山西核桃破壳机械设备研究现状

燕 丽

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

山西核桃产地主要分布在太行山、吕梁山、太岳山低山丘陵地区[1]，吕梁的干旱丘陵地区，有2 000多年的核桃栽种历史，主要是因为山西地处黄土高原，80%的面积是丘陵山地，光照充足，气候温和，非常适宜核桃生长，具有果实外形悦目、个头大、皮薄、出仁率高、仁色浅、香脆可口等优点。山西省大部分县市都有核桃植和分布，其中左权、古县、汾阳、黎城、盂县先后被国家林业局、中国经济林协会命名为中国核桃之乡。在长期栽培中，山西已成为我国核桃生产的主要商品基地之一，无论产量或质量均在全国前列，从清朝咸丰年间开始出口以来，一直是山西主要传统出口物资，外销创汇居全省前列，畅销西欧、东南亚、加拿大、日本等国家和地区。核桃产业已成为山西省重要的、涉及面广、最具发展潜力的地方特色产业。

1 国内外核桃破壳设备现状

1.1 国外研发现状

核桃破壳机是将核桃荚果去掉外壳而得到核桃仁的场上作业机械，由于核桃本身的生理特点决定了核桃脱壳不能与核桃收获一起完成，只能在核桃荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。

国外核桃产业发展已进入专业化、科学化、标准化阶段，典型的核桃破壳装备主要有平板挤压式机构、单辊子挤压机构、立式正锥形旋转机构、双辊子挤压式机构等。以美国为例，美国是世界核桃主产国，占世界核桃总产量的1/3，由于基本实现了良种化栽培，坚果品质整齐划一，占据了大多国际核桃贸易市场。美国核桃集中栽培在西海岸的加利福尼亚洲，产量占全美核桃的95%以上[2]。加州核桃均为长圆形，壳薄易碎容易剥离，破壳取仁环节非常适合于机械加工。

1.2 国内研发现状

国内核桃破壳机械研发起步较晚。目前，我国很多科研院所和生产企业在核桃破壳技术方面开展了多项研究工作，现有的核桃破壳机种类从破壳原理、结构和材料上基本可分为以打击、揉搓为主的钢纹杆、钢栅条凹板，以挤压、揉搓为主的橡校滚筒、橡胶浮动凹板两大类，如内外磨核桃破壳装置、圆盘破壳装置、冲压式破壳装置等[3]。这些装置破壳质量均不高，破损率高，成仁率较低，剥出的核桃仁主要用于榨油，不能满足商品核桃仁的要求。

2 山西省内核桃破壳机械研发现状

2.1 一代核桃破壳机结构及工作原理

2010年，山西省农产品加工站就与有关厂家进行一代核桃破壳机样机试制，并申请专利，专利号：ZL201020194627.2，该机破壳后核桃仁完整率高，但是生产率低、造价昂贵，难以推广。

一代核桃破壳机结构示意图见图1。

图1 一代核桃破壳机结构示意图

2.1.1 技术参数

一代核桃破壳机主要技术参数见表1。

表1 一代核桃破壳机主要技术参数

2.1.2 工作原理

将核桃倒入振动式喂料盘内，喂料盘在高频振动下，将核桃排队后送入送料管内，最后落入送料盘孔内，同时活动头凸轮的转动使连杆和活动头的自重落在核桃上，此时活动头凸轮继续转动直至转动到接近开关的触发范围内。这时开关接通，触发固态继电器吸合，电磁制动器通电制动，使压头与工作面的间距恰好与该核桃的直径保持吻合。同时，凸轮将压臂顶起，使压头挤压核桃，核桃硬壳破裂，但不会伤及桃仁。活动头上装有调节螺丝可满足外壳厚度3～7 mm的核桃破壳调整。活动头凸轮离开开关后，磁制动器断电放松，断电后活动头凸轮顶起连杆使活动头提起，间歇传动装置带动送料盘送出压碎的核桃，同时另一颗核桃又被送入孔位，重复上述动作。设备可破碎不同直径的核桃，不受核桃大小的影响。

一代样机运用振动送料盘、固态继电器、电磁制动器等装置，使核桃能够自动根据核桃的不同直径进行破壳而不伤及核桃仁，但是缺点也很明显：①生产率低，该样机由于是单颗破壳，平均1 s砸一颗核桃，所以生产率达不到核桃深加工所需的要求；②价格贵，由于需要单颗挤压和精准地掌握核桃直径的大小，各种零件和高端的识别设备，使设备制造成本增加；③移动不方便，由于设备质量较大，安装时需要预埋件固定。

2.2 二代核桃破壳机结构及工作原理

二代核桃破壳机是将核桃的分选和破壳集成于同一设备完成，包括垂直提升机、水平输送带、拨板送料机、斜口漏料槽、破壳机构和机架，具有噪音低能耗小、操作简单、方便移动等特点。

2.2.1 技术参数

二代核桃破壳机主要技术参数见表2。

表2 二代核桃破壳机主要技术参数

2.2.2 工作原理

经垂直提升机把料斗内的核桃提升到水平输送带上（见图2），再经水平输送带输送，通过弧形板后进入将核桃分级的拨板送料机内，拨板送料机上的每个拨板可以拨动一个核桃，核桃经过拨板送料机的斜口漏料槽时按大小对应落入破壳机构（见图3）。破壳机构由定刀和动刀组成（见图4、图5），动刀是一个表面均布碾齿的碾辊，定刀的工作面是弧形面，这种结构可保证核桃的定径碾压，核桃仁不会受损伤。该设备可破碎不同直径的核桃，不受核桃大小的影响。

垂直提升机与水平输送带示意图见图2，核桃破壳装置结构示意图见图3，定刀和动刀结构示意图见图4，定刀和动刀侧面结构示意图见图5。

图2 垂直提升机与水平输送带示意图

图3 核桃破壳装置结构示意图

图4 定刀和动刀结构示意图

图5 定刀和动刀侧面结构示意图

2.2.3 创新点

二代核桃破壳机较一代生产的破壳设备有3个创新点：①设计水平输送带将核桃进行排序，避免核桃喂入太多导致喂料口堵塞的现象发生；②设计拨板送料机进行核桃大小分级，避免了因核桃直径大小不一导致的核桃仁破碎率高和核桃不能破壳的问题；③设计了由碾压辊和搓板组成的不同距离的挤压槽，分别对分级后的大小核桃进行相对应碾压破壳，保证了核桃仁的完整率。

3 结语

近年来，为了深入贯彻落实《国务院关于促进乡村产业振兴的指导意见》，促进山西乡村振兴，山西省依托鲜干果等特色农产品资源优势，在东西两山地区主要布局功能性林果、核桃深加工产品。据统计，2016年核桃种植面积达131 468.2 hm2[4]，2018年全省核桃产量达119 807 t[5]，各市县核桃主产区把核桃种植和核桃深加工打造成提高农民经济收入、惠及广大农民的生态经济型产业。近十几年来，省内主产区不断培育新的优势良种，由于核桃种植品种不同，尺寸大小有差异，壳仁间隙大小不一，壳硬度厚度差别较大，核桃破壳机适用性不强，不能实现一机多用。目前，核桃去青皮机和核桃烘干机等成熟设备在山西省已经大面积推广使用，但核桃破硬壳技术一直是困扰深加工发展的瓶颈问题。山西省核桃产区果农有相当一部分仍靠传统的手工取仁剥壳，不仅耗时耗力、加工周期长，而且存在工效低、卫生质量不达标等问题。部分生产厂家是家庭作坊式的，无法形成规模化生产。针对山西省核桃种植优势，开展适合当地核桃特性的破壳机构的设计与参数优化等基础研究工作，推广适用多品种的核桃产后机械化处理，特别是破壳、壳仁分离这一环节的新技术、新装备是“十四五”期间在全省有效推动核桃初加工与精深加工的必然之路。