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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）任務書
學院
機械電氣化工程學院
班級
農(nóng)機16-4
學生姓名
趙成偉
學號
8031212425
課題名稱
分級擠壓式核桃破殼機的設計
起止時間
2015年10月15日-2016年5月28日（共14周）
指導教師
蘭海鵬
職稱
講師
課題內(nèi)容
核桃在地區(qū)有很大的產(chǎn)量，如果只是單一的賣核桃，價格很低，利潤也不高，所以需要進行核桃的深加工，提高利潤率。進行核桃的深加工就需要對核桃進行破殼，現(xiàn)在很大一部分是用人工破殼，破殼效率很低，所以在此基礎上核桃破殼機應用而生。
本課題的研究內(nèi)容：
1）查找相關(guān)文獻，了解核桃破殼機的工作原理。
2）查找專利及相關(guān)文獻，熟悉核桃破殼機的結(jié)構(gòu)。
3）利用力學原理，對核桃破殼機構(gòu)進行優(yōu)化設計。
4）依據(jù)查找到的專利及文獻，設計核桃破殼機平面圖。
擬定工作進度（以周為單位）
第 一 周：查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容。
第 二 周：撰寫開題報告，并制定總體方案。
第三到十周：設計分級擠壓式核桃破殼機平面圖。
第 十一 周：對分級擠壓式核桃破殼機進行傳動設計和機構(gòu)設計。
第 十二 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。
第十三周：編寫答辯提綱，準備答辯。
第十四周：答辯
主要參考文獻
[1]?曹成茂,朱德泉,江家伍,李兵,江慶.手剝山核桃破殼機的設計與研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學,2011,1003-188X(?2011)?11-0114-04.?
[2] 王利華.核桃的營養(yǎng)保健功能及加工利用[J].中國食物與營養(yǎng),2007,8:29-30.?
[3]?張玲，楊戰(zhàn)勝，蘇澎.蔬菜紙形食品滾筒干燥成形及料漿調(diào)配[J].洛陽工學院學報,1999,20（2)1-5.?
[4]?陸振羲等.食品機械原理與設計[J].北京:中國輕工業(yè)出版社,1995.5:14-18.?
[6]?吳子岳.核桃不同破殼方式的破殼取仁效果[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報1996,19(2):96-10.?
[7]?李興國等.食品機械學[M],上冊.成都:川教育出版社,1996.?
[8]?王高平.一種新型核桃加工設備的研究[J].南方農(nóng)機,?2002,(02)?:113-115.?
[9]?喬園園,史建新,董遠德.影響核桃殼仁脫離的主要因素[J].農(nóng)機化研究,2008,4:43-45.?
任務下達人（簽字）
年 月 日
任務接受人意見
任務接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。
2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。
3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。
塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）開題報告
課題名稱 分級擠壓式核桃破殼機的設計
學生姓名 趙 成 偉
學 號 831212425
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 農(nóng)機16-4
指導教師 蘭海鵬
起止時間 2015.11.17-2016.5.29
機械電氣化工程學院教務辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 研究的目的
核桃在地區(qū)有很大的產(chǎn)量，如果只是單一的賣核桃，價格很低，利潤也不高，所以需要進行核桃的深加工，提高利潤率。進行核桃的深加工就需要對核桃進行破殼，而在地區(qū)，很大一部分是用人工破殼，破殼效果差，工作效率很低，大約只有每小時15公斤，所以在此基礎上核桃破殼機應用而生。
1.3 研究的意義
本課題設計先用篩子對大小不同的核桃進行分級，凹型對輥的對轉(zhuǎn)對核桃進行擠壓式的破殼，因為設計方面的原因，所以能夠大大提高破殼的效率，使核桃破殼從人工破殼方面解放出來，大大提高了勞動生產(chǎn)率，因為破殼后的果仁用于深加工，所以也能夠提高利潤率，增加農(nóng)民收入。因此此項研究很有意義。
二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
2.1 國外現(xiàn)狀
國外核桃破殼機發(fā)展現(xiàn)狀，核桃年產(chǎn)量在20萬t以上的國家僅有中國和美國。中美兩國的核桃產(chǎn)量占世界核桃總產(chǎn)量的50%左右，而最有代表性、生產(chǎn)水平最高和市場占有份額最大的當數(shù)美國。在美國、澳大利亞以及歐洲等發(fā)達國家，核桃絕大部分都經(jīng)過機械化生產(chǎn)線進行商品化處理。采收通過機械振蕩器將核桃果實振落到地面上，再由機械將果實收集起來，運到加工廠進行脫青皮、漂洗、烘干和帶殼包裝等處理。核桃仁加工也全部機械化，通過破殼機破殼，機械、氣流分選機進行殼仁分離，然后用分色機將果仁分為深色和淺色，最后在根據(jù)核仁大小分級，包裝即可銷售。?
在國外，核桃生產(chǎn)技術(shù)水平、生產(chǎn)率最高的國家，最具代表性的要數(shù)美國。在技術(shù)方面，不管是采收階段還是后續(xù)的破殼工藝機械化程度很高。他們在采摘前，先噴灑果實催熟藥劑乙烯利，然后再用震落機采收，再用脫青皮機脫皮，用清洗機清洗，用烘干機烘干、利用冷庫進行干燥處理和貯藏。待核桃水分脫到一定程度后，再用破殼機破殼，最后殼仁分離是用氣流分選機分離。?
主要核桃破殼機類型有：①Larry?H.Hemry研制的專利號為6098530機械式核桃破殼機。該機的主要結(jié)構(gòu)由機架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機構(gòu)以及動力所組成。機械式核桃破殼機通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應各類堅果的破殼。②Kenneth?R.Evans研制的專利號4201126核桃破殼機。該機主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運送到破殼裝置，然后對其進行破殼。③Clarence?Lloyd?Warmack和?Barry?Shawn?Warmack等研制的專利為6516714核桃破殼機。該機主要由機架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機可以成功有效地擊打核桃將其殼仁分離。④John?W.?Brazil發(fā)明的專利號為?4255855核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。⑤Michael?P.Filice，Robert?Lemos?和Robert?P.Baker等研制的專利號為5325769核桃破殼機。該機主要由機架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。
國內(nèi)現(xiàn)狀
核桃要完成破殼的工序是要等青皮脫落后，一定時間內(nèi)核桃本身脫去水分后才進行。在過去，我國核桃破殼主要是靠人工來完成，在一些農(nóng)家地方用專用的小孔模具來撞擊完成破殼工序。隨著核桃業(yè)的不斷發(fā)展，手工破殼已經(jīng)不能完全滿足社會的需要。因此，采用機械式的破殼方式是滿足社會和生產(chǎn)率唯一選擇。?
當前核桃破殼取仁的方法主要有：①離心式碰撞破殼。②化學腐蝕。③真空破殼取仁。④超聲波破殼。⑤定間隙擠壓破殼。其中采用第一種方法破殼時會產(chǎn)生大量的碎仁，所以此方法很少被應用；第二種方法，由于在實際操作中仁易受到腐蝕不好控制，產(chǎn)生的廢水廢液還有可能污染環(huán)境，所以應用的也很少；第三、四種破殼方法，需要的破殼設備昂貴，這無疑增加了破殼成本，并且破殼效果也不能達到人們的要求；只有第五種方法值得探索。?
我國堅果剝殼機具發(fā)展緩慢，遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展，在一些生產(chǎn)應用的機具中，存在如下幾個突出的問題，因而，難以推廣應用。??
(1)剝殼率低。不少剝殼機漏剝或剝殼不完全，果仁去凈率不高，有些剝殼機剝殼率只有50%。這是堅果剝殼機推廣使用的最大障礙。??
(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理，造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴重，碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機具果仁損失率高達20%。??
(3)果仁完整性差。有些機具的設計，為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象，一味追求剝殼率的提高，導致高的破碎率，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。??
(4)通用性差。一般剝殼機僅能用于某一品種堅果的剝殼作業(yè)，對于不同品種的堅果，不能通過更換主要零部件來實現(xiàn)一機多用。??
(5)機具性能不穩(wěn)定，適應性差。為某類堅果專門開發(fā)的專用機型，在該堅果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時，剝殼機具剝殼性能就變差。??
(6)作業(yè)成本偏高。我國堅果剝殼機具尚未形成規(guī)模和系列，多數(shù)是單機制造，制造的工藝水平低、成本高、也因為通用性差，不能一機多用，使得生產(chǎn)企業(yè)設備配置的成本高，致使加工堅果的作業(yè)成本增加。
2.2 技術(shù)現(xiàn)狀
1、 現(xiàn)有的核桃分級裝置主要有：錐輥式分級裝置、圓孔篩分級裝置和柵式滾筒分級裝置三種。
（1）錐輥式分級裝置?
錐輥式分級裝置，采用一對相對轉(zhuǎn)動的錐形輥，如圖3-19，核桃在兩錐形輥的帶動下不停地上升和下落，同時，核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用下沿錐形輥向下移動，直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時，核桃通過間隙落下。?
該裝置分級效果不好，原因①核挑大最喂入時，上層的核挑無法及時地與下層的核桃進行交換，造成前一級的核挑在后一級甚至后兒級才被分離出去，出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象。②由于有相當一部分伎桃是橢球形的，這些核桃在下滑時，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
（2）圓孔篩分級裝置???
圖3-20是圓孔篩分級原理圖，該圓孔篩與水平線的夾角為a?。篩孔由右往左逐漸變大，核桃在重力和離心力的共同作下沿篩壁下滑并通過合適的孔口落下。?
該裝置的一個缺點是，在分級的過程中，有時會出現(xiàn)孩桃堵塞篩孔的現(xiàn)象,?尤其是在核桃大量喂人時。
（3）柵式滾筒分級裝置?
圖3-21是柵式分級裝置簡圖。該裝置是由具有一定錐度的柵條組成的，滾簡的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升、下落，并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動，直至從滾簡中脫出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,?能耗低、分級均勻度高。
2、?新型核桃分級裝置設計
現(xiàn)有的核桃分級裝置都需要動力源，而且在整體組裝上都很復雜。為避免這些不必要的能源浪費和繁瑣的組裝，現(xiàn)設計出一種靠核桃自身重力分級的裝置。原理是將核桃分為兩個級別，大于近似球體直徑平均值為31.5838mm的，直接在50mm的上管道內(nèi)通過，小于這個平均值的，核桃在上管道滾落過程中，靠自身的重力掉入下管道，這樣就可以完成分級。
2.3 ?核桃破殼機械的研究重點?
現(xiàn)階段，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，核桃產(chǎn)業(yè)逐年遞增，相應的破殼機械種類也有很多，特別是國外的技術(shù)已經(jīng)很先進，在破殼流程中幾乎不用人工的參與，但國內(nèi)的破殼機械還存在一系列的問題，為了使破殼機械在生產(chǎn)中發(fā)揮高效率作用，需要對各個破殼機械裝置進行比較，進行完善其功能?，F(xiàn)階段我國核桃破殼機械的研究重點是：
?
(1)提高機械的兼容性和適應性。當前，相當多的核桃破殼機械設計有局限?性，它們只能應用在具有特定的地區(qū)生長環(huán)境的某類核桃中，其兼容性和適應性較差。提高機械的通用性和適應性，通過變換核桃破殼機械的主要部件達到同時具備對其他帶殼堅果進行脫殼加工的功能已成為核桃破殼機械發(fā)展的一個趨勢和新的挑戰(zhàn)，如何研制出滿足兼容性和適應性的要求的工作部件，改進技術(shù)工藝，提高生產(chǎn)效率，給核桃破殼機械作業(yè)的發(fā)展提出了新的難題。?
(2)提高機械脫殼率，降低破損率。核桃機械破殼存在的破碎率高、整仁率?低的問題是一直制約核桃實現(xiàn)機械化生產(chǎn)加工的重要問題，對我國核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了一定影響。處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到核桃破殼機械在未來的發(fā)展和應用。一方面，提高核桃破殼機械的核心技術(shù)，改進工作部件，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研發(fā)新的脫殼機理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計；另一方面，進一步改進和完善整體配置，提高脫殼率，降低核桃仁破損率。?
(3)提高機械自動化，加強自動控制。目前，多數(shù)機械仍脫離不了人工喂料?和人工定位，一定程度上降低了生產(chǎn)作業(yè)速度和質(zhì)量，增加了生產(chǎn)成本。為此，?需要研發(fā)以一種新的人工智能系統(tǒng)，通過機電一體化的手段使脫皮殼機械設備自動喂料、自動定位。并且保證喂料的均勻和定位的有效性，實現(xiàn)自動化操作，進一步提高作業(yè)的速度和質(zhì)量，提高科學性和精確度，滿足脫殼機械的發(fā)展要求，不斷拓寬國內(nèi)外市場，改變現(xiàn)有的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。?
(4)提高技術(shù)、改進工藝、增加新材料。在這個科技飛速發(fā)展的時代，伴隨?著電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，核桃剝殼機機械結(jié)構(gòu)復雜、材料笨重、工藝落后等問題將被淘汰，隨之而來的是簡單的操作流程、較小的阻力、較長的使用壽命、較少的勞動力、輕便的材料等等，類似的高新技術(shù)將會被應用到實際的生產(chǎn)中，這也是核桃脫殼機械在未來發(fā)展中應重點研發(fā)的主要課題。
2.3.1 設計要求
目前核桃破殼機械裝置存在較大的地域差異性，在不同的地方產(chǎn)不同種類的核桃，即大小不一，這樣就造成了核桃破殼機械的局限性?，F(xiàn)設計的新型核桃破殼機械要能改善地域的差異性，能破多種品種的核桃；分級裝置的改進，能使生產(chǎn)效率提高和降低碎仁率；調(diào)節(jié)裝置的改進，可以針對不同品種的核桃。
2.4 核桃的有關(guān)信息?
核桃是世界著名四大干果之一(還有扁桃、腰果、榛子)，它是胡桃屬落葉喬木，在中國栽培有2000年以上的歷史。據(jù)市場預測，核桃富含脂肪(70%以上) 及蛋白質(zhì)(20%)，是高熱能營養(yǎng)食物，又是無膽固醇的綠色保健食品，有著廣闊的國內(nèi)外市場，歷來被稱為“木本油料”、“鐵桿莊稼”，是中國開發(fā)山區(qū)林業(yè)生產(chǎn)的重要經(jīng)濟樹種。目前，全國25個省、市自治區(qū)都有核桃分布，面積有1000多萬畝，2億多株，以云南、山西、陜西、河北、甘肅、河南、四川、北京、山東、產(chǎn)量最多，約占全國總產(chǎn)量的85%以上，并且是我國傳統(tǒng)出口物資之一。?
我國的核桃栽培面積約130萬hm2以上，主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場上，核桃與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界4大干果，核桃作為保健食品早已被國內(nèi)外所認識。我國核桃總產(chǎn)量約31萬噸，全國人均占有0.?24kg。這與國際上一些國家相比相差甚遠，如美國人均占有核桃1.?5kg，是我國的6倍。針對核桃加工存在的問題和市場的需求，確定核桃加工工藝，除脫青皮、分級、清洗、脫水、烘干、去殼、仁殼分離與包裝外，還可進一步深加工。在加工中，存在的問題是核桃脫殼比較困難，主要由人工完成。人工剝殼難以滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，故研制高效剝殼機已成當務之急。?
核桃也是我國干果類商品出口之一，加工和出口的季節(jié)性比較強。核桃取仁在我國歷來靠手工，一人一天平均僅能砸30斤核桃，取仁約12斤，以天津口岸年出口核桃仁5000噸計，僅取仁一項需占用勞力80多萬個勞動日，而且，加工和出口的時間正值三秋和農(nóng)田基本建設大忙季節(jié)，任務重，時間緊，形成與農(nóng)業(yè)爭勞力的局面，?所以，實現(xiàn)核桃取仁機械化，對解放勞動力，支援農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。核桃出口國家較多，進口國家比較集中，國際市場斗爭十分激烈，實現(xiàn)核桃加工機械化，有利于我們搶時間，爭速度?支援外貿(mào)。從經(jīng)濟上說，國際市場核桃仁各質(zhì)量等級的差價甚大。機械取仁有希望提高取仁質(zhì)量，增加外匯，同時大規(guī)模集中加工，便于綜合利用。核桃仁中約占5%的碎末可以集中榨油，大量的核桃殼是做活性炭的好原料。手工分散加工，這些碎末都浪費了。研制核桃取仁機的具體任務是尋找適當?shù)?、特別是保證取仁質(zhì)量的破殼工藝方法，研究實現(xiàn)這一工藝方法所要求的機器。
三、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析
3.1 課題任務要求
本裝置主要是為了將核桃破殼這道工序從手工破殼解放出來，其中最突出的特點就是效率要高，單位時間內(nèi)的破殼量要大，而且還要適當?shù)恼疹櫿事剩荒軌蛴刑嗟乃槿省?
3.2 課題設計預期目標的可行性分析
本裝置主要是通過機械加工的手段對核桃進行破殼，通過對國內(nèi)國外的一些破殼機械的研究，在與本裝置進行對比，在機械的原理上是行的通的。再根據(jù)一些力學性能指標，本裝置是完全符合的。綜上所述，該設計是可行的。
四 本課題需要重點研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 本課題需要研究的重點問題
需要對核桃進行分級，分類，然后分別進行破殼，提高整仁率。破殼的效率要高，單位時間內(nèi)的破殼數(shù)量要明顯高于人工。
4.2 本課題需要研究的難點問題解決的思路
通過對核桃大小的研究，設計合理大小篩孔的篩子，通過振動作用，將核桃分級。分級后不同大小的核桃先后通過擠壓輥進行擠壓，擠壓的縫隙通過調(diào)整動擠壓輥來調(diào)整，以便不同的核桃通過，提高整仁率。
五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
完成本課題所必須做的工作有利用學校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料，了解核桃的基本性質(zhì)，破殼機的結(jié)構(gòu)、原理等，了解各種類型的破殼機的特點。關(guān)鍵問題可請求老師指導或通過同學討論，選擇適合的破殼機類型，對擬定的破殼機進行設計，計算，利用Auto CAD等繪圖軟件繪制出破殼機的零件圖，裝配圖，反復對設計內(nèi)容進行檢驗、校核。
六 工作方案及進度計劃
工作方案：設計總體含括→分級裝置設計→破殼部分裝置設計→動力裝置設計→機箱及外圍設備設計→機體有機組合。
進度計劃：
第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解核桃破殼機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第2周—第5周 設計核桃破殼機的總體方案。
第6周—第9周 對核桃破殼機的結(jié)構(gòu)進行具體設計。
第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準備答辯。
七 參考文獻?
? [1]?曹成茂,朱德泉,江家伍,李兵,江慶.手剝山核桃破殼機的設計與研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學,2011,1003-188X(?2011)?11-0114-04.?
[2] 王利華.核桃的營養(yǎng)保健功能及加工利用[J].中國食物與營養(yǎng),2007,8:29-30.?
[3]?張玲，楊戰(zhàn)勝，蘇澎.蔬菜紙形食品滾筒干燥成形及料漿調(diào)配[J].洛陽工學院學報,1999,20（2)1-5.?
[4]?陸振羲等.食品機械原理與設計[J].北京:中國輕工業(yè)出版社,1995.5:14-18.?
[6]?吳子岳.核桃不同破殼方式的破殼取仁效果[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報1996,19(2):96-10.?
[7]?李興國等.食品機械學[M],上冊.成都:川教育出版社,1996.?
[8]?王高平.一種新型核桃加工設備的研究[J].南方農(nóng)機,?2002,(02)?:113-115.?
[9]?喬園園,史建新,董遠德.影響核桃殼仁脫離的主要因素[J].農(nóng)機化研究,2008,4:43-45.?
[10]?呂朋翔,核桃破殼力實驗及核桃剝殼機主要部件虛擬樣機設計.2011,5:27.?
[11]?梁勤安,楊軍.核桃初加工工藝及關(guān)鍵設備[J],農(nóng)機化研究,2003-1:154-164.?
[12]?濮良貴，紀名剛.機械設計[J].第8版.北京：高等教育出版社,2006-5:387-388.?
[13]?吳宗澤，羅圣國．機械課程設計簡明手冊[M].北京：高等教育出版社，2006-5．?
[14]?辛動軍,史建新.國內(nèi)外核桃破殼取仁機械的現(xiàn)狀及問題的探討[J].農(nóng)業(yè)大學學報2001,24(6):29-31.
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開題報告答辯 塔里木大學機械電氣化工程學院 分級擠壓式核桃破殼機的設計 班級 農(nóng)機16 4學生 趙成偉學號 8031212425指導教師 蘭海鵬 匯報內(nèi)容 選題背景研究目的與意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究目標研究主要內(nèi)容難點問題創(chuàng)新點 1選題背景 核桃在地區(qū)有很大的產(chǎn)量 如果只是單一的賣核桃 價格很低 利潤也不高 所以需要進行核桃的深加工 提高利潤率 進行核桃的深加工就需要對核桃進行破殼 而在地區(qū) 很大一部分是用人工破殼 破殼效果差 工作效率很低 大約只有每小時15公斤 在機械破殼的比率只有百分之二 所以在此基礎上核桃破殼機應用而生 當前一些核桃破殼機的適應性較差 不能很好的對核桃進行破殼 破殼效率和質(zhì)量都較差 2研究目的與意義 本項研究的目的是在保證一定整仁率的情況下提高核桃破殼的效率 本課題設計先用篩子對大小不同的核桃進行分級 凹型對輥的對轉(zhuǎn)對核桃進行擠壓式的破殼 因為設計方面的原因 所以能夠大大提高破殼的效率 使核桃破殼從人工破殼方面解放出來 大大提高了勞動生產(chǎn)率 因為破殼后的果仁用于深加工 所以也能夠提高利潤率 增加農(nóng)民收入 因此此項研究很有意義 核桃要完成破殼的工序是要等青皮脫落后 一定時間內(nèi)核桃本身脫去水分后才進行 在過去 我國核桃破殼主要是靠人工來完成 在一些農(nóng)家地方用專用的小孔模具來撞擊完成破殼工序 隨著核桃業(yè)的不斷發(fā)展 手工破殼已經(jīng)不能完全滿足社會的需要 因此 采用機械式的破殼方式是滿足社會和生產(chǎn)率唯一選擇 當前核桃破殼取仁的方法主要有 離心式碰撞破殼 化學腐蝕 真空破殼取仁 超聲波破殼 定間隙擠壓破殼 其中采用第一種方法破殼時會產(chǎn)生大量的碎仁 所以此方法很少被應用 第二種方法 由于在實際操作中仁易受到腐蝕不好控制 產(chǎn)生的廢水廢液還有可能污染環(huán)境 所以應用的也很少 第三 四種破殼方法 需要的破殼設備昂貴 這無疑增加了破殼成本 并且破殼效果也不能達到人們的要求 只有第五種方法值得探索 3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國核桃破殼機具發(fā)展緩慢 遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展 在一些生產(chǎn)應用的機具中 存在如下幾個突出的問題 因而 難以推廣應用 1 剝殼率低 不少剝殼機漏剝或剝殼不完全 果仁去凈率不高 有些剝殼機剝殼率只有50 這是核桃剝殼機推廣使用的最大障礙 2 損失率高 由于參數(shù)選擇不合理 造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴重 碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除 有些機具果仁損失率高達20 3 果仁完整性差 有些機具的設計 為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象 一味追求剝殼率的提高 導致高的破碎率 從而降低了產(chǎn)品的商品價值 4 通用性差 一般剝殼機僅能用于某一品種堅果的剝殼作業(yè) 對于不同品種的堅果 不能通過更換主要零部件來實現(xiàn)一機多用 5 機具性能不穩(wěn)定 適應性差 為某類核桃專門開發(fā)的專用機型 在該核桃品種 大小規(guī)格 外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時 剝殼機具剝殼性能就變差 6 作業(yè)成本偏高 我國核桃剝殼機具尚未形成規(guī)模和系列 多數(shù)是單機制造 制造的工藝水平低 成本高 也因為通用性差 不能一機多用 使得生產(chǎn)企業(yè)設備配置的成本高 致使加工核桃的作業(yè)成本增加 1 現(xiàn)有的核桃分級裝置主要有 錐輥式分級裝置 圓孔篩分級裝置和柵式滾筒分級裝置三種 1 錐輥式分級裝置錐輥式分級裝置 采用一對相對轉(zhuǎn)動的錐形輥 核桃在兩錐形輥的帶動下不停地上升和下落 同時 核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用下沿錐形輥向下移動 直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時 核桃通過間隙落下 該裝置分級效果不好 原因 核挑大量喂入時 上層的核挑無法及時地與下層的核桃進行交換 造成前一級的核挑在后一級甚至后幾級才被分離出去 出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象 由于有相當一部分核桃是橢球形的 這些核桃在下滑時 會因下滾姿態(tài)的不同 而在不同的位置下落 從而造成分級誤差 2 圓孔篩分級裝置篩孔由右往左逐漸變大 核桃在重力和離心力的共同作下沿篩壁下滑并通過合適的孔口落下 該裝置的一個缺點是 在分級的過程中 有時會出現(xiàn)孩桃堵塞篩孔的現(xiàn)象 尤其是在核桃大量喂人時 3 柵式滾筒分級裝置該裝置是由具有一定錐度的柵條組成的 滾簡的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升 下落 并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動 直至從滾簡中脫出 該裝置結(jié)構(gòu)簡單 能耗低 分級均勻度高 現(xiàn)有的破殼機械原理圖 4研究目標 現(xiàn)階段 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展 核桃產(chǎn)業(yè)逐年遞增 相應的破殼機械種類也有很多 特別是國外的技術(shù)已經(jīng)很先進 在破殼流程中幾乎不用人工的參與 但國內(nèi)的破殼機械還存在一系列的問題 為了使破殼機械在生產(chǎn)中發(fā)揮高效率作用 需要對各個破殼機械裝置進行比較 進行完善其功能 現(xiàn)階段我國核桃破殼機械的研究目標是 1 提高機械的兼容性和適應性 當前 相當多的核桃破殼機械設計有局限性 它們只能應用在具有特定的地區(qū)生長環(huán)境的某類核桃中 其兼容性和適應性較差 提高機械的通用性和適應性 通過變換核桃破殼機械的主要部件達到同時具備對其他帶殼堅果進行脫殼加工的功能已成為核桃破殼機械發(fā)展的一個趨勢和新的挑戰(zhàn) 如何研制出滿足兼容性和適應性的要求的工作部件 改進技術(shù)工藝 提高生產(chǎn)效率 給核桃破殼機械作業(yè)的發(fā)展提出了新的難題 2 提高機械脫殼率 降低破損率 核桃機械破殼存在的破碎率高 整仁率低的問題是一直制約核桃實現(xiàn)機械化生產(chǎn)加工的重要問題 對我國核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了一定影響 處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到核桃破殼機械在未來的發(fā)展和應用 一方面 提高核桃破殼機械的核心技術(shù) 改進工作部件 改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 研發(fā)新的脫殼機理 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計 另一方面 進一步改進和完善整體配置 提高脫殼率 降低核桃仁破損率 5研究主要內(nèi)容 查找選題相關(guān)的文獻資料 確定思路框架 具有整體意識 對分級裝置 破殼機構(gòu)及傳動系統(tǒng)等關(guān)鍵部分進行設計 完成破殼機的三維模型以及相關(guān)技術(shù)圖紙材料 對關(guān)鍵部件進行強度 剛度校核 以及進行受力分析 對整體結(jié)構(gòu)進行調(diào)整 優(yōu)化 6難點問題 核桃的大小不均 在受力時就不一樣 所以需對核桃進行分級破殼 分級時所用的篩子篩孔大小的確定可能需要做大量的試驗來確定 在破殼時需要兼顧破殼的效果 提高整仁率 降低碎仁率 所以需要對擠壓輥的形狀進行設計 根據(jù)不同品種的核桃 擠壓輥之間的間隙有不同的要求 所以擠壓輥的間隙要可調(diào) 7創(chuàng)新點 在進行破殼時對核桃進行分級處理 提高整體的破殼質(zhì)量擠壓輥分為固定輥和可調(diào)節(jié)輥 能夠調(diào)節(jié)輥間間隙 以應對不同大小 不同品種的核桃擠壓輥的形狀設計較為合理 提高整仁率 降低碎仁率設計有收集裝置 避免人工收集 降低勞動強度 歡迎大家予以批評指正 塔里木大學畢業(yè)設計答辯 XXXXXXXXXXXX機的設計 學生姓名 XXX指導老師 XXX答辯時間 2014 05 課題研究的目的及意義 課題研究的主要內(nèi)容 關(guān)鍵部件的設計 創(chuàng)新與改進 1 課題研究的目的及意義核桃果仁具有很高的營養(yǎng)價值 含有豐富的蛋白質(zhì) 氨基酸及礦物原素 并具有潤肺強腎 降低血脂 預防冠心病之功效 核桃果仁具有很高的藥用價值 核桃仁有治虛寒喘咳 心腹疝痛等功效 核桃果仁具有很高的食用價值 加工而成的高級食用植物油 油色清味香 品位高檔 近年來 隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展 核桃的價值與功能近一步被人們所認識 核桃的深加工就涉及到破殼取仁的操作步驟 目前我國關(guān)于這方面的技術(shù)還不成熟 所以本次設計的分級擠壓式核桃破殼機是很有意義的 2 課題研究的主要內(nèi)容本次設計主要內(nèi)容是對目前市場上的分級裝置 破殼裝置 殼仁分離裝置進行簡單的介紹 了解各種裝置的優(yōu)缺點 并且在所有的裝置中選擇比較理想的裝置作為本次設計的分級裝置 破殼裝置 將所選擇的裝置進行改進設計 并結(jié)合電動機 機架 分級篩軸等部件進行分級破殼機的整體設計 做出三維圖 二維圖 對所用的電動機 軸 帶輪 帶進行分析 計算 選擇 2 1工作原理 核桃經(jīng)由進料口進入破殼機 先進入分級篩網(wǎng)進行分級 經(jīng)過分級處理后 核桃按照其大小的不同被分為若干等級 被分級好的核桃掉落至核桃擠壓裝置中 可以根據(jù)核桃的大小來制定核桃破殼擠壓的具體距離 在發(fā)動電動機以后 輥子轉(zhuǎn)動 核桃在該擠壓區(qū)受到連續(xù)四點擠壓 破殼成功 通過收集板將破碎以后的殼仁混合物導出來 2 2分級擠壓式核桃破殼機整體結(jié)構(gòu) 1 進料口 2 篩網(wǎng)保護罩 3 分級篩網(wǎng) 4 篩罩 5 大皮帶輪 6 分級篩軸 7 腿管 8 副橫梁 9 輥子 10 輥子皮帶輪 11 擠壓板 12 軸承 13 電動機皮帶輪 14 電動機 15 手輪 16 滑塊母 17 滑塊 18 導流槽 19 主橫梁 20 側(cè)橫梁 3關(guān)鍵部件的設計3 1分級機構(gòu)分級機構(gòu)如圖所示 由分級篩網(wǎng) 導流槽這兩部分組成 關(guān)鍵部件是分級篩網(wǎng) 分級篩網(wǎng)采用柵式滾筒裝置 并且為了分級更加細致 精確 在柵條的垂直方向上加了一些等距的鋼圈 為了使核桃能夠快速高效分級 在滾筒的內(nèi)部加上了像彈簧一樣的螺旋裝置 螺旋的厚度為5厘米 使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn) 這樣核桃就會隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動 3 2破殼裝置破殼裝置由一塊擠壓板和一個輥子組成 可以根據(jù)核桃的大小自由的調(diào)節(jié)擠壓板與輥子之間的距離 以適應實際情況 并且由于擠壓板上面是一個鋸齒形的板子 在破殼的過程中可以持續(xù)的四點加壓 由于有筋的緣故 并且擠壓板的鋸齒形部分表面粗糙 所以會減小打滑的情況 提高破殼的效率 4創(chuàng)新與改進4 1創(chuàng)新點 1 分級篩網(wǎng)采用柵式滾筒裝置 并且為了分級更加細致 精確 在柵條的垂直方向上加了一些等距的鋼圈 為了使核桃能夠快速高效分級 在滾筒的內(nèi)部加上了像彈簧一樣的螺旋裝置 螺旋的厚度為5厘米 使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn) 這樣核桃就會隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動 2 破殼裝置采用一個固定的擠壓板 一個可以移動的動輥組成 可以有效的根據(jù)核桃大小的實際情況調(diào)節(jié) 提高破殼的質(zhì)量 擠壓板擠壓部分表面粗糙化 可以防止打滑 提高破殼效率 4 2改進的地方 1 由于本人能力有限 本次設計主要進行的是核桃的分級以及破殼 沒有對后續(xù)的殼仁分離進行設計 所以后面的殼仁混合物還需要用專門的機子進行清選 理想的機型是分級 破殼 殼仁分離一體機 這是需要改進的一個地方 2 本次設計只是單純的機械設計 沒有涉及到自動化部分 而隨著社會的發(fā)展 技術(shù)的進步 設計應該會向自動化 智能化方向發(fā)展 謝謝大家 誠請各位老師指正
16 屆畢業(yè)設計
分級擠壓式核桃破殼機的設計
學生姓名 趙成偉
學 號 8031212425
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-4
指導老師 蘭海鵬
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
前 言
我國從20世紀80年代開始著手破殼機的研究和開發(fā)，但由于存在一些技術(shù)難點，至今此類機器沒有得到大范圍的推廣和應用。實現(xiàn)核桃加工的機械化生產(chǎn)，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁質(zhì)量。
本次設計的重點是對核桃進行分級以及核桃的破殼，所以所設計的機器名為分級擠壓式核桃破殼機的設計。
本次設計所做的主要工作是介紹國內(nèi)現(xiàn)存的核桃分級、破殼、殼仁分離技術(shù)，進行分級、破殼部分的設計，形成整體的機型。最后對所設計的機子進行電機的選擇，帶輪的選擇，以及帶的選擇，并進行軸的計算及選擇。
設計的目的是大大提高核桃破殼的效率，并且保持核桃仁的完整度較高。
關(guān)鍵詞：分級；破殼，效率；完整度
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題研究的背景 1
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析 2
1.3 核桃破殼機的市場預測 3
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究 3
2.1 核桃分級裝置 3
2.2 核桃破殼裝置 4
2.3 核桃殼仁分離裝置 7
3 核桃破殼機的設計 8
3.1 核桃破殼機設計方案的制定 8
3.2 核桃破殼機的總體結(jié)構(gòu)及工作原理 9
3.3 核桃破殼機分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計 9
3.4 核桃破殼機破殼結(jié)構(gòu)設計 10
4 各部分零件的選擇與校核計算 11
4.1 電動機的選擇 12
4.2 帶輪的選擇 12
4.3 帶的選擇 13
4.4 軸的計算 13
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 14
5 結(jié)論與發(fā)展方向 15
5.1 結(jié)論 15
5.2 發(fā)展方向 15
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻 18
塔里木大學畢業(yè)設計
1 緒論
1.1 課題研究的背景
核桃為胡桃科、胡桃屬植物，喬木，高達20.25米；樹干較別的種類矮，樹冠廣闊；樹皮幼時灰綠色，老時則灰白色而縱向淺裂；小枝無毛，具光澤，被盾狀著生的腺體，灰綠色，后來帶褐色。核桃皮毒性較大，可入藥，治療皮膚膿癤等。
核桃果仁具有很高的營養(yǎng)價值，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及礦物原素，并具有潤肺強腎、降低血脂，預防冠心病之功效，長期食用具有益壽養(yǎng)顏，抗衰老等作用。
核桃果仁具有很高的藥用價值，核桃仁有“補氣養(yǎng)血，潤燥化痰，益命門，處三焦，溫肺潤腸，治虛寒喘咳，腰腳重疼，心腹疝痛，血痢腸風”等功效。長期食用益壽養(yǎng)顏、抗衰老，孕婦食用對胎兒智力發(fā)育有神奇功效。
核桃果仁具有很高的食用價值，用東北山核桃加工而成的高級食用植物油，油色清味香，品位高檔，含有脂肪酸、油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸占88%-96%之間，高于油茶油，也高于食用橄欖油。常食山核桃仁、油產(chǎn)品，具有健脾開胃、潤沛強腎、滋補康復、預防冠心病和降低血脂的功效。是一種健康味美、營養(yǎng)豐富的天然綠色營養(yǎng)食品。
種仁多破碎成不規(guī)則的塊狀，完整者類球形，由二瓣種仁合成，皺縮多溝，凹凸不平。外被棕褐色薄膜狀的種皮包圍，剝?nèi)シN皮顯黃白色。質(zhì)脆，子葉富油質(zhì)。氣微弱，子葉味淡，油樣，種皮味澀。以色黃、個大、飽滿、油多者為佳。
近年來，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，核桃的價值與功能進一步被世人所認識，在國內(nèi)外的市場上，人們對核桃及其加工品的需求量不斷增加。這就為核桃的發(fā)展提供了廣闊的市場，同時也對核桃的安全生產(chǎn)和加工質(zhì)量提出了更高的要求。但由于核桃品種繁雜，尺寸各異、形狀不規(guī)則、核仁與核殼間隙小，這個間隙小于殼完全破裂時的變形量，這大大增加了核桃的破殼取仁難度。破殼后還有很多的工作要完成，怎樣實現(xiàn)殼仁分離是面臨的又一大難題。這是核桃破殼技術(shù)方面存在的主要問題。性能良好的破殼機有以下三個特點：
（1） 破殼效率高；
（2） 破殼后核仁的清潔度高；
（3） 破殼機自動化程度高。
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析
陜西科技大學的碩士研究生高警進行了核桃破殼機理研究及破殼機的設計，依據(jù)核桃破殼機理研究的結(jié)果，并結(jié)合目前國外成熟的核桃破殼機械的工作原理，本課題中采用定間隙擠壓破殼法和定向擊打法設計破殼設備。在課題研究的過程中,由于各個核桃之間的尺寸存在差異，需要根據(jù)實際的尺寸條件設計破殼機構(gòu)，并設計簡單的調(diào)節(jié)裝置以適應不同大小的核桃。先根據(jù)破殼方案運用UG設計出核桃破殼機的三維模型，并根據(jù)機械設計理論和優(yōu)化設計理論對核桃破殼機的三維模型進行優(yōu)化，最后確定設備的尺寸并加工出樣機。最后,對樣機進行試驗，確定最終的設計方案。偏心擠壓式核桃破殼機和擊打式核桃破殼機在原理上都能夠?qū)颂疫M行破殼，但是兩種設備的破殼效果不盡相同，所以本課題用兩種設備利用正交試驗對不同種類的核桃進行破殼，通過從破殼效果、破殼機加工成本、操作方便性、設備壽命、環(huán)境影響等方面進行比較，確定出最終的設計方案以適應薄皮核桃品種。
山西農(nóng)業(yè)大學的碩士研究生劉德華進行了核桃分級破殼機的設計與試驗研究，運用機械設計理論，對核桃分級破殼機的上料裝置、傳送裝置、分級裝置以及破殼裝置四部分進行了設計，其中上料裝置中的隔料器實現(xiàn)均勻喂料，傳送裝置將樣本傳送至分級裝置，分級裝置對樣本進行分級處理，最后在破殼裝置中進行破殼操作。利用三維建模軟件Solid Works對核桃分級破殼機各部分零件進行建模，并裝配以驗證有關(guān)設計。
農(nóng)業(yè)大學的碩士研究生何義川進行了氣動擊打式核桃破殼機的設計及試驗研究，該機的主要特點是喂料箱里的核桃由喂料撥輪不停地轉(zhuǎn)動將核桃送到喂料箱的出口，并將喂料箱出口多余的核桃往回撥從而防止核桃在喂料箱中出現(xiàn)搭橋；設計出了由兩條平行的驅(qū)動鏈和輸送核桃盒子組成的輸送裝置，該裝置可以保證核桃被單一連續(xù)地輸送到破殼工位；同時,設計出了防止核桃在輸送過程中有跳動和偏出現(xiàn)象的導向護送裝置。通過對氣動擊打式核桃破殼機的二次回歸正交試驗，得到了在不同試驗指標下破殼機的破殼回歸方程和最優(yōu)方案。
青島理工大學的碩士研究生劉明政進行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁的機理分析與實驗研究，目前所存在的核桃破殼取仁設備主要采用剛性元件，存在破殼率和露仁率低的問題，多數(shù)剝殼機一味追求剝殼率的提高，導致高的核桃仁破碎率，損失率較高，并且對不同品種的核桃適應性差。采用柔性元件并設計合理的機構(gòu)能有效提高破殼率和露仁率，減少對核桃仁損害，提高了整仁率。本研究課題利用自行研制的核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離設備，重點對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設計與破殼取仁機理分析，并對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁效果進行實驗驗證具體研究內(nèi)容如下:
（1） 針對目前核桃生產(chǎn)加工中破殼取仁工序存在的問題，分析了目前核桃破殼取仁方法的優(yōu)劣，得出機械裝置的方法較為理想；針對不同的機械破殼方法，綜述了國內(nèi)外核桃破殼以及脫殼取仁機械設備研究現(xiàn)狀，并對堅果破殼過程中的力學特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了分析。在上述分析的基礎上，提出了基于剪切擠壓機理柔性帶核桃破殼取仁的研究課題。
（2） 進行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的結(jié)構(gòu)設計，設計了柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼系統(tǒng)，柔性葉片錘擊取仁系統(tǒng)，氣力與柔性螺旋葉片耦合作用下核桃殼仁滾筒雙向分離系統(tǒng)，并分析了每個系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和工作原理；對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的有益效果進行了分析；設計了新型核桃分級設備，并對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置三個系統(tǒng)中各自相應的部件進行改進設計。
1.3 核桃破殼機的市場預測
隨著社會的進步與人們生活水平的提高以及核桃市場的發(fā)展，核桃破殼機的市場肯定會越來越好，需求量會越來越大，所以說這一塊的市場市很好的。但是目前這一市場還不成熟，技術(shù)也不是很成熟，急需大量的科技工作者涌入這一領(lǐng)域。
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究
2.1 核桃分級裝置
① 錐輥式分級裝置，如圖2-1所示，該裝置用一對相對轉(zhuǎn)動的錐形輥擠壓核桃，核桃在兩錐形輥的帶動下不停地翻動，核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用沿錐形輥向下移動直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時，核桃通過間隙落下。理論上錐輥也可用圓輥，只要兩端的間距不同即可，且線速度相同，錐輥則線速度不同。該裝置分級時如果核桃進料過多會造成上層核桃無法及時與下層核桃進行交換，使前一級的核桃在后一級甚至后幾級才被分離出去， 出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象。另外有的核桃是橢球形的，這些核桃在下滑時，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
1.錐輥 2.核桃 1.進料斗 2.出料斗 3.柵式滾
圖2-1 錐輥式分級裝置 圖2-2 柵式滾筒分級裝置
② 柵式滾筒分級裝置，如圖2-2所示，該裝置由柵條組成的有一定錐度滾筒構(gòu)成，滾筒的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升和下落，并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動，直至從滾筒中脫出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗低、分級均勻度高。
1.窩眼輥 2.核桃 1.核桃 2.齒盤 3.齒板
圖2-3 對輥窩眼式破殼裝置 圖2-4 雙齒盤-齒板式破殼裝置
2.2 核桃破殼裝置
① 對輥窩眼式破殼裝置，如圖2-3所示，對輥窩眼式開口裝置的每個輥上同一個圓周平均分布著8個窩眼。窩眼在整個擠壓輥表面上呈交錯排列，窩眼縱向間距為54mm，所有窩眼開口半徑均為 30mm，但不在同一圓周的窩眼的深度都不相同，從13mm 依次增加 0.5mm 直到 20mm 為止，輥的長度870mm。該裝置能對大小不同的核桃進行定距離擠壓，同時擠壓時用窩眼抓取核桃，抓取可靠，核桃擠壓時不會竄動，能進行可靠的擠壓。破殼的核桃需進行進一步的脫殼。該裝置生產(chǎn)能力>150kg/h，核桃按粒徑大小自動分級的準確率>95%，開口率>95%，破碎率<2%。
② 雙齒盤—齒板式破殼機，如圖2-4所示，齒盤旋轉(zhuǎn)帶動核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進由齒盤、偏心圓弧齒板組成的剝殼區(qū)，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置能較好滿足 “四點加壓” 原理，且可實現(xiàn)核桃的滾動擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。最大生產(chǎn)率 180kg/h，破殼率 90%以上，高路仁率 70%-90%，其中一路仁率 30%-40%。
1.擠壓輥 2.核桃 1.外磨 2.核桃 3.內(nèi)磨 4.擋板
圖2-5 變形恒定破殼裝置 圖2-6 內(nèi)外磨破殼裝置
③ 變形恒定破殼裝置，如圖2-5所示，該破殼裝置是由一對螺紋螺方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實際變形能隨果徑的增大而增大。 當核桃夾在一對左、右螺紋之間時，形成了四點加壓。不同果徑的核桃可在不同開度處殼。為避免核桃與滾柱間發(fā)生相對滑移，滾柱面進行了“滾花”處理。
④ 內(nèi)外磨核桃破殼裝置，如圖2-6所示，外磨1固定在機架上，內(nèi)磨3在電機的帶動下轉(zhuǎn)動。核桃2在內(nèi)外磨之間的間隙內(nèi)破裂脫殼，當破碎到合適的粒度后，由擋板4與內(nèi)磨下底之間的縫隙落到落料扳上。因該機不能自動適應核桃的大小，又由于目前核桃品種不純、大小不一，因此該機在實際使用中存在一定缺陷，破裂果徑不同的核桃，需更換尺寸大小不同的內(nèi)外磨。
⑤ 圓盤破殼裝置，如圖2-7所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼盤3組成的。兩破殼盤用等速萬向節(jié)5偶合。狹縫角度通過動軸承組件1、4可調(diào)，狹縫寬度通過破殼盤上的固定螺釘2可調(diào) 。落人破殼盤狹縫一側(cè)的核桃6，隨盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)最窄處破殼后從另一側(cè)甩出。該機可破大小混雜在一起的核桃。
1.主動軸 2.螺釘 3.破殼盤 1.定破殼板 2.調(diào)距手柄 3.偏心軸
4.從動軸 5.萬向節(jié) 6. 核桃 4.動破殼板
圖2-7 圓盤破殼裝置 圖2-8 6PK-400核桃破殼機簡圖
⑥ 平板擠壓破殼裝置，李忠新等人選用平板擠壓破殼方法，采用了一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板作為核桃破殼工作部件，對核桃進行破殼取仁。并設計出了 6PK-400 核桃破殼機，如圖2-8所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板組成。動破殼板一端通過鉸鏈連接到殼體，一端可由偏心軸帶動做往復曲線運動；定破殼板是一可調(diào)擠壓直板，上方一端與機體鉸接，下方與調(diào)距手柄相連，手柄由可轉(zhuǎn)動的一段螺栓組成。旋轉(zhuǎn)手柄可推動定破殼板前后運動，用來調(diào)節(jié)兩板之間的間隙和角度，使擠壓間隙的最小寬度小于果殼的直徑，并近于核桃果仁最大外徑。破殼板表面焊有魚鱗狀鐵網(wǎng)，有許多細小的橫紋，用于增加與核桃接觸的粗糙度。落入破殼板狹縫的核桃，隨動破殼板運動經(jīng)最窄處破殼后，經(jīng)出料口甩出。該機可破大小混雜在一起的核桃。
⑦ 弧板—滾筒破殼裝置，如圖2-9所示，該裝置是由弧形板2和滾筒1組成，在滾筒上裝有兩個角度成 180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。當分級后的核桃喂入旋轉(zhuǎn)滾筒后，自行定位在活塞的頂端，隨滾筒轉(zhuǎn)動，在活塞和弧板的共同擠壓下破裂，而后進入料斗。 半仁以上的占 75%， 碎仁占 15%， 未破殼的約占 6%，生產(chǎn)能力 30kg/h。
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 1.機架 2.出料口 3.主滾筒 4.進料 5.電機
5.氣壓裝載系統(tǒng) 6.敲擊臂 7.壓桿滾筒 8.電機
圖2-9 弧板-滾筒破殼裝置 圖2-10 機械打擊破殼裝置
⑧ 機械擊打破殼裝置，如圖2-10所示，打擊方式破殼能得到較多的高路仁，破殼后的核桃殼較碎，有利于實現(xiàn)核桃的機械破殼，破殼的綜合效果優(yōu)與擠壓破殼。洪翎等人采用仿生機械敲擊臂敲擊山核桃使其破殼，研制了一種采用機械擊打方式的實用高效手剝山核桃破殼機。該機主要由輸送機構(gòu)、破殼機構(gòu)、傳動機構(gòu)、電機及機架等組成，不受山核桃形狀和大小限制，免除了分級步驟。
⑨ 碰撞碎殼裝置，如圖2-11所示，該裝置由上機殼10與下機殼4，以及傳動部件組成。上機殼下部設置和傳動部件相連的脫輥，脫棍與上機殼的外壁之間設置數(shù)根固連在上機殼兩側(cè)與脫輥平行的輻條篩9，相鄰輻條篩的間距為18-20mm，輻條篩與脫棍之間形成上大下小漏斗形狀的脫殼室 8， 輻條篩的下部和脫輥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碎核桃殼，為碰撞的核桃在咽喉處被搓擦擠壓破碎。脫出的核桃仁一、二等品占 70%以上。
1.料斗 2.擋板 3.絨輥 4.出料斗
圖2-11 碰撞破殼裝置 圖2-12 絨輥殼仁分離裝置
2.3 核桃殼仁分離裝置
① 絨輥殼仁分離機，如圖2-12所示，由一對外表面包著絨布2的輥子3組成。兩個輥子全程彼此接觸反向轉(zhuǎn)動且相對于水平面傾斜。當殼和仁從料斗1喂入后表面光滑的仁不易被絨毛粘附沿兩輥之間的凹槽向下滑移，直至從底端排出。端口粗糙的殼被絨毛粘附經(jīng)過絨輥落入排料斗4。為了達到一定的分離效果，一般該裝置由多對絨輥組成，進行反復分離。由于仁的斷裂端口也有毛刺易被毛絨粘附，因此分離效果不好。
1.接殼斗 2.進料斗 3.分離帶 4.接仁斗
圖2-13 帶式殼仁分離裝置 圖2-14 分選式殼仁分離裝置
② 帶式分離殼仁，如圖2-13所示，環(huán)形帶沿長度方向與水平面傾斜，帶面由低端向高端運行。 表面光滑的仁沿帶面下行從底端排出端口粗糙的充順帶面上行，從高端排出。為了達到分離精度， 一般采用多層分離帶分離。由于仁的斷裂端口也會有毛刺，所以該裝置也不能很好地分離殼和仁。
③ 風選式分離殼仁，如圖2-14所示，運用氣流分選法分離核桃殼仁，氣流由風機提供，可以調(diào)節(jié)風量。農(nóng)大核桃殼仁分選機包括喂料斗1、機架2、物料輸送裝置3、抖動裝置4、風機10和 R 型分選裝置17。機架2上方設喂料斗1，喂料斗1下方設輸送裝置3；抖動裝置4位于輸送裝置3下方，抖動裝置4和分選裝置17間設喂料淌板16；支架11上安裝風機10，風機出口接入分選裝置17；分選裝置17由中空通風腔22，氣流入口21、節(jié)流器13、仁出口通道15、物料入口通道23、殼出口通道14和泄壓口18等7部分組成。本實用新型具有較高的殼、仁分選率 ，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點。
3 核桃破殼機的設計
3.1 核桃破殼機設計方案的制定
核桃破殼機設計方案的制定是一個相當復雜的過程，要想設計出一款好的機器，就要在經(jīng)濟性
和實用性上下功夫。要綜合考慮諸多方面的因素，包括產(chǎn)品實用性、經(jīng)濟性，安全性，實用性就要
要求所設計的產(chǎn)品便于操作，經(jīng)濟性則要求產(chǎn)品效率高，同時自動化程度高，節(jié)省勞動力，降低勞
動成本。安全性要考慮所設計的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中安全系數(shù)要高，充分考慮工人的人身安全。
基于以上所要考慮的各個方面，我們要通過所學的專業(yè)知識對所設計的產(chǎn)品進行全面的分析，使得產(chǎn)品在后期的工作中沒有后顧之憂。
通過對國內(nèi)外核桃破殼機的分析，以及查閱大量文獻資料，此次我設計的是分級擠壓式核桃破殼機。整個裝配圖由進料口、機架、分級部分、擠壓部分、傳動部分、電動機等組成。核桃由入料口進入分級部分然后經(jīng)過擠壓部分破殼最后進行收集。
3.2 核桃破殼機的總體結(jié)構(gòu)及工作原理
分級擠壓式核桃破殼機的總體結(jié)構(gòu)包括：進料口，分級篩網(wǎng)，篩軸，擠壓板，輥子，機架，電動機，大皮帶輪，小皮帶輪等組成。
工作原理：核桃經(jīng)由進料口進入破殼機，先進入分級篩網(wǎng)進行分級，經(jīng)過分級處理后，核桃按照其大小的不同被分為若干等級，被分級好的核桃掉落至核桃擠壓裝置中，可以根據(jù)核桃的大小來制定核桃破殼擠壓的具體距離，在發(fā)動電動機以后，輥子轉(zhuǎn)動，核桃在該擠壓區(qū)受到連續(xù)四點擠壓，最后破殼成功。下圖3-1為本次設計機器總體裝配圖：
圖3-1 分級擠壓式核桃破殼機
3.3 核桃破殼機分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計
對比我們前面提到的各種分級裝置，柵式滾筒分級裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，耗能少，并且分級精度也比較理想，分級均勻度高，所以我們選用此裝置作為本機的分級裝置，如圖3-2所示：
圖3-2 柵式滾筒分級裝置
為了防止核桃在兩條柵條之間移動混亂，在此對柵條滾筒進行改進，我在柵條的垂直方向上加上一圈一圈的鋼圈，如圖3-3所示，滾筒的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升和下落， 并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動， 直至從滾筒中脫出。因為核桃是不規(guī)則的近似圓形，并且單靠重力與離心力的作用很難使核桃向前移動（柵條的錐度也并不是很大），所以我在滾筒內(nèi)設計加上一個像彈簧一樣的螺旋裝置，，螺旋的厚度為5厘米，使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn)，這樣核桃就會隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動。
圖3-3 分級篩選裝置
3.4 核桃破殼機破殼結(jié)構(gòu)設計
根據(jù)我們前面提供的幾種破殼方式，綜合分析利弊，我們在這里選擇變形恒定破殼裝置，該破殼裝置是由一對螺紋方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實際變形能隨果徑的增大而增大，如圖3-4所示：當核桃夾在一對左 、右螺紋之間時 ，形成了四點加壓，兩個滾柱發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，核桃在壓力的作用下，進行破殼。
圖3-4 變形恒定破殼裝置
但是此裝置也有一些不足之處，最大的弊端就是兩個滾柱之間的距離是不可調(diào)整的，雖然說兩個滾柱之間的距離根據(jù)滾柱上螺紋的直徑大小的改變是能夠改變的，但是因為滾柱整體的直徑不會很大，所以這個距離的改變是非常有限的。并且由于是兩個滾柱，四點加壓只有一個地方，會影響破殼的效果。最后由于滾柱的表面比較光滑，可能在擠壓時發(fā)生打滑。
我在此基礎上對此進行了改進如圖3-5所示，讓其中的一個滾柱固定，不再轉(zhuǎn)動，并且去掉螺紋，在上面加一個鋸齒形的板子，形成擠壓板。另一個滾柱設計成一個輥子，不再用螺旋結(jié)構(gòu)，在擠壓部分設計成鋸齒形，輥子與擠壓板的距離可以通過手輪調(diào)節(jié)，在輥子的鋸齒形部分加上一條筋。
這樣設計最大的好處就是可以根據(jù)核桃的大小自由的調(diào)節(jié)擠壓板與輥子之間的距離，以適應實際情況，并且由于擠壓板上面是一個鋸齒形的板子，在破殼的過程中可以持續(xù)的四點加壓，由于有筋的緣故，所以會減小打滑的情況，提高破殼的效率。
圖3-5 分級擠壓裝置
4 各部分零件的選擇與校核計算
4.1 電動機的選擇
按工作要求和條件，選用三相變頻異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型，功率為5.5KW，電動機的轉(zhuǎn)速為，根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率，由設計文獻３查出的電動機型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如4-1表所示：
表4-1 電動機型號與功率轉(zhuǎn)數(shù)的對應關(guān)系
方案
電動機型號
額定功率
KW
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
電機質(zhì)量
N
1
2
3
Y132M-4
Y132S2-2
Y160M-6
7.5
7.5
7.5
1500
3000
1000
1440
2900
970
81
70
119
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，功率，以及轉(zhuǎn)速，可見第1種方案比較合適，因此選定電動機的型號是Y132M-4。
4.2 帶輪的選擇
確定帶輪基準直徑：查表知道主動輪的最小基準直徑為：
（4-1）
根據(jù)帶輪的基準直徑系列與實際情況：
取 （4-2）
計算從動輪（大皮帶輪）的基準直徑，取傳動比為1:3：
（4-3）
根據(jù)基準直徑系列，?。?
（4-4）
驗算帶的速度：
（4-5）
速度在?5-25m/s內(nèi)，合適。
4.3 帶的選擇
確定設計功率，選取V帶類型：查表可得工作情況系數(shù) ：
，
（4-6）
依據(jù)，所以選取普通A型V帶。
確定普通V帶的基準長度和傳動中心距：
（4-7）
初步確定中心距：，
計算帶的初選長度：
，帶入：
，
=1630 （4-8）
選取帶的基準長度:
（4-9）
計算帶的實際中心距?a?為:
（4-10）
帶的中心距離在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的。
4.4 軸的計算
初步確定主動軸的最小直徑，根據(jù)課本中的公式初步估算主動軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻1中的表15-3，?。?
，
5.50.995.445KW （4-11）
則： （4-12）
取整數(shù)，所以d=19mm。
篩軸的從動功率為：
5.445×0.8×0.98=4.27KW （4-13）
按文獻1中的公式初步估算篩軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻1中的表15-3，?。?
，
=1440/3=480
則： （4-14）
取整數(shù)，所以d=22mm。
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
本設計中有四處要求使用鍵聯(lián)接，一處為電機軸處與小皮帶輪的連接鍵，此處為鍵1，此處軸的直徑d1=19mm。一處是在篩軸與大皮帶輪的連接處，此處為鍵2，此處軸的直徑d2=22mm，一處是輥子與小皮帶輪的連接處，此處的鍵為鍵3，此處軸的直徑d3=21mm，最后一處為調(diào)整絲杠與手輪的連接處，此處的鍵為鍵4，此處軸的直徑d4=18mm。一般8級以上的精度要有定心精度的要求，所以選擇用平鍵聯(lián)接，此處用圓頭普通平鍵（A）型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，從機械設計手冊中53頁查得鍵1的截面尺寸，并且根據(jù)課本106頁表6-1的尺寸的基本規(guī)定,把鍵的尺寸確定為：寬度b=6mm，高度h=6mm，參考小皮帶輪的輪轂的寬度和鍵的長度系列，可以確定取此鍵的長度L=80mm。查得鍵2的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，根據(jù)大皮帶輪的輪轂寬度取此鍵的長度L=40mm。查得鍵3的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm。由輪轂的寬度并參考鍵的長度系列，取該鍵的鍵長L=40mm。查得鍵4的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由手輪的輪轂寬度結(jié)合長度系列取此鍵的鍵長為：16mm。
5 結(jié)論與發(fā)展方向
5.1 結(jié)論
我所設計的分級擠壓式核桃破殼機最大的優(yōu)點就是破殼效率高，能夠在短時間內(nèi)完成大量的工作，省時省力。但是，也有一些缺點，最大的問題就是自動化程度低，沒有安裝傳感器部分，對受力數(shù)據(jù)進行分析，形成數(shù)據(jù)庫，所以對核桃不能夠進行精確、精準的靈活式破殼，達到最大的破殼率，并且最大化的保持核桃仁的完整。
5.2 發(fā)展方向
隨著社會的發(fā)展進步，以及人們生活水平的提高，人們對堅果的使用方法也會更加的豐富，不管怎樣處理堅果，首先要做的就是破殼，所以以后的堅果破殼市場肯定會越來越好。同時隨著技術(shù)的進步，核桃破殼機械肯定不會僅僅局限于純機械部分，以后的方向應該是自動化的方向，就是說以后的核桃破殼機械應該是對核桃進行精確的分級，精準的破殼以及細致的殼仁分離，并且進行大量的試驗形成數(shù)據(jù)庫，應用傳感器的原理，實現(xiàn)核桃破殼的自動化。
由于本人能力有限，本次設計主要是針對核桃的分級以及破殼，并沒有進行殼仁分離的設計，只是在前面列舉了一些目前現(xiàn)世的一些對殼仁分離的方法技術(shù)，所以說后期還需要對殼仁混合物進行分離，這也是一個比較有挑戰(zhàn)性的課題。理想的機型應該是集分級、破殼、殼仁分離于一體的，在這個方面還需要改進。
總 結(jié)
此次設計的任務是分級擠壓式核桃破殼機的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，為自己在大學四年所學習知識的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把大學四年來所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。
這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設計，涉及的領(lǐng)域包括：機械制圖，機械原理，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國家標準。機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進行畢業(yè)設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。
我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該具有更加淵博的知識，如應該對計算機應用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展現(xiàn)狀等各個方面能力進行加強。
在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊以及老師的精心指導，都得到了解決，設計過程基本順利完成。
致 謝
畢業(yè)在即，四年的大學生活已接近尾聲，經(jīng)過三個多月的努力，在蘭海鵬老師的悉心指導下，設計任務基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導老師蘭海鵬，從設計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，蘭老師均傾注了大量的心血。導師的悉心指導、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術(shù)目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。
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