铸铁制压力装置，其中压力装置粘连在压力机上压力板下。

2.2试验方法

将核桃沿B轴方向水平放置后，测量其B轴长度后，选取B轴长度在 cm的核桃共30个，按照随机不放回抽样法分成三组每组十个，沿其A轴方向且较平整的面作为底面放置于图1-3所示的压力机上，顶尖下端（细端）正对核桃B轴。以4mm/min的匀速分组进行加压。根据实验一所得结论，面接触破壳至剩余部分最大高度小于5mm时的平均最大压力为0.963kN，故在压力机加载载荷到达此数值时三组核桃会均完成破壳。为研究破壳速率的关系，取每0.1kN为一基准，即每外载荷每增加0.1kN记录此时残余部分水平方向大于1cm部分的平均长度。

2.3试验结果及数据处理

根据所测量的结果及数据，可使用折线图做出表2-1。

从表2-1易知，三种接触方式几乎都是从外载荷加载到0.4kN时核桃开始出现破壳迹象，其中，破壳效果最明显的为点接触方式，其在外载荷加载至0.8kN时其剩余部分高度已在5mm以下，是三种破壳方式中最先得到理想效果的破壳方式。三者之中，面接触方式其在破壳时破壳速率较为平缓，其破壳速率与外载荷呈线性关系;线接触方式在破壳时有明显的先快后慢的转折，其拐点位于外载荷为0.6kN左右处，在此之前其破壳速率位列三种破壳方式之首，随后速率减慢，最终在0.9kN左右处剩余高度小于5mm;点接触方式在破壳初期效果不明显，但当外载荷為0.5kN左右时破壳速率明显增大，在0.6kN左右时超过其他两种破壳方式并继续增大，最终先于其他两种方式达到剩余部分小于5mm的既定目标。同时，在破壳过程中观察可见，点接触式由于压应力大导致迅速外壳迅速出现破损及裂纹但裂纹扩展速度在外载荷为0.5kN前明显快于其他两种方式，在此之后，裂纹出现逐渐趋于饱和，导致破壳效果逐渐明显。

3.总结

1）在以上两个试验中探讨了核桃在受外力作用时的影响因素和该因素的作用效果。

2）证实了在核桃B轴上以点接触方式进行破壳效果是最明显的。

参考文献：

[1]何义川，史建新.核桃壳力学特性分析与试验[J].新疆农业大学学报，2009，32（6）：70-75.

[2]张蓉蓉.板栗搓揉式破壳机理的研究及有限元分析[D]，武汉：华中科技大学，2007.

[3]孙偲.山核桃破壳力学性能试验[A]，安徽农业大学学报，2016，43（2）：331-336.

[4]吕鹏翔.核桃破壳力学试验及核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计[D]，昆明：昆明理工大学，2011

[6]李忠新.一种核桃破壳取仁设备的研究[J].中国农机化，2011，30（3）：104-106

作者简介：

傅展翔，1998年11月，男，汉族，天津市人，江苏大学机械设计制造及其自动化（卓越）本科在读。

蒋加炜，1999年10月，男，汉族，江苏省泰州市人，江苏大学机械设计制造及自动化（卓越）本科在读。