◎ 李雪萌，蔡雅琨，王玉涵，時(shí)德通，卜丁東

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū)，河北 黃驊 061100）

板栗，又稱栗、風(fēng)臘，有“干果之王”的美稱，是一種殼斗科栗屬植物。板栗作為一種人們經(jīng)常食用的食品，其營(yíng)養(yǎng)豐富，維生素C含量較高，甚至比西紅柿、蘋果等本身富含維生素C的蔬菜水果要高出幾倍，對(duì)于人體補(bǔ)充維生素有較好的作用。并且，板栗中的礦物質(zhì)也很全面，鉀、鋅、鐵等元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他食品，尤其是含鉀量比蘋果高出3倍[1]。

目前，還沒(méi)有更好更合理的方式進(jìn)行家庭板栗脫殼工作。人們?cè)趯?duì)生板栗或者炒熟的板栗剝殼的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)被板栗外殼刮傷，容易損傷人手指皮膚組織。市場(chǎng)上還沒(méi)有適合于家庭用的板栗剝殼器。但是，工業(yè)上有多種方法，比如火燒脫殼法、蒸汽脫殼法、機(jī)械脫殼法、真空爆殼法和微波去殼法等[2]。對(duì)于家庭來(lái)說(shuō)，這些方法都不能有效且安全地得到完整的栗仁，其中所需要的條件如高溫火燒、真空爆殼等[3]，不易實(shí)現(xiàn)且不安全。所以，適用于家庭用的板栗剝殼法依舊要依據(jù)物理原理機(jī)械脫殼。

本課題研究家庭用安全有效板栗剝殼器的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、高效率的原則，設(shè)計(jì)一種便攜、簡(jiǎn)易、耐用且有效的新型家用板栗剝殼器。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

市面上常見(jiàn)的是遷西板栗，所以選用遷西板栗作為實(shí)驗(yàn)材料。板栗尺寸測(cè)量采用直尺、數(shù)碼游標(biāo)卡尺，每次測(cè)量樣本容量在300～400，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 板栗測(cè)量尺寸平均值表

1.2 剝殼器的設(shè)計(jì)原理

機(jī)械剝殼法在日常家庭生活中是較為方便且易實(shí)現(xiàn)的方法。我們對(duì)機(jī)械剝殼的物理原理進(jìn)行分析，大致有以下幾種。一是擠壓法，利用類似軋輥結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體擠壓使殼破碎。二是撞擊法，利用打板的高速撞擊作用使皮殼破碎變形。三是碾壓法，利用具有粗糙面的結(jié)構(gòu)對(duì)所要脫殼的食品進(jìn)行碾壓，利用較大的摩擦力使皮殼破損。四是剪切法，利用尖銳面的剪切作用使皮殼有明顯豁口[4]。

綜合分析，擠壓法、撞擊法、碾壓法都只適用于外殼具有堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)的堅(jiān)果脫殼，如核桃脫殼機(jī)、花生脫殼機(jī)、松子脫殼機(jī)等。板栗的棕色皮殼沒(méi)有像核桃那樣堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)和組織，具有韌性，外殼內(nèi)皮軟薄，相對(duì)來(lái)說(shuō)堅(jiān)硬的外殼上面沒(méi)有結(jié)合縫，一般的擠壓、撞擊和碾壓會(huì)使其變形，但是并不能對(duì)其造成破損性的傷害，以致于板栗剝殼不能起到很好的效果。家庭最主要使用的還是剪切法[5]。

本文主要設(shè)計(jì)剪鉗式結(jié)構(gòu)對(duì)板栗底部堅(jiān)硬部分進(jìn)行創(chuàng)口處理，刀縱向切割技術(shù)，讓板栗底部有破裂裂口，易于剝開(kāi)。初步確定的裝置三維圖如圖1所示。

圖1 剪鉗式結(jié)構(gòu)裝置三維圖

2 系統(tǒng)關(guān)鍵部位優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 鉗式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

板栗剝殼器最主要部位為鉗式結(jié)構(gòu)。如圖1所示，設(shè)計(jì)雙側(cè)都加上刀片。左側(cè)刀片為平刀刃，右側(cè)刀片為鋸齒狀刀刃。鋸齒狀刀刃是為了讓板栗有較大摩擦力以及對(duì)板栗本體有一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹С至?，讓其在剪切時(shí)有一定的穩(wěn)定性，我們采取刀片不傾斜狀，頭部不安排凹槽。板栗手持，通過(guò)2個(gè)刀片對(duì)板栗底部的剪切力達(dá)到剪下底部硬殼的目的，使其剪切下底部硬殼，如圖2所示。根據(jù)板栗外殼和內(nèi)部紅衣的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)底部硬殼的剪切有利于內(nèi)部紅衣的脫皮，較為方便地得到板栗果仁。

圖2 板栗剝殼器剝殼流程圖

在進(jìn)行剪切工作時(shí)，手持板栗頭部，讓板栗底部放在兩刀刃之間，雙側(cè)夾擊。給底部硬殼與軟殼組織連接處一定力的作用，足夠的壓強(qiáng)能夠給其大小適中的豁口。考慮到便攜性、小巧美觀，刀片嵌入在樹(shù)脂基部，基部寬為8 mm；考慮到這樣不傷及果仁，刀片設(shè)計(jì)長(zhǎng)30 mm，刀片總寬為5 mm，雙側(cè)刀刃均寬3 mm，如圖3所示。

圖3 板栗剝殼器設(shè)計(jì)圖

2.2 手柄優(yōu)化

設(shè)計(jì)手柄之間添加彈簧結(jié)構(gòu)。目的是為了讓兩刀片之間的角度不會(huì)過(guò)大或過(guò)小。依靠于彈簧的彈力，兩刀片之間的角度通過(guò)手的作用力來(lái)控制，同樣也能控制用力大小有效控制刀片剪切深度，保護(hù)栗仁完整。

手柄連接處下方設(shè)計(jì)添加2個(gè)半凹槽。長(zhǎng)度25 mm，總寬15 mm，深5 mm，凹槽內(nèi)部加入食品級(jí)橡膠墊材料。目的是為了增加板栗與凹槽的摩擦力，起到一定穩(wěn)固作用。

板栗殼較核桃、花生、松子等干鮮果，不具有足夠的堅(jiān)硬、脆性等性狀。板栗殼不易裂開(kāi)，容易受潮，有韌性。還有給予其足夠的剪切面，裂口才能更好地脫殼。所以，此設(shè)計(jì)的優(yōu)化在于在右手柄凹槽中央固定一個(gè)十字花刀。刀長(zhǎng)10 mm，刀刃寬4 mm。當(dāng)板栗殼底部在鉗式部位有剪切口之后，拿到此處，再次利用手部力量進(jìn)行夾擊，彈簧控制深度，有效緩沖，給板栗頭部以十字型的切口，這樣便可板栗殼有多處破裂口，易于剝開(kāi)。手柄細(xì)節(jié)如圖4所示。

圖4 板栗剝殼器手柄細(xì)節(jié)圖

2.3 材料選用

整個(gè)板栗剝殼器的材質(zhì)都要用到食品級(jí)安全材料。全體除刀片外的材質(zhì)選用ABS樹(shù)脂材料。該材料耐熱耐磨耐酸且無(wú)毒，較為適用于板栗剝殼器的身體部位。304不銹鋼材料的優(yōu)勢(shì)為強(qiáng)度良好（抗拉強(qiáng)度σb≥520 MPa，條件屈服強(qiáng)度σ0.2≥205 MPa），硬度較強(qiáng)（參數(shù)≤187HB；≤90HRB；≤200HV），耐磨性良好，耐高溫（800 ℃），加工性能好，韌性高，其材料組成包括鉛等重金屬含量低，保證了食品的安全衛(wèi)生。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究主要針對(duì)家庭用便攜式板栗剝殼器設(shè)計(jì)。在刀片和整體上都對(duì)板栗剝殼器進(jìn)行優(yōu)化。包括刀片、刀刃的寬度，形狀和材質(zhì)。設(shè)計(jì)手柄處合理的寬度，并且在手柄兩側(cè)各加上一個(gè)凹槽，其中右側(cè)凹槽內(nèi)部有十字花刀，給板栗的頭部也進(jìn)行切口處理，保證板栗殼能夠最大限度地受到破損且不損毀板栗果仁。該優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，造價(jià)低，便攜性好，主要適用于家庭。板栗脫殼效果好，栗仁剝出完整，安全衛(wèi)生且有效，值得大力推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文斌.自動(dòng)板栗脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（8）：104-106.

[2]袁越錦，徐英英，黨新安，等.板栗脫殼技術(shù)與破殼機(jī)理研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].食品工業(yè)科技，2008，30（10）：301-305.

[3]張艷華，黨新安.板栗脫殼設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械，2004，31（7）：45-47.

[4]張林泉，龔 麗.剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討[J].食品與機(jī)械，2006，22（4）：72-74.

[5]楊雪銀，齊延興.機(jī)械式板栗脫殼技術(shù)研究初探[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2006，44（5）：42-44.