仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验.pdf

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1、第33卷2017焦第3期2月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．33NO．3Feb．2017257仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验丁冉，曹成茂※，詹超，娄帅帅，孙偬(安徽农业大学工学院，合肥230036)摘要：针对目前国内山核桃破壳机实用机型少，破壳率较低，果仁损伤率较高等情况，提出了一种仿生敲击(即模仿人工加工山核桃的方式)破壳方式，研制一款仿生敲击式山核桃破壳机。根据山核桃的物料特性以及破壳时所需的各项力学特性参数，建立了破壳机构设计的数学模型。确定了敲击臂的结构尺寸，优化了凸轮结构，并最终得

2、到了凸轮的实际轮廓曲线。该文阐述了破壳机的总体结构与性能，建立了整机的三维实体模型，并根据建模制造了样机。该样机通过现场试验，结果表明：山核桃的含水率为14．55％～16．35％，大小为直径18～22mm(沿缝合线方向)时，破壳率为99．41％，果仁损伤率为6．25％，生产率为94．93kg／h，满足生产要求。该研究丰富与完善了坚果类果实的破壳机理与方法，为含隔坚果类的破壳机具设计与开发提供系统的理论依据和应用基础。关键词：农业机械；模型；试验；山核桃；破壳机；仿生敲击；破壳率；果仁损伤率doi：10．119750．issn．1002—6819．2017．03．035中图分类号：$226．4文

3、献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)．03—0257-08丁冉，营成茂，詹超，娄帅帅，荪德．仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验[J]．农业工程学报，2017，33(3)：257--264．doi：10．119750．issn．1002—6819．2017．03．035httrl：／／www．tcsae．orgDingRan，CaoChengrnao，ZhanChao，LouShuaishuai，SunSi．Designandexperimentofbionic—impacttypepecanshellbreaker[J]．TransactionsoftheChineseSoci

4、etyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(3)：257--264．finChinesewithEnglishabstract)doi-．10．11975／j．issn．1002—6819．2017．03．035http：／／www．tcsae．org0引言山核桃是胡桃科山核桃属植物，又名小胡桃，由于具有极高的营养价值和独特的口感风味，近年来受到消费者的青睐。对于山核桃的深加工，无论何种方式，破壳取仁都是首要的工序，山核桃的果壳硬而厚，形状不规则，内有多个分隔，壳仁间隙小，加工难度大【l】。对于核桃等坚果的机械化破壳取

5、仁，国内外学者进行了大量研究，主要集中于两个方向：破壳机理的研究以及破壳机的研制。其中，关于破壳机理的研究主要从加载的方向以及核桃的物理性质如核桃的体积大小，果壳壁厚，含水率等几方面进行讨论。FarooghSharifian、Koyuncu、Kocturk、Ragab等[2。6]，发现适当的含水率与加载方向，可极大提高核桃的加工效率与加工质量；史建新、闰茹、刘奎、涂灿等[7。31，通过计算机软件模拟有限元分析的方法，研究了核桃在受外力作用破壳过程中的一系列性能参数的变化过程，为破壳机具的研发提供了重要的理论依据；董远德等【141通过对不同种类的核桃进行破壳试验，发现击打式的破壳方式最有利于机械

6、化实现。在破壳机械的研究：Oluwole等[15】研制了一款圆盘式收稿日期：2016．07—31修订日期：2016．12—19基金项目：国家自然资金面上项目(51475002)作者简介：丁冉，男，安徽人，从事机械设计及其自动化研究。合肥安徽农业大学工学院，230036，Email：dr910621@126．com※通信作者：曹成茂。男，汉族，安徽六安人，教授，博士生导师。主要研究方向：农业机械化工程，智能检测与控制技术。合肥安徽农业大学工学院，230036，Emaihcaochengmao@sina．tom中国农业工程学会会员：曹成茂(会员号：E041300001M)坚果破壳机，利用圆盘自转产

7、生的离心力带动坚果撞击破壳；O{olo等【16]设计了一款转轮式破壳机，利用转轮带动坚果与破壳壁进行挤压破壳，但由于坚果的个体差异性较大，破壳效果参差不齐。郑甲红【l7】研制了一款锯口挤压式核桃破壳机，利用自行设计的锯口装置获得了较高的破壳率和露仁率。李忠新等【I8】研制了一种锥篮式核桃破壳装置，加工效果优良。陈超超等【l9】研制了一种击打式山核桃破壳机，使用击打式原理对山核桃进行快速破壳加工，结