碰撞式核桃破殼機的設(shè)計,碰撞式核桃破殼機的設(shè)計,碰撞,核桃,破殼機,設(shè)計 碰撞式核桃破殼機的設(shè)計 付志凱 （塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘要：我國是核桃種植大國，尤其是地區(qū)核桃產(chǎn)量居全國前列，但核桃加工技術(shù)相對落后，沒有先進的核桃破殼機械。針對核桃的加工和核桃破殼取仁的工藝方法，設(shè)計了碰撞式核桃破殼機，對其結(jié)構(gòu)及其原理作了介紹。該裝置采用滾筒和輻條篩使核桃碰撞和擠壓達到破殼的目的。通過對核桃破殼實驗研究和主要影響因素分析表明此設(shè)計設(shè)計合理可以實現(xiàn)殼仁的分離。 關(guān)鍵詞：核桃破殼; 取仁 1引言 無論在國際還是國內(nèi)市場上核桃都是很受歡迎的一種干果，但我國核桃產(chǎn)量卻遠落后于國際上其他國家。在我國核桃種植主要集中在西北、西南地區(qū)，在種植業(yè)發(fā)達的地區(qū)核桃年產(chǎn)量已達12萬噸。[1] 隨著核桃種植面積的擴大，產(chǎn)量的增加，與核桃相關(guān)的加工開始發(fā)展，如核桃的破殼、清洗、分級等 等，大量生產(chǎn)加工不能依靠人力，必須有相應(yīng)的機械換設(shè)備和自動生產(chǎn)線，因此這些加工設(shè)備的研究成為當務(wù)之急。 針對當前核桃加工存在的問題和市場需求設(shè)計了核桃破殼機械代替人力脫殼。 2　核桃破殼取仁方法及核桃破殼裝置 2.1核桃破殼取仁方法 有離心碰撞式破殼法、化學(xué)腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼法和定間隙擠壓破殼法。離心碰撞方法碎仁太多,所以應(yīng)用很少;化學(xué)腐蝕方法由于在實際操作中不好控制,仁易受到腐蝕,處理不好還會造成對環(huán)境的污染;真空破殼和超聲波破殼方法設(shè)備昂貴,破殼成本高,且破殼效果不夠理想;定間隙擠壓破殼方法值得探索[2]。 核桃破殼取仁裝置有很多種，常見的有機械打擊破殼、圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對輥窩眼式開口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置以及平板擠壓式破殼裝置等。[3] 3碰撞式核桃破殼機的介紹 通過對核桃破殼的實驗分析，采用碰撞擠壓破殼的方法。通過滾筒的拋送，核桃與輻條篩碰撞，進而在滾筒與輻條篩的擠壓下破殼。其整體結(jié)構(gòu)圖如下： 1.機架 2.、9.螺母 3、10.墊圈 4、11.螺栓 5.電機 6.鍵 7.主動帶輪 8.V帶 12.滾筒 13.輻條篩 14.上機殼 圖 1 碰撞式核桃破殼機整體結(jié)構(gòu)圖 3.1破殼機的工作原理 該裝置由上機殼與下機殼，以及傳動部件組成。上機殼下部設(shè)置和傳動部件相連的滾筒，滾筒與上機殼的外壁之間設(shè)置數(shù)根固連在上機殼兩側(cè)與滾筒平行的輻條篩，輻條篩與滾筒之間形成上大下小漏斗形狀的脫殼室，輻條篩的下部和滾筒之間形成脫殼室的咽喉，進入脫殼室的核桃在凸筋的拋送下與輻條篩碰撞擊并擠壓碎核桃殼。 3.2破殼機的主要結(jié)構(gòu) 輻條篩部分： 輻條篩起碰撞擠壓作用，它是由一定數(shù)量的圓鋼焊接在上機殼兩側(cè)鋼板上，與滾筒平行安裝，每兩根圓鋼之間的縫隙可以將核桃卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的滾筒將被卡住的撞破的核桃擠碎。 滾筒的設(shè)計： 滾筒部分主要是由滾筒、凸筋、圓板焊接而成。核桃在滾筒和凸筋之間被拋出，使其撞在輻條篩上，落到脫殼室咽喉處，由滾筒與輻條篩擠壓破碎，破碎的核桃掉入下部出口。 滾筒是核桃破殼機的主要部件之一，它直接關(guān)系到核桃破殼機正常工作時整體的破殼效果情況。它的功能是采用滾筒上的凸筋，均勻快速的轉(zhuǎn)動情況下，將進入的核桃拋出，被拋出的核桃與輻條篩撞擊破裂，當其進入脫殼室咽喉出被凸筋與輻條篩擠壓破殼。凸筋是數(shù)條鋼筋焊接在滾筒上的，圓筒用的是鋼管，圓通兩端通過圓鋼板使?jié)L筒與軸通過焊接方式連接在一起，核桃破殼機的主要功能是碰撞擠壓破殼，而滾筒在工作中起到了重要作用，因此，滾筒是破殼機的設(shè)計的主要部件。 入料口及破殼機上蓋的設(shè)計： 入料口與核桃破殼機的上蓋部分相連，它是利用薄鋼板制成，入料部位與滾筒的凸筋部位相切，將從入料口進入的核桃，下滑到凸筋部位，由凸筋拋出進行撞擊。 入料口是將核桃填入核桃破殼機機體內(nèi)的一個重要部分，它是核桃破殼機上的一個部件，它的作用在于通過入料口可以將核桃順利的填入機體內(nèi)，而且不會將核桃從入料口飛濺出來，造成人員傷害等事故發(fā)生，而且在填入的過程中或是填入后的工作過程中，破殼機機能安全的工作，因此，核桃破殼機的入料口的設(shè)計，即關(guān)系到核桃破殼機的工作質(zhì)量及安全。 在設(shè)計核桃破殼機入料口時應(yīng)當考慮到設(shè)計不當可能發(fā)生的危害，需要精心的設(shè)計其結(jié)構(gòu)。因為在將核桃添入破殼機時，電動機在高速的旋轉(zhuǎn)，連同它的主軸一起旋轉(zhuǎn)，這種填料方式對主軸、對機體都有很大的副作用，有可能瞬時加大主軸的承擔負載，即同時加大主軸的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等，如果入料口的填料方式不利于主軸的工作，就會加大了滾筒上的凸筋的磨損和老化等。如果入料口的設(shè)計不當，會造成主軸的瞬時被卡死，電動機悶車等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象對電動機和核桃破殼機的主軸有及大的破壞性。核桃破殼機的入料口與破殼機的上蓋相連接為一體，即入料口安裝在核桃破殼機的上蓋上，兩者均采用2mm的薄鐵板制成，焊接連接，核桃破殼機的上蓋成方形。 核桃破殼機的上蓋的兩端部位、入料口的兩側(cè)及中間部位，均采用鐵條加固，其連接的方式采用焊接，這樣可以提高核桃破殼機的上蓋的剛度，不宜變形，同樣也有支撐作用。破殼機的上蓋整體焊接兩個角鐵上，目的是便于與破殼機的下半部分安裝，將破殼機上蓋的緣地腳與角鐵焊接相連，起加固作用的鐵條同樣焊接在兩個角鐵上，以加堅固。在核桃破殼機上蓋的兩端設(shè)有兩個半圓形狀的鐵板，其采用的材料是一樣的，目的一是保障工作人員的安全，因為在破殼機正常工作時，它的主軸高速旋轉(zhuǎn)，如果沒有兩打的鐵板擋住，有可能工作人員不甚將手或衣服絞進破殼機中，造成人員傷亡等事故發(fā)生。二是阻擋破殼后的核桃飛濺，核桃被破殼機破殼后，由于主軸的高速旋轉(zhuǎn)擊打破殼下的核桃四處飛濺，致使核桃不能很好的收集起來，如果核桃破殼機上蓋的兩端沒有著兩快鐵板的攔擋，同時飛濺的核桃碎殼也給工作人員帶來危險，因此核桃破殼機上蓋兩端的擋板設(shè)計是必要的，也是必須的。而且，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)設(shè)計，擋板在核桃破殼機安裝中是縱向布置的，兩個擋板都應(yīng)該騎壓軸承座，即擋板的設(shè)計即要考慮到它與破殼機上蓋的連接又要考慮到它與軸承座的配合，而且，兩端開口，它與軸承相交處的形狀根據(jù)軸承來確定 機架的設(shè)計： 機架是核桃破殼機的主要支撐部件，機架的堅固是核桃破殼機的工作穩(wěn)定、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)，它是承擔所有來自軸及電動機、滾筒的沖擊和應(yīng)力，因此機架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用堅固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。在機架上有兩段橫梁，要求它的工作強度大，承載能力強，受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會變形，因此這兩端橫梁選為角鐵，這樣的材料來支撐核桃破殼機的主要載荷部分。核桃破殼機的機架上安裝有一出口，目的是當破殼機將核桃破殼后，核桃從脫殼室中漏出，落到出出口上，核桃順著斜板下滑，從而滑出機體之外，達到將核桃破殼的完成，而隨時地將核桃排出機體之外，它的材料也同樣是選用鐵板制成。 傳動部分： 傳動部分采用帶傳動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點。 4破殼機的結(jié)構(gòu)因素 4.1滾筒轉(zhuǎn)速的選用 破殼機滾筒轉(zhuǎn)速與拋送效果和碰撞效果有一定關(guān)系，但速度過大也會是震動過大，造成機械不穩(wěn)定，選用400~600r/min較為合適。選擇如下電機： 表4-1 Y90L-2主要參數(shù)如下表 型 號 額定功率KW 轉(zhuǎn)速r/min 電流/A 效率（%） 功率因數(shù) 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 Y90L-4 1.5 1400 3.65 79 0.79 6.5 2.2 2.2 4.2帶輪及傳送帶的設(shè)計 表4-2 傳動部分主要參數(shù)如下表 帶型 傳動比 主動輪直徑 從動輪直徑 帶長 主動輪包角 V帶根數(shù) 帶初壓力 從動輪轉(zhuǎn)速 Z型帶 3.15 71 224 1250 159.5 3 73.5 4.3主軸校核 表4-3 主軸受力主要參數(shù)如下表 電機輸出扭矩 滾筒上的力N 水平面內(nèi)軸承支反力 水平面內(nèi)軸承支反力 垂直面內(nèi)支反力 垂直面內(nèi)支反力 31345.73 31.9 345.23 251.83 表3-2 主軸彎矩主要參數(shù)如下表 水平彎矩（） 水平彎矩（） 垂直彎矩（） 垂直彎矩（） 合成彎矩（） 扭矩圖 31345.73 進行校核時，通常只校核軸上承受最大當量彎矩的強度（既危險截面c的強度）。由經(jīng)驗公式及上面計算出的數(shù)值可得出。 公式 ： （4-1） 式中 ： —軸的抗彎拋面模量， —軸的許用應(yīng)力，。 按軸實際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從《機械設(shè)計基礎(chǔ)》可以查出。 按《機械設(shè)計手冊》書中查得，對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力。 其他截面雖然引起的應(yīng)力集中削弱疲勞強度，但由于最小直徑按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以無需校核。 4.2滾筒與輻條篩的硬度 滾筒和輻條篩與核桃擠壓部分的硬度對破殼有影響，若硬度太低,滾筒及輻條篩容易磨損和產(chǎn)生變形,使用壽命縮短。若硬度太大,則彈性差,對核桃擠壓力大容易傷核桃仁,同時變形小,影響破殼。[5]試驗結(jié)果證明,采用HRC硬度為40~50的45鋼較合適。 4. 3　喂料速度對破殼效果的影響 在入料口兩板有間隙每次可以使一排核桃同時掉落進去,喂料速度越高,單位時間通過的核桃量越多,生產(chǎn)率越高。但當喂料速度遠大于生產(chǎn)率時,核桃破碎率增加,而破殼質(zhì)量則嚴重下降。因此,喂料速度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。 5結(jié)論 核桃破殼機主要靠碰撞和擠壓使核桃破殼，其影響因素主要有轉(zhuǎn)速、咽喉間隙、材料硬度、喂料速度等。 增加破殼效率可適當提高轉(zhuǎn)速，增大喂料量，增長滾筒長度。 參考文獻 [1] 李忠新,楊軍,楊莉玲等.核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備[J].農(nóng)機化研究,2008,(12):27-29,89. 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