核桃分級機的設計與試驗

侯瑞麗

（新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000）

0 引言

新疆是我國主要的核桃種植基地之一，尤其是南疆三地州，核桃種植已成為當地主要的經濟支柱之一。數據統計顯示2019 年，我區核桃種植面積近38.93 萬hm2，產量逾101 萬噸。未經分級加工的核桃在當地以“統貨”價低價出售，嚴重制約了當地核桃產業化的發展，為解決這一瓶頸問題，需加快核桃初加工及精加工步伐，推廣應用機械化加工設備。對核桃進行分級是桃初加工及后續精加工的首要工序。

目前常見的分級方法有按照果品重量、尺寸進行分級。按重量分級是通過調節傾翻力矩大小將果品分級，按尺寸分級就是根據果品的大小進行分級，常見的有打孔帶、柵條滾筒及叉式分級法。國外在很早就開始了對分級設備的研發，已實現了按照重量、顏色、形狀分級。

美國是全球最大的核桃出口國，但美國種植的核桃品種較單一，因此核桃在外形和尺寸上差異性較小，對核桃分級要求不高。由于我國核桃產量大、品種多，不同品種的核桃形狀和尺寸差別大，因此迫切需要研制一款適合國內不同品種核桃分級的設備。

1 整機結構及工作原理

核桃分級機主要由喂料裝置、限量檔板、機架、分級輥、傳動系統、摩擦底板和出料口等組成，如圖1。分級輥兩端的軸頭上安裝鏈輪，通過鏈條帶動分級輥運轉，鏈條在電機的帶動下帶動分級輥運動。

圖1 核桃分級機結構簡圖

作業時，將核桃喂入喂料斗，限量板控制進入分級裝置的核桃數量。分級輥運動過程中，核桃在分級輥和摩擦底板的作用下持續滾動，不斷調整姿態，最終使核桃以短徑方向支撐在兩分級輥間。隨著分級輥的運動，核桃在分級輥的帶動下離開摩擦底板，相鄰兩分級輥間隙不斷由小變大，尺寸較小的核桃先從分級輥的間隙落下，尺寸較大的核桃會隨分級輥的運動在下一段適合的間隙處落入接料箱，達到分級的目的。

2 關鍵部件的設計

2.1 喂料裝置的設計

圖2 核桃分級機喂料裝置

喂料裝置如圖2，喂料裝置能直接影響核桃分級的精度，為了提高分級精度，應使核桃以單層、均勻連續的方式平鋪于進料帶上，且應平穩地落在分級輥上，因此喂料時在物料入口設置限量板控制喂入量，同時還能解決核桃堆積出現的卡死現象。

2.2 分級輥的設計

圖3 分級輥結構

2.2.1 分級輥直徑的選擇

圖4 分級輥直徑的確定

核桃在分級輥上運動時的幾何模型如圖4，為保證分級精確，要保證核桃在分級輥上運動不能翻滾到下個輥軸上去。若將核桃推到輥Ⅱ的上面，必需滿足：α≥φ

式中α—可移動斜面XX 與水平面之間的夾角；φ—核桃與輥之間的摩擦角。

根據圖中幾何關系推算

式中c取最小分級尺寸30 mm，φ為核桃與輥軸的摩擦角，通過測量確定為26.6°，核桃最大直徑為d=45 mm，代入式得d輥=300 mm。根據分級精度和安全性要求，同時要求輕簡化，選取分級輥壁厚為3 mm。

2.2.2 鏈條的確定

分級機選用08A 鏈條，節距為L=12.7 mm，選用六個鏈節一個輥軸的鏈節方式。

3 技術特點

（1）在分級過程中，分級輥間隙逐漸由小變大，不同大小核桃依次分級落入出料口，可根據需要設置出料口數量，分多個等級；（2）物料入口設置限量板控制喂入量，解決了核桃堆積出現的卡死現象；（3）可選用不同直徑的分級輥，實現對其他類球形果品的分級。

4 試驗及結論

以新疆種植面積最大的三種核桃品種溫185、扎343、新新2 為研究對象，機具運行參數為喂入量、鏈條前進的速度、輥軸自轉速度，選取核桃的分級精度和機械損傷率為試驗指標進行試驗，試驗數據如下：

表1 試驗數據

通過試驗數據顯示扎343 與新新2 的分級效果明顯好于溫185，主要原因是與核桃的外形物理特性相關。由于溫185 縱軸與橫軸相差較大，且溫185 外殼較薄、易破損，因此分級精度較其他兩種外形為類球形的核桃差，機械損傷率稍高。本研究的核桃分級機適用對象為類球形新疆本地核桃，是否適用其它干鮮果品如圣女果、杏子的分級還未做試驗研究，有待進一步研究。