核桃破壳机理研究及破壳机的设计

摘要

核桃中含有丰富的脂肪、蛋白质、维生素 E等营养物质，对人具有保健作用和美容作用。陕西省作为核桃种植大省，核桃种植面积、产量、产值逐年增加。农民为提高核桃的附加值开始对核桃进行深加工处理，但是无论何种形式的核桃深加工，破壳取仁都是首要的工序，很多地方仍采用人工砸取的方式对核桃进行破壳。为解决核桃的破壳问题，研究人员设计了多种核桃破壳机，但由于核桃品种繁杂，尺寸差异大，形状不规则，壳仁间隙小等问题，各类核桃破壳机的破壳率和整仁率都不高。针对这一问题，本课题以陕西省教育厅项目(项目编号：2013JK1041)为支持,对核桃破壳机理进行研究，设计了一种适合薄皮核桃的破壳设备。
　　首先，本课题对核桃的破壳机理进行了研究。先对核桃的三维几何尺寸和壳厚、壳仁间隙等物理参数进行测定，运用UG依据核桃的物理参数建立了核桃三维模型。然后用万能材料实验机对核桃不同方位进行破壳试验，根据核桃的破壳情况以及所需破壳力，找出最佳破壳方位。接着将核桃的三维模型导入有限元分析软件Workbench，根据挤压试验得到的破壳力对核桃模型进行有限元分析，得出核桃在受力时应力和应变的变化情况。通过对核桃进行挤压试验及有限元分析结果的综合分析，并结合核桃物理特性，确定核桃的最佳破壳挤压方向。
　　其次，确定核桃破壳机的设计原理。依据核桃破壳机理研究的结果，并结合目前国外成熟的核桃破壳机械的工作原理，本课题中采用定间隙挤压破壳法和定向击打法设计破壳设备。在课题研究的过程中，由于各个核桃之间的尺寸存在差异，需要根据实际的尺寸条件设计破壳机构，并设计简单的调节装置以适应不同大小的核桃。先根据破壳方案运用UG设计出核桃破壳机的三维模型，并根据机械设计理论和优化设计理论对核桃破壳机的三维模型进行优化，最后确定设备的尺寸并加工出样机。
　　最后，对样机进行试验，确定最终的设计方案。偏心挤压式核桃破壳机和击打式核桃破壳机在原理上都能够对核桃进行破壳，但是两种设备的破壳效果不尽相同，所以本课题用两种设备利用正交试验对不同种类的核桃进行破壳，通过从破壳效果、破壳机加工成本、操作方便性、设备寿命、环境影响等方面进行比较，确定出最终的设计方案以适应薄皮核桃品种。

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1绪论

1.1核桃破壳机理研究的意义

1.2核桃破壳机的技术发展现状及趋势

1.3本课题的研究内容及方法

2核桃破壳机理的研究

2.1核桃静态压缩试验的设计

2.2对影响核桃破壳力大小因素的探究

2.3核桃破壳力学特性分析

2.4核桃压缩试验结果与有限元分析结果的比较

2.5本章小结

3核桃破壳机方案设计与计算

3.1核桃破壳机整体设计方案的确定

3.2核桃破壳机结构设计及计算过程

3.3本章小结

4核桃破壳机主要部件的设计

4.1核桃破壳机上壳体的结构设计

4.2核桃破壳机下壳体的结构设计

4.3核桃破壳机运料装置的设计

4.4核桃破壳机击打装置的设计

4.5核桃破壳机挤压装置的设计

4.6 本章小结

5核桃破壳机试验设备工艺参数的优化

5.1偏心挤压式核桃破壳机的破壳试验

5.2击打式核桃破壳机的破壳试验

5.3最终破壳方案的确定

5.4预处理对核桃破壳的影响

5.5本章小结

6总结与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

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