全自動核桃砸殼機的設計與研究

辛惠芬

（山西省農業機械發展中心，山西太原 030002）

0 引言

山西省核桃種植已有幾千年歷史，作為山西省最著名的土特產品之一，在全國也享有盛譽。近年來國家出臺了許多扶持核桃產業發展的政策，極大地鼓舞了農民群眾種植的積極性，大力發展核桃生產已成為地方政府在農業產業結構調整中的主打王牌之一，核桃產業的發展呈現出蒸蒸日上的大好局面。山西省許多丘陵地區、貧困山區已把核桃生產作為農村經濟發展的支柱產業和富民產業進行推廣，受到農民群眾的廣泛歡迎，將種植核桃作為致富的“搖錢樹”大力發展。許多縣已把發展核桃經濟與生態建設、改善環境、推進致富融合在一起來抓，并列為“一縣一業”的推動項目，發展形勢非常迅猛。預計到“十三五”末，山西省1.33×104hm2左右的種植縣將達到10個以上，全省種植面積將達到33.3×104hm2，產量預計達到200×104t。

面對做大做強核桃產業過程中出現的勞動力短缺、加工品種單一、產量增加、生產過剩等方面的問題，僅靠人工處理、簡單加工已無法滿足產業發展的需要，必須運用先進的機械對產后的核桃進行機械化處理和加工[1]，才能解決老百姓在生產加工過程中的問題，才能延長核桃產業鏈條，實現核桃在多個環節上增值增收。對核桃產后進行機械化處理和加工就是利用先進的機械設備解決核桃產后處理和加工中存在的問題，解決人力無法完成的工作，達到提高工作效率、提升堅果品質、減少產后損失、增加品種多樣化的目的。使核桃生產通過機械化作業，達到增加收入的目的。

核桃硬殼破碎是核桃產后處理及初加工環節的重要階段。目前，市場上的核桃仁主要通過人工敲碎或是破殼機機械化擠壓核桃殼得到核桃仁。傳統破碎硬殼的方法是由人工砸碎的方法破殼或用簡單的破硬殼工具，如夾鉗、手動擠壓設備等。人工破殼需左右手配合工作，一手拿核桃，一手拿工具。砸仁時應將縫合線與地面平行放置。每次用力大小由核桃皮的薄厚來決定，皮厚則用力大。由于手工操作用力不均，常常出現多次連擊現象，這樣就會使核桃的破爛率增加、核仁等級下降，進而影響銷售價格。人工破硬殼不僅效率低，一般一人一天可處理50 kg左右，且核桃仁破碎率高，一般破碎率在30%以上，影響了取仁質量。20世紀90年代，我國就已經研制出多種核桃破殼加工的裝置，如圓盤破殼裝置、沖壓式破殼裝置等[2]。核桃破殼加工裝置采用機械化手段破碎核桃硬殼，此類設備能夠解決人工破殼的繁重工作，可以高效率、大批量地破碎多顆核桃，且破碎效果好、頭露率高，大大提高工效，節省人工。但是目前國內外市場現有的破殼機一體化和自動化的程度較低，某些破殼工序需要操作人員介入，降低加工效率，同時存在針對不同品種的核桃破殼的力度無法調節、結構復雜、設備昂貴、破殼成本高等技術問題[3]。

1 技術及結構分析

1.1 設備結構[4]

為解決現有核桃破殼方法和破殼裝置效率低下、不同品種的核桃破殼的力度無法調節等問題，提供一種新型全自動核桃砸殼機。全自動核桃砸殼機包括砸殼區、上料區和出料區。砸殼區主要包括驅動裝置、破殼裝置、運料裝置、控制裝置。驅動裝置包括帶有偏心凸輪的凸輪軸及用于驅動凸輪軸轉動的第一電機，凸輪軸水平設置，其轉動連接在機殼內砸殼區上部。破殼主要是通過轉軸上連接的若干個與其垂直的帶柄砸殼錘進行敲擊破殼，砸殼錘與手柄的一端連接，手柄的另一端與轉軸連接，并在連接處形成延伸段，延伸段可與偏心凸輪相互接觸，轉軸與凸輪軸相平行且位于同一水平面；偏心凸輪旋轉帶動砸殼錘在豎直平面內做抬起并落下的往復運動；利用手柄來調節落錘高度，從而達到調節錘擊力度的作用，以適應不同品種核桃的要求。破殼裝置改變現有核桃破殼機擠壓破殼技術，實現仿人工錘砸式破殼方式破殼取仁，實現了核桃砸殼的全自動化，具有結構簡單、制備成本低、加工效率高等特點。運料裝置包括固定在機殼內部的3個鏈輪，圍繞3個鏈輪的輸送帶和用于驅動鏈輪轉動的第二電機，第一鏈輪和第二鏈輪位于機殼內砸殼區并位于同一水平面，第三鏈輪位于機殼內上料區的底部，輸送帶表面設置有均勻分布的裝料盤，相鄰裝料盤的間距與相鄰砸殼錘之間的間距一致且砸殼錘落下時正好砸入裝料盤內，每個裝料盤能裝一個核桃；運料裝置還包括設置在上料區位于輸送帶上方的且中部帶有凹槽的滾輪和驅動滾輪轉動的第三電機，滾輪的凹槽與輸送帶上的裝料盤相對。出料口設置在機殼與輸送帶相對應的左部側壁上。控制裝置包括設置在砸殼區的控制器、設置在凸輪軸附近的第一傳感器、設置在第一鏈輪附近的第二傳感器共3個部分，偏心凸輪靠近第一傳感器的一端設有感應點，第一鏈輪上也設有感應點，第一電機與第二電機均與控制器連接。

砸殼機俯視圖見圖1，砸殼機主視圖見圖2，砸殼機側視圖見圖3。

1.2 關鍵技術

①改變現有核桃破殼機擠壓核桃破殼的加工方式，采用仿人工錘砸式破殼方式破殼取仁；②利用手柄來調節落錘高度，從而達到調節錘擊力度的作用，以適應不同品種核桃的加工要求。

圖1 砸殼機俯視圖

圖2 砸殼機主視圖

圖3 砸殼機側視圖

1.3 主要技術指標

桃仁完好率≥70%，生產率6 000顆/h，硬殼破碎率≥85%。

1.4 技術工藝路線

該機啟動電源開關后，3個電機分別驅動傳送帶和毛刷傳動，通過凸輪傳動砸殼區的砸殼錘仿人工進行上下運動，再將水泡過的核桃倒入料斗內，通過傳送帶將核桃進行輸送，待核桃經過毛刷時，毛刷轉動將核桃均勻地布置在傳送帶，并送入砸殼區，讓砸殼錘破殼，破殼后的核桃通過出料口掉入承接的容器，這樣就完成了核桃的破殼。

2 試驗結果與效益分析

2.1 試驗結果

一代樣機生產試制完成后，分別在山西省昔陽縣、五臺縣選取1個具備一定生產規模與硬件條件的核桃機械化加工企業開展全自動核桃破殼機作業試驗，通過一個加工周期的試驗數據采集，并與國內外同類加工設備進行對比分析，對一代樣機加工工藝進行改進，做好第二代樣機圖紙的設計、試制和性能試驗。二代樣機實現了核桃硬殼破碎自動化、便捷化，使得破碎后的整仁和半仁完好率達到72%，每1 h能夠完成6 100顆以上核桃的硬殼破碎，機器單次作業時間為2.3 s，單次可完成4顆核桃的硬殼破碎工作，通過對多類品種核桃進行破殼試驗，硬殼破碎率達到86%以上。

2.2 經濟效益分析

核桃的破殼取仁是核桃加工多樣化的需要。由銷售堅果到銷售桃仁，價格增加3倍多。目前，國內市場上核桃干果的售價為20～60元/kg，核桃仁的零售價為60～180元/kg，從一般情況來看，1 kg核桃干果可產出0.5 kg核桃仁，運用核桃砸殼機將核桃破殼，由銷售堅果到銷售桃仁，除去加工成本，每1 kg可增收4～12元；與人工破殼相比，設備提高工作效率5倍以上，節省人工勞務開銷500元/d以上。此外，桃仁的市場需求量也越來越大。特別是對分級后篩選出來的26 mm以下的小個核桃，在市場直接銷售時存在賣不起價格、不好銷售等問題。由于劣果的數量較大，必須通過加工處理進行轉化增值。取出較大、較完整的桃仁，可以進行市場銷售，出售給飯店、加工企業或出口創匯。對較小特別是破碎的桃仁，可就地加工成核桃油，核桃出油率能夠達到45%，核桃碎仁的價格為12～16元/kg，核桃油的價格為100元/L左右，除去生產成本，核桃碎仁榨油的利潤相當可觀。

2.3 社會效益分析

①全自動核桃砸殼機的推廣應用，提高了核桃加工能力，延長了核桃產品的產業鏈，提高了核桃綜合利用率，多渠道的開發利用，減少了大面積種植帶來的銷售難和價格下滑的風險；同時也調動了農民種植核桃的積極性，帶動了核桃種植業的發展，形成種植、加工、貿易一體化的良性循環。②設備進行成功推廣后，可將更多勞動力轉移到其他急需行業，帶動相關產業的發展，對當地農村經濟的發展起到促進作用，同時也提高了核桃制品的品種數量和品質，豐富了市場需求。③全自動核桃砸殼機的推廣應用，將帶動山西省核桃產業的發展，必將在核桃主產區掀起種植核桃樹的熱情。核桃樹種植規模的擴大將有助于改善和保護生態環境，減少水土流失，防止土地沙漠化。

3 結語

全自動核桃砸殼機的成功研發對核桃機械化處理技術進行了補充和完善，形成了較為系統的核桃產后機械化加工技術體系，起到了典型示范作用。實踐證明，采用全自動核桃砸殼機可大大提高加工工效、節省人工，且精準的砸殼技術可以提高產品品質，減少因加工方式不當而產生的損失，以達到增收節支的目的。隨著核桃產后機械化處理技術的不斷完善和推廣，對核桃種植業、副產品加工業及其他行業的快速發展將起到有效的推動作用，同時也可起到增加稅收、出口創匯、轉移勞動力、促進農村經濟發展的作用。