摘要：核桃仁脫皮機主要將核桃仁在進行食品和飲料生產(chǎn)前進行脫皮處理。脫皮機的整個工作過程是先將核桃仁進行烘烤，然后人工將經(jīng)過烘烤的核桃仁放入脫皮機料斗中，核桃仁通過滾子傳送裝置自左向右進行傳送，石英顆粒經(jīng)過高壓氣帶動自上而下對平鋪在傳送裝置上的核桃仁沖刷脫皮，去皮后經(jīng)過分離裝置將種皮和核桃仁進行收集。本研究設計的脫皮機利用顆粒沖刷脫皮法，對核桃果仁進行脫皮。通過對脫皮部分與電機的選型配套，滑動軸承的選擇，滾子軸的傳動設計計算，傳動裝置的運動參數(shù)及動力參數(shù)計算，結構設計與布置，設計出一種核桃仁脫皮機。

關鍵詞：機械設計;脫皮機;核桃仁;噴砂;顆粒沖刷脫皮法

中圖分類號：S226.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2020）13-0271-05

收稿日期：2019-03-16

基金項目：陜南秦巴山區(qū)生物資源綜合開發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心資助項目[編號：QBXT-Z（P）-15-12];陜西理工大學科研資助項目（編號：SLGQD16-01）。

作者簡介：彭峰生 （1972—），男，陜西漢中人，博士，副教授，主要從事機械設計及理論和農業(yè)機械化裝備方面科研與教學工作。E-mail：pfengsheng@126.com。核桃仁種皮的主要成分是碳水化物、鈣、磷、鐵、硫胺素、核黃素、尼克酸等。若直接食用有一種苦澀的味道，會影響食用的口感及深層次的加工[1-3]。目前，核桃仁去皮方法主要有人工方法、機械方法（濕法、粉碎方法）等2大類[4-6]。手工核桃仁去皮方法人工費用高、勞動強度大、效果差、生產(chǎn)效率遠遠不能滿足市場需求。人工方法效率低，不適應工業(yè)化食品加工需求。機械濕法去皮工藝復雜，設備成本高，該方法需要用強堿或高溫水蒸氣處理，一定程度上會造成核桃仁營養(yǎng)損失、核桃仁變軟及堿性化學殘留，直接影響核桃產(chǎn)品的營養(yǎng)價值與口感風味，同時堿液排放還會造成環(huán)境污染。機械粉碎法加工雖然克服了濕法加工的一些缺點，但會對核桃仁產(chǎn)生一定的破碎作用，影響核桃仁的完整度，使核桃仁的利用受到限制，并且破壞了核桃仁本身的結構，后續(xù)只能用于加工核桃粉或飲料產(chǎn)品，加工食品種類受到很大限制[7-10]。

在食品機械中的許多部位可用不銹鋼替代使用[11]。此外，在與食品接觸的部位還可考慮使用陶瓷等材料。因此，本試驗設計中與核桃仁接觸的部分選用奧氏體型不銹鋼。

1 核桃仁脫皮機的工作原理

本試驗的設計提供一種核桃仁干法去皮機。其基本工作原理：經(jīng)烘烤后的核桃仁進入儲料箱內，由下料擋板控制核桃仁均勻地在導板上流過，轉動調節(jié)手柄即可調節(jié)核桃仁的流量。經(jīng)過導板的核桃仁進入脫皮裝置內，在輥軸的帶動下，核桃仁呈由左向右水平運動，并實現(xiàn)核桃仁的自轉。利用高壓空氣控制噴砂斗中的石英顆粒充分地對核桃仁表面的種皮進行沖刷，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮分離，其原理與金屬噴砂除銹相同[12-14]。沖刷后的核桃仁被傳送到出料口。石英顆粒由于滾子軸之間的間隙掉落下去，通過收集斗進行回收，通過高壓風力形成的負壓對石英顆粒進行循環(huán)再利用。種皮與核桃仁的分離效果，可通過改變石英顆粒的流量進行調整。

2 核桃仁脫皮機部件的結構設計

2.1核桃仁脫皮機的整體結構

核桃仁脫皮機是一種組合式設備。它由核桃仁傳送裝置、核桃仁去皮裝置和核桃仁與種皮分離裝置等3大部分組成，主要包括進料裝置、核桃仁去皮裝置、石英顆?；厥昭b置、機械傳動系統(tǒng)及機架等組成（圖1）。

由圖1可知，整機支架部件是核桃仁去皮機的主要支撐部件，它承擔所有來自軸及電動機的沖擊和載荷。它的堅固性是核桃仁去皮機工作穩(wěn)定、運轉平穩(wěn)的基礎，因此機架無論是從結構上還是從材料上，都應該采用堅固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。整機支架部件可以采用角鋼焊接而成，起到對其他幾個部件的支撐、定位、連接的作用，整個部件的高度、寬度是由其他零件的安裝尺寸決定的。電機安裝在整機支架部件里的支撐板上面。下箱體安裝在整機支架部件上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。

由圖1可知，上箱體和下箱體共同構成噴砂脫皮的工作空間，提供一個半封閉的去皮環(huán)境，它們與支架本體通過普通螺栓連接在一起。下箱體與整機支架部件通過普通螺栓連接在一起。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取輥軸的中心線所在平面為剖分面。上箱體和下箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。經(jīng)過反復考慮、研究和討論，確定核桃仁脫皮機的總體結構，包括動力機構、動力傳送系統(tǒng)、滾子結構傳送機構、石英顆?；厥諜C構等。

2.2上料的結構設計

由圖2可知，儲料箱部件主要由導板和調節(jié)板組成。導板通過鉚釘與上箱體的前側面固定，導板具有向下的傾角，起到控制核桃仁向輥軸運動的作用。調節(jié)板、調節(jié)手柄與調節(jié)盤焊接在一起。調節(jié)盤可以繞固定在上箱體后側面的軸轉動。調節(jié)盤上開有圓周布置的若干個調節(jié)孔，上箱體的后側面也加工有一個軸線與調節(jié)盤最上方位置孔同軸的孔，在該孔內插入圓柱銷，就可以固定調節(jié)盤的位置，從而固定調節(jié)板的位置。拔掉圓柱銷，通過調節(jié)手柄的轉動，就可以控制調節(jié)板的位置。

設計要求上料時，最好只是平鋪1層，且核桃仁平放在傳送機構滾子上，以免在脫皮過程中由于核桃仁的堆積導致下方核桃仁未經(jīng)過石英顆粒沖刷直接從出料口端運出。從結構簡圖（圖2）可以看出，料斗下部的核桃仁滑出料斗由于滾子的帶動向右運動;料斗上方的核桃仁靠重力下滑，當運動到調整板左下端時，只允許一層核桃仁平躺通過。這種設計合理，且滿足要求。它巧妙地利用了滾子軸本身為核桃仁提供了一個動力。

2.3傳送裝置的結構設計

由于該脫皮機采用石英顆粒沖刷的方法去除核桃仁種皮，因此在核桃仁傳送過程中，不僅要求核桃仁的自轉以保證石英顆粒對核桃仁的各個部分沖刷均勻，而且石英顆粒要和核桃仁分離。結合以上的要求，采用滾子結構的傳送帶，滾子傳送裝置如圖3所示。

滾子軸的直徑為10 mm，核桃仁的最小寬度即1/4核桃仁的寬度為10 mm，滾子軸之間的中心距應小于核桃仁的最小寬度加上滾子軸的直徑，因此確定2個滾子軸之間的中心距為17 mm，即滾子軸外側之間的距離為7 mm，核桃仁的最小寬度大于滾

子軸外側之間的距離，保證核桃仁在滾子傳送裝置傳輸?shù)臅r候不會從2個滾子軸之間掉落。滾子軸上焊接1 mm寬度的不銹鋼條，實現(xiàn)核桃仁傳輸途中的自轉，使石英顆?？梢詫颂胰实母鱾€部位進行沖刷，以保證核桃仁的去皮效果更好。

核桃仁傳送裝置由滾子軸、滑動軸承、橡膠圈等組成。核桃仁去皮裝置由噴口、顆粒物輸送通道、漏斗狀回收裝置等組成，石英顆粒通過風力的帶動對核桃仁表面進行沖刷實現(xiàn)去皮。核桃仁與種皮分離裝置，經(jīng)過石英顆粒沖刷過后，去掉的核桃仁種皮會覆蓋在核桃仁表面，通過風機把種皮去除掉。

由于滾子軸只承受了徑向力，并且兩軸之間中心距較小，因此選用滑動軸承。

2.4沖刷及顆?；厥詹考慕Y構設計

沖刷與回收部件如圖4所示，上箱體（圖1）的上表面留開口，開口大小與噴砂斗匹配，并由上箱體支撐噴砂斗。下箱體下表面也留有開口，開口大小與石英砂收集斗匹配，石英砂收集斗與下箱體固定在一起。噴砂斗和石英砂收集斗共同支撐石英砂通道。

沖刷部分由噴砂斗、輸送管道、石英砂收集斗、噴砂調節(jié)開關等部分組成。石英顆粒在砂箱中由風力帶動經(jīng)過輸送管道到達噴射口處，噴砂斗口處設置有高壓氣源，石英顆粒在此處通過高壓氣源的作用產(chǎn)生一定的速度對傳送裝置上的核桃仁進行沖刷，傳送裝置中由于2個滾子軸之間留有足夠的間隙，石英顆粒在完成對核桃仁的沖刷后將會下落到收集斗中。收集后的石英顆粒通過回收管道到達底部，通過高壓空氣的帶動再次對核桃仁進行沖刷。

2.5機架

機架是核桃仁脫皮機的主要支撐部件，它承擔

所有來自軸及電動機的沖擊和應力，機架的堅固是核桃仁脫皮機工作穩(wěn)定、運轉平穩(wěn)的基礎，因此機架無論是從結構上還是從材料上，均應該采用堅固穩(wěn)定的材料和樣式制成，就此核桃仁脫皮機來說，它的沖擊載荷和內部的應力偏低。整個機架采用角鋼焊接而成，起到其他幾個部分的支撐、定位、連接作用，整個機架的高度、寬度由零件安裝的尺寸來決定，并且合理地安排零件的安裝位置。電機安裝在機架里面及機架的支撐板上面。脫皮裝置部分安裝在機架上面，聯(lián)接處采用普通螺栓連接。

3脫皮機工作過程

由圖1可知，箱體的作用是提供一個封閉的脫皮環(huán)境，并對相關結構起到支撐和定位作用。為便于軸系部件的安裝和拆卸，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓連接。箱體的材料選用奧氏體不銹鋼。

由圖2可知，經(jīng)烘烤后稍微放涼的核桃仁倒入料箱內，通過調節(jié)手柄可調節(jié)核桃仁的流量、控制調節(jié)板，實現(xiàn)核桃仁均勻地在導板末端流過，同時控制核桃仁向下流動量的大小，盡量保證核桃仁呈現(xiàn)單層的狀態(tài)進入輥軸傳送裝置內，實現(xiàn)最佳的脫皮效果。

由圖3可知，輥軸式傳送裝置部件主要由輥軸支架和多根輥軸組成。輥軸支架是安裝輥軸和橡膠輪軸的載體。輥軸支架上間隔均勻地開有橡膠輪軸的安裝孔和滾動軸承的安裝孔，用于安裝橡膠輪軸和滾動軸承。輥軸為階梯軸，軸端較粗位置安裝在滾動軸承的內孔里，較細的軸段安裝有橡膠輪。橡膠輪軸的軸端也安裝有相同的橡膠輪。橡膠輪軸的軸線與滾動軸承安裝孔的軸線間距剛好保證所有橡膠輪正確接觸傳遞運動。各橡膠輪形成外嚙合的摩擦傳動關系，最前面第1根輥軸的另一端裝有皮帶輪（圖1中的13），在電機軸端帶輪和V帶的帶動下，剛好保證所有輥軸同向轉動，從而保證核桃仁在輥軸上的單向運動，并且能夠翻滾。

由圖4可知，石英噴砂裝置部件主要由噴砂斗、石英砂通道、石英砂收集斗等構成。噴砂斗主要作用是控制高壓風攜帶的石英砂顆粒均勻地噴向平鋪在輥軸上的核桃仁，隨著輥軸的轉動，核桃仁不斷地翻滾，從而保證脫皮的效果。石英砂通道上部呈半圓形，圓弧頂端接高壓風管，高壓風由高壓氣源提供。石英砂收集斗的主要功能是收集噴砂斗噴出的石英砂，并將其匯集到石英砂通道下部呈半圓形管道內。高壓風管中的高壓風從噴砂斗噴出時，在石英砂通道的下部形成負壓，該負壓將堆積于石英砂通道下部呈半圓形管道內的石英砂沿通道吸入噴砂斗中，從而實現(xiàn)石英砂的循環(huán)工作。石英砂通道的直管部位設置有噴砂調節(jié)開關，用于實現(xiàn)噴砂量大小的調節(jié)。

石英顆粒物沖刷去皮采用壓縮空氣為動力，在噴砂斗內形成高速噴射流，將石英顆粒高速噴射到核桃仁的表面，利用石英顆粒的沖擊和摩擦作用，使核桃果仁和種皮分離，經(jīng)過翻滾沖刷后的核桃仁由輥軸傳送到出料口。沖刷后的石英顆粒由于輥軸之間的空隙掉落下去，通過石英砂收集斗進行回收，通過風力對石英顆粒進行循環(huán)再利用。夾雜在核桃仁中的種皮被噴出的風吹送，從出料板的接口空隙飛出，實現(xiàn)種皮與脫皮核桃仁的分離，脫皮后干凈的核桃仁沿出料板落入收集箱中，實現(xiàn)核桃仁機械化去皮的功能。

4主要結構與技術參數(shù)計算

4.1主要技術參數(shù)

根據(jù)設計要求和設計思路，主要技術參數(shù)如表1所示。

4.2電動機的選取

電機的選擇包括選擇類型、結構形式、容量（功率）和轉速，并確定型號。

核桃仁脫皮機在工作的過程中消耗動力的部件為滾子傳送機構。

首先確定滾子傳送機構在工作過程中所受的力和損耗的功率。該部分在工作過程中主要是克服核桃仁和滾子之間的摩擦力。滾子傳送機構的長度為374 mm，寬度為298 mm，核桃仁（完整核桃仁去掉中間分心木）即一半核桃仁的尺寸為30 mm×20 mm（下文中所提到的一個核桃仁即為此處的一半核桃仁）。按照一次通過脫皮裝置最多核桃仁計算，即按照核桃仁的長度方向與脫皮裝置的長度方向一致計算，一次最多通過185個核桃仁。即

374/30× 298/20=185。（1）

一半核桃仁的質量估計為5 g，即鋪滿脫皮裝置時核桃的質量G為185×5=925。核桃仁脫皮機的生產(chǎn)效率為100 kg/h，即1.7 kg/min。則滾子軸的線速度Vg（m/s）為

Vg=374×1 700/925=1.15×10-2。（2）

滾子軸的轉速ng（r/s）為：

ng=Vg/πD=11.5/10×π≈0.4，即24 r/min。（3）

一次性鋪滿脫皮裝置的核桃仁的質量為 9.25 N，核桃仁在輸送過程中，同時與23個滾子接觸，因此每個滾子所受的載荷很小，可以忽略不計。

按工作要求和工況條件，選用YL系列單相雙值電容異步電動機，封閉式結構，電壓為220 V，YL型。此系列的電動機具有高效節(jié)能、啟動轉矩大、過載能力強、運行性能好、噪音低等特點。防護等級為IP44，采用B級絕緣，頻率為50 Hz。選用的電動機型號為YL90S4，該電動機各項參數(shù)如表2所示。

4.3減速器的選取

本試驗的設計采用減速箱和皮帶輸出等2級減速。根據(jù)要求所選取的電動機的額定轉速為 1 400 r/min，而經(jīng)過計算得知滾子軸的轉速為 24 r/min。系統(tǒng)總的傳動比i為

i=i1·i2=1 400/24≈58.3。

式中：i1為齒輪箱減速器的傳動比;i2為帶傳動的傳動比。若取帶傳動的傳動比i2為3，則齒輪箱的傳動比i1約為19.4。因此，減速器可采用二級齒輪減速器。由于齒輪傳動和帶傳動設計計算都屬于簡單常規(guī)設計計算，一般教科書都有詳細介紹，因此此處不作具體計算。

5設計總結

本試驗脫皮機是利用顆粒物沖刷的基本方法和原理而設計的。而現(xiàn)在市面上主要是人工脫皮，人工脫皮是手工將經(jīng)過混合堿液浸泡的核桃仁剝皮，其方法簡單，但生產(chǎn)效率低，熟練的操作人員平均每人每天只能產(chǎn)出3～5 kg去皮核桃仁，且果仁在脫皮前都要經(jīng)過浸泡，長期做該項工作對手有傷害，用該機器則可克服這些缺點。

本試驗設計的機器的基本參數(shù)和特點如下：

（1）小型機械、結構簡單、易制造、易操作、成本低、對生產(chǎn)條件的要求不高。

（2）核桃仁進入脫皮機后，平鋪在滾子上，核桃仁通過滾子型傳送機構實現(xiàn)自轉并從左向右傳送，去皮效果好。

（3）凈率可以靠調整顆粒物的沖刷速度來提高;生產(chǎn)率可以用調整滾子軸的轉動速度來控制，且這樣調整不會增加機器的結構復雜程度。

（4）該機可以廣泛用于核桃仁制作食品和榨制濃香型核桃油原料的初加工，是適應當代市場的有效機型。

參考文獻：

[1]李慧麗，何歡，俞琴，等. 不同加熱方式對薄皮核桃仁品質的影響[J]. 食品科技，2016，41（4）：91-96.

[2]徐效圣，申玉飛，張新明，等. 調味核桃仁加工工藝及其配方研究[J]. 農產(chǎn)品加工（學刊），2013（3）：44-46.

[3]蒲成偉，闞歡，劉云. 核桃仁不同去皮工藝的對比研究[J]. 農產(chǎn)品加工，2017（6）：33-35.

[4]榮瑞芬，吳雪疆，李鴻玉，等. 核桃仁去皮工藝的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2004，25（2）：100-101.

[5]劉亞娜，耿陽陽，張彥雄，等. 核桃仁去皮技術研究進展[J]. 貴州林業(yè)科技，2018，46（4）：62-66.

[6]屈海盼，羅皓然，梁怡，等. 超聲波技術應用核桃仁去皮工藝研究[J]. 食品工業(yè)，2016，37（11）：35-37.

[7]李照，孫磊，高飛，等. 核桃仁營養(yǎng)成分及活性研究進展[J]. 藥物生物技術，2016，23（5）：467-470.

[8]方楚楚，闞建全. 核桃仁超聲波輔助堿液去皮工藝優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技，2017，38（18）：201-206.

[9]趙聰，劉會平，楊曉興，等. 鹽液法與堿液法去核桃種皮過程營養(yǎng)成分對比[J]. 食品科技，2016，41（6）：121-126.

[10]王俊轉，房明虎，劉文娟，等. 堿煮后核桃內種皮及核桃青皮中單寧含量的研究[J]. 飲料工業(yè)，2015，18（1）：42-44，47.

[11]Kareem I，Owolarafe O K，Ajayi O A. Development of a kolanut peeling device[J]. J Food Sci Technol，2014，51（10）：2769-2775.

[12]Yu C W，Wang T，Xu K，et al. Characterization of a highly Cu2+-selective fluorescent probe derived from rhodamine B[J]. Dyes and Pigments， 2013，96（1）：38-44.

[13]周曉君，韓延峰，王法永. 噴砂除銹機理及參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 船舶工程，2008，30（1）：66-68，29.

[14]陳應明. 鋼鐵表面噴砂除銹技術的探索[J]. 腐蝕與防護，1997，18（4）：33，20.

[15]海老原大樹. 電動機技術實用手冊[M]. 王益全，劉軍，秦曉平，等譯. 北京：科學出版社，2006.李倩，王雨辰，郭建林，等. 基于不同生物填料的跑道養(yǎng)殖尾水凈化[J]. 江蘇農業(yè)科學，2020，48（13）：276-280.doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2020.13.055