前言 核桃原产于中亚，是胡桃科核桃属多年生落叶乔术，有“术木油料土”之称，是世界着名的四大坚果(核桃、扁桃、板栗、腰果)之一。核桃种植由于投入较小、收益高、国内外市场对商品核桃的需求量大以及核桃树庞大的冠和广为分布的根系，上可阻拦风雨，下可滞留水土，防止雨水冲刷，对绿化山川，保持水土，保护生态环境起着重要作用的原因。中国栽培的核桃品种约有10余种，已有2000多年的栽培历史，其分布范围由西部逐渐扩展到黄河流域，其面积和产量均居世界首位。但是很多农户的前处理还是使用落后的手工业方法，卫生环境差，劳动力大，生产效率低。为了减轻劳动强度，提高工作效率，提高核桃商品价值，研究绿皮核桃去皮装置成为一种必然趋势。 绿皮核桃去皮是对核桃初加工的第一步。为了设计适合的绿皮核桃去皮机，本文首先通过理论学习与实物研究相结合的办法，对部件加深认识与理解，根据绿皮核桃的的力学性能，整体机器的大小及工作效率等综合因素来选择电动机。再根据研究目的与背景来确定合适的方案。机器的执行部分拟采用摩擦与挤压一起作用的方法进行设计，主轴通过减速器降速带动。对于果壳与果皮的分离，同已有的绿皮核桃脱皮机进行比较，继而选择分离方法。在设计中对一些设计参数与尺寸将通过参考同类机器的尺寸进行选取设计。对绿皮核桃摩擦挤压运动的设计，要对绿皮核桃的力学性能进行分析，满足绿皮的剪切力但又不超过核桃壳的强度极限。再确定机器各项参数，计算各元件的参数和尺寸，在理论分析的基础上，运用Solidworks建模，设计核桃脱皮机整机结构、关键部件及传动系统。最后完成二维制图。 绿皮核桃去皮机的设计旨在提高绿皮核桃脱皮生产效率，改变传统的方法，减少工艺流程，使之操作简单，适用于中小型农户。 关键词：绿皮核桃去皮；摩擦；挤压 目录 1引言1 1.1绿皮核桃去皮机的研究目的及意义1 1.2国内外研究现状2 1.3存在的主要问题4 1.4主要研究方法4 1.5技术路线5 2绿皮核桃去皮前受力分析6 2.1青核桃的外形尺寸及特征6 2.2绿皮核桃受力分析6 3.绿皮核桃去皮机的设计9 3.1绿皮核桃去皮装置的结构及工作原理9 3.2绿皮核桃去皮装置参数的确定11 总结21 致谢22 参考文献23 1引言 1.1绿皮核桃去皮机的研究目的及意义 核桃原产于中亚，是胡桃科核桃属多年生落叶乔术，有“术木油料土”之称，是世界着名的四大坚果(核桃、扁桃、板栗、腰果)之一。中国栽培的核桃品种约有10余种，已有2000多年的栽培历史，其分布范围由西部逐渐扩展到黄河流域，其面积和产量均居世界首位【1】。其主要分布和栽培区域为云南、、陕西、山西、河北等省，占全国核桃总产量的70%以上【2-3】。是我国核桃主产区之一。近年来，随着种植业结构调整，林果业生产得到迅速发展。以核桃、巴旦杏、石榴等具有地方优势及特色的果品成为林果业生产发展的重点。目前，这些特色果品的发展势头强劲，潜力巨大。核桃种植由于投入较小、收益高、国内外市场对商品核桃的需求量大以及核桃树庞大的冠和广为分布的根系，上可阻拦风雨，下可滞留水土，防止雨水冲刷，对绿化山川，保持水土，保护生态环境起着重要作用的原因【4】。在南疆各地核桃种植面积发展较快，“十一五”期间核桃种植面积已发展到300万亩，有效株数7500万株，届时核桃将占林果面积的1/5，是面积最大的林果品种。按亩产(新的种植方式)200公斤，到盛果期的核桃产量将达60万吨，产量将是全国第一【5-8】。 核桃具有较高价值，越来越受到人们的喜爱。在营养方面，核桃是无胆固醇的绿色保健食品，核桃含有大量的不饱和脂肪、纤维、矿物质特别是硒和维生素E，能降低胆固醇和保护心脏，同时核桃是众多保健品的原料【7】。在经济学方面，核桃仁可加工成营养成分较高的核桃粉、核桃露和核桃油等，核桃青皮中1—轻基5,8萘醌的染色特性，可把核桃青皮作为原料生产染料【10】。联合国粮农组织预测今后10年核桃需求量将以每年10%的速度增长，其市场前景十分乐观【8】。在药学方面，可以利用核桃青皮治疗皮肤病、胃炎、胃溃疡及十二指肠溃疡，开发药品【10-12】。在环保方面，核桃青皮中的成分相互发生反应，使碱性增强，若随意排放会使土壤板结。据调查核桃青皮可以用来加工农药、染料剂、药品等，采用青核桃皮加工的源农药由于它们的有效成分为天然物质，而不是人工合成的化学物质。施用后较易分解为无毒物质，对环境无污染。核桃壳为森林副产品的废弃物，其质地坚硬、厚实，是加工木炭和制造高纯度无定形颗粒活性炭的优良原料，活性碳滤料可用于含油污水处理【13-15】。同时由于植物源农药有效成分的多元化，使害虫较难产生抗药性【9】。可见青核桃的价值之高，我们要对其进行很好的开发利用。 核桃果实主要由核桃仁、硬壳、青果皮组成。核桃脱青皮是核桃采收后加工的一项重要工序，对保证核桃的商品品质有重要的作用【16】。由于核桃的采收期相对集核桃采收过早，青皮不易剥离，种仁不饱满，出仁率低，影响坚果的产量，也会降低坚果的含油量和品质。采收过晚，则果实脱落，同时青皮开裂后停留树上时间过长，还会增加虫害和霉菌感染的机会，如果青皮得不到及时剥离将会影响到果仁色泽，使果仁发生霉变以及核桃硬壳表面产生黑斑，直接影响了核桃的商品价值和市场竞争力【17】。传统的核桃脱青皮作业普遍采用堆沤法手工剥青皮。堆沤易造成污液渗入果壳内污染果仁，降低核桃外观品质及商品价值;手工脱青皮劳动强度大，效率低，每小时仅为3050 kg，剥皮不完全的核桃需再次堆沤，进行第2次手工剥除，且手工剥皮卫生条件差，对人皮肤伤害较大【18】。因此，鉴于我目前存在人工脱青皮劳动强度大，工作效率低，且国内没有适应性强的核桃脱皮机械等问题，设计研制绿皮核桃去皮机是必然趋势。虽然最近几年出现某些绿皮核桃脱皮机，但是工序繁琐，效率低下，脱皮率也不高。因此本课题旨在提高绿皮核桃生产效率，改变传统去皮的方法，减少工艺流程，使之操作简单，农户可用。 1.2国内外研究现状 1.2.1绿皮核桃去皮机国内现状 目前，我国青皮核桃普遍采用堆沤法手工剥皮、人工清洗，生产效率低、成本高、劳动强度大、卫生条件差，严重地影响核桃的外观质量和内在品质。国内不少地区采用了一些机械法脱青皮。机械法脱青皮能够减轻劳动强度、节省劳动力，可以提高生产率。下面是现有方法和设备介绍： （1）堆沤脱青皮【19】 ①普通堆沤法 我国传统的核桃脱皮方法。其技术要点是:果实采收后及时运到室外阴凉处或室内，切忌在阳光下曝晒，然后按50cm的厚度堆成堆(堆积过厚易腐烂)。若在果堆上加一层lOcm厚的麦糠或干树叶，则可提高堆内温度，促进果实后熟，加快脱皮速度。一般堆沤3-5d。当青果皮离壳或开裂达50%以上时，即可用棍敲击脱皮。对未脱皮者可再堆沤数日，直至全部脱皮为止。 ②药剂法 核桃采收后，在质量分数为的乙烯利溶液中浸渍，再按50cm左右的厚度堆放于阴凉处或室内，在温度为30度、相对湿度为的条件下，经过35天，再用手剥离青皮。乙烯利催熟时间的长短与用药液的质量分数和果实成熟度有关，果实成熟度高，则用药液的质量分数低，催熟时间短。该脱皮方法与普通堆沤法原理相同，同样存在劳动强度大，工作效率低等问题。 ③冻融脱青皮法 此法是一种利用低温将核桃青皮冷冻后，再通过高温融化去除青皮的方法。将成熟的核桃挑出病、虫害果，然后进行低温冷冻，冷冻温度为-5-25℃。待核桃青皮冻透后，升温0℃以上融化，机械或人工去掉青皮。冻透的标准是青果皮全部结冰，剥离时有明显的冰屑嵌于青皮内。 （2）机械脱青皮法【18】【20】 通过整理国内核桃机械脱青皮技术相关资料，目前机械脱青皮技术主要分为3类:刮削法；切割法；挤压法。 ①刮削法 刮削法脱青皮的原理是利用刮削部件与青核桃做相对运动，通过刮削部件(一般为钢丝刷)的刮削作用将核桃外层的青皮刮掉，实现核桃脱青皮。例如栅条滚筒钢丝刷式核桃脱青皮装置。 该装置主要由核桃出料口、机架、钢丝刷轮、栅条滚筒、传动系统、电机、青皮出口、青核桃喂料装置、间隙调节装置、喷水装置等组成。工作时，由电机通过链条传动驱动栅条滚筒和钢。丝刷轮以相反的方向转动。由于青核桃的尺寸大于栅条滚筒与钢丝刷轮之间的间隙，栅条滚筒转动带动青核桃沿栅条滚筒切线方向运动，与栅条摩擦并绕核桃长轴方向转动时，在钢丝刷与滚筒栅条之间的挤压、摩擦作用下将核桃脱去青皮;同时受到压力水的冲刷清洗，青皮通过栅条间隙排出，核桃通过核桃出料口排出。该装置的优点是结构简单、操作方便，可以通过调节栅条滚筒与钢丝刷轮之间的间隙来适应不同品种、不同尺寸的核桃脱青皮;但对于尺寸较大或者尺寸较小的青核桃易出现破碎或者青皮剥离不干净的问题。同时，由于转动部件速度过高，破碎率增加，脱净率受钢丝刷轮轴向长度的限制，生产率受滚筒直径的限制。 ②切割法 切割法脱青皮原理：在刀片与青核桃做相对运动的过程中，刀片将青核桃表层的青皮割裂，青皮在摩擦力的作用下与核桃壳脱离，达到脱青皮的目的。例如栅条滚筒刀片式核桃脱青皮装置。 该装置主要由青核桃喂料口、栅条滚筒、旋切滚筒、压紧机构、喷水管、核桃出料口、青皮出料口，以及机架等组成。工作时，由电机通过联轴器驱动旋切滚筒以一定速度旋转。由于青核桃尺寸比旋切滚筒与栅条滚筒之间的间隙大，青核桃从喂料口进入，在旋切滚筒转动下带动青核桃沿滚筒切线方向滚动，摩擦栅条并绕核桃长轴方向转动，在旋切滚筒与栅条滚筒之间的挤压、摩擦作用下将核桃脱去青皮;同时受到压力水的冲刷清洗，青皮通过栅条间隙排出，核桃通过栅条滚筒螺旋叶片将核桃推至核桃出料口排出。该装置结构简单，小型化而适用家用，通过压紧机构来控制切割刀片对核桃的作用力大小，减少核桃的破碎。但是，对青核桃的尺寸要求较高，尺寸较大的青核桃无法进入剥离区或破碎;尺寸较小的青核桃，由于挤压作用力小，不易脱去青皮，而且生产率不局。 ③挤压法 挤压法脱青皮原理是通过挤压力的作用使青核桃表层的青皮破裂，再将其与核桃壳分离。例如陕西省农业机械研究所王亚妮研制的核桃去皮机。 该装置主要由料斗、主动辊筒、出皮板、出料板等组成。工作时，通过主动辊转动将料斗内的青皮核桃带入去皮区域—辊筒与压板之间的间隙，该间隙小于带青皮的核桃而大于去掉青皮的原核桃，间隙大小可通过限位机构调整，弹簧对压板产生一定的预紧力，通过压板与辊筒对核桃的挤压、滚动碾搓作用将核桃青皮去掉。该设备简单实用，去皮行程短，去皮效率高，但该设备去掉的青皮外形尺寸较大，不易于核桃分离，需要人工分拣辅助作业。 1.2.2绿皮核桃去皮装置国外现状【21-28】 目前国外见到一些有关核桃脱青皮的、报道等，脱皮原理通常为挤压、揉搓、刷洗、切割等，如专利号为:2，679，273、5，404，809、6，422，137美国的青核桃脱皮机，采用挤压、揉搓脱青皮;专利号为:2,，164， 372、 2， 848，