板刷式青核桃脱皮成套设备的改进设计*

(新疆天伊源农业科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830091)

0 引言

青核桃脱皮是核桃加工的首要环节，它对保证商品核桃的品质有重要作用。由于核桃的采收期相对集中，季节性短，青皮核桃加工规模大，许多核桃来不及脱皮，果仁就已经霉烂变色，严重影响核桃的品质，制约了核桃加工产业的发展[1]。目前，我国青皮核桃普遍采用手工剥皮、人工清洗，生产效率低、成本高且劳动强度大。

现有核桃脱青皮清洗装备普遍采用户用型栅条弹簧式青核桃脱皮机[2-3]，或大型板刷式青核桃脱皮生产线进行生产[4-5]。户用型栅条弹簧式青核桃脱皮机为间歇式生产，生产率较低，青皮脱净率较低，青核桃脱皮后需要另外进行清洗作业，不能应用于核桃产业化批量加工；而大型板刷式青核桃脱皮清洗生产线生产制造及运行成本较高，不适用于小型合作社及加工企业使用。

在新疆南疆地区，核桃采后加工产业已成为南疆核桃主产地区实施脱贫攻坚，促进农民增收和就业的重要抓手。因此，研究一种适用于小型合作社及加工企业使用的连续式青核桃脱皮清洗加工机械装备，以服务于核桃产业化发展的需要，加快核桃机械化加工行业的发展，增加农民收入迫在眉睫。基于此，本文针对当前已有的板刷式青核桃脱皮装置及大型青核桃脱皮清洗生产线进行了改进设计，以满足当前核桃产业发展的需求。

1 青核桃脱皮清洗设备的改进设计

1.1 板刷式青核桃脱皮装置的改进设计

1.1.1 结构及工作原理

板刷式青核桃脱皮装置结构如图1 所示，主要由进料口、板刷、链板输送带、传动系统、间隙调节装置、角度调节装置、出料口等组成，其中板刷密布许多钢丝刷，链板输送带表面规律排列固定了许多刀片板，刀片板上分布排列了凸起的U 型刀片。刀片板固定在链板输送带上方，钢丝刷板与刀片板间隔设置，且与刀片板具有一定的倾斜角度，使两者间的间隙由入料位置至出料位置逐渐减小。工作时青皮核桃经喂料口到链板输送带表面，进入板刷脱青皮区，链板输送带与板刷上的钢丝刷产生相对运动，使青皮核桃在钢丝刷和刀片的作用下不断受到挤压、滚搓和剪切，将青皮脱离下来。

图1 青核桃脱皮机结构简图

1.1.2 板刷式核桃脱青皮装置工作受力分析

青皮核桃经喂料口落入向前运动的链板输送带上，并在钢丝刷和刀片的作用下开始脱皮过程，青皮核桃在与链板输送带垂直方向上受到4 个力的共同作用：重力G、板刷对青皮核桃的阻力F1、安装在链板输送带上的刀片对青皮核桃的作用力F2和F3。设板刷与青皮核桃接触点的竖直夹角为α1，刀片与青皮核桃接触点的竖直夹角分别为α2和α3，如图2 所示。

此时青皮核桃的受力为：

A 点剪切力为：

式中：青皮核桃所受钢丝板刷的挤压力为F1cosα1，剪切力为F1sinα1。由此可知，青皮核桃脱皮过程中受到的剪切力与刀片挤压力在与刀片垂直方向上的合力相等。

1.1.3 刀片板排列方式的改进设计

根据受力分析可知，核桃所受钢丝板刷的剪切力为使核桃脱皮的主要因素。当前应用较多的板刷式青核桃脱皮装置，其刀片多为对称倾斜分布。当青皮核桃在倾斜排布的刀片板上，在水平方向上其受力情况如图3 所示。

图2 青皮核桃竖直方向受力分析图

图3 青皮核桃水平方向受力分析图

其中F4是核桃所受钢丝板刷的剪切力，F5为刀片对青皮核桃的挤压力，F6为青皮核桃与刀片板间的摩擦力，α为刀片分布的倾斜角此时青皮核桃在水平方向的受力为：

因此，青皮核桃在倾斜排布的刀片板与板刷的作用下，当随着链板输送带和板刷的间隙逐渐减小，钢丝板刷的剪切力F4逐渐增大使F4cosα 大于青皮核桃与刀片板间的摩擦力F6，青皮核桃与刀片产生相对运动从而使青皮被刀片划开，同时由于受到钢丝板刷剪切力的作用使青皮被剥离。而刀片板倾斜排布时，当青皮核桃与刀片产生相对运动后，青皮核桃与刀片板间的摩擦力F6大幅减小，使得钢丝板刷的剪切力主要与F5cosα 相关，但由于刀片分布倾斜角α 的存在，使钢丝板刷的剪切力无法达到最大；同时，如果刀片与链板运动方向垂直分布，则可以使F5cosα 最大，而不受因青皮核桃与刀片产生相对运动的影响。因此，本文对刀片板排列方式进行了进一步改进设计。改进后的刀片排布如图4 所示。

改进后的刀片板包括板体和多个刀片组件；刀片组件均固定在板体上。刀片组件为三个刀片围设成的三角形结构。在此刀片排布方式下，倾斜排布的刀片可划开青皮，同时钢丝板刷可提供部分脱青皮剪切力，而垂直分布的刀片可使钢丝板刷提供最大的脱青皮剪切力，从而进一步提升脱青皮效率与脱净率。

1.2 青核桃脱皮清洗生产线的改进设计

为了进一步降低大型板刷式青核桃脱皮生产线制作及运行成本，同时满足南疆地区核桃加工合作社及核桃加工卫星工厂对青核桃脱皮生产效率的需求，项目组进一步对板刷式青核桃脱皮生产线进行了改进设计。生产线结构与组成如下：

改进的板刷式青核桃脱皮生产线主要由提升机、板刷式青核桃脱皮机、青皮分离清洗机和人工捡拾装置组成，其结构如图5 所示。提升机用于提升未脱青皮的核桃至板刷式脱青皮装置的入料口。板刷式脱青皮装置通过由链板传送带带动的刀片板和钢丝刷板相配合，通过切削、挤压和刷剥作用，完成青核桃脱皮作业。青皮分离清洗机用于分离脱青皮后的核桃和青皮，并清洗脱青皮后的核桃。人工捡拾装置用于人工捡出未脱净的核桃，并进行二次加工。

2 青核桃脱皮清洗设备的性能试验

2.1 试验设备

本试验采用的设备是由新疆天伊源农业科技有限公司生产的6HT-3000 型连续式青核桃脱皮机及6HT-3000型连续式核桃脱青皮清洗生产线。

2.2 试验材料

试验采用的核桃物料为新疆主栽的扎343 和新丰核桃混合物料，于试验前3 天采摘并在加工前于自然环境下放置，青核桃单个平均质量为52.3g，青皮平均厚度为6.3mm，青核桃平均含水率为0.635。

2.3 试验地点

设备试验示范地点为新疆喀什地区叶城县依提木孔乡核桃加工卫星工厂。

2.4 试验方法

开启生产线空转运行，运转正常后，均匀喂入。将青核桃分为三组，每组青核桃的质量为100kg，性能测定3次，取平均值。

2.5 试验指标

2.5.1 纯工作小时生产率的测定

启动生产线待稳定后将物料连续均匀喂入，待物料填满机具的工作部件后开始进行生产力测试，将分好的核桃倒入机具中，并同时测定开始和终止的时间，纯工作小时生产率按（6）式计算：

式中：EC—纯工作小时生产率，kg/h；W— 测定的物料重量，kg；TC—测定时间，s。

2.5.2 脱净率的测定

生产线正常产出加工后的核桃物料2min 后开始取样，共3 次，每次取样时间间隔不小于1min，接样时间不少于15s。将样本中没脱净青皮的核桃挑出，称其质量，按式（7）计算脱净率：

式中：A—脱净率，%；W—样品质量，kg；W0—样品中没有脱净青皮的核桃，kg。

2.5.3 破损率的测定

与脱净率同时测定，将样品中破壳核桃挑出，按式（8）计算：

式中：A—破损率，%；W—样品重，kg；W1—样品中破壳核桃的重量，kg。

2.6 试验结果分析

对6HT-3000 型连续式青核桃脱皮机及6HT-3000型连续式青核桃脱皮清洗生产线进行性能试验，通过3 次重复试验并取平均值后，结果如下：6TH-3000 连续式青核桃脱皮机生产率为3.04t/h，脱净率为95.6%，破损果率为2.6%。

3 结论

本文研制了一种适用于南疆地区核桃加工合作社及核桃加工卫星工厂的青核桃脱皮设备及生产线，解决了现有的大型板刷式核桃脱青皮生产线制作运行成本高，不适用于小型农户及合作社；而南疆应用较多的户用型栅条弹簧式青核桃脱皮机生产率较低，脱净率不高的问题。为南疆核桃加工卫星工厂的设备选型提供了适用的装备及技术，也为青核桃脱皮设备与技术的进一步改进完善奠定了基础。

通过装备技术的推广示范，进一步提升了南疆核桃采后加工生产效率，降低了加工成本，使核桃通过加工增值，辐射带动当地核桃产业发展和农户就业增收，助力当地精准脱贫。