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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）開題報告
課題名稱 內外磨式核桃破殼機
的設計
學生姓名
學 號
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農業(yè)機械化及自動化
班 級
指導教師
起止時間2011.11.25—2012.5.29
機械電氣化工程學院教務辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現狀及分析；
3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
1. 本課題來源及研究的目的和意義
近年來，核桃除銷售干果或核桃仁外，核桃乳、核桃速食粉、核桃精等加工品也已進入市場，另有少量的核桃油產品銷售，市場上對核桃深加工產品的需求也越來越迫切,但是核桃的深加工產品較少見，隨著核桃生產的發(fā)展，其后續(xù)產品的開發(fā)和加工也迫在眉睫[1] 。在加工中，存在的關鍵問題是核桃脫殼比較困難核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機的核心裝置。而機械剝殼常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓剝殼,借助撞擊作用撞擊剝殼、利用剪切作用的剪切剝殼和利用成對軋輥擠壓作用的擠壓剝殼。常見的破殼裝置有圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對輥窩眼式開口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置以及平板擠壓式破殼裝置。
針對核桃加工存在的問題和市場的需求，確定核桃加工工藝，除脫青皮、分級、清洗、脫水、烘干、去殼、仁殼分離與包裝外，還可進一步深加工。人工剝殼又效率低且難以滿足生產發(fā)展的要求，故研制高效剝殼機已成當務之急[2]。本課題中，將內外磨式核桃破殼裝置運用于此處，重點研究核桃破殼機的破殼部分，以改善現存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、通用性差、機具性能不穩(wěn)定、適應性差、作業(yè)成本偏高等問題,其裝置可用于具有一定直徑大小的核桃破殼，即分級后的核桃，能較為高效的完成核桃破殼。如果全疆的核桃全部采用機械破殼，可節(jié)省大量勞動力去從事其他經濟價值作物的田間管理工作，社會效益顯著。該方法的研究同時給破殼裝置的改進提出了新的可行的方向，為其他堅果破殼裝置的研制提出了新的思考方向。
該課題的研究可以進一步促進的核桃產業(yè)的發(fā)展，為核桃深加工企業(yè)提供了一種有力的利用方式，為的農業(yè)現代化以及機械化做出了應有的貢獻。
2.本課題所涉及的問題及國內（外）研究現狀及分析
2.1國外研究現狀及分析
目前核桃核桃生產國中最有代表性、生產水平最高、市場占有份額最大的當數美國。美國可謂核桃生產上年輕而又強大的王國。美國核桃采收的機械化程度很高，先是噴灑乙烯利(一種果實催熟藥劑)，然后用振落機采收，再用脫青皮機脫皮，用清洗機清洗，用烘干機烘干、利用冷庫進行干燥處理和貯藏。如加工果仁，采用破殼機破殼，通過氣流分選機進行殼仁分離，然后用分色機將果仁分為深色和淺色，再分出全仁和碎仁，最后分別稱重包裝銷售[3]。
由于美國的主栽品種只有強特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個，其品質優(yōu)良，規(guī)格劃一，有利于機械化破殼，因此核桃破殼機在美國發(fā)展較早。主要的核桃破殼機類型有：①Larry H. Hemry 研制的專利號為 6098530 機械式核桃破殼機[4]。該機的主要結構由機架、料斗、可調節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機構以及動力所組成。機械式核桃破殼機通過調節(jié)可調節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應各類堅果的破殼。②Kenneth R. Evans 研制的專利號為 4201126 核桃破殼機[5]。該機主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時，由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運送到破殼裝置，然后對其進行破殼。③Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack等研制的專利號為 6516714 核桃破殼機[6]。該機主要由機架、箱體、滾筒、旋轉破殼裝置和出料口等組成。該機可以成功有效地擊打核桃將其殼仁分離。④John W. Brazil 發(fā)明的專利號為 4255855 核桃鉗[7]。該鉗由把手、可調柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時，將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調柱塞在固定套內滑動，可調柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。⑤Michael P. Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號為 5325769 核桃破殼機[8]。該機主要由機架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。
2.2國內研究現狀及分析
目前，雖然我國已研制開發(fā)出了一些堅果破殼機械，但是核桃破殼機的發(fā)展相當緩慢，并且能進行批量生產的成熟機型不多，遠不能滿足實際生產需要。具有代表性的核桃破殼機主要有：①農業(yè)大學史建新、喬園園、董遠德等研究人員研制的新型核桃破殼機。該機主要由喂料斗、喂料撥輪、機架、物料輸送圓盤、導向摩擦盤、觸點開關、氣缸、供氣組件、時間繼電器和電磁閥等組成。工作時，物料輸送圓盤外圓周上均布的導向輥子在摩擦盤的驅動下推動核桃轉動實現其導向，時間繼電器通過電磁閥控制活塞桿對核桃進行擊打。該新型核桃破殼機結構簡單、破殼效率高，能實現核桃的機械化破殼取仁[9]。②王琦祥研制的核桃破殼機，該機由一對保持一定夾角的工作盤、儲料斗、出料斗、帶爪鉤鏈條等所構成。通過鏈條運行，其上以一定間距分布的爪鉤便將核桃從儲料斗一個一個抓起送入一對保持一定夾角的工作盤中，隨工作盤的旋轉將核桃外殼壓碎而保持核桃仁的完整，被已壓碎的外殼和核桃仁一起落入有斜面的出料斗，借該斜面作用使已破碎外殼和核桃仁在出料斗出口處分開。該機可對大小混在一起的核桃進行破殼[10]。③南京農業(yè)大學農業(yè)工程學院吳子岳通過對綿核桃物理機械特性的測定和內力分析，提出了剝殼取仁原理破裂綿核桃殼，并研制了雙齒盤—弧齒板式剝殼裝置和綿核桃剝殼取仁機，該機主要由機架、喂入裝置、剝殼裝置、調速電機、出料斗等組成。該機的最佳運動參數是：齒盤轉速 70～80r/min，喂入輪轉速 25r/min 左右，最大生產率為180kg/h[11]。④光旭、馮昱、李琳娜等人員研制的核桃破殼機。該機包括底座、破殼組件，其中破殼組件包括活動塊和固定塊，固定塊設置在底座一端，活動塊設置在蝸桿一端，蝸桿另一端外套彈簧，蝸桿與蝸輪配合，蝸輪軸下端固定在底座上，蝸輪軸上端安裝手柄。該機省力效果明顯，破殼效果好，容易掌握施力的大小[12]。⑤董詩韓, 史建新進行了針對國內擠壓式核桃破殼機的缺點, 提出一種多輥擠壓式核桃破殼機, 該機選用間斷性擠壓式破殼方法, 利用破殼輥與多對輔助破殼輥形成由大到小間斷性的多工位擠壓破殼工作區(qū), 該區(qū)可對核桃進行破殼取仁[13]。
3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析
本課題所涉及的任務較為繁重，復雜，但是我們處在一個資源豐富的環(huán)境中，如有不懂的問題可以向知道的老師和同學尋求幫助，因此我應充分利用這樣的機會，利用一切對我們有用的資源，努力將我的設計做的最好，由于核桃破殼機械，在國內外的研究起步較晚，因此技術還不是很成熟，同時相關的學術報告也不是很豐富，因此我們應該通過多種途徑試探性的研究設計，在內外磨式破殼裝置的方向去設計構思核桃破殼機械，已達到最優(yōu)效果。的核桃以個大、皮薄、質優(yōu)聞名全國，由于薄殼和中殼核桃的橫隔膜退化或呈膜質、革質，內褶壁退化或不發(fā)達，較易于用機械剝殼取仁，核桃品種性狀的改良也為機械化破殼取仁提供了有利條件。
成功設計出核桃破殼機應有以下幾個任務要求[14]：
（1）核桃的破殼包括其硬殼的破碎和仁殼分離等步驟。要求破殼率高，碎仁少，其中高路仁率高，即整仁和半仁含量高，仁殼分離徹底。
（2）在保證能破殼的前提下,失效變形越小,破碎時獲得的整仁就越大。通過減少失效變形,將明顯提高堅果的破殼質量和果仁的回收率。
（3）核桃在剝殼前分別將其進行切槽和干燥加工預處理,以期通過切槽和干燥來減小核桃的失效變形。
4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路
本課題重點研究核桃破殼機的破殼部分，以改善現存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、通用性差、機具性能不穩(wěn)定、適應性差、作業(yè)成本偏高等問題[15]。
4.1關鍵問題解決思路：對內外磨式核桃破殼機的主要部件是帶有齒槽的內外磨.因該機不能自動適應核桃的大小.又由于目前核挑擠壓磨進行了設計研究，確定了核桃在擠壓磨中的導入條件, 給出了擠壓磨之間間隙、直徑、長度的確定方法。對核桃破殼機械的擠壓磨進行設計時, 擠壓磨必須滿足兩個條件, ①核桃在擠壓磨間被夾持而不滑脫(即導入條件) ; ②滿足設計要求的生產【16】。
4.2設計方法：用內外磨擠壓方式進行核桃破殼。
其工作原理圖如圖1。外磨l固定在機架上，內磨3在電機的帶動下轉動。核桃在內外磨之間的間隙內破裂脫殼，當破碎到合適的粒度后，由擋板4與內磨3下底之間的縫隙落到落料扳上。品種不純、大小不一，因此該機在實際使用中存在一定缺陷，破裂果徑不同的核挑，需更換尺寸大小不同的內外磨。內外磨式核桃破殼機應該由輸送裝置，喂料裝置，機架，傳動系統(tǒng)組成，內外磨式核桃破殼裝置，除內外磨式破殼裝置外，其他裝置都可以借鑒其他破殼機的設計部分，然后根據破殼裝置所需尺寸進行大小的改變即可。重點對內外磨式核桃破殼裝置進行設計包括內外磨的尺寸大小及內磨外側面傾角的大小等。內外磨設計原理如圖1。
1 外磨 2 核桃 3 內磨 4 擋板
圖1 內外磨式核桃破殼機原理圖
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
(1) 了解核桃破殼機及其整個破殼機行業(yè)的國內外發(fā)展現狀：上網和圖書館查閱相關資料文獻。
（2）確定設計方案：參考資料，進行設計，問詢老師、同學。
（3）確定兩膠輥結構尺寸以及轉速：上網和圖書館查閱，到學校工廠進行實際測量
（4）畫裝配圖：利用運用AutoCAD軟件制圖
（5）計算校核：參考資料書中的計算方法和公式等進行計算校核
6、完成本課題的工作方案及進度計劃
6.1完成本課題的工作方案：
第一：充分的利用身邊的各種資源，如：網絡文獻、我校的圖書館中的于此設計相關的藏書、我校的數字圖書庫等。在這里面收集大量的相關文獻。仔細閱讀，尋找相關的知識，希望能從尋找和學習的過程中有所啟發(fā)有所感悟。
第二：要從新深入的研習相關的力學知識，要進行計算，根據所需要的動力選擇相應的電動機，這是我們在設計中要達到經濟性的必要手段。
第三：在遇到不懂得問題時，要積極聯系指導老師，虛心向指導老師求教不懂得問題；同時可以與相關課題的優(yōu)秀同學交流，求教。
6.2完成本課題的進度計劃：
第1-2周 查閱相關文獻，撰寫開題報告。
第3-4周 走訪農機管理部門，校工廠，進行測量，比較，決定設計方案。
第5-6周 根據工作要求，查閱相關手冊，對各部分機構設計、計算，畫草圖。
第7-8周 運用AutoCAD軟件，設計工作視圖。
第9-10周 從工藝性能，經濟性能，實用性能等方面對產品進行綜合評價，校核，修訂
第11周 完成產品說明書。
主要參考文獻
[1] 史建新,辛動軍. 國內外核桃破殼取仁機械的現狀及問題探討[J]農機化, 2001,(06)
[2] 王高平. 一種新型核桃加工設備的研究[J]南方農機, 2002,(02) .
[3] 嚴波. 國內外核桃生產概況和甘肅省隴南市核桃產業(yè)開發(fā)方略[J]. 經濟林研究，2008，26(1)：98-102.
[4] Larry H. Hemry. Mechanical nut cracker[P]. U.S.6098530，2000-08-08.
[5] Kenneth R. Evans. Nut cracking apparatus [P]. U.S. 4201126，1980-05-06.
[6] Clarence Lloyd Warmack et al. Nut cracking apparatus [P]. U.S. 6516714，2003-02-11.
[7] John W. Brazil. Nutcracker [P]. U.S. 4255855，1981-03-17.
[8] Michael P. Filice et al. Walnut cracking mechanism [P]. U.S. 5325769，1994-7-05.
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[12] 馮光旭. 核桃破殼機[P]. 中國專利 200720102832.X，2008-10-01.
[13] 董詩韓，史建新.多輥擠壓式核桃破殼機的設計與試驗農業(yè)大學學報2011, 34( 1) : 62-65
[14]李曉霞，郭玉明.帶殼物料脫殼方法及脫殼裝備現狀與分析[J].農產品加工（學刊），2007，（04）.
[15]史建新,趙海軍,辛動軍. 基于有限元分析的核桃脫殼技術研究[J]農業(yè)工程學報, 2005,(03) .
[16] 劉少達，朱立學，劉清生．銀杏(白果)脫殼機工作部件重要參數的分析[J]．農機化研究，2005(2)：87-88．
學生簽名 王鎖
2011 年 12月 20 日
指導教師審閱意見
指導教師簽名
年 月 日