核桃剥壳机设计(3)

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3 本设计所采用方案的选取

3.1三种挤压破裂方法的比较

挤压破裂核桃基本上有以下三种方式（如图1）

图3-1 三种破裂方式 Figure3-1 Three rupture mode

3.1.1 核桃的旋转角度

选用如图（1）的方式，因为旋转角β=0，故核桃在圆盘之间就不会发生旋转。若用（2）、（3）两种方式，核桃就会绕接触点D2（D3）进行旋转，因为核桃表面凹凸不平，故可认为不会发生滑移，这个过程可简化描述为，绕着瞬心D2（D3）点作向下的纯滚动，我们将此可以分解为绕圆心的匀速转动以及绕质心的匀速平动。

/(d/2)?v/d[6]，式中v为圆盘线速度。 匀速转动的角速度?（v/2）从核桃开始受挤压开始，圆盘旋转着带动核桃边向下平动。当圆盘转过的角度为α

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核桃剥壳机的设计

时，核桃向下平动的圆弧长度l可表示为：

所用时间t：

d 1?a（r?) (3-1)

2

vd t?1/()?2a(r?)/v (3-2)

22核桃旋转角：

β??t?(2r?1)a (3-3) d由上式我们可以看出β与α成正比关系（r,d一定时）。对第二第三种方式比较，我们可以看出，若α3>α2，则β3>β2。综上分析，我们采用第三种方法进行核桃脱壳。

3.1.2 核桃的压缩变形曲线

根据几何尺寸关系，运用三角形的余弦定理核正弦定理，就可以求出这三种方案的压缩变形量δ（α）与圆盘转角α的关系式，简称压缩变形曲线。δm是指最大压缩变形量。

对于第一种方式：

cosa1?2r?s 2r?d??2r?cos??1????cos?1? ??a??C1D1?C1D1?m?2r(1?cos?1)

对于第二种方式：

cos?2?2r?2s?d

2r?d?错误！未找到引用源。?（?）其中A? ?m?r?1?cos(?2??)??s

1?cos(?2??)d2(1?cos?2)?S 2d2(1?cos?2)?A2(1?cos(?2??)) 2对于第三种方式：

dd（R-)2?(r?)2?e222 cos?3?d2e(r?)2sink3?edR?2sin?3

8

5

?（?）?d2(1?cosk3)?B22(1?cosk)

R2?e2?r2?2ercos(?3??)其中 B? (3-4)

2?R?r?ecos(?3??)?

? sinkesin?(3??) (3-5) R?B

?m?d2(1?cosK3)?S (3-6) 2取 r=100mm； D/2=10.4mm； S=19.1mm； R=180mm, 我们就绘制出（如图

（2））所示的三种方式下的压缩变形曲线。

我们从第三种曲线可以看出，变化最为缓慢，斜率最低，所以核桃出现裂纹在这一过程中所转过角度也是最大的。这就使得壳上受挤压力作用而出现初始裂纹的区域最大，最有利于壳的全面破裂。

这三条曲线的最大变形量虽然非常接近，但第三条曲线的挤入角明显大于第二条。这就使得曲线变化缓慢。在挤压的最后阶段，挤压变形量增加较为缓慢，这就避免了仁被挤碎，从而提高了取仁效率[7]。

图3-2三种挤压方式的压缩变形曲线

Figure2 Deformation mode of the three curves extruded

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核桃剥壳机的设计

3.2双齿盘齿板式剥壳原理及最优设计参数

3.2.1剥壳原理

根据前面分析的基础，就可以提出双齿盘一齿板式的核桃剥壳原理(如图（3）)[8]。当核桃被放入剥壳装置中时，由齿盘旋转来带动核桃边缘旋转向里挤入，齿尖（一定间距）连续的沿着壳的表面压，从而使得裂纹不断的扩展，部分壳、仁分离出来，最终实现壳的完全破碎，小的壳、仁就从中掉下来。

弧齿板和齿盘的斜面夹角为45°，长度为8mm。在倒角面上存在着一定尺寸的小齿。挤压变形量的不断增加，壳表面变平甚至会出现凹坑，则齿数就会由原来的1个增加到2、3个（甚至4、5个）。这样就会在接触处，出现裂纹条数多且长，因为核桃的旋转会使整个圆周都出现裂纹，最终使壳均匀的裂开。

图3-3齿板式 ——双齿盘式的核桃剥壳原理 Figure3 Bidentate disk - Principles of tooth plate peeled

3.2.2 理想挤入角

所要求的挤压破裂过程应该是核桃从挤压开始最终到破裂结束应转过半圆（β=180°），就可以确保核桃在整个圆周上都会出现裂纹，壳全面而均匀的破裂。那么，理想挤入角α3为：

10

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?3?180??3?

200?1d可选齿盘直径为200mm，核桃在挤压过程中的速度是会发生变化的，故要取修正角为3°，d核桃的简化直径，也就是相应的接触间的实际距离，d与横向直径的均值D的关系为：

d?Dsin45??4

dDr???sin45?-2

22每一尺寸等级核桃的r’和α3(如表3-1)[9]

表3-1每一尺寸等级核桃r’和α3 Table 2 Each size grade walnut r’and α3 横径的范围 30.0 ~32.0 32.0~34.0 34.0~36.0 36.00~38.0 38~40 （mm） 横径均值D 31.00 33.00 35.00 37.00 39.00 （mm） 简化圆的 半径r’(mm) 9.00 9.70 10.40 11.10 11.80 理想的挤入 角α3（度 ） 17.80 18.90 19.90 21.00 22.00 3.3偏心圆弧板最佳半径的确定

为了保证在挤压破碎的过程中不会出现仁的挤碎现象，应保证最大压缩变形量不大于使仁压碎的最大挤压变形量（δm≤1.6～2.5mm），若给出

α3、r、r’时，不同的R就会出现不同的δm及最小间隙s（理论调节值）[10]。公式如下：

故：

S?R?r?R?r??sinK3 sin?3eR?r?r?r??? (3-7) sin3ksin?3sin? ?m?r?2(1?coKs3)?S

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