CN105707912A - 核桃破壳取仁分离装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核桃破壳取仁分离装置及其使用方法，包括设于机架的至少一个核桃固定机构和至少两根撞击杆，核桃破壳模具开有核桃定位孔，核桃破壳模具的侧壁开有至少两个与核桃定位孔相通的开孔，多根撞击杆在移动机构的带动下穿过与每根撞击杆对应的开孔撞击设置于核桃定位孔内的核桃，还包括设置于核桃定位孔两侧分别用于覆盖核桃定位孔的定位定量送料滑块，在核桃定位孔一侧定位定量送料滑块的下方设有收集装置，收集装置与鼓风机连接；本发明采用了搅拌装置进行送料，结构精巧，效率高且故障率极低。喂料斗出料孔形状、定位输送机构内的通孔采用核桃定位截面形状，实现了核桃喂料的自动化、可控化。

Description

核桃破壳取仁分离装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及农产品加工机械技术领域，具体地涉及核桃破壳取仁分离装置及其使用方法。

背景技术

核桃富含丰富的营养物质，具有独特的口味，越来越受到人们的追捧和喜爱，因而其生产量的增加幅度越来越大。核桃仁具有一定的药用价值，从中可以提取抗氧化物质，用于医药研究。核桃经过简单处理之后既能直接食用，通过不同工艺进行加工后可以制成各种各样的食品和保健品。食用植物油工业已经将核桃作为不可或缺的原料，核桃仁经过处理可以得到核桃油，通过核桃油可以进行深加工获得副产品，如调和油、色拉油等。核桃除了可以作为食用油原料之外，还可用作工业原料。核桃经过加工之后的副产品，如核桃壳和核桃饼粕等可以重新综合利用，提升价值，提高经济效益。

我国核桃资源丰富，种植面积大，产量高，仅次于美国，但核桃产业仍处于初级阶段，核桃的深加工、核桃产品的开发程度还远远不够。至今，国内还没有适合市场要求的核桃破壳取仁设备，核桃破壳取仁大都依靠人工完成。人工加工核桃，破碎率高、浪费大、劳动强度高、卫生条件差、加工质量差，达不到出库的卫生标准。另外，核桃内部结构复杂，形状各异，壳仁间隙较小，人工核桃破壳取得的果仁破损量较大，大大降低了核桃的市场价格。机械化核桃破壳取仁不仅可使核桃原料升值，在核桃仁深加工方面也有重要的意义，目前市场上的核桃破壳设备喂料过程中的定位问题是核桃生产过程中的一大难题，现有的几种核桃输料方法有滚轮喂料、旋转盘喂料、振动盘喂料等方法。

经检索，目前国内外比较先进的核桃喂料机构有以下几种：

一种多工位气动击打式核桃破壳机，该装置的破壳原理如下：由击打气缸支撑法兰、击打气缸、击打头和砧膜组成击打装置；击打装置进气管、击打装置控制阀和击打装置组成核桃击打系统，控制器、传感器、夹持装置控制阀以及击打装置控制阀组成控制装置。传感器为击打装置提供击打信号，击打装置内的击打头击打砧膜，核桃受到砧膜的冲击实现破壳，该多工位气动击打式核桃破壳机提高了工作效率，确保了破壳效率，实现了破壳机械化，节省了人力物力，改善了卫生条件，消除了在作业过程中对果仁的污染，但通过击打装置的冲击力来进行破壳不能确保壳仁的完整分离，核桃仁的完整性也得不到保证，不利于核桃的深加工。

锥篮式核桃破壳机用破壳装置。该装置的工作原理：破壳装置由外破壳体和内破壳体组成，主要利用摩擦挤压原理实现破壳。外破壳体设有倒台，内外破壳体上还设有许多斜条纹状的凸起，并经过特殊的处理，以此来增加破壳体与核桃接触的粗糙度，核桃经入料口进入外破壳体和内破壳体之间的破壳腔，随内破壳体的转动而作自转运动，并在最窄处破壳后经出料口甩出。间隙调节装置由蜗轮蜗杆、刻度尺、调节手柄组成，旋转调节手柄控制破壳腔之间的间隙和角度。使挤压间隙的最小宽度小鱼果壳直径，并接近于核桃果仁最大外径。适应形式各样的核桃，破壳率较高，但是依靠碾压破壳的原理不能有效控制核桃壳均匀受力，容易使核桃成粉碎状。

一种离心式核桃破壳机。该装置是一种由电机和皮带轮带动的离心式核桃破壳机，通过电机变频器改变动刀组的转速，可以实现不同种类、不同破壳需要(一次破壳、二次破壳)的核桃破壳。核桃经过高速旋转的动刀组甩出后，撞击在导向板上，经碰撞实现破壳。动刀组与导向板之间的最小距离保证在70～100毫米之间，这样的设计既提高了破壳效果，又保证了核桃在破壳后的壳仁能顺利离开破壳区。焊接在外壳内部侧壁上的导向板与轴向呈25～40度夹角，保证了核桃与导向板有合适的撞击力，但核桃破壳的可控性不高，取整仁率不高，不符合市场的要求，在核桃加工方面的实际应用性不高。

变间隙多辊挤压式核桃破壳机，由主破壳辊和辅助破壳辊组成的呈现由大到小的间断性多工位挤压破壳工作区，使得核桃被挤压的程度逐渐加深，提高了高露仁率，辅助破壳辊与主破壳辊径向距离可以调节，可以适应品种大小不一的核桃，但工作程序较为复杂，可控性不高，实际的应用性不强。

核桃破壳装置专利。该破壳装置工作原理如下：核桃由喂料口喂入后，经过拨料装置实现核桃的单个喂入，槽轮送料机构旋转90度后，核桃进入垂直通道，最终落到水平通道，在机构的配合下，曲柄连杆机构把核桃送至定点位置，由凹面凸点压头破壳装置实现核桃的破壳。该装置的优点是工作时噪声低，但是不能实现多个核桃同时进行破壳，效率低下，压头击打核桃的位置随机性高，对核桃壳的破坏性较大，不能确保核桃仁的完整性。

核桃破壳机，该装置通过调整壳仁分离间隙实现破壳后，壳仁混合物料收集体落入锤击系统，下落时被绕中心轴转动的螺旋钉齿不断敲击、碰撞，最终将结合的壳仁分离开来，但是螺旋钉齿为硬性材料，锤击易将原本完整的核桃壳仁捶碎。需要不断地敲击碰撞核桃壳仁，大大降低了核桃仁完整率、出仁率，因此该专利破壳取整仁性能指标低，效果不理想，不符合机械化生产的要求。

此外还有其他一些圆盘破壳装置、平板挤压破壳装置、弧板一滚筒破壳装置、机械击打破壳装置以及碰撞碎壳装置等。

目前研制的核桃破壳装置，为实现机械化核桃破壳取仁，现有的核桃破壳机采用常用的碾搓、挤压、撞击、剪切的破壳方法原理破壳取仁，性能指标不高(破壳率80％左右，高露仁率约60％)，对不同种类尺寸的核桃适应性差，自动化程度低，破壳时，受力不均致使核桃仁成为很多瓣不规则的碎片，甚至碎粉状，在深加工、食用方面极其不方便。

核桃输料机构多种多样，但这些机构仅仅注重效率并不能精准的控制核桃的喂料以及破壳过程，而且取仁分离机构并未与核桃破壳机构一同设计。比较出色的输料机构可以做到核桃喂料定量化以及核桃喂料效率的可控化。由于核桃外形的特殊性，无论是击打破壳、定间隙挤压破壳、或剪切破壳核桃的各种姿态对破壳效果都有极大的影响，此外，对核桃姿态进行精准定位才能够提高破壳取整仁的效率，因此现在急需一种核桃破壳取仁分离装置。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种由喂料斗筛选进料的，通过多根撞击杆撞击核桃而使核桃快速破壳的，取整仁率高的核桃破壳取仁分离装置及其使用方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

核桃破壳取仁分离装置，包括设于机架的至少一个核桃固定机构和至少两根撞击杆，核桃破壳模具开有核桃定位孔，核桃破壳模具的侧壁开有至少两个与核桃定位孔相通的开孔，多根撞击杆在移动机构的带动下穿过与每根撞击杆对应的开孔撞击设置于核桃定位孔内的核桃，还包括设置于核桃定位孔两侧分别用于覆盖核桃定位孔的定位定量送料滑块，在核桃定位孔一侧定位定量送料滑块的下方设有收集装置，收集装置与鼓风机连接，收集装置呈尺寸逐渐缩小的锥形。

在机架上核桃破壳模具的上方设置有喂料斗，喂料斗设于核桃定位孔上方定位定量送料滑块的上方，作为优选，所述喂料斗的底部设有多个出料孔，出料孔的形状与核桃最大横截面的形状相同。

核桃放置于核桃喂料斗内，经过核桃出料孔后穿过定位定量送料滑块上的通孔后进入核桃定位孔后，由定位定量送料滑块进行封闭定位孔或者定位槽，撞击杆穿过核桃破壳模具侧壁的开孔，同时向核桃定位槽或者核桃定位孔内的核桃进行撞击；此外，在核桃定位孔入口侧定位定量送料滑块的上方还可以设置设有定位输送机构，定位输送机构内通道的形状与核桃最大横截面的形状相同。

作为优选，核桃定位孔的形状与核桃最大横截面的形状相同，所述定位定量送料滑块与驱动机构连接，在所述定位定量送料滑块上开有若干个通孔，定位定量送料滑块在驱动机构带动下移动到设定位置时通孔与核桃定位孔相通。

作为优选，所述驱动机构为定位定量送料滑块电磁换向阀，移动机构为由破壳气缸电磁换向阀控制的破壳气缸，破壳气缸电磁换向阀分别与破壳气缸和定位定量送料滑块电磁换向阀单独连接。

进一步地，所述收集装置远离鼓风机的一侧设有内壁装有螺旋挡板的螺旋滚筒。

作为优选，所述撞击杆用于撞击核桃的端部设有冲击锤，为了实现取整仁的功能，冲击锤行程大于核桃仁的直径小于核桃壳直径。

作为优选，所述冲击锤一侧设有与撞击杆连接的螺纹孔，另一侧表面为弧形凹面或者V型面。

作为优选，所述冲击锤弧形凹面或者V型面设有多个凸块，凸块的设置能分散冲击锤与核桃的接触面积，增大冲击力。

作为优选，当撞击杆数量为2时，两根撞击杆在一条直线上相向设置，当撞击杆数量大于等于3时，撞击杆对称设置。

作为优选，所述核桃破壳模具的底部设有底板，底板水平固定于机架，同时，所述的定位定量送料滑块平行于底板固定于机架。

作为优选，所述喂料斗内设置有搅拌轴，搅拌轴上设有多排用于拨动核桃的拨齿。

作为优选，所述破壳气缸的缸径为15mm～35mm，最大行程为40mm～80mm。

所述的核桃破壳装置的使用方法，具体步骤如下：

1)通过喂料斗向核桃定位孔内安放核桃；

2)驱动机构带动定位定量送料滑块移动覆盖核桃定位孔的两侧；

3)移动机构带动多根撞击杆共同运动，撞击杆各自穿过开孔同时撞击核桃定位孔内的核桃；

4)驱动机构带动定位定量送料滑块移动核桃定位孔与通孔相通，核桃仁及核桃壳落入收集装置；

5)风机启动，将核桃仁与核桃壳一同吹入螺旋滚筒内，因重力不同，二者落在螺旋滚筒内的位置不同，螺旋滚筒旋转，带动核桃壳与核桃仁从螺旋滚筒两端分别流出。

本发明的工作原理是：首先将经过大小分级的核桃倒入喂料斗内。搅拌装置做匀速转动，拨齿对喂料斗内核桃进行不停的搅拌。在搅拌中核桃自由翻滚，只有姿态符合定位输送机构通道形状的核桃才能从喂料斗中下落进入定位输送机构，再进入核桃定位孔上方的定位定量送料滑块，实现定位输送功能。(若核桃进入定位输送机构的速率大于核桃处理的速率，则核桃会被储存在定位输送机构的通道里。)定位输送机构下方安装有定位定量送料滑块，定位定量送料滑块由气缸带动做定周期往复运动。在运动的初始位置，定位输送机构内储存的核桃分别落入核桃定位孔中，由于核桃定位孔下方的定位定量送料滑块上的导向通孔与核桃定位孔的交错分布，此时核桃被下方定位定量送料滑块上导向通孔之间的实体部分挡住无法下落。随后破壳气缸拉动定位定量送料滑块在导向槽上运动至距离最大处，此时核桃定位孔与定位定量送料滑块上导向通孔分布在同一轴线上，核桃落出。随后定位定量送料滑块返回初始位置等待下一批核桃，至此完成一个喂料周期。(特别地，只有定位定量送料滑块归位至运动初始位置时即通孔与定位输送机构内通道分布在同一轴线时，定位输送机构内核桃才可以下落。)在核桃从进入定位输送机构到核桃掉出定位输送机构期间，核桃始终在定位输送机构的通道内停留，因此可以保持核桃喂料过程中的姿态固定即在核桃喂料过程中实现了核桃的定位。

鼓风机与螺旋滚筒分别安装在锥形物料收集槽出料口的两侧，锥形物料收集槽进料口连接破壳取整仁装置，螺旋滚筒内壁有螺旋状挡板，两端有两个轴承，由电机带动做匀速转动。经上一级破壳装置破壳后的壳仁混合物在定向风的带动下进入螺旋滚筒左端，由于核桃壳以及内部隔膜质地较轻，下落过程中向右移动距离较远，而核桃仁较重，移动距离小，两者落至底部后又会被旋转的滚筒再次带起做斜上抛运动，下落过程类似。壳仁混合物被多次抛起后核桃仁被汇集到滚筒左端集料口，核桃壳及内部隔膜自滚筒右端排出。其中定向风风速控制在X螺旋滚筒转速为Y。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用了搅拌装置进行送料，结构精巧，效率高且故障率极低。

(2)本发明的喂料斗出料孔形状、定位输送机构内的通孔采用核桃定位截面形状，使核桃在一系列的下落过程中均可保证定位的结果稳定不变，核桃姿态精确可控，这是其它输料装置所不具有的，有效保证核桃撞击的准确度。

(3)本发明通过定位定量送料滑块的定周期往复运动实现核桃的快速稳定喂料，充分利用了机器处理核桃的效率，实现了核桃喂料的自动化、可控化，减少了人工成本，提高了加工效率。

(4)通过对定位定量送料滑块的运动周期调整，可实现一定范围内核桃喂料的速率灵活可调。

(5)本发明通过定位输送机构与定位定量送料滑块的配合，实现核桃未进入核桃定位孔内时，在定位输送机构内通道进行储存，有效保证核桃定位孔内的撞击工作。

(6)通过撞击杆与冲击锤配合设置，有效保证了撞击所得的整仁。

附图说明

图1实施例1中的轴测图

图2部分装置的剖视图

图3搅拌装置轴测图

图4(a)定位输送机构的立体图

图4(b)定位输送机构侧面剖视图

图5定位输送机构俯剖视图

图6定位定量滑块俯视图

图7定位定量滑块轴测局部剖视图

图8定位定量送料滑块剖视图

图9对撞式破壳机构示意图

图10对撞式破壳机构侧视图

图11破壳气缸剖视图

图12(a)勺形冲击锤侧视图

图12(b)勺形冲击锤剖视图

图13核桃破壳模具轴测图

图14(a)核桃破壳模具俯视图

图14(b)核桃破壳模具侧视图

图15核桃破壳模具剖视图

图16带孔挡板俯视图

图17螺旋滚筒剖视图

图18勺形冲击锤立体图

图19勺形冲击锤剖视图

图20核桃破壳示意图

图21气缸冲击加载

图22V形冲击锤误差分析

图23破壳气缸行程示意图；

其中，1-喂料斗，2-链条，3-压缩空气输送管，4-破壳气缸，5-收集槽，6-鼓风机，7-电动机，8-皮带，9-动力轴，10-动力轴轴承，11-动力轴轴承螺母，12-锥齿轮，13-螺旋滚筒主轴轴承，14-螺旋滚筒主轴轴承螺母，15-螺旋滚筒主轴，16-鼓风机固定板，17-螺旋滚筒，18-气缸固定底座，19-带孔挡板换向气缸，20-气缸固定夹，21-气压控制箱，22-压缩空气输送主管，23-压缩空气机，24-电磁换向阀，25-定位定量送料滑块换向气缸，26-搅拌轴轴承螺母，27-搅拌轴，28-搅拌轴轴承，29-定位定量送料滑块，30-气缸固定螺母，31-核桃破壳模具，32-定位输送机构，33-拨齿，35-螺旋挡板，37-导向通孔，38-定位定量送料滑块导向边，39-螺纹孔，40-勺形冲击锤，41-核桃定位模具支架，42-定位定量送料滑块，43-齿爪式搅拌装置主轴键，44-齿爪式搅拌装置主轴轴承座，45-齿爪式搅拌装置主轴轴承盖，46-定位定量送料滑块导向槽，47-机架，48-键槽，49-定位输送机构螺纹孔，50-定位输送机构固定螺母，51-核桃定位模具支架固定螺母，52-勺形冲击锤螺纹孔，53-气缸后导气孔，54-气缸前导气孔，55-勺形冲击锤防松螺母，56-撞击杆，57-凹面，58-勺形冲击锤弧形凹面中心，59-开孔，60-核桃定位孔，61-气缸伸缩导向轨道，62-带孔挡板换向气缸注气孔，63-通孔，64-核桃破壳模具固定螺母，65-核桃破壳模具固定螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1图2所示，核桃破壳取仁分离装置，包括设于机架的至少一个核桃固定机构和至少两根撞击杆56，核桃固定机构的上方设有核桃喂料斗1，核桃破壳模具开有核桃定位孔60，在核桃定位孔60的两侧各设有用于覆盖核桃定位孔的定位定量送料滑块，核桃破壳模具的侧壁开有至少两个与核桃定位孔60相通的开孔59，多根撞击杆56在移动机构的带动下穿过与每根撞击杆56对应的开孔撞击设置于核桃定位孔60内的核桃，在核桃定位孔60一侧定位定量送料滑块的下方设有收集装置，收集装置为收集槽5，与鼓风机6连接，收集装置呈尺寸逐渐缩小的锥形，所述收集装置远离鼓风机6的一侧设有内壁装有螺旋挡板35的螺旋滚筒，螺旋滚筒的螺旋滚筒主轴15的两端通过螺旋滚筒主轴轴承13以及螺旋滚筒主轴轴承螺母14固定在机架上，螺旋滚筒主轴15通过锥齿轮12与动力轴9连接，动力轴9通过动力轴轴承10固定在机架上，动力轴9通过皮带轮以及皮带8与搅拌轴连接。

喂料斗1对核桃起到导向喂料作用，喂料斗1底部设有多个出料孔，定位输送机构3对应安装在喂料斗1每个出料孔的下方，如图3所示，所述喂料斗1下方沿中心线位置开有六个核桃截面形状或者圆形的出料孔，如图4(a)和图4(b)所示，所述定位输送机构32通过定位输送机构螺母50对应安装在喂料斗1底部每个出料孔的下方，定位输送机构32内部设有与喂料斗1出料口同样形状的通道，定位定量送料滑块29设置在定位输送机构32下方，在其运动的初始位置，对应每个定位输送机构32开孔位置挖有一个核桃截面形状的槽，定位定量送料滑块29两侧各有一个定位定量送料滑块导向边38。在核桃破壳模具两侧各有一条滑动挡板导槽46，与定位定量送料滑块29两侧的定位定量送料滑块导向边38契合，引导定位定量送料滑块29运动，如图5～8所示。

如图3所示，所述齿爪式搅拌装置，搅拌轴27的两侧连接在喂料斗1两侧的轴承上，轴承安装在搅拌装置轴承座上，搅拌轴27上有轴肩防止主轴做轴向移动，一侧有键槽48，由皮带轮带动齿爪式搅拌装置做匀速转动，齿爪式搅拌装置在中心轴焊接有一组三个共十一组拨齿33，每组三个拨齿33相邻拨齿33的夹角为120°。

如图9～15所示，本实施例中采用向对向设置的两个撞击杆，撞击杆由破壳气缸4带动，破壳气缸4的撞击杆56前端通过勺形冲击锤螺纹孔52固定有勺形冲击锤40，两个对向破壳气缸4中轴线上设有核桃破壳模具，核桃破壳模具内设有核桃定位孔60。核桃破壳模具的底板表面设有滑动轨道，滑动轨道两侧各设有一个定位定量送料滑块导向槽46，对定位定量送料滑块29起到导向作用；核桃破壳模具上设有核桃破壳模具固定螺纹孔65，核桃破壳模具固定螺母64将核桃破壳模具固定于机架上。通过气缸固定螺母30、气缸固定架螺母和气缸固定架20固定破壳气缸4于机架上，气缸动力与压缩空气机23连接，电磁换向阀24上设有两个注气孔，以此来控制破壳气缸4上撞击杆的伸缩以及定位定量送料滑块换向气缸25与定位定量送料滑块29、42的同步。压缩空气机23供给破壳气缸4动力，压缩空气机23与气压控制箱21连接，高压气体由后气缸导气孔53进入使破壳气缸4运动，同时带动定位定量送料滑块29运动，定位定量送料滑块29水平运动，核桃进入破壳模具的核桃定位孔60中，核桃定位模具31上下两侧的定位定量送料滑块29、42伸出，通孔63与核桃位置交错，核桃不能落下；待核桃进行破壳之后，前气缸导气孔54注入气体，撞击杆收缩，定位定量送料滑块29收回，定位定量送料滑块42的通孔63正对核桃定位孔60，破裂的核桃仁以及核桃壳下落，进行下一步的壳仁分离，核桃破壳模具上方的定位定量送料滑块为29，下方的定位定量送料滑块为42。

定位定量送料滑块换向气缸25通过螺纹孔39实现与定位定量送料滑块29、42的连接，进而带动定位定量送料滑块29定周期往复运动。导向通孔37可确保核桃在下落过程中不发生自身侧向旋转，便与实现下一步的定位破壳。

定位输送机构螺母50通过均匀分布在定位输送机构32上下两圆周面的定位输送机构螺纹孔49分别将定位输送机构32与喂料斗1和核桃破壳模具固定。

如图17所示，螺旋滚筒17内壁焊接有螺旋挡板35，两端有两个螺旋滚筒主轴轴承13，电动机7带动输出的动力通过皮带8带动动力轴9做匀速转动，动力轴9右端锥齿轮12带动螺旋滚筒主轴15转动。螺旋滚筒主轴15上焊接有两个支撑杆，带动筒壁旋转。

如图18和19所示，为了便于在冲击时夹持核桃，勺形冲击锤40另一侧表面为以勺形冲击锤弧形凹面58中心对称的弧形凹面57或者V型面，冲击锤弧形凹面57或者V型面设有凸块。

假设气缸行程为Am。两对向气缸伸出后勺形冲击锤最短距离为Bm。勺形冲击锤弧形凹面弧度Rm。定位孔大径Dm，小径dm。挡板出料口直径Hm。气缸伸缩导向孔直径Km。

所涉及到的理论计算:

在脆性材料的断裂理论研究中，一般假定材料是各向同性、连续性和均质性的，同样认为核桃壳符合这样的假定。在冲击问题中，受冲物件的应力状态异常复杂，冲击持续时间非常短促，接触力随时间变化难以准确分析，故需用能量法来解决这类问题。气缸带动击打块对核桃进行双向撞击，则核桃在动态荷载下，损伤破碎是以微裂纹的扩展、传播为特征，同时引起新的裂纹，最终破壳，如图20所示。在这里有文献定义为裂纹所吸收的能量，也有文献定义为产生裂纹直至断裂所消耗的能量，这里不再加以区分。

1.接触应力分析

冲击碰撞接触过程中，导致的“挤压张拉”的接触效应形成损伤致破裂，故接触应力σ是核桃壳破碎计算中一个重要的参数，由于核桃壳近似球形，在这里引入另外一个重要的参数平均应力u，

$u=\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\πa}}^2}---\left(1\right)$

a—接触半径(冲击块和核桃壳实际接触的边缘距离冲击块中心轴线的距离)；

经研究，壳体在集中力作用下会先在集中点产生裂纹，若集中力过少，则会导致局部破裂，因此采用双向对撞式，并且设计V形冲击锤，充分利用V形冲击锤对核桃起到自动对中的功能，使核桃在被撞击过程中对向受力始终相对轴心在同一条直线上，达到受力均匀的目的。气缸击打核桃接触过程由图21示意。

由牛顿定律，力与位移之间的微分关系mvdv＝σdd(2)

式(2)中，

m—为活塞杆及打击块的质量；

v—为打击块的速度；

d—为冲击深度；

经测量，由定位机构得到的核桃打击面的横径b＝25.4～29.4mm，核桃平均壳厚δ为1.15mm，为了使核桃完整破壳而不伤害核桃仁，调整气缸打击块的压入深度不超过0.5δ，即d≤0.575。

依据Hill等人的布什硬度实验得到的冲击非线性模型，冲击深度d，最初核桃表面到接触区域边缘到接触区域底部的位移，高度h是接触区域边缘到接触区域底部的位移，主要结果与梅尔定律相吻合，

$H=\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\πa}}^2}=K\left(\frac{a}{D}\right)---\left(3\right)$

式(3)中：

H—为梅尔硬度；

K—核桃壳的材料常数；

D—凹陷表面直径；

由图中几何关系近似推导得：

$\frac{a}{D}=\frac{h}{a}---\left(4\right)$

由于核桃壳是脆性材料，故在产生裂纹破碎之前，核桃壳的形变均假定为只有弹性形变，而在弹塑性变形情况下，冲头的冲击深度d与接触深度h是由两部分组成的

d＝d_e+d_p(5)

h＝h_e+h_p(6)

d_e、h_e—弹性深度与高度

d_p、h_p—残余深度与高度

残余高度与残余深度的比值定义为

弹性位移仅与应变强化指数m有关，且与平均应力u、接触半径a成比例即

$h_e=\frac{C_{1}ua}{k}---\left(8\right)$

$d_e=\frac{C_{2}ua}{k}---\left(9\right)$

联立式(1)、式(4)、式(6)和式(8)可以得到

$u=K{(\frac{a}{D}-\frac{C_{1}u}{k})}^m---\left(10\right)$

2.破裂能量分析

冲击造成核桃壳破碎的能量，由式(2)积分得

$W=\underset{0}{\overset{d_{\max }}{\∫}}\mathrm{\σ}dd---\left(11\right)$

d_max—动载荷下的最大深度

结合式(2)，在理论状态下，即冲头和核桃均有形变情况下(冲头参数用下标2，核桃的参数用下标1表示)，带入接触半径a，深度d，高度h，在冲击深度方向对u积分结果为

$\begin{array}{c}W=\frac{2{\mathrm{\πR}}^3}{B_p}\{\frac{2}{3}{C_1}^3{C}_2{B}_p{k}^{-4}{\left(u_{\max }\right)}^5+\frac{{C_1}^2\left(C_1{m}_1+C_1+5C_2{B}_p{m}_1+C_2{B}_p\right)}{4m_1+1}\×k^{-3}{K_1}^4{\left(\frac{u_{\max }}{K_1}\right)}^{\left(4m_1+1\right)/m_1}+\\ \frac{2C_1\left(2C_1+C_1{m}_1+2C_2{B}_p{m}_1+C_2{B}_p\right)}{3m_{1}2}\×k^{-2}{K_1}^3{\left(\frac{u_{\max }}{K_1}\right)}^{\left(3m_1+2\right)/m_1}+\\ \frac{5C_1+C_1{m}_1+C_2{B}_p{m}_1+C_2{B}_p}{2m_1+2}\×k^{-1}{K_1}^2{\left(\frac{u_{\max }}{K_1}\right)}^{\left(3m_1+3\right)/m_1}+\frac{K_1}{4+m_1}{\left(\frac{u_{\max }}{K_1}\right)}^{\left(m_1+4\right)/m_1}\}\end{array}---\left(12\right)$

因为核桃壳是脆性材料，塑性变形可以忽略，故式(12)只剩下第一项：

$W=\frac{16}{3}{\mathrm{\πR}}^3{C_1}^3{C}_2{B}_p{k}^{-4}{\left(u_{\max }\right)}^5---\left(13\right)$

R—击打块前的凸点半径(或接触点凹陷半径)；

经研究外壳的平均形变量为1.063mm

3.定位误差分析

对于核桃破壳V形冲击锤设计，充分利用V形块对外圆表面有自定位作用原理，在冲击锤对核桃进行破壳的过程中V形冲击锤对核桃起到自动对中的功能。关于V形块定位误差理论分析如下：

如图22所示，外圆近似核桃表面，核桃直径d，V形块角度α取90°，V形块类比V形冲击锤，

分析图22可以写出O点至A点距离为

$\stackrel{\‾}{OA}=\frac{\stackrel{\‾}{OB}}{\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}}=\frac{d}{2\·\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}}---\left(14\right)$

式中d—核桃外圆直径

α—V形冲击锤两斜面夹角

对式(14)求全微分，得

$d\left(\stackrel{\‾}{OA}\right)=\frac{1}{2sin\frac{\mathrm{\α}}{2}}d\left(d\right)-\frac{dcos\frac{\mathrm{\α}}{2}}{4{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}d\left(\mathrm{\α}\right)---\left(15\right)$

用微小增量代替微分，并将尺寸误差视为微小增量，且考虑到尺寸误差可正可负，各项误差取绝对值，得到工序尺寸H的定位误差为

${\mathrm{\Δ}}_{DW}=\frac{T_d}{2\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}}+\frac{d\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}}{4\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}{T}_{\mathrm{\α}}---\left(16\right)$

式中T_d、T_α-分别为核桃外圆直径公差和V形块的角度公差。

忽略V形块的角度公差，

4.选取气缸及空压机

打击块减少的能量即动能E_k由动能定理

$E_k=\frac{P}{2g}{v}^2=F---\left(17\right)$

P—冲击物的重量(N)；

v—打击速度(m/s)；

F—气缸的工作推力(N)；

L—气缸的工作行程(m)；

气缸的工作行程如图23所示，根据实际工作需求，选取小型气缸QGX系列，在标准中最大行程L在40～250mm，根据实际需要选择L＝50mm,则

取工作压力p＝0.5MP_a,气缸工作推力F及初选工作压力p来选取缸径D：

$D=\sqrt{4(F_1+F_t)/\mathrm{\π}p\mathrm{\η}}---\left(18\right)$

F₁—活塞杆上的推力(N)；

F_t—复位力(N)；

η—载荷率，取0.8；

故气缸缸径查缸径标准参数取稍大或接近的标准缸径值，所以取D＝25mm。气缸标准中与缸径D＝25mm相对应的最大行程容许上述L＝50mm。

破壳机效率为125kg/h,经计算,气缸往返次数约为3次/s,完成一次动作时间为t＝0.33s。

得到气缸的参数以后再来选取空压机的型号，首先一个气缸的耗气量

Q＝π×(D²-d²)L×2/4t(19)

其中d为活塞杆的直径，通常d＝0.3D。

则这台设备的耗气量

a—气缸每一往复的作用次数(这里双作用缸a＝2)；

n—一台设备上的气缸数量(这里n＝12)；

T—一台设备的工作周期(s)；

t—某个气缸的一个行程的时间(s)；

空压机的供气量：

Q₀—用气设备包括装配管路的泄气量，正常安装情况下Q₀＝(0.1～0.2)Q_z

m—用气设备的台数，(这里m＝1)

根据空压机的供气量Q_g以及实际工作条件选取合适空压机，由试验调整参数，便得到核桃破壳生产率为125kg/h的对撞式气动核桃剥壳机构。

多个凸块，凸块的设置能分散冲击锤与核桃的接触面积，增大冲击力。

本发明的工作过程如下：

结合图1至图19可知，首先将经过大小分级的核桃倒入喂料斗1内。齿爪式搅拌装置做匀速转动，拨齿33对喂料斗1内核桃进行不停的搅拌。在搅拌中核桃自由翻滚，只有姿态符合核桃定位结构即定位定量送料滑块截面形状的核桃才能从喂料斗1中下落进入定位输送机构，再进入核桃定位孔60上方的定位定量送料滑块29，实现定位输送功能。(若核桃进入定位输送机构的速率大于核桃处理的速率，则核桃会被储存在定位输送机构的通道里。)定位输送机构下方安装有定位定量送料滑块29，定位定量送料滑块29由气缸带动做定周期往复运动。在运动的初始位置，定位输送机构内储存的核桃穿过定位定量送料滑块29上的导向通孔37以及定位输送机构后分别落入核桃定位孔60中，由于核桃定位孔60下方的定位定量送料滑块42上的导向通孔与核桃定位孔60的交错分布，此时核桃被下方定位定量送料滑块42上导向通孔之间的实体部分挡住无法下落。随后破壳气缸4拉动定位定量送料滑块29在运动至距离最大处，此时核桃定位孔60与定位定量送料滑块42上导向通孔分布在同一轴线上，核桃落出。随后定位定量送料滑块29、42返回初始位置等待下一批核桃，至此完成一个喂料周期。(特别地，只有定位定量送料滑块29、42归位至运动初始位置时即导向通孔与定位输送机构内通道分布在同一轴线时，定位输送机构内核桃才可以下落。)在核桃从进入定位输送机构到核桃掉出定位输送机构期间，核桃始终在定位输送机构的通道内停留，因此可以保持核桃喂料过程中的姿态固定即在核桃喂料过程中实现了核桃的定位。

鼓风机6与螺旋滚筒17分别安装在锥形物料收集槽5出料口的两侧，锥形物料收集槽5进料口设在核桃破壳模具下方的定位定量送料滑块地下方，螺旋滚筒17内壁有螺旋挡板35，搅拌轴27两端有两个轴承，由电动机带动做匀速转动。经上一级破壳装置破壳后的壳仁混合物在定向风的带动下进入螺旋滚筒17左端，由于核桃壳以及内部隔膜质地较轻，下落过程中向右移动距离较远，而核桃仁较重，移动距离小，两者落至底部后又会被旋转的滚筒再次带起做斜上抛运动，下落过程类似。壳仁混合物被多次抛起后核桃仁被汇集到螺旋滚筒17左端集料口，核桃壳及内部隔膜由于质量轻，在鼓风机6的吹动下自螺旋滚筒17右端排出。其中定向风风速控制在X，螺旋滚筒转速为Y。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：

在核桃定位模具的下方设置带孔的挡板，如图16所示，在起始位置，挡板的通孔13与核桃定位孔的位置交错设置，用于阻挡核桃的下落，同样地，挡板通过带孔挡板换向气缸19带动运动，带孔挡板换向气缸19设有带孔挡板换向气缸注气孔62。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.核桃破壳取仁分离装置，其特征在于，包括设于机架的至少一个核桃固定机构和至少两根撞击杆，核桃破壳模具开有核桃定位孔，核桃破壳模具的侧壁开有至少两个与核桃定位孔相通的开孔，多根撞击杆在移动机构的带动下穿过与每根撞击杆对应的开孔撞击设置于核桃定位孔内的核桃，还包括设置于核桃定位孔两侧分别用于覆盖核桃定位孔的定位定量送料滑块，在核桃定位孔一侧定位定量送料滑块的下方设有收集装置，收集装置与鼓风机连接。

2.如权利要求1所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述定位定量送料滑块与驱动机构连接，在所述定位定量送料滑块上开有若干个通孔，核桃固定机构水平设置时，定位定量送料滑块通孔的形状与核桃最大横截面的形状相同，定位定量送料滑块在驱动机构带动下移动到设定位置时通孔与核桃定位孔相通。

3.如权利要求2所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述驱动机构为定位定量送料滑块电磁换向阀，移动机构为由破壳气缸电磁换向阀控制的破壳气缸，破壳气缸电磁换向阀分别与破壳气缸和定位定量送料滑块电磁换向阀单独连接。

4.如权利要求1所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述撞击杆用于撞击核桃的端部设有冲击锤，冲击锤的行程大于核桃仁的直径小于核桃壳直径。

5.如权利要求4所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述冲击锤一侧设有与撞击杆连接的螺纹孔，另一侧表面为弧形凹面或者V型面，在所述冲击锤弧形凹面或者V型面设有多个凸块。

6.如权利要求1所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述收集装置远离鼓风机的一侧设有内壁装有螺旋挡板的螺旋滚筒。

7.如权利要求1或2所述的核桃破壳装置，其特征在于，核桃固定机构水平设置时，在喂料斗与核桃破壳模具上侧定位定量送料滑块之间设有定位输送机构，定位输送机构内通道的形状与核桃最大横截面的形状相同。

8.如权利要求1所述的核桃破壳装置，其特征在于，所述核桃破壳模具的底部设有底板，底板水平固定于机架，同时，所述的定位定量送料滑块平行于底板固定于机架。

9.如权利要求3所述的核桃破壳装置，其特征在于，在所述核桃固定机构的上方设有核桃喂料斗，所述喂料斗内设置有搅拌轴，搅拌轴上设有多排用于拨动核桃的拨齿；

所述破壳气缸的缸径为15mm～35mm，最大行程为40mm～80mm。

10.如权利要求1-9中任一项所述的核桃破壳装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)通过喂料斗向核桃定位孔内安放核桃；

2)驱动机构带动定位定量送料滑块移动覆盖核桃定位孔的两侧；

3)移动机构带动多根撞击杆共同运动，撞击杆各自穿过开孔同时撞击核桃定位孔内的核桃；

4)驱动机构带动定位定量送料滑块移动核桃定位孔与通孔相通，核桃仁及核桃壳落入收集装置；

5)风机启动，将核桃仁与核桃壳一同吹入螺旋滚筒内，因重力不同，二者落在螺旋滚筒内的位置不同，螺旋滚筒旋转，带动核桃壳与核桃仁从螺旋滚筒两端分别流出。