CN106473167A - 自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置，包括固定于机架上的间歇性送料装置、预破壳装置、柔性破壳装置和分离装置，间歇性送料装置为预破壳装置间歇批量送料，预破壳装置包括相互配合的挤压部和落料部，挤压部往复运动与落料部配合挤压核桃以使其产生裂纹，落料部往复运动使挤压后核桃掉落至柔性破壳装置，柔性破壳装置对核桃进行破壳，再通过分离装置将破壳后的壳、仁分离存储。由多个系统集成，结构紧凑，不仅降低了机器制造成本，还缩减了机器运行的占地面积，有利于机械的小型、高效化。结构设计可实现拼接组合等多种连接配合工作，能够满足各种生产规模、生产场所的需要，同时也适用于家庭，应用更加广泛。

Description

自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置

技术领域

本发明涉及核桃破壳取仁装置，具体涉及自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置。

背景技术

核桃，又称胡桃、羌桃，与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果”，是胡桃科核桃属多年生落叶乔木，中亚是其原产地。经过不断地探索和实践，我国核桃栽培面积约130万千米以上，其面积和产量均居世界首位。

核桃全身均宝:核桃仁，富含丰富的营养物质，还有多种人体需要的微量元素，不仅对人体有着很好的保健作用，同时也预防各种疾病；核桃壳，为胡桃科植物胡桃成熟果实的内果皮，是很好的中药材。本品性味苦、涩、平，入脾、肺、肾经，有清热解毒，收敛止血之功，适用于血崩，乳痈，疥癣；此外，核桃壳亲水性好，抗油浸等优点。因耐用性和弹性较好、并能和其它磨料混和使用，所以也是较理想的抛光研磨材料。在金属清洗行业，核桃壳经过处理后可以用作金属的清洗和抛光材料。比如飞机引擎、电路板以及轮船和汽车的齿轮装置都可以用处理后的核桃壳清洗。核桃壳被粉碎成极细的颗粒后具有一定的弹性、恢复力和巨大的承受力，所以适合作为研磨剂抛光研磨刀具和光整加工各种五金件，首饰、操作件等。分心木，又名胡桃衣、胡桃夹、胡桃隔，为胡桃科植物胡桃果核内的木质隔膜。中医认为，本品性味苦、涩、平，入脾、肾经，有固肾涩精之功，也能预防很多疾病。种种好处，导致核桃越来越受到人们的追捧和喜爱，所以其生产量的增加幅度越来越大。

随着核桃产量和市场需求不断地增加，核桃深加工也成为科研和生产中日益凸显的问题。核桃破壳取仁是深加工首要的前提。由于核桃壳主要由木素、纤维素和半纤维素组成，核桃果壳硬而厚，形状不规则，内有多个分隔，壳仁间隙小，这就给剥壳取仁增加了很大的难度。由于加工技术落后，没有成熟的核桃破壳机械，为保证破壳率及整仁率，许多核桃加工厂家依然采取手工破壳取仁的方式，如“手剥山核桃”法，即使用柔性材料制成的锤子对在模子里的山核桃进行人工敲击。并且，目前已有的破壳设备很难适合家庭使用，缺点主要是体积庞大，价格昂贵。

核桃产品的经济效益与核桃的整仁率息息相关，核桃仁完整率越高，经济效益越高，高整仁率和高效率是当代核桃破壳取仁机竞争的焦点。随着国内外学者对机械化核桃破壳装置研究的加深，许多新型的核桃剥壳机出现。这些破壳取仁机存在的整体不足是：漏剥或破壳不完全，破壳率低，损失率高，露仁率低。例如有些破取仁壳机的核桃破壳率低，核桃仁整仁率较高；而有些破壳取仁机过多地提高破壳率，而忽略了核桃仁受到的损害，导致核桃仁破碎率较高，同时这些核桃破壳取仁装置对不同品种的核桃适应能力差，当核桃尺寸发生变化时，装置的破壳效果下降。

现有技术中，实现核桃破壳取仁目前主要有物理和化学腐蚀两种方式，其中化学腐蚀由于在实际操作中不好控制，核桃仁易受到腐蚀，同时也增加了核桃的预处理和后处理工序，处理不好还会造成对环境的污染.因此人们不愿接受这种方式。目前市场上最多的就是利用核桃的物理特性来对核桃进行破壳取仁，其中包括：碾搓法、撞击法、剪切法和挤压法以及超声波震碎法。前四种方法均利用核桃壳与仁之间还有一定的间隙，通过机械装置刚性地施加压力对壳造成破碎的效果，只要施加力的行程小于壳仁之间的间隙，就会保护核桃仁不受伤害。但是由于核桃的种类不同，那么核桃的大小和形状还有核桃壳的硬度就会不同，这就造成了核桃壳受力的行程不是固定不变的，所以上述前四种方法在破壳时就要考虑核桃的定位或者大小分级问题。第五种物理方法超声波震碎法是利用超声波将核桃的壳震碎从而达到壳仁分离的效果，这种方法不需要考虑核桃的大小形状以及分级还有定位问题。但是，由于方法的不成熟，很难保证把核桃壳震碎的同时不会对核桃仁造成一定的伤害。

新疆农业大学发明了一种气动核桃破壳机，专利号为：201310144581.1。该发明由机架、传动控制装置、送料机构、破壳装置组成，机架上装设有破壳装置，由连装在工作台架各分隔板间的冲击气缸和抱紧气缸组成，机架前下方装设有传动控制装置，由电机，与电机轴同轴套装的拨轮和控制凸轮，下轴上套装的主动链轮和槽轮，上轴上套装的并排前端链轮、从动链轮，机架后部装设的并排后端链轮，下方机架上间隔装设的夹持、抱紧和击打三开关组成，主、从动链轮，前、后端链轮分别通过链条连动，在工作台架后部装设有料箱，该箱一壁开有狭槽，紧靠该槽下方装设有送料机构，其由并排链条、间隔连装在链条上的转辊、承托转辊的滚动板及张紧链轮组成。

该装置的缺点是整仁率不高，加工前需要对核桃进行定位，对核桃仁伤害大，加工工序繁多，对核桃仁造成二次伤害，制造成本高。

陕西省商洛市的党才良发明了一种核桃破壳取仁机，专利号：201220548222.3，其破壳部分包含活塞套，活塞套内部有活塞，活塞连接破壳弹簧的一端，所述破壳弹簧另一端连接破壳弹簧定位支柱，所述破壳弹簧定位支柱穿过活塞套上的定位孔，还包含垂直于活塞套轴线并和活塞连接的活塞销，还包含安装于活塞套上的垂直于活塞套轴线的转轴，所述转轴一端安装凸轮刀，另外一端为手柄，所述凸轮刀围绕转轴旋转的运行曲线可推动活塞销在活塞套上的限位孔中前后运动并使活塞和挡块接触；挡块在活塞中轴线延长线上，所述挡块固定安装于活塞套上。工作时利用活塞运动撞击核桃和挡块，达到破壳目的。

该装置的缺点在于持续往复撞击对弹簧提出了很高的要求，另外，在高速撞击下，核桃仁很容易受到损伤，整仁率会大大降低。

目前，除了手工取仁的方法之外，核桃破壳取仁有以下几种方法：离心碰撞式破壳法、化学腐蚀法、真空破壳取仁法、超声波破壳法、机械破壳法。第一种方法，离心后的核桃高速撞击壁面使壳变形直至破裂，但是破壳后产生的碎仁较多，所以方法不理想；第二种方法，在实际操作中药剂用量不易控制，核桃仁易受到腐蚀，处理不好还会造成对环境的污染，因此方法极少应用；第三、四种方法，设备昂贵，破壳成本太高，且破壳效果不够理想。第五种方法，设备简单，成本低，破壳效果可通过改进部件结构提升，因此该方法得到较多的探索研究和应用。

国内外对杏核、松子等坚果进行了大量的实验，探究了坚果的力学性能以及影响破壳效果的因素，指出了含水率、加载方向等因素对坚果破壳力、变形量、破壳趋势以及整仁率等有一定的影响。史建新、吴子岳等人结合有限元分析法通过大量试验对核桃的破壳原理以及力学性能进行了研究，找出了破壳时的最佳施力位置和方式。袁巧霞等人通过对辊板式银杏脱壳装置的试验研究得出间距过大或者过小都不利于脱壳。间距过大挤压量达不到破壳所需的临界压缩量，脱壳率下降；间距过小，挤压量过大，破仁率增加。李忠新等人受定间隙挤压(横向挤压和纵向挤压)试验的启发，建立了“锥篮式破壳模型”，研究了对核桃破壳最有效的施力方向和位置，并且提出了破壳机的结构因素，如破壳间隙、破壳板的硬度、喂料速度对破壳效果的影响。合肥工业大学的宋率展运用薄壳理论和断裂理论对内力和位移进行分析指出两对法向力更利于破壳，同时指出通过揉搓的方式对芡实进行破壳要将搓板设计成变形后与坚果相一致的形状，即搓板要具有一定的柔性及硬度，并且搓板与芡实之间的摩擦系数应该选取的适当大一些以满足脱壳的要求。

目前，国内常见的机械剥壳加工设备按剥壳方法分类主要分为四类：挤压法、撞击法、剪切法和碾搓法。吴子岳研究的绵核桃剥壳机所采用的是双齿盘—齿板式剥壳原理。绵核桃被喂入到剥壳装置中后，圆形齿盘带动绵核桃边旋转边向间隙里挤入，一定间距的齿尖不断地挤压核桃壳表面，使得裂纹不断扩展，最后核桃壳基本上完全破裂，碎壳和核桃仁通过最小间隙向下掉出来。张仲欣研究开发的对辊窝眼式核桃开口机主要由锥辊式分级装置和对辊窝眼式开口装置两部分组成，分级装置由一对大端对大端、小端对小端的锥形辊组成，两辊间隙从大端到小端逐渐变大。对辊窝眼式开口装置为一对直径相同的圆柱形挤压辊，其上带窝眼，窝眼尺寸从大端到小端逐渐变大。两对托辊分别相对滚动，经分级后的核桃落入相应的窝眼中后在两辊的挤压作用下破碎，然后通过出料滑板收集。王晓暄^[21]等人研制开发的离心式核桃二次破壳机利用撞击法将核桃进行破碎。在托板的摩擦力和拨板的推动作用下，落在离心板上的核桃随离心板一起旋转，当离心板达到一定的转速后，核桃会以一定的速度脱离飞出，与撞击桶发生碰撞完成破壳。通过调节离心板的转速可以调整核桃撞击力的大小，进而可以获得较理想的破壳效果。张勇研发的核桃脱壳取整仁器由基座和顶盖组成。基座的上半部是个圆台，圆台顶面有个下凹的剥壳腔，其内侧边缘带有一圈锯齿。工作时，将核桃放在剥壳腔的锯齿上，用带有橡胶垫的顶盖将核桃压住，启动电机就可以将核桃壳锯出一个缺口，锯出4到6个缺口后即可将核桃壳剥开。柴金旺利用摩擦碾搓的原理研发的核桃脱壳机采用带有齿槽的内外磨对核桃进行破壳。外磨固定在机架上，内磨在电机的带动下转动。核桃在内外磨的间隙内破裂脱壳。当破碎到合适的粒度后，由挡板与内磨下底之同的缝隙落到落料板上。该机不能自动适应核桃的大小，又由于目前核桃品种多样、大小不一，因此在实际应用中存在一定的缺陷，破裂不同尺寸的核桃，需要更换尺寸不同的内外径。

但多数剥壳机存在的主要问题是：剥壳率低，许多剥壳机漏剥或破壳不完全，剥壳率80％，甚至更低；损失率高，高露仁率低。由于破壳不完全，部分碎核桃仁夹带在碎壳中难以取出，有些剥壳机的果仁损失率高达20％，而高露仁率约60％；果仁完整性差，许多剥壳机一味追求剥壳率的提高，导致高的核桃仁破碎率；适应性差，在核桃品种、大小规格、外壳形状等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。绝大多数机械破壳设备的破壳间隙都是固定的，又由于核桃形状尺寸不规则，将核桃批量放入，不符合间隙尺寸的核桃往往就得不到有效的破壳，核桃尺寸过大会造成核桃壳过度破碎，核桃仁受到损害，核桃尺寸过小导致得不到破壳，为此需要在破壳之前对核桃进行尺寸分级。目前以机械方式对核桃大小分级的设备主要有3种。1)滚杠式分级机，所有滚杠相对水平面平行，滚杠之间的间距由小变大。核桃在滚杠上滚动时，当滚杠间距超过核桃直径时，核桃便掉进下方相应的分果槽中。2)双辊式分级机，双辊与水平面成一定倾斜角度，并且双辊之间成一定角度，相对旋转。由于双辊间有夹角，双辊之间的分级间距逐渐增加，在重力作用下核桃沿缝滚下，当滚至双辊间间距大于果径之处时，核桃便从两辊间落入分果槽中。3)滚筒式分级机，滚筒中具有若干层滚筒单元，每层滚筒单元上均匀布满小孔，同一层滚筒内的小孔孔径相同，不同层滚筒的小孔孔径不同，并且每层内的孔径由内向外依次增大。滚筒匀速滚动，核桃从滚筒上部送入，沿滚筒外表输送，核桃依次经过不同层孔径的滚筒，从小到大依次分级。

壳仁分离是核桃破壳取仁的难点之一。国内理想的分离方法和分离设备出现的太少。虽然出现的方法和设备能实现壳仁分离，但设备成丰高，工艺复杂，分离率低。目前，利用机械法分离核桃壳和仁的装置主要以下几种：绒辊分离壳仁装置。该装置是由一对全长彼此接触辊子组成，辊子外表面包着绒布，相对转动并且相对于水平面倾斜。当核桃壳仁混合物料从高端喂入后，表面光滑的核桃仁不易被绒毛粘附落入两辊之间的凹槽并向下滑移直至从底端排出，粗糙的核桃壳被绒毛粘附，最终爬过绒辊落入排料斗，为了达到一定的分离效果，一般该装置都有多对绒辊组成进行反复分离。由于核桃壳和仁的断裂端口都有毛刺，都能够被毛绒粘附因此该装置分离效果不好。董远德等人研发的核桃壳仁风选机采用风选式原理对核桃壳仁进行分离。试验结果表明，风量大小和风腔长度对壳中含仁率有显著影响，风腔长度对仁中含壳率有极显著的影响，喂入量对高路仁损失率有极显著的影响。

青岛理工大学李长河教授研究团队在核桃破壳取仁分离工艺与装备、核桃分级及核桃壳仁分离进行了深入系统的研究。设计研发的核桃剥壳取仁装置，整体自动化，破壳率得到很大提升分离。刘明政，张彦彬对核桃剥壳取仁装置进行了改进，通过试验表明核桃破壳率98％、核桃仁破碎率2.9％、核桃露仁率70％，进一步提高了核桃破壳率和降低了核桃仁破碎率，壳仁分离率也高达97％，分离效果理想。刘明政等人设计研究了回转笼式和摆动式核桃分级筛，既能避免了核桃聚堆卡住，又能使尺寸符合相应间隙的核桃充分落下，提高分级效率和分级精度。刘明政等人对核桃剥壳取仁装置中的工作带进行了改进设计，减少了核桃的破碎率，提高核桃仁的完整度，降低核桃仁的损失，又能有效增加带内侧与托辊之间的摩擦，防止带与托辊之间打滑，实现了同步带的平稳工作。马正诚，邢旭东等人发明了核桃破壳装置及其使用方法，该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用于覆盖核桃定位孔的定位定量送料滑块；通过撞击杆对核桃定位孔或者核桃定位槽内的核桃进行撞击，再配合滑块的设置，撞击速度快，取仁完整率高；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。

刘明政等人发明的核桃剪切挤压破壳柔性捶击取仁装备由三部分组成，剪切挤压破壳系统、柔性叶片捶击取仁系统及气力螺旋叶片滚筒分离系统。在金属托架及两条具有速度差工作带的作用下，对核桃产生剪切和挤压的作用力，使核桃壳破碎，核桃仁露出，由于带是柔性的，这样会减轻对核桃仁的破坏，并且通过柔性叶片锤击系统等作用，可以使嵌在核桃壳里的核桃仁进一步分离，由于叶片是由柔性材料制成的螺旋曲面，锤击过程中即可减轻了对核桃仁的破坏又可起到对混合物料的输送的作用，避免物料直接落下而核桃仁摔碎。分离系统可实现壳仁分离的自动化。采用高度调节装置，使装置可以适应处理不同尺寸的核桃，因而可以用于大批量的生产作业中，缩短劳动时间及节约劳动力，降低加工成本，较好的解决了核桃剥壳取仁难，依赖手工的问题，并使破壳率和高露仁率有所提高。

张彦彬等人发明了气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备。从进料斗输送核桃壳仁物料，核桃壳仁物料在进料斗中加速后以一定速度被送入螺旋叶片滚筒，核桃仁物料在风力输送作用下进入核桃壳仁分离区域，核桃壳物料大部分进入核桃壳输送区域，少部分进入核桃壳仁分离区域。螺旋叶片滚筒内壁上固定连接的变螺距螺旋输送叶片机构，螺旋方向为右旋，在螺旋叶片滚筒顺时针方向旋转时，螺旋叶片起到输送核桃壳仁物料的作用，物料输送方向是由出口方向输送至进口方向。在核桃壳仁分离区域，核桃壳仁物料被螺旋叶片Ⅱ沿圆周输送至高处，同时螺旋叶片Ⅱ对核桃壳仁物料有向进口方向运输的作用；达到一定高度后，核桃壳仁物料从空中抛下，具有向进口方向的初速度。在风力输送作用下，核桃仁受到较小的风力落在核桃仁输送区域；核桃壳受到较大的风力被送入核桃壳输送区域。在核桃仁输送区域，核桃仁被小螺距的螺旋叶片Ⅲ输送至螺旋叶片滚筒出口方向输出，由于螺旋叶片Ⅲ的螺距小、摩擦系数小，在此区域形成了典型的螺旋输送作用，核桃仁不受风力影响，核桃仁被小螺距的螺旋叶片Ⅲ输送至螺旋叶片滚筒出口方向输出，落入核桃仁收集器。

综上所述，现有的核桃破壳取仁技术方式很多，有自己的优点，但也有很严重的缺点，有些装置只是单一地追求了一方面的功能而造成其他方面效果不是很理想，从而不能保证核桃的整仁率还有破壳率以及破壳效率。那么，这样的装置就不能顺应市场的需求和发展。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置，解决核桃破壳时由于核桃大小和形状不同引起的核桃分级以及定位难问题，同时提高整仁率、出仁率，降低核桃仁的损伤率，保证破壳的高效率和壳仁分离彻底性。

本发明的装置利用不同大小的核桃落在V形块中的高度不同来实现自定位功能，从而减少核桃分级工序，进而实现对核桃的精准预破壳，即“破壳不伤仁”，利用产生的裂纹减小进一步桃破壳时的应力；通过同向双螺旋辊实现对核桃柔性剪切破壳，螺旋辊上的圆弧形凹槽使得核桃破壳时受力均匀，剥落彻底，保证核桃壳碎而不损伤仁，获得较高的整仁率。通过改变双螺旋辊之间的间隙，并利用螺旋槽对核桃的轴向力来实现核桃的自分级，减少核桃的分级工序；利用核桃壳、仁在同一柔性材料上摩擦力不同的的特点，采用压辊摩擦带对壳仁进行彻底地分离。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置，包括固定于机架上的间歇性送料装置、预破壳装置、柔性破壳装置和分离装置，所述间歇性送料装置为预破壳装置间歇批量送料，所述预破壳装置包括相互配合的挤压部和落料部，第一往复运动机构带动挤压部往复运动与落料部配合挤压核桃以使其产生裂纹，第二往复运动机构带动落料部往复运动使挤压后核桃掉落至柔性破壳装置，所述柔性破壳装置对核桃进行破壳，再通过分离装置将破壳后的壳、仁分离存储。

所述间歇性送料装置包括落料挡板，所述落料挡板上方设置储料斗，所述储料斗与落料挡板均设置多个落料导向孔，所述落料挡板侧部与第三往复运动机构配合。第三往复运动机构使落料挡板往复移动从而使储料斗和落料挡板的落料导向孔重合时以落料，储料斗和落料挡板的落料导向孔交错时以间断送料，从而实现间歇批量送料。

所述第三往复运动机构可以为凸轮机构，也可以为液压元件或气动元件，也可以为丝杠机构等。

所述挤压部为挤压V形块，所述落料部为落料V形块，所述挤压V形块和落料V形块相向设置，所述落料V形块和挤压V形块之间具有间隙，且该间隙逐渐减小，以对落下的核桃定位。

所述第一往复运动机构和第二往复运动机构可以为凸轮机构，也可以为液压元件或气动元件，也可以为丝杠机构等。

所述第一往复运动机构和第二往复运动机构均与驱动机构连接，所述驱动机构包括驱动轴、从动轴和传动带，其中，所述驱动轴套装于驱动轮内，所述从动轴套装于从动轮内，所述驱动轮和从动轮通过传动带连接。

所述第一往复运动机构包括设置在驱动轴的若干个挤压凸轮，每个挤压凸轮上设置有向外延伸的挤压推杆，所述挤压推杆穿过位置固定的挤压滑轨；所述第二往复运动机构包括设置在从动轴上的落料凸轮，所述落料凸轮设置有向外延伸的落料推杆，所述落料推杆穿过位置固定的落料滑轨。

所述传动带的中心线两侧中心对称设置有两个转轴，一个转轴上套装有若干个挤压V形块，另一转轴上对应设置有落料V形块，且挤压推杆可推动挤压V形块一侧，落料推杆可推动落料V形块一侧；使挤压V形块与落料V形块发生相对运动，改变挤压V形块与落料V形块之间的间隙大小，以挤压落入挤压V形块与落料V形块之间的核桃而产生裂纹，还可以在挤压完成后，使挤压V形块与落料V形块发生相对运动，进而使挤压后的核桃落料至柔性破壳装置。

所述挤压滑轨和挤压V形块之间设置有弹性元件，弹性元件与驱动轮、从动轮相配合，带动挤压V形块和落料V形块往复运动。

所述若干个挤压凸轮成一定角度错开。

所述挤压凸轮距离竖直方向的偏角为α，且90°-α小于挤压V形块材料的摩擦角。

所述落料V形块的外表面和挤压V形块的外表面之间形成V型嵌槽。

所述落料V形块、挤压V形块的内槽的内接触面采用U型面。

所述落料凸轮和挤压凸轮的尺寸与推程满足落料凸轮运动时挤压凸轮处于远休。

所述两个转轴的两端通过轴承固定在对应的轴承座，两个轴承座固定在机架上，所述挤压滑轨和落料滑轨也固定于机架上。

所述驱动轴和从动轴通过支撑架固定于固定支架上，所述固定支架固定于机架上。

所述挤压V形块和落料V形块呈V型或梯形。

所述柔性破壳装置包括两个并排设置且轴线不平行的螺旋辊，两个螺旋辊直径不同，且两个螺旋辊的表面均设置有沿螺旋辊轴向延伸的凹槽，两个螺旋辊同向转动破壳，使得核桃在破壳过程中各个点受力均匀。

所述两个螺旋辊的母线处凹槽保持对齐。

所述两个螺旋辊之间具有间距，且该间距沿螺旋辊轴线方向逐渐增大，柔性破壳装置的进料口设置于螺旋辊间距最小处，所述进料口与预破壳装置之间通过集料斜槽连接。

所述螺旋辊的材料为硬质橡胶。

所述两个螺旋辊的导程一致。

所述两个螺旋辊的凹槽的头数之比为比为转速之比的反比。

所述两个螺旋辊的转速相同、凹槽的螺距相同、头数相同。

所述凹槽为弧形凹槽。

所述凹槽轴向长度大于核桃长径，凹槽径向长度与螺旋辊安装间距相适配。

所述凹槽包括但不限于V型、抛物线形、高次方程曲线形或梯形凹槽。

所述两个螺旋辊设置于固定支架上，通过带轮带动其旋转。

所述分离装置包括两个平行设置且高度不同的震动套筒，所述震动套筒之间通过摩擦带连接，所述摩擦带中部配合设置压辊，压辊压附于摩擦带上，且压辊转向与摩擦带转向相反。

每个所述震动套筒端部均设置端面凸轮，所述端面凸轮外侧设置与机架固定的限位销，端面凸轮与限位销的配合使得震动套筒转动中发生横向运动，进而使得摩擦带发生抖动，从而使壳仁混合物在摩擦带上分布均匀，有利于壳仁分离彻底。

每个所述震动套筒均设置于旋转轴上，所述压辊设置于转动轴上，旋转轴和转动轴端部均设置链轮，链轮之间通过链条连接。

预破壳装置的工作原理为：

核桃落入由挤压V形块和落料V形块组成的间隙中，落下的核桃会自动落在在间隙的适合高度，以实现不同大小核桃的自定位；

待核桃固定在落料V形块和挤压V形块之间后，挤压凸轮随即进入推程，推动挤压V形块，使挤压V形块运动与保持原位的落料V形块配合产生挤压力来对核桃进行挤压，通过控制挤压凸轮的推程来确保挤压核桃的程度使核桃产生裂纹而不使其破裂；

核桃挤压完成后挤压凸轮随即进入回程，挤压V形块动作，使落料V形块和挤压V形块之间打开一道缝隙，使核桃从此处缝隙落出，落料凸轮随即进入远休且挤压凸轮处于近休阶段，重新组成间隙等待第二批核桃的进入。

柔性破壳装置的工作原理为：

核桃落到两螺旋辊之上，由于螺旋的轴向输送作用，核桃沿螺旋辊母线向前滚动，核桃在直径大的螺旋辊一侧受到向下的压力作用，当核桃所处空间与核桃本身大小合适时，核桃在直径大的螺旋辊一侧所受的压力将核桃压入螺旋凹槽，在核桃周围剪切力的破壳及剥落作用下，核桃壳从核仁表面脱落，核仁在重力作用下通过两螺旋辊对口的凹槽落下，实现剥壳取仁。

分离装置的工作原理为：

破壳后的核桃壳、仁混合物落到摩擦带上，由于端面凸轮与限位销的配合，使得震动套筒转动中发生横向运动，进而使得摩擦带发生抖动，使壳、仁混合物在摩擦带上分布均匀；由于壳、仁与摩擦带的摩擦力不同，在摩擦带传动过程中，核桃壳被带到上方，核桃仁由于摩擦力较小自然滑落到下方，二者各自进入集料仓，实现壳仁分离。

本发明的有益效果为：

本发明由多个系统集成，结构紧凑，不仅降低了机器制造成本，还缩减了机器运行的占地面积，有利于机械的小型、高效化。结构设计可实现拼接组合等多种连接配合工作，能够满足各种生产规模、生产场所的需要，同时也适用于家庭，应用更加广泛。

本发明的间歇性送料装置可以为后续装置间歇批量送料；预破壳装置与间歇性送料装置连接并安装在其下部，实现预破壳工序与间歇批量送料工序相配合，同时完成预破壳的核桃外壳会减少一部分应力，提高后续破壳的整仁率和效率；柔性破壳装置安装在预破壳装置的下方，并通过集料斜槽连接，集料斜槽底端导向柔性破壳装置的进料口，完成已经预破壳核桃的进料；分离装置在柔性破壳装置的下方，直接收集完成破壳的壳仁混合物并实现彻底地分离。

本发明的自定位预破壳系统，减小核桃破壳时的应力。不同尺寸和形状的核桃可以自动批量落在V形块不同高度的位置，减少对核桃大小分级还有定位的工序，提高了整体装置的破壳效率。

自定位预破壳系统的V形块嵌槽挤压设计，V形块分为挤压V形块和落料V形块，利用铰链固定在轴上的多组挤压凸轮对多组V形块的推进作用，使不同尺寸的核桃受到精准距离的挤压形变从而产生裂纹，避免了出现大核桃挤碎，损伤到核桃仁或小核桃挤不开的现象，提高了核桃预破壳效率及仁的完整率。V形块采用嵌槽挤压利用了自锁效应，防止预破壳时核桃向后运动，不能有效地出裂纹。该装置利用多工位差动运行，提高了挤压效率，减小了系统挤压时的能量不均衡，提升了装置整体运动的稳定性。

本发明采用同向双螺旋辊柔性剪切破壳装置，分析核桃受力情况，通过大量实践和理论计算，采用圆弧形凹槽螺旋辊，使核桃破壳时受力面积大，受力均匀，破壳效率高，破壳彻底，整仁率高，螺旋辊采用橡胶制作，增大剪切力，减少破壳时对核桃仁的损伤。双辊同向差速运转，间距逐渐增大，利用轴向力实现自分级破壳，减少了核桃破壳分级流程，简化了繁琐的机械结构，提升了装置的破壳效率。通过对双辊的间隙调节，可以实现对不同品种的核桃进行挤压破壳，提高了机器的适应性。

本发明采用一种依靠壳仁摩擦系数不同而设计的压辊摩擦带壳仁分离系统，该系统简单可靠，提高了壳仁分离的效率。当壳仁混合物在在双螺旋破壳装置落下后，落在分离装置的摩擦带上，摩擦带在端面凸轮的作用下左右抖动，利用壳仁在摩擦带上的所受摩擦力不同，核桃壳合力向上随摩擦带上升进入废料收集装置，核桃仁合力向下而自然顺着摩擦带落到底部聚集，并在压辊旋转的作用下落到核桃仁收集装置中。该装置有效避免了传统分离方式对核桃仁带来的二次伤害，有效提升了核桃仁的整仁率，并且有利于核桃仁的进一步深加工。

附图说明

图1为自定位预破壳同向双螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置示意图；

图2为自定位预破壳同向双螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置右视图；

图3为间歇性送料装置俯视图；

图4为间歇性送料装置示意图；

图4(a)为间歇性送料装置局部示意图；

图5为V形块自定位预破壳装置示意图；

图6为V形块自定位预破壳装置侧视图；

图7为V形块自定位预破壳装置局部剖视图；

图8为同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置俯视图；

图9为同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置示意图；

图10为压辊摩擦带分离装置示意图；

图11为压辊摩擦带分离装置局部剖视图；

图12为本发明的第一种方案的两螺旋辊的结构图；

图13为本发明的第二种方案的两螺旋辊的结构图；

图14为本发明的第三种方案的两螺旋辊的结构图；

图15为本发明的第四种方案的两螺旋辊的结构图；

图16为本发明的核桃在两螺旋辊之间的受力分析图；

图17为本发明的核桃在两螺旋辊第一种槽型之间的受力分析图；

图18为本发明的核桃在两螺旋辊第二种槽型之间的受力分析图；

图19为本发明的核桃在两螺旋辊第三种槽型之间的受力分析图；

图20为本发明的V形块自定位预破壳装置的预破壳原理图；

图中，Ⅰ-间歇性送料装置、Ⅱ-V形块自定位预破壳装置、Ⅲ-同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置、Ⅳ-压辊摩擦带分离装置，Ⅰ-1储料斗，Ⅰ-2落料挡板，Ⅰ-3端面凸轮，Ⅰ-4带轮Ⅰ，Ⅰ-5轴Ⅰ，Ⅰ-6滚针轴承，Ⅰ-7落料导向孔，Ⅰ-8弹簧Ⅰ，

Ⅱ-1带轮Ⅱ，Ⅱ-2轴Ⅱ，Ⅱ-3固定架，Ⅱ-4滑动推杆，Ⅱ-5带Ⅰ，Ⅱ-6落料V形块，Ⅱ-7挤压V形块，Ⅱ-8挤压凸轮，Ⅱ-9落料凸轮，Ⅱ-10轴Ⅲ，Ⅱ-11带轮Ⅲ，Ⅱ-12弹簧Ⅱ，Ⅱ-13轴Ⅳ，Ⅱ-14轴Ⅴ，Ⅱ-15稳固支承架Ⅰ，Ⅱ-16稳固支承架Ⅱ，Ⅱ-17轴承座，Ⅱ-18转轴支撑架Ⅰ，Ⅱ-19转轴支承架Ⅱ，Ⅱ-20集料斜槽，

Ⅲ-1大螺旋辊，Ⅲ-2小螺旋辊，Ⅲ-3带轮Ⅶ，Ⅲ-4带轮Ⅷ，Ⅲ-5带轮Ⅸ，Ⅲ-6带轮Ⅹ，Ⅲ-7带轮ⅩⅠ，Ⅲ-8轴Ⅵ，Ⅲ-9轴Ⅶ，Ⅲ-10轴承座，

Ⅳ-1摩擦带，Ⅳ-2震动套筒1，Ⅳ-3链Ⅰ，Ⅳ-4链轮Ⅰ，Ⅳ-5带轮Ⅳ，Ⅳ-6轴Ⅵ，Ⅳ-7压辊，Ⅳ-8链轮Ⅱ，Ⅳ-9轴Ⅶ，Ⅳ-10轴Ⅷ，Ⅳ-11链轮Ⅱ，Ⅳ-12震动套筒2，Ⅳ-13机架，Ⅳ-14限位销，F_a为轴向力，F_d为径向力，F_s为剪切力。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，为本发明装置的等轴测图，从图中可以看出本发明总体包括四大部分，自上而下分别为间歇性送料装置Ⅰ、V形块自定位预破壳装置Ⅱ、同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置Ⅲ、压辊摩擦带分离装置Ⅳ。

如图2所示，为本发明装置的左视图，从图中可以更清晰的看到本发明各个部分的上下排布情况以及各个装置之间的传动情况。间歇性送料装置Ⅰ安装在整体装置的上部，间歇批量送料；V形块自定位预破壳装置Ⅱ与间歇性送料装置Ⅰ连接并安装在其下部，实现预破壳工序与间歇批量送料工序相配合，同时完成预破壳的核桃外壳会减少一部分应力，提高后续破壳的整仁率和效率；同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置Ⅲ安装在V形块自定位预破壳装置Ⅱ的下方，并通过集料斜槽连接，集料斜槽底端导向同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置Ⅲ的进料口，完成已经预破壳核桃的进料；压辊摩擦带分离装置Ⅳ在同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置Ⅲ的下方，直接收集完成破壳的壳仁混合物并实现彻底地分离。

如图3和图4所示，是本发明的间歇性送料装置Ⅰ示意图。由图4可看出，通过螺栓固定在机架Ⅳ-13上的储料斗Ⅰ-1底部和落料挡板Ⅰ-2通过滑轨相连接，落料挡板Ⅰ-2可沿滑轨在储料斗Ⅰ-1底部线性滑动，储料斗Ⅰ-1和落料挡板Ⅰ-2上开有大小相同、间距相等、呈线性分布的落料导向孔Ⅰ-7，落料导向孔Ⅰ-7直径比核桃直径稍大。端面凸轮Ⅰ-3在落料挡板Ⅰ-2一侧并与落料挡板Ⅰ-2紧密接触，落料挡板Ⅰ-2另一侧与连接在机架上的弹簧Ⅰ Ⅰ-8相连，用于配合凸轮实现落料挡板回程。端面凸轮Ⅰ-3所在的轴Ⅰ-5通过滚针轴承Ⅰ-6固定机架Ⅳ-13上，然后动力通过带轮Ⅰ Ⅰ-4传入轴Ⅰ Ⅰ-5带动端面凸轮Ⅰ-3转动，进一步端面凸轮Ⅰ-3带动落料挡板Ⅰ-2滑动。此外，通过图3可知，通过端面凸轮Ⅰ-3与弹簧Ⅰ Ⅰ-8的配合运动实现落料挡板Ⅰ-2左右滑动，由此实现落料挡板Ⅰ-2与储料斗Ⅰ-1底部的落料导向孔Ⅰ-7重合和错开，重合则核桃通过储料斗Ⅰ-1底部的落料导向孔Ⅰ-7落入下一工序，每个落料导向孔一次只落一个；当两者的落料导向孔错开，由于核桃大小原因将不能下落，核桃停止落料，实现核桃间歇批量进料与下一工序配合工作。

如图5所示，为端面凸轮Ⅰ-3推动落料挡板Ⅰ-2运动的详细放大图，可以更清楚地知道端面凸轮Ⅰ-3推动落料挡板Ⅰ-2运动的工作原理。

如图6所示，为V形块自定位预破壳装置Ⅱ。

本实施例以落料V形块和挤压V形块为V形块为例进行说明，但是，其也可以为落料板和挤压板，或梯形等其他形状，均可经过简单变形便可以实现，属于本发明的保护范围。该V形块自定位预破壳装置主要由挤压凸轮Ⅱ-8和落料凸轮Ⅱ-9以及相对应的挤压V形块Ⅱ-7和落料V形块Ⅱ-6等部分组成实现预破壳功能。多组挤压V形块Ⅱ-7通过铰链均匀连接在支承轴Ⅳ Ⅱ-13上，支承轴Ⅳ Ⅱ-13在挤压V形块Ⅱ-7的下端；相同组数的落料V形块Ⅱ-6也是通过铰链均匀地连接在另一个支承轴Ⅴ Ⅱ-14上，支承轴Ⅴ Ⅱ-14在落料V形块Ⅱ-6的上端，支承轴Ⅴ Ⅱ-14与轴Ⅲ Ⅱ-10均用螺栓固定在机架Ⅳ-13上。挤压凸轮Ⅱ-8和落料凸轮Ⅱ-9均通过滑动推杆Ⅱ-4与挤压V形块Ⅱ-7和落料V形块Ⅱ-6相连，通过滑动推杆Ⅱ-4传递压力，滑动推杆Ⅱ-4在固定架Ⅱ-3的滑轨中，固定架Ⅱ-3通过螺栓或者螺钉与机架Ⅳ-13固定。多组挤压凸轮Ⅱ-8相对应地安装在另一根旋转轴Ⅲ Ⅱ-10上，为避免挤压凸轮Ⅱ-8工作时受到很大的冲击载荷，多组挤压凸轮Ⅱ-8错开一定角度地安装，保证机器工作的连续性和稳定性，同时考虑到旋转轴Ⅲ Ⅱ-10的强度问题，在其上方加上稳固支承架Ⅱ Ⅱ-16，保证轴Ⅲ Ⅱ-10的强度。旋转轴Ⅲ Ⅱ-10在挤压V形块Ⅱ-7的上方并且与落料V形块Ⅱ-6上端的支承轴Ⅴ Ⅱ-14在同一水平面上；落料凸轮Ⅱ-9只需一个并且安装在另一根旋转轴Ⅱ Ⅱ-2上，所述旋转轴Ⅱ Ⅱ-2在落料V形块Ⅱ-6的下方并且与挤压V形块Ⅱ-7的支承轴Ⅳ Ⅱ-13在同一水平面上，同时也为了保证强度问题，加上稳固支承架Ⅰ Ⅱ-15。两根旋转轴Ⅱ Ⅱ-2、轴Ⅲ Ⅱ-10通过轴承座Ⅱ-17与机架Ⅳ-13相连，两根旋转轴Ⅱ Ⅱ-2、轴Ⅲ Ⅱ-10的同一端有皮带轮Ⅱ Ⅱ-1、带轮Ⅲ Ⅱ-11，通过皮带Ⅰ Ⅱ-5带动两根旋转轴Ⅱ-2、轴ⅢⅡ-10的旋转，进一步地带动多组挤压凸轮Ⅱ-8与落料凸轮Ⅱ-9的旋转。然后带动推动滑杆Ⅱ-4往前运动，随之带动挤压V形块Ⅱ-7与落料V形块Ⅱ-6运动。

如图7所示，为图6轴向中间的剖视图，可以更加清楚地了解预破壳工序的详细过程。核桃落入两组挤压V形块Ⅱ-7、落料V形块Ⅱ-6中，挤压凸轮Ⅱ-8带动挤压V形块Ⅱ-7进行预破壳挤压运动，此时落料凸轮Ⅱ-9处于远休状态，落料口关闭，由于挤压凸轮Ⅱ-8错位安装，所以预破壳挤压工序逐步完成，前一个挤压凸轮Ⅱ-8挤压完成后保持远休状态，所有挤压完成后全部进入回程状态，由于挤压V形块Ⅱ-7通过弹簧Ⅱ Ⅱ-12与固定架Ⅱ-3相连，随之弹簧Ⅱ Ⅱ-12带动挤压V形块Ⅱ-7复位；挤压完成后，与此同时落料凸轮Ⅱ-9进入回程状态，进一步落料V形块Ⅱ-6在其自重的作用下打开落料口，完成预破壳的核桃进入下一工序。

核桃完成预破壳后通过集料斜槽Ⅱ-20导向到所述Ⅲ同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置的进料口，集料斜槽Ⅱ-20通过螺钉固定在V形块自定位预破壳装置Ⅱ下方并且在下一破壳工序上方的机架Ⅳ-13上。

如图20所示，为Ⅱ V形块自定位预破壳装置的预破壳原理图；

V形块自定位预破壳装置挤压机理：

首先把机器上的挤压V形块机构简化成如图20所示的等效机构：B Ⅰ板为可移动挤压版，初始安装位置距离竖直方向的偏角为α(为保证核桃落入后实现自锁故90°-α小于接触材料的摩擦角)，B Ⅱ板为固定挤压板，B Ⅰ底部铰链连接处C点距B Ⅱ的距离为a，a的大小根据核桃的最小直径确定，a小于等于最小直径。

机构开始工作时首先凸轮推动B Ⅰ使其旋转一定的角度β达到如图虚线部分。此时B Ⅰ板上每一个长度T_i对对应的点都会走过一段很小的弧长，由于考虑到B Ⅰ偏转的角度极小，故在此采用去弯取直的原理把走过的弧线近似的看成直线L_i。由公式(1)得：

L_i＝T_itanβ 式(1)；

所以BⅠ板上不同的长度T_i对应不同的直线行程L_i，由公式(1)得：

ΔL_i＝ΔT_itanβ 式(2)；

由此得到不同长度下两板间的水平位移a_i为：

a_i＝a+L_itan(α-β) 式(3)；

水平位移变化量Δa_i为：

Δa_i＝ΔL_itan(α-β) 式(4)；

ΔL_i和Δa_i分别为影响核桃产生裂纹的重要参数，我们通过统计分析得出核桃壳与核桃仁之间的距离一般在k左右往复波动。通过控制起始安装角度α和挤压转角β使在不同长度T_i下的Δa_i在k左右往复波动，保证不同大小的核桃即使下落高度不同，引起的挤压行程差不会对ΔL_i造成很大的影响，也就是不会超出壳仁间隙，这样就实现最优的挤压裂纹效果，不会损伤到核桃仁。

如图8所示，为Ⅲ同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置。主要由两个大小不同转向相同的大螺旋辊Ⅲ-1、小螺旋辊Ⅲ-2组成，其中在两个螺旋辊的配合处大螺旋辊Ⅲ-1转向向下，小螺旋辊Ⅲ-2转向向上；大螺旋辊Ⅲ-1、小螺旋辊Ⅲ-2通过两个旋转轴(轴Ⅵ Ⅲ-8、轴Ⅶ Ⅲ-9)以及四个轴承座Ⅲ-10固定在机架Ⅳ-13上。大螺旋辊Ⅲ-1、小螺旋辊Ⅲ-2采用变间隙安装，使二者轴线成一定夹角，由小到大的间隙范围根据调查不同种类核桃的大小范围确定，保证大小不同的核桃都能实现有效破壳，该装置的进料口在间隙偏小的一端。两个旋转轴(轴Ⅵ Ⅲ-8、轴Ⅶ Ⅲ-9)的同一端安装有相同参数的带轮，轴Ⅵ Ⅲ-8一端安装带轮Ⅶ Ⅲ-3、带轮Ⅷ Ⅲ-4，轴Ⅶ Ⅲ-9一端安装带轮Ⅸ Ⅲ-5、带轮Ⅹ Ⅲ-6、带轮Ⅹ Ⅰ Ⅲ-7，通过皮带带动其旋转，进一步地带动大螺旋辊Ⅲ-1、小螺旋辊Ⅲ-2转动。

如图9所示，大螺旋辊Ⅲ-1、小螺旋辊Ⅲ-2上都开有螺旋凹槽，螺旋凹槽在螺旋辊转动时必须得时刻啮合在一起，这样保证了核桃能顺利进入凹槽并实现破壳。螺旋凹槽的槽型根据核桃的外形还有大量实践证明选取与核桃外形相似的圆弧形破壳效果最理想，核桃的整仁率和破壳效率最高。同时对槽型边缘进行修圆，更有利于核桃进入螺旋凹槽。

由于预破壳后的核桃大小仍有不同，故在对核桃进行进一步破壳时还需进行自分级处理，经过预破壳的大小不同核桃从同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置Ⅲ的进料口进入，偏大的核桃由于螺旋凹槽小不能进入破壳，会在螺旋凹槽对其的轴向力作用下往前运动，两辊之间的间隙越来越大，直到间隙足够大，核桃进入螺旋凹槽内，与此同时，核桃将受到大螺旋辊Ⅲ-1向下的剪切力和小螺旋辊Ⅲ-2向上的剪切力，实现对核桃的剥壳，壳仁混合物随之向下落到下一工序。

如图10所示，为压辊摩擦带分离装置Ⅳ的轴测图。该装置主要是通过摩擦带Ⅳ-1与压辊Ⅳ-7配合来实现壳仁分离的，摩擦带Ⅳ-1两端套在震动套筒Ⅱ Ⅳ-12、震动套筒ⅠⅣ-2上，震动套筒Ⅱ Ⅳ-12、震动套筒Ⅰ Ⅳ-2安装在两个带有滑键的旋转轴Ⅵ Ⅳ-6、轴ⅧⅣ-10上并且震动套筒Ⅱ Ⅳ-12、震动套筒Ⅰ Ⅳ-2的两端加工成端面凸轮，端面凸轮外侧有与机架Ⅳ-13固定的限位销Ⅳ-14，旋转轴Ⅵ Ⅳ-6、轴Ⅷ Ⅳ-10通过轴承座安装在机架Ⅳ-13上并且成一定斜度安装，使得摩擦带向上倾斜成一定角度，为保证两个震动套筒同步震动，旋转轴Ⅵ Ⅳ-6、轴Ⅷ Ⅳ-10在同一端有链轮Ⅰ Ⅳ-4、链轮Ⅱ Ⅳ-11，通过链Ⅰ Ⅳ-3带动。旋转轴Ⅵ Ⅳ-6上安装带轮Ⅳ IV-5，可通过带轮Ⅳ IV-5与电机装置连接，带动其转动。

压辊Ⅳ-7安装在摩擦带Ⅳ-1中间靠下位置并压附于摩擦带Ⅳ-1上使后一段摩擦带Ⅳ-1成水平角度，压辊Ⅳ-7安装在轴Ⅶ Ⅳ-9上并通过轴承座安装在机架Ⅳ-13上，一端带有链轮Ⅱ Ⅳ-8，通过链Ⅰ Ⅳ-3带动旋转，压辊Ⅳ-7转向与摩擦带Ⅳ-1相反，从而有利于将底部积累的核桃仁带到仁收集装置并防止核桃壳进入。

分离装置由电动机带动链Ⅰ Ⅳ-3转动，进一步地带动链轮Ⅱ Ⅳ-8、链轮Ⅰ Ⅳ-4、链轮Ⅱ Ⅳ-11转动，进一步地带动震动套筒Ⅱ Ⅳ-12、震动套筒Ⅰ Ⅳ-2转动，震动套筒ⅡⅣ-12、震动套筒Ⅰ Ⅳ-2的端面凸轮由于限位销Ⅳ-14的作用会驱使震动套筒Ⅱ Ⅳ-12、震动套筒Ⅰ Ⅳ-2横向运动，在滑键的导向作用下左右抖动，进一步地带动摩擦带Ⅳ-1左右抖动，从而使壳仁混合物在摩擦带Ⅳ-1上分布均匀，有利于壳仁分离彻底。

下面以一种实施例为例来介绍本发明。首先将未剥壳的核桃放入储料斗Ⅰ-1。落料挡板Ⅰ-2和储料斗Ⅰ-1底部均开有大小相同、间距相等、呈线性分布的圆孔，圆孔直径比核桃直径稍大。落料挡板Ⅰ-2在一侧端面凸轮Ⅰ-3的推动下可沿滑轨在储料斗Ⅰ-1底部左右滑动，随着落料挡板Ⅰ-2的滑动，落料挡板Ⅰ-2与储料斗Ⅰ-1底部的圆孔周期性地重合，每次重合时喂料一次。

核桃经过储料斗Ⅰ-1底部的落料口落下后进入到V形块自定位预破壳装置，V形块自定位预破壳装置中的落料V形块Ⅱ-6和挤压V形块Ⅱ-7相互独立放置，挤压V形块Ⅱ-7铰接轴在下，落料V形块Ⅱ-6铰接轴在上，二者中间空隙呈“V字形”同时落料凸轮Ⅱ-9、挤压凸轮Ⅱ-8均位于休止阶段，等待核桃喂入。由于核桃自身直径和掉落角度有所差异，核桃自落料口落入V形块自定位预破壳装置中的“V字形”空隙中所在的挤压位置也会有所不同，具体表现为直径稍大的核桃在“V字形”空隙的靠上位置，直径稍小的核桃在“V字形”空隙的靠下位置，这样就实现了“自定位”的目的，保证核桃外壳与挤压装置时刻紧密贴合。核桃进入“V字形”空隙后，落料凸轮Ⅱ-9位于远休止区，挤压凸轮Ⅱ-8进入推程阶段，推动挤压V形块Ⅱ-7向中间合拢，核桃壳在“V字形”空隙中承受压力并产生裂纹，此时可控制挤压凸轮Ⅱ-8的推程参数，使得挤压V形块Ⅱ-8的推程距离与核桃壳与核桃仁之间间隙距离相等，以此来达到“破壳不伤仁”的目的。挤压凸轮Ⅱ-8推程结束后，挤压V形块Ⅱ-7达到最大合拢距离，此时进入远休止区，破壳阶段结束。此外，由于破壳阶段挤压凸轮Ⅱ-8推程运动短时间内受力情况变化较大，故使得每个挤压凸轮都与前者相对错开5度，以减少整体运动的能量不均衡性。为提高运动时的结构刚度，凸轮轴通过转轴支撑架Ⅰ Ⅱ-18和转轴支承架Ⅱ Ⅱ-19与稳固支架Ⅰ Ⅱ-15和稳固支架Ⅱ Ⅱ-16进而与机架相固定。挤压破壳阶段结束后，挤压凸轮Ⅱ-8进入远休止阶段，落料凸轮Ⅱ-9进入回程阶段，在弹簧Ⅱ-12的牵引下，落料V形块Ⅱ-6打开，初步产生裂纹的核桃落下，完成预破壳过程。

经过初步的预破壳后核桃表面产生裂纹，由于核桃壳为圆球形结构，加之质地硬而脆，故在初步破碎时需要消耗大量的能量，但由于裂纹的存在，使得核桃壳在进一步破碎时所需的能量大大降低。

经过V形块自定位预破壳装置对核桃进行预破壳后，表面产生裂纹的核桃落入集料斜槽，集料斜槽两侧带有护板，中间为斜坡，呈长条状的簸箕形，挤压出裂纹的核桃自上而下落入收集装置中，沿斜坡滑落到一侧，落到同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置的进料口中，进行二次破碎。

同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置的关键部件为大螺旋辊Ⅲ-1和小螺旋辊Ⅲ-2，二者轴线错开一定角度，螺旋辊表面开有与核桃直径相当的螺纹槽，螺纹旋向相同且同向转动。本装置对于不同的设计参数具有不同的破壳效果，具体理论分析已经给出，此处不再赘述，下面以一种实施例为例说明具体工作过程。

经过预破壳产生裂纹的核桃落到螺旋辊一侧，在螺旋辊运动过程中，核桃受力和螺旋破壳机理如下：

下面从数学理论计算上分析螺旋破壳原理：

首先从制造成本和整体装置体积大小考虑，确定两个螺旋辊的尺寸，由于两螺旋辊转向相同，则对核桃的作用力一个向上一个向下，根据实践证明，只有向下的作用力偏大才能使核桃更容易进入破壳，所以螺旋辊必须一大一小有线速度差且大螺旋辊对核桃的作用力向下。为了装配方便，大螺旋辊与小螺旋辊的长度一样都为大螺旋辊的半径为转速为n₂，小螺旋辊的半径为转速为n₂，两个螺旋辊的材料均硬质橡胶，实现柔性破壳的同时保证使用年限。

根据螺旋破壳的原理可知，核桃只有完全落入螺旋凹槽才能实现将核桃壳挤碎而不影响到核桃仁，所以设计螺旋凹槽时必须保证螺旋辊旋转时两者的凹槽时刻啮合。为了提高核桃破壳效率，只有增加啮合凹槽的数量，因此需增加螺旋凹槽的头数N，如果头数过多，螺旋凹槽壁厚会过小，导致强度不够，所以需要找到头数N的最优值，既保证了破壳效率又满足了壁厚强度。对单个螺旋辊分析如下：

螺旋凹槽的螺旋角为α，螺距为ρ，导程为K，半径为R其中：

tanα＝NK/2πr 式(5)；

两螺旋槽时刻啮合的条件：

由式(5)和式(6)知，如果螺旋辊半径确定，螺旋角只与螺距有关；由式(7)和式(8)可知，两个螺旋辊导程必须一样，同时保证头数比为转速的反比。

如图12所示，第一种实施方案：

此方案中螺旋辊直径相同，转速相同，螺距不同但是头数相同，由式(6)可知导程不同，不符合啮合条件，由电脑模拟的简图也能看出螺旋槽没有完全啮合，并且线速度也相同没有线速度差，破壳效果最不理想。

如图13所示，第二种实施方案：

此方案中两螺旋辊直径相同，转速相同，螺距相同，头数也相同，由式(6)可知，导程一样，也满足啮合条件，但是螺旋辊的线速度相同，没有线速度差，根据实验效果也得出破壳效果不理想。

如图14所示，第三种实施方案：

此方案中两螺旋辊直径不同，转速不同，螺距不同但是头数相同，由式(6)可知，导程不同，不符合啮合条件，这种方案很明显不能满足螺旋凹槽时刻啮合条件，破壳效率低。

如图15所示，第四种实施方案：

此方案螺旋辊直径不同，转速相同，有线速度差；螺距相同并且头数一样，根据式(6)可知满足螺旋凹槽啮合条件，根据实践结果也证明此方案效果最理想。

还有一种比较特殊的方案：

此方案是根据理论计算公式得出的方案，可以根据设计需求，改变螺旋辊的直径、螺距、头数、或者转速，从而保证在其他情况下也能实现螺旋辊的功能。

核桃外壳大小主要分为三个径长：长径d_长、中径d_中、短径d_短，其余部分近似球形，理想认为核桃壳与仁之间的间隙等距为λ。根据大量实验验证大部分核桃在落入螺旋辊凹槽时，长径与螺旋轴轴向平行，短径两端与两螺旋辊凹槽接触。为了能达到较好的破壳效果，凹槽轴向长度ψ需稍大于核桃长径d_长，径向长度φ可以根据螺旋辊安装间隙τ改变，为了保证破壳力度，需满足：

d_短-2λ≤2×φ+τ≤d_短 (式9)

这就保证破壳的同时不伤到核桃仁。

如图16所示，当核桃落在两个螺旋辊中间时，核桃会在槽型的作用下受到三个力作用，分别是轴向力F_a，剪切力F_s，径向力F_d。其中轴向力起自分级作用:偏大的核桃由于轴向力作用，核桃会一直延轴向前进，两轴间隙越来越大，直到槽型的大小与核桃相近，核桃进入螺旋槽；剪切力与径向力起破壳作用：核桃进入螺旋槽后，受到大小辊上下相反方向的剪切力和径向挤压力作用，外壳破碎。

接下来分析螺旋凹槽的槽型，不同的槽型在破壳时会对核桃外壳产生不同的作用力，合适的槽型会产生更好的破壳效果。

第一种槽型：V型凹槽，由于V型槽的自定位特点，核桃与V型凹槽之间的接触是点接触。因此，V型凹槽对核桃的力集中在四个点上。核桃受力处单位面积所受的力非常大，能量集中在整个核桃的四个点上。因而容易导致只有核桃壳破裂不完整并且损伤到核桃仁，而且V型槽易将刚被挤碎的核桃壳卡在槽内，影响其他核桃的破壳过程。因此这种V型凹槽设计不合理。

受力分析图如图17所示：

核桃受两个图示辊子接触点的反力F₃、F₄，还有辊子的反力F₁、F₂，受到辊子所给的垂直向上的切向力F₇、F₈，受到另一辊子所给的向下的切向力F₅、F₆。

第二种槽型：梯形凹槽，梯形槽保留了V型槽的自定位特点，核桃与梯形凹槽之间的接触仍然是点接触。因此梯形凹槽对核桃的力集中在四个点上，核桃受力处单位面积所受的力非常大，能量集中在四个点上。核桃壳破碎不完整的问题没有得到解决。由于梯形凹槽没有了V型凹槽的窄小部分，避免了核桃壳卡在凹槽内的问题。但是受力仍为点接触，受力集中、能量集中的问题还未解决，存在一定的缺陷。因此梯形凹槽仍然不合理。

受力分析图如图18所示：

核桃受两个图示辊子接触点的反力F₃、F₄，还有辊子的反力F₁、F₂，受到辊子所给的垂直向上的切向力F₇、F₈，受到另一辊子所给的向下的切向力F₅、F₆。

第三种槽型：弧形凹槽，由于核桃本身是一个类椭圆体，所以核桃与弧形凹槽之间会呈线接触，受力相比点接触更加均匀。避免了能量集中的问题，使核桃壳破碎的更加完全，而且核桃壳不易卡在凹槽内。因此这种弧形凹槽是一种比较理想的核桃破壳挤压的凹槽类型。

受力分析图如图19所示：

核桃与弧形凹槽呈线接触，所以其受力并不是单独的集中力，而是分布力。

核桃在弧形凹槽内，受到四种分布力，一种是图示螺旋辊所产生的向上的剪切力q₇、q₈，一种是另一螺旋辊所产生的向下的剪切力q₅、q₆。还有两个螺旋辊分别给核桃的分布挤压力q₁、q₂、q₃、q₄。

螺旋辊凹槽槽型实际上并不是只有这三种，例如还有抛物线形，或者高次方程曲线形，但是根据我们的大量实验证明，只有槽型接近核桃外壳形状才能提高破壳整仁率和效率，但是核桃外壳的形状不是固定不变的，所以我们只能选择与大部分核桃外壳相近的圆弧形作为最优方案。

经过同向双螺旋辊自分级柔性破壳装置进一步破壳后，得到的壳仁混合物落入压辊摩擦带分离装置中，由于核桃壳存在尖锐的棱角，而核桃仁表面较光滑，故二者在同一柔性材料上的摩擦系数必不相同。摩擦带Ⅳ-1向上移动时由于摩擦力的存在，二者均会被在摩擦力的作用下向上移动。在震动套筒Ⅰ Ⅳ-2和震动套筒Ⅱ Ⅳ-12带动摩擦带Ⅳ-1使壳仁混合物向上移动的同时，由于滑键的存在，震动套筒Ⅰ Ⅳ-2和震动套筒Ⅱ Ⅳ-12两侧的端面交替推动两个震动套筒左右滑动，具体运动状态为摩擦带Ⅳ-1在向上传动的同时不断左右摆动。其上的壳仁混合物也跟随其不断左右振动。由于摩擦力的不同，核桃壳被带到上方，核桃仁由于摩擦力较小自然滑落到下方，二者各自进入集料仓，达到壳仁分离的目的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.自定位预破壳同向螺旋自分级柔性挤压核桃破壳取仁装置，其特征是，包括固定于机架上的间歇性送料装置、预破壳装置、柔性破壳装置和分离装置，所述间歇性送料装置为预破壳装置间歇批量送料，所述预破壳装置包括相互配合的挤压部和落料部，第一往复运动机构带动挤压部往复运动与落料部配合挤压核桃以使其产生裂纹，第二往复运动机构带动落料部往复运动使挤压后核桃掉落至柔性破壳装置，所述柔性破壳装置对核桃进行破壳，再通过分离装置将破壳后的壳、仁分离存储。

2.如权利要求1所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述间歇性送料装置包括落料挡板，所述落料挡板上方设置储料斗，所述储料斗与落料挡板均设置多个落料导向孔，所述落料挡板侧部与第三往复运动机构配合。

3.如权利要求1所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述挤压部为挤压V形块，所述落料部为落料V形块，所述挤压V形块和落料V形块相向设置，所述落料V形块和挤压V形块之间具有间隙，且该间隙逐渐减小，以对落下的核桃定位。

4.如权利要求1所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述第一往复运动机构和第二往复运动机构均与驱动机构连接，所述驱动机构包括驱动轴、从动轴和传动带，其中，所述驱动轴套装于驱动轮内，所述从动轴套装于从动轮内，所述驱动轮和从动轮通过传动带连接。

5.如权利要求4所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述第一往复运动机构包括设置在驱动轴的若干个挤压凸轮，每个挤压凸轮上设置有向外延伸的挤压推杆，所述挤压推杆穿过位置固定的挤压滑轨；所述第二往复运动机构包括设置在从动轴上的落料凸轮，所述落料凸轮设置有向外延伸的落料推杆，所述落料推杆穿过位置固定的落料滑轨。

6.如权利要求4所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述传动带的中心线两侧中心对称设置有两个转轴，一个转轴上套装有若干个挤压V形块，另一转轴上对应设置有落料V形块，且挤压推杆可推动挤压V形块一侧，落料推杆可推动落料V形块一侧。

7.如权利要求5所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述挤压滑轨和挤压V形块之间设置有弹性元件，弹性元件与驱动轮、从动轮相配合，带动挤压V形块和落料V形块往复运动；所述若干个挤压凸轮成一定角度错开；所述挤压凸轮距离竖直方向的偏角为α，且90°-α小于挤压V形块材料的摩擦角；所述落料V形块的外表面和挤压V形块的外表面之间形成V型嵌槽；所述落料V形块、挤压V形块的内槽的内接触面采用U型面。

8.如权利要求1所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述柔性破壳装置包括两个并排设置且轴线不平行的螺旋辊，两个螺旋辊直径不同，且两个螺旋辊的表面均设置有沿螺旋辊轴向延伸的凹槽，两个螺旋辊同向转动破壳，使得核桃在破壳过程中各个点受力均匀；

所述两个螺旋辊之间具有间距，且该间距沿螺旋辊轴线方向逐渐增大，柔性破壳装置的进料口设置于螺旋辊间距最小处，所述进料口与预破壳装置之间通过集料斜槽连接。

9.如权利要求8所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述两个螺旋辊的母线处凹槽保持对齐；所述两个螺旋辊的导程一致；所述两个螺旋辊的凹槽的头数之比为比为转速之比的反比；所述两个螺旋辊的转速相同、凹槽的螺距相同、头数相同。

10.如权利要求1所述的核桃破壳取仁装置，其特征是，所述分离装置包括两个平行设置且高度不同的震动套筒，所述震动套筒之间通过摩擦带连接，所述摩擦带中部配合设置压辊，压辊压附于摩擦带上，且压辊转向与摩擦带转向相反；

优选的，每个所述震动套筒端部均设置端面凸轮，所述端面凸轮外侧设置与机架固定的限位销。