山西核桃破殼機械設(shè)備研究現(xiàn)狀

燕 麗

（山西省農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

山西核桃產(chǎn)地主要分布在太行山、呂梁山、太岳山低山丘陵地區(qū)[1]，呂梁的干旱丘陵地區(qū)，有2 000多年的核桃栽種歷史，主要是因為山西地處黃土高原，80%的面積是丘陵山地，光照充足，氣候溫和，非常適宜核桃生長，具有果實外形悅目、個頭大、皮薄、出仁率高、仁色淺、香脆可口等優(yōu)點。山西省大部分縣市都有核桃植和分布，其中左權(quán)、古縣、汾陽、黎城、盂縣先后被國家林業(yè)局、中國經(jīng)濟林協(xié)會命名為中國核桃之鄉(xiāng)。在長期栽培中，山西已成為我國核桃生產(chǎn)的主要商品基地之一，無論產(chǎn)量或質(zhì)量均在全國前列，從清朝咸豐年間開始出口以來，一直是山西主要傳統(tǒng)出口物資，外銷創(chuàng)匯居全省前列，暢銷西歐、東南亞、加拿大、日本等國家和地區(qū)。核桃產(chǎn)業(yè)已成為山西省重要的、涉及面廣、最具發(fā)展?jié)摿Φ牡胤教厣a(chǎn)業(yè)。

1 國內(nèi)外核桃破殼設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 國外研發(fā)現(xiàn)狀

核桃破殼機是將核桃莢果去掉外殼而得到核桃仁的場上作業(yè)機械，由于核桃本身的生理特點決定了核桃脫殼不能與核桃收獲一起完成，只能在核桃莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。

國外核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進(jìn)入專業(yè)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化階段，典型的核桃破殼裝備主要有平板擠壓式機構(gòu)、單輥子擠壓機構(gòu)、立式正錐形旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、雙輥子擠壓式機構(gòu)等。以美國為例，美國是世界核桃主產(chǎn)國，占世界核桃總產(chǎn)量的1/3，由于基本實現(xiàn)了良種化栽培，堅果品質(zhì)整齊劃一，占據(jù)了大多國際核桃貿(mào)易市場。美國核桃集中栽培在西海岸的加利福尼亞洲，產(chǎn)量占全美核桃的95%以上[2]。加州核桃均為長圓形，殼薄易碎容易剝離，破殼取仁環(huán)節(jié)非常適合于機械加工。

1.2 國內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀

國內(nèi)核桃破殼機械研發(fā)起步較晚。目前，我國很多科研院所和生產(chǎn)企業(yè)在核桃破殼技術(shù)方面開展了多項研究工作，現(xiàn)有的核桃破殼機種類從破殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿、鋼柵條凹板，以擠壓、揉搓為主的橡校滾筒、橡膠浮動凹板兩大類，如內(nèi)外磨核桃破殼裝置、圓盤破殼裝置、沖壓式破殼裝置等[3]。這些裝置破殼質(zhì)量均不高，破損率高，成仁率較低，剝出的核桃仁主要用于榨油，不能滿足商品核桃仁的要求。

2 山西省內(nèi)核桃破殼機械研發(fā)現(xiàn)狀

2.1 一代核桃破殼機結(jié)構(gòu)及工作原理

2010年，山西省農(nóng)產(chǎn)品加工站就與有關(guān)廠家進(jìn)行一代核桃破殼機樣機試制，并申請專利，專利號：ZL201020194627.2，該機破殼后核桃仁完整率高，但是生產(chǎn)率低、造價昂貴，難以推廣。

一代核桃破殼機結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 一代核桃破殼機結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1 技術(shù)參數(shù)

一代核桃破殼機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 一代核桃破殼機主要技術(shù)參數(shù)

2.1.2 工作原理

將核桃倒入振動式喂料盤內(nèi)，喂料盤在高頻振動下，將核桃排隊后送入送料管內(nèi)，最后落入送料盤孔內(nèi)，同時活動頭凸輪的轉(zhuǎn)動使連桿和活動頭的自重落在核桃上，此時活動頭凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動直至轉(zhuǎn)動到接近開關(guān)的觸發(fā)范圍內(nèi)。這時開關(guān)接通，觸發(fā)固態(tài)繼電器吸合，電磁制動器通電制動，使壓頭與工作面的間距恰好與該核桃的直徑保持吻合。同時，凸輪將壓臂頂起，使壓頭擠壓核桃，核桃硬殼破裂，但不會傷及桃仁?；顒宇^上裝有調(diào)節(jié)螺絲可滿足外殼厚度3～7 mm的核桃破殼調(diào)整?；顒宇^凸輪離開開關(guān)后，磁制動器斷電放松，斷電后活動頭凸輪頂起連桿使活動頭提起，間歇傳動裝置帶動送料盤送出壓碎的核桃，同時另一顆核桃又被送入孔位，重復(fù)上述動作。設(shè)備可破碎不同直徑的核桃，不受核桃大小的影響。

一代樣機運用振動送料盤、固態(tài)繼電器、電磁制動器等裝置，使核桃能夠自動根據(jù)核桃的不同直徑進(jìn)行破殼而不傷及核桃仁，但是缺點也很明顯：①生產(chǎn)率低，該樣機由于是單顆破殼，平均1 s砸一顆核桃，所以生產(chǎn)率達(dá)不到核桃深加工所需的要求；②價格貴，由于需要單顆擠壓和精準(zhǔn)地掌握核桃直徑的大小，各種零件和高端的識別設(shè)備，使設(shè)備制造成本增加；③移動不方便，由于設(shè)備質(zhì)量較大，安裝時需要預(yù)埋件固定。

2.2 二代核桃破殼機結(jié)構(gòu)及工作原理

二代核桃破殼機是將核桃的分選和破殼集成于同一設(shè)備完成，包括垂直提升機、水平輸送帶、撥板送料機、斜口漏料槽、破殼機構(gòu)和機架，具有噪音低能耗小、操作簡單、方便移動等特點。

2.2.1 技術(shù)參數(shù)

二代核桃破殼機主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 二代核桃破殼機主要技術(shù)參數(shù)

2.2.2 工作原理

經(jīng)垂直提升機把料斗內(nèi)的核桃提升到水平輸送帶上（見圖2），再經(jīng)水平輸送帶輸送，通過弧形板后進(jìn)入將核桃分級的撥板送料機內(nèi)，撥板送料機上的每個撥板可以撥動一個核桃，核桃經(jīng)過撥板送料機的斜口漏料槽時按大小對應(yīng)落入破殼機構(gòu)（見圖3）。破殼機構(gòu)由定刀和動刀組成（見圖4、圖5），動刀是一個表面均布碾齒的碾輥，定刀的工作面是弧形面，這種結(jié)構(gòu)可保證核桃的定徑碾壓，核桃仁不會受損傷。該設(shè)備可破碎不同直徑的核桃，不受核桃大小的影響。

垂直提升機與水平輸送帶示意圖見圖2，核桃破殼裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖3，定刀和動刀結(jié)構(gòu)示意圖見圖4，定刀和動刀側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖2 垂直提升機與水平輸送帶示意圖

圖3 核桃破殼裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 定刀和動刀結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 定刀和動刀側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3 創(chuàng)新點

二代核桃破殼機較一代生產(chǎn)的破殼設(shè)備有3個創(chuàng)新點：①設(shè)計水平輸送帶將核桃進(jìn)行排序，避免核桃喂入太多導(dǎo)致喂料口堵塞的現(xiàn)象發(fā)生；②設(shè)計撥板送料機進(jìn)行核桃大小分級，避免了因核桃直徑大小不一導(dǎo)致的核桃仁破碎率高和核桃不能破殼的問題；③設(shè)計了由碾壓輥和搓板組成的不同距離的擠壓槽，分別對分級后的大小核桃進(jìn)行相對應(yīng)碾壓破殼，保證了核桃仁的完整率。

3 結(jié)語

近年來，為了深入貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的指導(dǎo)意見》，促進(jìn)山西鄉(xiāng)村振興，山西省依托鮮干果等特色農(nóng)產(chǎn)品資源優(yōu)勢，在東西兩山地區(qū)主要布局功能性林果、核桃深加工產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，2016年核桃種植面積達(dá)131 468.2 hm2[4]，2018年全省核桃產(chǎn)量達(dá)119 807 t[5]，各市縣核桃主產(chǎn)區(qū)把核桃種植和核桃深加工打造成提高農(nóng)民經(jīng)濟收入、惠及廣大農(nóng)民的生態(tài)經(jīng)濟型產(chǎn)業(yè)。近十幾年來，省內(nèi)主產(chǎn)區(qū)不斷培育新的優(yōu)勢良種，由于核桃種植品種不同，尺寸大小有差異，殼仁間隙大小不一，殼硬度厚度差別較大，核桃破殼機適用性不強，不能實現(xiàn)一機多用。目前，核桃去青皮機和核桃烘干機等成熟設(shè)備在山西省已經(jīng)大面積推廣使用，但核桃破硬殼技術(shù)一直是困擾深加工發(fā)展的瓶頸問題。山西省核桃產(chǎn)區(qū)果農(nóng)有相當(dāng)一部分仍靠傳統(tǒng)的手工取仁剝殼，不僅耗時耗力、加工周期長，而且存在工效低、衛(wèi)生質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題。部分生產(chǎn)廠家是家庭作坊式的，無法形成規(guī)?；a(chǎn)。針對山西省核桃種植優(yōu)勢，開展適合當(dāng)?shù)睾颂姨匦缘钠茪C構(gòu)的設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化等基礎(chǔ)研究工作，推廣適用多品種的核桃產(chǎn)后機械化處理，特別是破殼、殼仁分離這一環(huán)節(jié)的新技術(shù)、新裝備是“十四五”期間在全省有效推動核桃初加工與精深加工的必然之路。