核桃分级机的设计与试验

侯瑞丽

（新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000）

0 引言

新疆是我国主要的核桃种植基地之一，尤其是南疆三地州，核桃种植已成为当地主要的经济支柱之一。数据统计显示2019 年，我区核桃种植面积近38.93 万hm2，产量逾101 万吨。未经分级加工的核桃在当地以“统货”价低价出售，严重制约了当地核桃产业化的发展，为解决这一瓶颈问题，需加快核桃初加工及精加工步伐，推广应用机械化加工设备。对核桃进行分级是桃初加工及后续精加工的首要工序。

目前常见的分级方法有按照果品重量、尺寸进行分级。按重量分级是通过调节倾翻力矩大小将果品分级，按尺寸分级就是根据果品的大小进行分级，常见的有打孔带、栅条滚筒及叉式分级法。国外在很早就开始了对分级设备的研发，已实现了按照重量、颜色、形状分级。

美国是全球最大的核桃出口国，但美国种植的核桃品种较单一，因此核桃在外形和尺寸上差异性较小，对核桃分级要求不高。由于我国核桃产量大、品种多，不同品种的核桃形状和尺寸差别大，因此迫切需要研制一款适合国内不同品种核桃分级的设备。

1 整机结构及工作原理

核桃分级机主要由喂料装置、限量档板、机架、分级辊、传动系统、摩擦底板和出料口等组成，如图1。分级辊两端的轴头上安装链轮，通过链条带动分级辊运转，链条在电机的带动下带动分级辊运动。

图1 核桃分级机结构简图

作业时，将核桃喂入喂料斗，限量板控制进入分级装置的核桃数量。分级辊运动过程中，核桃在分级辊和摩擦底板的作用下持续滚动，不断调整姿态，最终使核桃以短径方向支撑在两分级辊间。随着分级辊的运动，核桃在分级辊的带动下离开摩擦底板，相邻两分级辊间隙不断由小变大，尺寸较小的核桃先从分级辊的间隙落下，尺寸较大的核桃会随分级辊的运动在下一段适合的间隙处落入接料箱，达到分级的目的。

2 关键部件的设计

2.1 喂料装置的设计

图2 核桃分级机喂料装置

喂料装置如图2，喂料装置能直接影响核桃分级的精度，为了提高分级精度，应使核桃以单层、均匀连续的方式平铺于进料带上，且应平稳地落在分级辊上，因此喂料时在物料入口设置限量板控制喂入量，同时还能解决核桃堆积出现的卡死现象。

2.2 分级辊的设计

图3 分级辊结构

2.2.1 分级辊直径的选择

图4 分级辊直径的确定

核桃在分级辊上运动时的几何模型如图4，为保证分级精确，要保证核桃在分级辊上运动不能翻滚到下个辊轴上去。若将核桃推到辊Ⅱ的上面，必需满足：α≥φ

式中α—可移动斜面XX 与水平面之间的夹角；φ—核桃与辊之间的摩擦角。

根据图中几何关系推算

式中c取最小分级尺寸30 mm，φ为核桃与辊轴的摩擦角，通过测量确定为26.6°，核桃最大直径为d=45 mm，代入式得d辊=300 mm。根据分级精度和安全性要求，同时要求轻简化，选取分级辊壁厚为3 mm。

2.2.2 链条的确定

分级机选用08A 链条，节距为L=12.7 mm，选用六个链节一个辊轴的链节方式。

3 技术特点

（1）在分级过程中，分级辊间隙逐渐由小变大，不同大小核桃依次分级落入出料口，可根据需要设置出料口数量，分多个等级；（2）物料入口设置限量板控制喂入量，解决了核桃堆积出现的卡死现象；（3）可选用不同直径的分级辊，实现对其他类球形果品的分级。

4 试验及结论

以新疆种植面积最大的三种核桃品种温185、扎343、新新2 为研究对象，机具运行参数为喂入量、链条前进的速度、辊轴自转速度，选取核桃的分级精度和机械损伤率为试验指标进行试验，试验数据如下：

表1 试验数据

通过试验数据显示扎343 与新新2 的分级效果明显好于温185，主要原因是与核桃的外形物理特性相关。由于温185 纵轴与横轴相差较大，且温185 外壳较薄、易破损，因此分级精度较其他两种外形为类球形的核桃差，机械损伤率稍高。本研究的核桃分级机适用对象为类球形新疆本地核桃，是否适用其它干鲜果品如圣女果、杏子的分级还未做试验研究，有待进一步研究。