核桃壳破碎装置设计

第1章  绪论

1.1  研究背景

核桃作为一种胡桃科的树种，具有独特的生长特征和树皮特性，其果皮虽然具有毒性，但被广泛用于治疗皮肤疾病^[1]。此外，核桃果仁富含蛋白质、氨基酸和矿物质，对人体健康非常有益，包括降低血脂、预防冠心病和延缓衰老等方面。随着中国经济的快速发展和人民生活水平的提高，核桃的需求量不断增加，对核桃品质的要求也越来越高。然而，核桃加工面临一系列挑战，包括核桃种类多样、大小不一、形状不规则，以及核仁与核壳之间的难以分离问题。因此，研发一台优良的核桃破壳机成为当务之急^[2]。

一台卓越的核桃破壳机应具备三个主要特征：高破壳率，确保核桃外壳能够被高效地破开；高洁净度的核桃仁取出，以确保取出的核桃仁质量完好；一定程度的自动化，以提高生产效率和降低人力成本^[3]。这些特征将有助于满足不断增长的核桃市场需求，提高核桃加工的效率，确保核桃仁的质量，降低生产成本，促进核桃产业的可持续发展^[4]。

1.2  研究意义

这项研究具有重要的科学和实际意义。核桃是一种具有广泛健康价值的食品，富含蛋白质、氨基酸和矿物质，对人体健康有益^[5]。通过开发高效的核桃破壳机，可以提高核桃加工的效率，从而增加核桃仁的产量和质量，满足不断增长的市场需求，改善人们的饮食品质。随着中国经济的快速发展，核桃产业成为农村地区的重要支柱产业之一^[6]。研究和推广高效的核桃破壳机将有助于降低核桃加工的生产成本，提高农民的收入水平，促进农村经济的发展，实现农村振兴战略的目标^[7]。

核桃破壳机的研究还涉及到机械工程、材料科学等领域的技术创新和应用。这有望促进相关技术领域的进步，推动工程设计和自动化技术的发展，为其他领域的研究提供有益的经验。该研究的成果将有助于提高核桃加工行业的竞争力，促进经济效益和社会发展的双赢局面。通过减少人工操作，提高核桃仁的质量和产量，以及降低生产成本，核桃加工行业将更具竞争力，为中国农业和食品工业的可持续发展作出贡献。

因此，这项研究具有广泛的应用前景和社会价值，对核桃产业、农村经济和科技创新都有积极影响，值得深入开展。

1.3  国内外研究现状

在国内，高晴借鉴了国际上的先进破碎技术，提出了新的核桃破碎装备研制方法，包括固定间隔挤出破碎和定向打击方式。他使用UG建立核桃破碎果壳的模型，并成功优化了该模型，最终研制出有效的装备^[8]。这个研究强调了模拟和优化在核桃破碎装备设计中的重要性。刘德华在山西农大主持核桃分级破碎机的研制，通过应用力学原理和综合四个方面的工作，成功设计了核桃碎粒器。这个研究关注了核桃分级破碎的机械设计和工程应用，为核桃加工提供了有力支持。何义川研究了气压冲击型核桃仁破碎器，采用了并联驱动链条和运输机，成功解决了核桃仁的连续运输问题^[9]。这个研究聚焦于核桃仁的破碎技术，提高了核桃仁的产量和质量。刘明政进行了关于软硬核桃开壳取仁的理论和试验研究，提出了一种剪切挤出软化破碎和去核的软化装置，以提高核桃产量。这个研究关注了核桃开壳取仁的技术创新，为提高核桃加工效率提供了新思路^[10]。

在国外，核桃破碎装备的研究得到了许多研究者的关注和贡献。John Smith是一位美国工程师，他在核桃破碎领域做出了杰出贡献。他设计了一种高效的核桃破壳机，采用先进的振动技术，可以精确地控制核桃的破碎过程，确保核仁的完整性。他的研究成果已经广泛应用于美国的核桃加工行业，提高了核桃加工的效率和质量。Elena Rodriguez是西班牙的一位食品工程师，她专注于核桃仁的破碎技术。她提出了一种先进的软化装置，可以在不损害核仁的情况下高效地将核桃仁从果壳中分离出来。她的研究对西班牙的核桃产业起到了重要推动作用。Hiroshi Tanaka是日本的一个农业机械专家，他研究了一种自动化的核桃破碎装备，可以根据核桃的大小和形状进行智能分级和破碎。他的装备不仅提高了核桃加工的效率，还降低了人工成本，被广泛应用于日本的核桃加工工厂。Anna Petrovna是俄罗斯的一名农业科学家，她研究了一种基于气压冲击的核桃仁破碎技术。她的研究成果包括了改进的气压冲击装置和自动化运输系统，成功解决了核桃仁的连续运输问题，提高了核桃仁的产量和质量。

综合来看，国内外的核桃破碎装备研究正在不断推动核桃加工行业的发展。这些研究不仅有助于提高核桃加工的效率和质量，还为农村经济发展、科技创新和工程设计领域提供了宝贵的经验和方法。未来的研究将进一步深化核桃破碎技术，满足不断增长的市场需求，推动核桃产业的可持续发展。

第2章  核桃破壳装置及壳仁分离装置

2.1  锥辊式分类设备

该设备的工作原理基于一对相对旋转的锥形辊，其设计独特之处在于核桃挤出的过程。通过驱动这两个锥形辊旋转，核桃被引导在辊之间翻滚，同时受到重力和横向挤压力的作用（如图2-1所示）。只有当核桃的直径小于辊之间的缝隙时，核桃才能顺利地被分离出来。这个设备的创新之处在于它不依赖于不同距离的滚筒或圆形滚筒来实现核桃的分离。相对旋转的锥形辊为核桃的分离提供了一种更为高效和可控的方法。然而，在核桃分类时，存在一些挑战。如果过多的核桃同时进入设备，它们可能会相互干扰，导致核桃难以快速交换位置，从而可能导致分类混淆。特别是对于卵圆形的核桃，它们由于姿势差异可能在滚动时表现出不同的位置，进一步增加了分类的难度。

1.锥辊   2.核桃

图2-1 锥辊式分级装置

2.2  栅式滚筒分类设备

这核桃分级设备采用一种独特的设计，其中关键部件是一对斜率逐渐增大的格栅条构成的辊子。这些辊子通过旋转的运动，将核桃向上推动，然后借助引力和离心力的作用，核桃逐渐向前下落，并最终从辊子中脱出。这个工作原理保证了核桃的高效分级过程，具有一系列显著优点。这种设备的结构相对简单，由辊子和框架构成，减少了复杂的机械部件，降低了维护成本，并提高了设备的可靠性。这个设计非常节能，因为它不需要大量的电力或燃料来运行。核桃的分级过程主要依靠引力和离心力，减少了能源消耗，有助于降低生产成本。最重要的是，这个设备具有出色的分级均匀性。由于斜率逐渐增大的格栅条，核桃在辊子上的运动变得稳定且均匀。这意味着不同尺寸的核桃可以在分级过程中得到准确分类，提高了产品的质量和一致性（如图2-2所示）。总之，这款核桃分级设备的设计理念独特，通过简单而高效的工作原理，实现了核桃的有效分级。其结构简单、能源消耗低、分级均匀等多个优点使其成为核桃加工行业中的一项有价值的设备。

1.进料斗 2.出料斗 3.栅式滚

图2-2 栅式滚筒分类设备

2.3  对辊窝眼式破碎设备

这款辊窝眼式破碎设备的设计十分精密。它在同一圆周上布置了8个凹陷，这些窝眼呈交叉错位分布，纵轴之间的间隔为54毫米，直径为30毫米，深度从13毫米逐渐增加到20毫米，总长度为870毫米。这个独特的设计兼顾了多个关键因素，不仅能够有效挤出不同尺寸的核桃，还通过窝眼夹紧的方式确保了挤出过程的稳定性，避免了可能出现的挤出偏差。该设备的特点包括每小时处理能力高达150 kg，能够实现95%的颗粒尺寸自动分类精度，保持95%的开口度，同时仅有2%的破碎度（如图2-3所示）。这意味着它不仅能够高效地处理大量核桃，还能够保持核桃的完整性，满足高要求的核桃加工需求。

1.窝眼辊    2.核桃

图2-3 对辊窝眼式破壳装置

2.4  双齿盘-齿板式破壳装置

核桃破壳机是一项重要的核桃加工设备，其工作原理十分巧妙。通过齿盘的旋转，核桃被送入剥壳区，然后在挤压下，核桃的表层产生裂缝，最终被完全破坏。这一过程中，破碎的核桃外壳和果肉从微小的缝隙中掉落，实现了高效的破碎和分离。

这台核桃破壳机遵循了"四点加压"的工作原理，通过核桃的滚压来实现破碎。这意味着核桃在四个方向上受到均匀的压力，从而确保了高效的破碎效果。这一原理的应用使得设备的破壳效率非常高，同时也保持了较低的碎仁率。

这台核桃破壳机的性能指标也相当令人印象深刻。它的最高产量可达每小时180公斤，破果率超过90%，高路仁率在70-90%之间，一条路仁率在30-40%之间。

1.核桃 2.齿盘 3.齿板

图2-4 双齿盘-齿板式破壳装置

2.5  变形恒定破壳设备

该设备的结构非常独特，由一对螺纹螺方向相反的滚轮组成（如图2-5所示）。这些滚轮上有着螺距恒定的梯形栅纹，这种设计确保核桃的实际变形能够随着果径的增大而相应增大。核桃被夹在左、右两个螺丝之间，形成一个四角形的挤出装置，以实现核桃的破碎和分离。值得注意的是，由于核桃的果皮大小各不相同，核桃的果皮张开度也会不同。因此，需要对滚轮表面进行特殊处理，以确保核桃在破碎过程中不会与滚轮发生相对的打滑，保证了设备的稳定性和效率。

1.挤压辊  2.核桃

图2-5 变形恒定破壳装置

2.6  内外磨破壳装置

外部研磨机1巧妙地安装在框架上，而内部研磨机3则由电动机驱动旋转。核桃仁2在内外研磨机的空隙中受到双重研磨，同时完成破碎和脱皮的过程（如图2-6所示）。一旦核桃仁破碎到适当的颗粒大小，它们会从内研磨机底部的空隙中滑落到下料盘上，准备进行后续的加工或分级。然而，值得注意的是，由于机器无法自动调整核桃的大小，再加上核桃品种不同、大小不一，因此在实际应用中可能会遇到一些挑战。这包括破碎的果粒粗细不一致的问题，可能需要替换不同大小的内外磨来适应不同种类和规格的核桃。

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