分级挤压式核桃破壳机的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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分级挤压式核桃破壳机的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,分级,挤压,核桃,破壳机,设计,说明书,CAD,SOLIDWORKS
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塔里木大学毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级农机16-4学生姓名赵成伟学号8031212425课题名称分级挤压式核桃破壳机的设计起止时间2015年10月15日-2016年5月28日（共14周）指导教师兰海鹏职称讲师课题内容核桃在新疆地区有很大的产量，如果只是单一的卖核桃，价格很低，利润也不高，所以需要进行核桃的深加工，提高利润率。进行核桃的深加工就需要对核桃进行破壳，现在很大一部分是用人工破壳，破壳效率很低，所以在此基础上核桃破壳机应用而生。本课题的研究内容：1）查找相关文献，了解核桃破壳机的工作原理。2）查找专利及相关文献，熟悉核桃破壳机的结构。3）利用力学原理，对核桃破壳机构进行优化设计。4）依据查找到的专利及文献，设计核桃破壳机平面图。拟定工作进度（以周为单位）第 一 周：查找相关资料，熟悉课题内容。第 二 周：撰写开题报告，并制定总体方案。第三到十周：设计分级挤压式核桃破壳机平面图。第 十一 周：对分级挤压式核桃破壳机进行传动设计和机构设计。第 十二 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。第十三周：编写答辩提纲，准备答辩。第十四周：答辩主要参考文献1曹成茂,朱德泉,江家伍,李兵,江庆.手剥山核桃破壳机的设计与研究J.安徽农业大学,2011,1003-188X(2011)11-0114-04.2 王利华.核桃的营养保健功能及加工利用J.中国食物与营养,2007,8:29-30.3张玲，杨战胜，苏澎.蔬菜纸形食品滚筒干燥成形及料浆调配J.洛阳工学院学报,1999,20（2)1-5.4陆振羲等.食品机械原理与设计J.北京:中国轻工业出版社,1995.5:14-18.6吴子岳.核桃不同破壳方式的破壳取仁效果J.南京农业大学学报1996,19(2):96-10.7李兴国等.食品机械学M,上册.成都:川教育出版社,1996.8王高平.一种新型核桃加工设备的研究J.南方农机,2002,(02):113-115.9乔园园,史建新,董远德.影响核桃壳仁脱离的主要因素J.农机化研究,2008,4:43-45.任务下达人（签字） 年 月 日任务接受人意见任务接受人签名 年 月 日注：1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。分级挤压式核桃破壳机的设计赵成伟 兰海鹏（塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔 843300）摘要：我国从20世纪80年代开始着手破壳机的研究和开发，但由于存在一些技术难点，至今此类机器没有得到大范围的推广和应用。实现核桃加工的机械化生产，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁质量。本次设计的重点是对核桃进行分级以及核桃的破壳，所以所设计的机器名为分级挤压式核桃破壳机的设计。本次设计所做的主要工作是介绍国内现存的核桃分级、破壳、壳仁分离技术，进行分级、破壳部分的设计，形成整体的机型。最后对所设计的机子进行电机的选择，带轮的选择，以及带的选择，并进行轴的计算及选择。设计的目的是大大提高核桃破壳的效率，并且保持核桃仁的完整度较高。关键词：分级；破壳，效率；完整度中图分类号: 文献标识码：A收稿日期：2016-05-28作者简介：赵成伟，男，本科生，研究方向：核桃破壳机的设计研究，Email：1005045344。0引言核桃为胡桃科、胡桃属植物，乔木，高达20 .25米；树干较别的种类矮，树冠广阔；树皮幼时灰绿色，老时则灰白色而纵向浅裂；小枝无毛，具光泽，被盾状着生的腺体，灰绿色，后来带褐色。核桃皮毒性较大，可入药，治疗皮肤脓疖等。核桃果仁具有很高的营养价值，含有丰富的蛋白质、氨基酸及矿物原素，并具有润肺强肾、降低血脂，预防冠心病之功效，长期食用具有益寿养颜，抗衰老等作用。核桃果仁具有很高的药用价值，核桃仁有“补气养血，润燥化痰，益命门，处三焦，温肺润肠，治虚寒喘咳，腰脚重疼，心腹疝痛，血痢肠风”等功效。长期食用益寿养颜、抗衰老，孕妇食用对胎儿智力发育有神奇功效。核桃果仁具有很高的食用价值，用东北山核桃加工而成的高级食用植物油，油色清味香，品位高档，含有脂肪酸、油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸占88%-96%之间，高于油茶油，也高于食用橄榄油。常食山核桃仁、油产品，具有健脾开胃、润沛强肾、滋补康复、预防冠心病和降低血脂的功效。是一种健康味美、营养丰富的天然绿色营养食品。种仁多破碎成不规则的块状，完整者类球形，由二瓣种仁合成，皱缩多沟，凹凸不平。外被棕褐色薄膜状的种皮包围，剥去种皮显黄白色。质脆，子叶富油质。气微弱，子叶味淡，油样，种皮味涩。以色黄、个大、饱满、油多者为佳。近年来，随着经济的迅猛发展、人民生活水平的不断提高，核桃的价值与功能进一步被世人所认识，在国内外的市场上，人们对核桃及其加工品的需求量不断增加。这就为核桃的发展提供了广阔的市场，同时也对核桃的安全生产和加工质量提出了更高的要求。但由于核桃品种繁杂，尺寸各异、形状不规则、核仁与核壳间隙小，这个间隙小于壳完全破裂时的变形量，这大大增加了核桃的破壳取仁难度。破壳后还有很多的工作要完成，怎样实现壳仁分离是面临的又一大难题。这是核桃破壳技术方面存在的主要问题。性能良好的破壳机有以下三个特点：1 破壳效率高；2 破壳后核仁的清洁度高；3 破壳机自动化程度高。1核桃破壳机设计方案的制定核桃破壳机设计方案的制定是一个相当复杂的过程，要想设计出一款好的机器，就要在经济性和实用性上下功夫。要综合考虑诸多方面的因素，包括产品实用性、经济性，安全性，实用性就要要求所设计的产品便于操作，经济性则要求产品效率高，同时自动化程度高，节省劳动力，降低劳动成本。安全性要考虑所设计的产品在生产加工过程中安全系数要高，充分考虑工人的人身安全。基于以上所要考虑的各个方面，我们要通过所学的专业知识对所设计的产品进行全面的分析，使得产品在后期的工作中没有后顾之忧。通过对国内外核桃破壳机的分析，以及查阅大量文献资料，此次我设计的是分级挤压式核桃破壳机。整个装配图由进料口、机架、分级部分、挤压部分、传动部分、电动机等组成。核桃由入料口进入分级部分然后经过挤压部分破壳最后进行收集。1.1 核桃破壳机的总体结构分级挤压式核桃破壳机的总体结构包括：进料口，分级筛网，筛轴，挤压板，辊子，机架，电动机，大皮带轮，小皮带轮等组成。1.2 工作原理工作原理：核桃经由进料口进入破壳机，先进入分级筛网进行分级，经过分级处理后，核桃按照其大小的不同被分为若干等级，被分级好的核桃掉落至核桃挤压装置中，可以根据核桃的大小来制定核桃破壳挤压的具体距离，在发动电动机以后，辊子转动，核桃在该挤压区受到连续四点挤压，最后破壳成功。下图1-1为本次设计机器总体装配图：图1 分级挤压式核桃破壳机2关键部件的设计2.1 核桃破壳机分级筛网结构设计对比我们前面提到的各种分级装置，栅式滚筒分级装置结构比较简单，耗能少，并且分级精度也比较理想，分级均匀度高，所以我们选用此装置作为本机的分级装置，如图2-1所示：图2 栅式滚筒分级装置为了防止核桃在两条栅条之间移动混乱，在此对栅条滚筒进行改进，我在栅条的垂直方向上加上一圈一圈的钢圈，如图2-2所示，滚筒的转动带动核桃不停地上升和下落， 并在重力和离心力的驱动下向前移动， 直至从滚筒中脱出。因为核桃是不规则的近似圆形，并且单靠重力与离心力的作用很难使核桃向前移动（栅条的锥度也并不是很大），所以我在滚筒内设计加上一个像弹簧一样的螺旋装置，螺旋的厚度为5厘米，使滚筒和螺旋装置一块旋转，这样核桃就会随着螺旋方向在滚筒内向前移动。图3 分级筛选装置2.2 核桃破壳机破壳结构设计根据我们前面提供的几种破壳方式，综合分析利弊，我们在这里选择变形恒定破壳装置，该破壳装置是由一对螺纹方向相反的滚柱组成，在滚柱上切制有螺距恒定的梯形栅纹，栅纹滚柱在结构上保证了核桃的实际变形能随果径的增大而增大，如图2-3所示。 当核桃夹在一对左 、右螺纹之间时 ， 形成了四点加压，两个滚柱发生相对转动，核桃在压力的作用下，进行破壳。图4 对辊窝眼式破壳装置但是此装置也有一些不足之处，最大的弊端就是两个滚柱之间的距离是不可调整的，虽然说两个滚柱之间的距离根据滚柱上螺纹的直径大小的改变是能够改变的，但是因为滚柱整体的直径不会很大，所以这个距离的改变是非常有限的。并且由于是两个滚柱，四点加压只有一个地方，会影响破壳的效果。最后由于滚柱的表面比较光滑，可能在挤压时发生打滑。3 各部分零件的选择与校核计算我在此基础上对此进行了改进，如图2-4所示，让其中的一个滚柱固定，不再转动，并且去掉螺纹，在上面加一个锯齿形的板子，形成挤压板。另一个滚柱设计成一个辊子，不再用螺旋结构，在挤压部分设计成锯齿形，辊子与挤压板的距离可以通过手轮调节，在辊子的锯齿形部分加上一条筋。这样设计最大的好处就是可以根据核桃的大小自由的调节挤压板与辊子之间的距离，以适应实际情况，并且由于挤压板上面是一个锯齿形的板子，在破壳的过程中可以持续的四点加压，由于有筋的缘故，所以会减小打滑的情况，提高破壳的效率。图5 分级挤3.1 带轮的选择确定带轮基准直径：查表知道主动轮的最小基准直径为：根据带轮的基准直径系列与实际情况：计算从动轮（大皮带轮）的基准直径，取传动比为1:3：根据基准直径系列，取：，验算带的速度：速度在5-25m/s内，合适。3.2 选择键联接的类型和尺寸本设计中有四处要求使用键联接，一处为电机轴处与小皮带轮的连接键，此处为键1，此处轴的直径d1=19mm。一处是在筛轴与大皮带轮的连接处，此处为键2，此处轴的直径d2=22mm，一处是辊子与小皮带轮的连接处，此处的键为键3，此处轴的直径d3=21mm，最后一处为调整丝杠与手轮的连接处，此处的键为键4，此处轴的直径d4=18mm。一般8级以上的精度要有定心精度的要求，所以选择用平键联接，此处用圆头普通平键（A）型。根据以上的数据，从机械设计手册中53页查得键1的截面尺寸，并且根据课本106页表6-1的尺寸的基本规定,把键的尺寸确定为：宽度b=6mm，高度h=6mm，参考小皮带轮的轮毂的宽度和键的长度系列，可以确定取此键的长度L=80mm。查得键2的截面尺寸为：宽度b=6mm，高度h=6mm，根据大皮带轮的轮毂宽度取此键的长度L=40mm。查得键3的截面尺寸为：宽度b=6mm，高度h=6mm。由轮毂的宽度并参考键的长度系列，取该键的键长L=40mm。查得键4的截面尺寸为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由手轮的轮毂宽度结合长度系列取此键的键长为：16mm。参考文献1 高警. 核桃破壳机理研究及破壳机的设计J陕西科技大学，2015,：2-4.2 刘德华. 核桃分级破壳机的设计与试验研究J山西农业大学，2015：2-5.3 何义川. 气动击打式核桃破壳机的设计及试验研究J新疆农业大学，2010：10-13.4 刘明政. 核桃剪切挤压柔性破壳取仁的机理分析与实验研究J青岛理工大学，2015:12-15.5 李勇，张宏，郝中诚.温薄壳核桃破壳取仁试验研究J农机化研究，2014，（7）：174-177.6 张宏，马岩，兰海鹏等，温185核桃破壳取仁工艺试验研究J安徽农业学，2014，（21）：7187-7190.7 韩本勇， 陈朝银 ，杨 薇.核桃破壳取仁机械的研发动态J昆明理工大学生命科学与技术学院，2011,02:1000-1003.8 崔宽波，李忠新，杨莉玲，等,核桃加工产业现状分析J粮油加工J/QL.2004,(8)：56-60.9 孙树杰，王兆华，宋康，等,核桃营养价值及功能活性研究进展J中国食物与营养，2013，19（5）：72-74.10 冯春艳，荣瑞芬，刘雪峥,核桃仁及内种皮营养与功能成分分析研究进展J食品工业科技，2011，（2）：408-417.11 李忠新.核桃加工产业的现状与展望J农产品加工，2014，（8）：32-33.12 吴子岳,绵核桃剥壳取仁机械的研究J.农业工程学报，1995，11（4）：164-169.13 吴子岳,核桃剥壳的力学分析J南京农业大学学报，1995，18（3）：116-123.14 郭贵生，吕新民，郭康权，等.油菜籽脱壳机脱壳性能试验研究J农业机械学报,2005,36（1）：148-154.塔里木大学毕业论文（设计）开题报告课题名称 分级挤压式核桃破壳机的设计学生姓名 赵 成 伟 学 号 831212425 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化班 级 农机16-4 指导教师 兰海鹏 起止时间 2015.11.17-2016.5.29 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。一 本题来源及研究的目的和意义1.1 课题的来源：自选题1.2 研究的目的核桃在新疆地区有很大的产量，如果只是单一的卖核桃，价格很低，利润也不高，所以需要进行核桃的深加工，提高利润率。进行核桃的深加工就需要对核桃进行破壳，而在新疆地区，很大一部分是用人工破壳，破壳效果差，工作效率很低，大约只有每小时15公斤，所以在此基础上核桃破壳机应用而生。1.3 研究的意义本课题设计先用筛子对大小不同的核桃进行分级，凹型对辊的对转对核桃进行挤压式的破壳，因为设计方面的原因，所以能够大大提高破壳的效率，使核桃破壳从人工破壳方面解放出来，大大提高了劳动生产率，因为破壳后的果仁用于深加工，所以也能够提高利润率，增加农民收入。因此此项研究很有意义。二 课题所涉及的问题在国内外现状及分析2.1 国外现状 国外核桃破壳机发展现状，核桃年产量在20万t以上的国家仅有中国和美国。中美两国的核桃产量占世界核桃总产量的50%左右，而最有代表性、生产水平最高和市场占有份额最大的当数美国。在美国、澳大利亚以及欧洲等发达国家，核桃绝大部分都经过机械化生产线进行商品化处理。采收通过机械振荡器将核桃果实振落到地面上，再由机械将果实收集起来，运到加工厂进行脱青皮、漂洗、烘干和带壳包装等处理。核桃仁加工也全部机械化，通过破壳机破壳，机械、气流分选机进行壳仁分离，然后用分色机将果仁分为深色和浅色，最后在根据核仁大小分级，包装即可销售。在国外，核桃生产技术水平、生产率最高的国家，最具代表性的要数美国。在技术方面，不管是采收阶段还是后续的破壳工艺机械化程度很高。他们在采摘前，先喷洒果实催熟药剂乙烯利，然后再用震落机采收，再用脱青皮机脱皮，用清洗机清洗，用烘干机烘干、利用冷库进行干燥处理和贮藏。待核桃水分脱到一定程度后，再用破壳机破壳，最后壳仁分离是用气流分选机分离。主要核桃破壳机类型有：LarryH.Hemry研制的专利号为6098530机械式核桃破壳机。该机的主要结构由机架、料斗、可调节定位板、破碎装置、传动机构以及动力所组成。机械式核桃破壳机通过调节可调节定位板和破碎装置间的间隙能够适应各类坚果的破壳。KennethR.Evans研制的专利号4201126核桃破壳机。该机主要由喂料斗、输送装置、破壳装置和出料口等组成。工作时由输送装置把待破壳的核桃从料箱运送到破壳装置，然后对其进行破壳。ClarenceLloydWarmack和BarryShawnWarmack等研制的专利为6516714核桃破壳机。该机主要由机架、箱体、滚筒、旋转破壳装置和出料口等组成。该机可以成功有效地击打核桃将其壳仁分离。JohnW.Brazil发明的专利号为4255855核桃钳。该钳由把手、可调柱塞、夹头、底座和固定套等组成。使用时将核桃放置在底座上，然后通过操纵把手推动可调柱塞在固定套内滑动，可调柱塞伸出从而使夹头将核桃推到刚性砧底座上把核桃夹紧并破壳。MichaelP.Filice，RobertLemos和RobertP.Baker等研制的专利号为5325769核桃破壳机。该机主要由机架、喂料斗、输送装置、击打装置和传动装置等组成。工作时，料箱中的核桃由输送装置逐一运送到击打装置，然后由凸轮控制击打打头将核桃壳打破使其壳仁分离。国内现状核桃要完成破壳的工序是要等青皮脱落后，一定时间内核桃本身脱去水分后才进行。在过去，我国核桃破壳主要是靠人工来完成，在一些农家地方用专用的小孔模具来撞击完成破壳工序。随着核桃业的不断发展，手工破壳已经不能完全满足社会的需要。因此，采用机械式的破壳方式是满足社会和生产率唯一选择。当前核桃破壳取仁的方法主要有：离心式碰撞破壳。化学腐蚀。真空破壳取仁。超声波破壳。定间隙挤压破壳。其中采用第一种方法破壳时会产生大量的碎仁，所以此方法很少被应用；第二种方法，由于在实际操作中仁易受到腐蚀不好控制，产生的废水废液还有可能污染环境，所以应用的也很少；第三、四种破壳方法，需要的破壳设备昂贵，这无疑增加了破壳成本，并且破壳效果也不能达到人们的要求；只有第五种方法值得探索。我国坚果剥壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展，在一些生产应用的机具中，存在如下几个突出的问题，因而，难以推广应用。(1)剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，果仁去净率不高，有些剥壳机剥壳率只有50%。这是坚果剥壳机推广使用的最大障碍。(2)损失率高。由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难以回收而被弃除。有些机具果仁损失率高达20%。(3)果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象，一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值。(4)通用性差。一般剥壳机仅能用于某一品种坚果的剥壳作业，对于不同品种的坚果，不能通过更换主要零部件来实现一机多用。(5)机具性能不稳定，适应性差。为某类坚果专门开发的专用机型，在该坚果品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。(6)作业成本偏高。我国坚果剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平低、成本高、也因为通用性差，不能一机多用，使得生产企业设备配置的成本高，致使加工坚果的作业成本增加。2.2 技术现状1、 现有的核桃分级装置主要有：锥辊式分级装置、圆孔筛分级装置和栅式滚筒分级装置三种。（1）锥辊式分级装置锥辊式分级装置，采用一对相对转动的锥形辊，如图3-19，核桃在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，核桃在重力和上端核桃对其侧向挤压力的共同作用下沿锥形辊向下移动，直至两锥形辊的间隙大于核桃的直径时，核桃通过间隙落下。该装置分级效果不好，原因核挑大最喂入时，上层的核挑无法及时地与下层的核桃进行交换，造成前一级的核挑在后一级甚至后儿级才被分离出去，出现分级混杂现象。由于有相当一部分伎桃是椭球形的，这些核桃在下滑时，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落，从而造成分级误差。（2）圆孔筛分级装置图3-20是圆孔筛分级原理图，该圆孔筛与水平线的夹角为a。筛孔由右往左逐渐变大，核桃在重力和离心力的共同作下沿筛壁下滑并通过合适的孔口落下。该装置的一个缺点是，在分级的过程中，有时会出现孩桃堵塞筛孔的现象,尤其是在核桃大量喂人时。（3）栅式滚筒分级装置图3-21是栅式分级装置简图。该装置是由具有一定锥度的栅条组成的，滚简的转动带动核桃不停地上升、下落，并在重力和离心力的驱动下向前移动，直至从滚简中脱出。该装置结构简单,能耗低、分级均匀度高。2、新型核桃分级装置设计现有的核桃分级装置都需要动力源，而且在整体组装上都很复杂。为避免这些不必要的能源浪费和繁琐的组装，现设计出一种靠核桃自身重力分级的装置。原理是将核桃分为两个级别，大于近似球体直径平均值为31.5838mm的，直接在50mm的上管道内通过，小于这个平均值的，核桃在上管道滚落过程中，靠自身的重力掉入下管道，这样就可以完成分级。2.3 核桃破壳机械的研究重点现阶段，随着工农业的发展，核桃产业逐年递增，相应的破壳机械种类也有很多，特别是国外的技术已经很先进，在破壳流程中几乎不用人工的参与，但国内的破壳机械还存在一系列的问题，为了使破壳机械在生产中发挥高效率作用，需要对各个破壳机械装置进行比较，进行完善其功能。现阶段我国核桃破壳机械的研究重点是：(1)提高机械的兼容性和适应性。当前，相当多的核桃破壳机械设计有局限性，它们只能应用在具有特定的地区生长环境的某类核桃中，其兼容性和适应性较差。提高机械的通用性和适应性，通过变换核桃破壳机械的主要部件达到同时具备对其他带壳坚果进行脱壳加工的功能已成为核桃破壳机械发展的一个趋势和新的挑战，如何研制出满足兼容性和适应性的要求的工作部件，改进技术工艺，提高生产效率，给核桃破壳机械作业的发展提出了新的难题。(2)提高机械脱壳率，降低破损率。核桃机械破壳存在的破碎率高、整仁率低的问题是一直制约核桃实现机械化生产加工的重要问题，对我国核桃产业的发展造成了一定影响。处理好这一关键技术将关系到核桃破壳机械在未来的发展和应用。一方面，提高核桃破壳机械的核心技术，改进工作部件，改革传统结构，研发新的脱壳机理，优化结构设计；另一方面，进一步改进和完善整体配置，提高脱壳率，降低核桃仁破损率。(3)提高机械自动化，加强自动控制。目前，多数机械仍脱离不了人工喂料和人工定位，一定程度上降低了生产作业速度和质量，增加了生产成本。为此，需要研发以一种新的人工智能系统，通过机电一体化的手段使脱皮壳机械设备自动喂料、自动定位。并且保证喂料的均匀和定位的有效性，实现自动化操作，进一步提高作业的速度和质量，提高科学性和精确度，满足脱壳机械的发展要求，不断拓宽国内外市场，改变现有的生产结构。(4)提高技术、改进工艺、增加新材料。在这个科技飞速发展的时代，伴随着电子技术、数控技术的发展，核桃剥壳机机械结构复杂、材料笨重、工艺落后等问题将被淘汰，随之而来的是简单的操作流程、较小的阻力、较长的使用寿命、较少的劳动力、轻便的材料等等，类似的高新技术将会被应用到实际的生产中，这也是核桃脱壳机械在未来发展中应重点研发的主要课题。2.3.1 设计要求目前核桃破壳机械装置存在较大的地域差异性，在不同的地方产不同种类的核桃，即大小不一，这样就造成了核桃破壳机械的局限性。现设计的新型核桃破壳机械要能改善地域的差异性，能破多种品种的核桃；分级装置的改进，能使生产效率提高和降低碎仁率；调节装置的改进，可以针对不同品种的核桃。2.4 核桃的有关信息核桃是世界著名四大干果之一(还有扁桃、腰果、榛子)，它是胡桃属落叶乔木，在中国栽培有2000年以上的历史。据市场预测，核桃富含脂肪(70%以上) 及蛋白质(20%)，是高热能营养食物，又是无胆固醇的绿色保健食品，有着广阔的国内外市场，历来被称为“木本油料”、“铁杆庄稼”，是中国开发山区林业生产的重要经济树种。目前，全国25个省、市自治区都有核桃分布，面积有1000多万亩，2亿多株，以云南、山西、陕西、河北、甘肃、河南、四川、北京、山东、新疆产量最多，约占全国总产量的85%以上，并且是我国传统出口物资之一。我国的核桃栽培面积约130万hm2以上，主要种植区域在西南和西北。在国际市场上，核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界4大干果，核桃作为保健食品早已被国内外所认识。我国核桃总产量约31万吨，全国人均占有0.24kg。这与国际上一些国家相比相差甚远，如美国人均占有核桃1.5kg，是我国的6倍。针对核桃加工存在的问题和市场的需求，确定核桃加工工艺，除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可进一步深加工。在加工中，存在的问题是核桃脱壳比较困难，主要由人工完成。人工剥壳难以满足生产发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急。核桃也是我国干果类商品出口之一，加工和出口的季节性比较强。核桃取仁在我国历来靠手工，一人一天平均仅能砸30斤核桃，取仁约12斤，以天津口岸年出口核桃仁5000吨计，仅取仁一项需占用劳力80多万个劳动日，而且，加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节，任务重，时间紧，形成与农业争劳力的局面，所以，实现核桃取仁机械化，对解放劳动力，支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多，进口国家比较集中，国际市场斗争十分激烈，实现核桃加工机械化，有利于我们抢时间，争速度支援外贸。从经济上说，国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。机械取仁有希望提高取仁质量，增加外汇，同时大规模集中加工，便于综合利用。核桃仁中约占5%的碎末可以集中榨油，大量的核桃壳是做活性炭的好原料。手工分散加工，这些碎末都浪费了。研制核桃取仁机的具体任务是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳工艺方法，研究实现这一工艺方法所要求的机器。三、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析3.1 课题任务要求本装置主要是为了将核桃破壳这道工序从手工破壳解放出来，其中最突出的特点就是效率要高，单位时间内的破壳量要大，而且还要适当的照顾整仁率，不能够有太多的碎仁。3.2 课题设计预期目标的可行性分析本装置主要是通过机械加工的手段对核桃进行破壳，通过对国内国外的一些破壳机械的研究，在与本装置进行对比，在机械的原理上是行的通的。再根据一些力学性能指标，本装置是完全符合的。综上所述，该设计是可行的。四 本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路4.1 本课题需要研究的重点问题需要对核桃进行分级，分类，然后分别进行破壳，提高整仁率。破壳的效率要高，单位时间内的破壳数量要明显高于人工。4.2 本课题需要研究的难点问题解决的思路通过对核桃大小的研究，设计合理大小筛孔的筛子，通过振动作用，将核桃分级。分级后不同大小的核桃先后通过挤压辊进行挤压，挤压的缝隙通过调整动挤压辊来调整，以便不同的核桃通过，提高整仁率。五 完成本课题需要的工作条件及解决的办法 完成本课题所必须做的工作有利用学校图书馆及互联网查阅大量资料，了解核桃的基本性质，破壳机的结构、原理等，了解各种类型的破壳机的特点。关键问题可请求老师指导或通过同学讨论，选择适合的破壳机类型，对拟定的破壳机进行设计，计算，利用Auto CAD等绘图软件绘制出破壳机的零件图，装配图，反复对设计内容进行检验、校核。六 工作方案及进度计划工作方案：设计总体含括分级装置设计破壳部分装置设计动力装置设计机箱及外围设备设计机体有机组合。进度计划：第1周第2周 通过查找文献资料，了解核桃破壳机的国内外现状。第2周第5周 设计核桃破壳机的总体方案。第6周第9周 对核桃破壳机的结构进行具体设计。第10周第12周 撰写设计说明书，对部分问题修改、调整。第13周第14周 整理资料准备答辩。七 参考文献 1曹成茂,朱德泉,江家伍,李兵,江庆.手剥山核桃破壳机的设计与研究J.安徽农业大学,2011,1003-188X(2011)11-0114-04.2 王利华.核桃的营养保健功能及加工利用J.中国食物与营养,2007,8:29-30.3张玲，杨战胜，苏澎.蔬菜纸形食品滚筒干燥成形及料浆调配J.洛阳工学院学报,1999,20（2)1-5.4陆振羲等.食品机械原理与设计J.北京:中国轻工业出版社,1995.5:14-18.6吴子岳.核桃不同破壳方式的破壳取仁效果J.南京农业大学学报1996,19(2):96-10.7李兴国等.食品机械学M,上册.成都:川教育出版社,1996.8王高平.一种新型核桃加工设备的研究J.南方农机,2002,(02):113-115.9乔园园,史建新,董远德.影响核桃壳仁脱离的主要因素J.农机化研究,2008,4:43-45.10吕朋翔,核桃破壳力实验及核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计.2011,5:27.11梁勤安,杨军.核桃初加工工艺及关键设备J,农机化研究,2003-1:154-164.12濮良贵，纪名刚.机械设计J.第8版.北京：高等教育出版社,2006-5:387-388.13吴宗泽，罗圣国机械课程设计简明手册M.北京：高等教育出版社，2006-514辛动军,史建新.国内外核桃破壳取仁机械的现状及问题的探讨J.新疆农业大学学报2001,24(6):29-31.学生签名 年 月 日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日开题报告答辩,塔里木大学机械电气化工程学院,分级挤压式核桃破壳机的设计,班 级：农机16-4 学 生：赵成伟 学 号：8031212425 指导教师：兰海鹏,汇报内容,选题背景 研究目的与意义 国内外研究现状 研究目标 研究主要内容 难点问题 创新点,1 选题背景,核桃在新疆地区有很大的产量，如果只是单一的卖核桃，价格很低，利润也不高，所以需要进行核桃的深加工，提高利润率。进行核桃的深加工就需要对核桃进行破壳，而在新疆地区，很大一部分是用人工破壳，破壳效果差，工作效率很低，大约只有每小时15公斤，在新疆机械破壳的比率只有百分之二。所以在此基础上核桃破壳机应用而生。,当前一些核桃破壳机的适应性较差，不能很好的对新疆核桃进行破壳，破壳效率和质量都较差。,2 研究目的与意义,本项研究的目的是在保证一定整仁率的情况下提高核桃破壳的效率,本课题设计先用筛子对大小不同的核桃进行分级，凹型对辊的对转对核桃进行挤压式的破壳，因为设计方面的原因，所以能够大大提高破壳的效率，使核桃破壳从人工破壳方面解放出来，大大提高了劳动生产率。因为破壳后的果仁用于深加工，所以也能够提高利润率，增加农民收入。因此此项研究很有意义。,核桃要完成破壳的工序是要等青皮脱落后，一定时间内核桃本身脱去水分后才进行。在过去，我国核桃破壳主要是靠人工来完成，在一些农家地方用专用的小孔模具来撞击完成破壳工序。随着核桃业的不断发展，手工破壳已经不能完全满足社会的需要。因此，采用机械式的破壳方式是满足社会和生产率唯一选择。 当前核桃破壳取仁的方法主要有：离心式碰撞破壳。化学腐蚀。真空破壳取仁。超声波破壳。定间隙挤压破壳。其中采用第一种方法破壳时会产生大量的碎仁，所以此方法很少被应用；第二种方法，由于在实际操作中仁易受到腐蚀不好控制，产生的废水废液还有可能污染环境，所以应用的也很少；第三、四种破壳方法，需要的破壳设备昂贵，这无疑增加了破壳成本，并且破壳效果也不能达到人们的要求；只有第五种方法值得探索。,3 国内外研究现状,我国核桃破壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展，在一些生产应用的机具中，存在如下几个突出的问题，因而，难以推广应用。 (1)剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，果仁去净率不高，有些剥壳机剥壳率只有50%。这是核桃剥壳机推广使用的最大障碍。 (2)损失率高。由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难以回收而被弃除。有些机具果仁损失率高达20%。 (3)果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象，一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值。 (4)通用性差。一般剥壳机仅能用于某一品种坚果的剥壳作业，对于不同品种的坚果，不能通过更换主要零部件来实现一机多用。 (5)机具性能不稳定，适应性差。为某类核桃专门开发的专用机型，在该核桃品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。 (6)作业成本偏高。我国核桃剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平低、成本高、也因为通用性差，不能一机多用，使得生产企业设备配置的成本高，致使加工核桃的作业成本增加。,1、 现有的核桃分级装置主要有：锥辊式分级装置、圆孔筛分级装置和栅式滚筒分级装置三种。 （1）锥辊式分级装置 锥辊式分级装置，采用一对相对转动的锥形辊，核桃在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，核桃在重力和上端核桃对其侧向挤压力的共同作用下沿锥形辊向下移动，直至两锥形辊的间隙大于核桃的直径时，核桃通过间隙落下。 该装置分级效果不好，原因核挑大量喂入时，上层的核挑无法及时地与下层的核桃进行交换，造成前一级的核挑在后一级甚至后几级才被分离出去，出现分级混杂现象。由于有相当一部分核桃是椭球形的，这些核桃在下滑时，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落，从而造成分级误差。 （2）圆孔筛分级装置 筛孔由右往左逐渐变大，核桃在重力和离心力的共同作下沿筛壁下滑并通过合适的孔口落下。 该装置的一个缺点是，在分级的过程中，有时会出现孩桃堵塞筛孔的现象,尤其是在核桃大量喂人时。 （3）栅式滚筒分级装置 该装置是由具有一定锥度的栅条组成的，滚简的转动带动核桃不停地上升、下落，并在重力和离心力的驱动下向前移动，直至从滚简中脱出。该装置结构简单,能耗低、分级均匀度高。,现有的破壳机械原理图,4 研究目标,现阶段，随着工农业的发展，核桃产业逐年递增，相应的破壳机械种类也有很多，特别是国外的技术已经很先进，在破壳流程中几乎不用人工的参与，但国内的破壳机械还存在一系列的问题，为了使破壳机械在生产中发挥高效率作用，需要对各个破壳机械装置进行比较，进行完善其功能。现阶段我国核桃破壳机械的研究目标是： (1)提高机械的兼容性和适应性。当前，相当多的核桃破壳机械设计有局限性。它们只能应用在具有特定的地区生长环境的某类核桃中，其兼容性和适应性较差。提高机械的通用性和适应性，通过变换核桃破壳机械的主要部件达到同时具备对其他带壳坚果进行脱壳加工的功能已成为核桃破壳机械发展的一个趋势和新的挑战，如何研制出满足兼容性和适应性的要求的工作部件，改进技术工艺，提高生产效率，给核桃破壳机械作业的发展提出了新的难题。 (2)提高机械脱壳率，降低破损率。核桃机械破壳存在的破碎率高、整仁率低的问题是一直制约核桃实现机械化生产加工的重要问题，对我国核桃产业的发展造成了一定影响。处理好这一关键技术将关系到核桃破壳机械在未来的发展和应用。一方面，提高核桃破壳机械的核心技术，改进工作部件，改革传统结构，研发新的脱壳机理，优化结构设计；另一方面，进一步改进和完善整体配置，提高脱壳率，降低核桃仁破损率。,5 研究主要内容,查找选题相关的文献资料，确定思路框架，具有整体意识； 对分级装置，破壳机构及传动系统等关键部分进行设计； 完成破壳机的三维模型以及相关技术图纸材料； 对关键部件进行强度、刚度校核，以及进行受力分析。 对整体结构进行调整，优化,6 难点问题,核桃的大小不均，在受力时就不一样，所以需对核桃进行分级破壳，分级时所用的筛子筛孔大小的确定可能需要做大量的试验来确定。 在破壳时需要兼顾破壳的效果，提高整仁率，降低碎仁率，所以需要对挤压辊的形状进行设计。 根据不同品种的核桃，挤压辊之间的间隙有不同的要求，所以挤压辊的间隙要可调。,7 创新点,在进行破壳时对核桃进行分级处理，提高整体的破壳质量 挤压辊分为固定辊和可调节辊，能够调节辊间间隙，以应对不同大小，不同品种的核桃 挤压辊的形
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