(新疆天伊源農(nóng)業(yè)科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830091)

0 引言

青核桃脫皮是核桃加工的首要環(huán)節(jié)，它對(duì)保證商品核桃的品質(zhì)有重要作用。由于核桃的采收期相對(duì)集中，季節(jié)性短，青皮核桃加工規(guī)模大，許多核桃來(lái)不及脫皮，果仁就已經(jīng)霉?fàn)€變色，嚴(yán)重影響核桃的品質(zhì)，制約了核桃加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。目前，我國(guó)青皮核桃普遍采用手工剝皮、人工清洗，生產(chǎn)效率低、成本高且勞動(dòng)強(qiáng)度大。

現(xiàn)有核桃脫青皮清洗裝備普遍采用戶用型柵條彈簧式青核桃脫皮機(jī)[2-3]，或大型板刷式青核桃脫皮生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)[4-5]。戶用型柵條彈簧式青核桃脫皮機(jī)為間歇式生產(chǎn)，生產(chǎn)率較低，青皮脫凈率較低，青核桃脫皮后需要另外進(jìn)行清洗作業(yè)，不能應(yīng)用于核桃產(chǎn)業(yè)化批量加工；而大型板刷式青核桃脫皮清洗生產(chǎn)線生產(chǎn)制造及運(yùn)行成本較高，不適用于小型合作社及加工企業(yè)使用。

在新疆南疆地區(qū)，核桃采后加工產(chǎn)業(yè)已成為南疆核桃主產(chǎn)地區(qū)實(shí)施脫貧攻堅(jiān)，促進(jìn)農(nóng)民增收和就業(yè)的重要抓手。因此，研究一種適用于小型合作社及加工企業(yè)使用的連續(xù)式青核桃脫皮清洗加工機(jī)械裝備，以服務(wù)于核桃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要，加快核桃機(jī)械化加工行業(yè)的發(fā)展，增加農(nóng)民收入迫在眉睫。基于此，本文針對(duì)當(dāng)前已有的板刷式青核桃脫皮裝置及大型青核桃脫皮清洗生產(chǎn)線進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，以滿足當(dāng)前核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

1 青核桃脫皮清洗設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1 板刷式青核桃脫皮裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

板刷式青核桃脫皮裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由進(jìn)料口、板刷、鏈板輸送帶、傳動(dòng)系統(tǒng)、間隙調(diào)節(jié)裝置、角度調(diào)節(jié)裝置、出料口等組成，其中板刷密布許多鋼絲刷，鏈板輸送帶表面規(guī)律排列固定了許多刀片板，刀片板上分布排列了凸起的U 型刀片。刀片板固定在鏈板輸送帶上方，鋼絲刷板與刀片板間隔設(shè)置，且與刀片板具有一定的傾斜角度，使兩者間的間隙由入料位置至出料位置逐漸減小。工作時(shí)青皮核桃經(jīng)喂料口到鏈板輸送帶表面，進(jìn)入板刷脫青皮區(qū)，鏈板輸送帶與板刷上的鋼絲刷產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使青皮核桃在鋼絲刷和刀片的作用下不斷受到擠壓、滾搓和剪切，將青皮脫離下來(lái)。

圖1 青核桃脫皮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1.2 板刷式核桃脫青皮裝置工作受力分析

青皮核桃經(jīng)喂料口落入向前運(yùn)動(dòng)的鏈板輸送帶上，并在鋼絲刷和刀片的作用下開(kāi)始脫皮過(guò)程，青皮核桃在與鏈板輸送帶垂直方向上受到4 個(gè)力的共同作用：重力G、板刷對(duì)青皮核桃的阻力F1、安裝在鏈板輸送帶上的刀片對(duì)青皮核桃的作用力F2和F3。設(shè)板刷與青皮核桃接觸點(diǎn)的豎直夾角為α1，刀片與青皮核桃接觸點(diǎn)的豎直夾角分別為α2和α3，如圖2 所示。

此時(shí)青皮核桃的受力為：

A 點(diǎn)剪切力為：

式中：青皮核桃所受鋼絲板刷的擠壓力為F1cosα1，剪切力為F1sinα1。由此可知，青皮核桃脫皮過(guò)程中受到的剪切力與刀片擠壓力在與刀片垂直方向上的合力相等。

1.1.3 刀片板排列方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)受力分析可知，核桃所受鋼絲板刷的剪切力為使核桃脫皮的主要因素。當(dāng)前應(yīng)用較多的板刷式青核桃脫皮裝置，其刀片多為對(duì)稱傾斜分布。當(dāng)青皮核桃在傾斜排布的刀片板上，在水平方向上其受力情況如圖3 所示。

圖2 青皮核桃豎直方向受力分析圖

圖3 青皮核桃水平方向受力分析圖

其中F4是核桃所受鋼絲板刷的剪切力，F(xiàn)5為刀片對(duì)青皮核桃的擠壓力，F(xiàn)6為青皮核桃與刀片板間的摩擦力，α為刀片分布的傾斜角此時(shí)青皮核桃在水平方向的受力為：

因此，青皮核桃在傾斜排布的刀片板與板刷的作用下，當(dāng)隨著鏈板輸送帶和板刷的間隙逐漸減小，鋼絲板刷的剪切力F4逐漸增大使F4cosα 大于青皮核桃與刀片板間的摩擦力F6，青皮核桃與刀片產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而使青皮被刀片劃開(kāi)，同時(shí)由于受到鋼絲板刷剪切力的作用使青皮被剝離。而刀片板傾斜排布時(shí)，當(dāng)青皮核桃與刀片產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后，青皮核桃與刀片板間的摩擦力F6大幅減小，使得鋼絲板刷的剪切力主要與F5cosα 相關(guān)，但由于刀片分布傾斜角α 的存在，使鋼絲板刷的剪切力無(wú)法達(dá)到最大；同時(shí)，如果刀片與鏈板運(yùn)動(dòng)方向垂直分布，則可以使F5cosα 最大，而不受因青皮核桃與刀片產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。因此，本文對(duì)刀片板排列方式進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的刀片排布如圖4 所示。

改進(jìn)后的刀片板包括板體和多個(gè)刀片組件；刀片組件均固定在板體上。刀片組件為三個(gè)刀片圍設(shè)成的三角形結(jié)構(gòu)。在此刀片排布方式下，傾斜排布的刀片可劃開(kāi)青皮，同時(shí)鋼絲板刷可提供部分脫青皮剪切力，而垂直分布的刀片可使鋼絲板刷提供最大的脫青皮剪切力，從而進(jìn)一步提升脫青皮效率與脫凈率。

1.2 青核桃脫皮清洗生產(chǎn)線的改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步降低大型板刷式青核桃脫皮生產(chǎn)線制作及運(yùn)行成本，同時(shí)滿足南疆地區(qū)核桃加工合作社及核桃加工衛(wèi)星工廠對(duì)青核桃脫皮生產(chǎn)效率的需求，項(xiàng)目組進(jìn)一步對(duì)板刷式青核桃脫皮生產(chǎn)線進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)與組成如下：

改進(jìn)的板刷式青核桃脫皮生產(chǎn)線主要由提升機(jī)、板刷式青核桃脫皮機(jī)、青皮分離清洗機(jī)和人工撿拾裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。提升機(jī)用于提升未脫青皮的核桃至板刷式脫青皮裝置的入料口。板刷式脫青皮裝置通過(guò)由鏈板傳送帶帶動(dòng)的刀片板和鋼絲刷板相配合，通過(guò)切削、擠壓和刷剝作用，完成青核桃脫皮作業(yè)。青皮分離清洗機(jī)用于分離脫青皮后的核桃和青皮，并清洗脫青皮后的核桃。人工撿拾裝置用于人工撿出未脫凈的核桃，并進(jìn)行二次加工。

2 青核桃脫皮清洗設(shè)備的性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)采用的設(shè)備是由新疆天伊源農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的6HT-3000 型連續(xù)式青核桃脫皮機(jī)及6HT-3000型連續(xù)式核桃脫青皮清洗生產(chǎn)線。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的核桃物料為新疆主栽的扎343 和新豐核桃混合物料，于試驗(yàn)前3 天采摘并在加工前于自然環(huán)境下放置，青核桃單個(gè)平均質(zhì)量為52.3g，青皮平均厚度為6.3mm，青核桃平均含水率為0.635。

2.3 試驗(yàn)地點(diǎn)

設(shè)備試驗(yàn)示范地點(diǎn)為新疆喀什地區(qū)葉城縣依提木孔鄉(xiāng)核桃加工衛(wèi)星工廠。

2.4 試驗(yàn)方法

開(kāi)啟生產(chǎn)線空轉(zhuǎn)運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，均勻喂入。將青核桃分為三組，每組青核桃的質(zhì)量為100kg，性能測(cè)定3次，取平均值。

2.5 試驗(yàn)指標(biāo)

2.5.1 純工作小時(shí)生產(chǎn)率的測(cè)定

啟動(dòng)生產(chǎn)線待穩(wěn)定后將物料連續(xù)均勻喂入，待物料填滿機(jī)具的工作部件后開(kāi)始進(jìn)行生產(chǎn)力測(cè)試，將分好的核桃倒入機(jī)具中，并同時(shí)測(cè)定開(kāi)始和終止的時(shí)間，純工作小時(shí)生產(chǎn)率按（6）式計(jì)算：

式中：EC—純工作小時(shí)生產(chǎn)率，kg/h；W— 測(cè)定的物料重量，kg；TC—測(cè)定時(shí)間，s。

2.5.2 脫凈率的測(cè)定

生產(chǎn)線正常產(chǎn)出加工后的核桃物料2min 后開(kāi)始取樣，共3 次，每次取樣時(shí)間間隔不小于1min，接樣時(shí)間不少于15s。將樣本中沒(méi)脫凈青皮的核桃挑出，稱其質(zhì)量，按式（7）計(jì)算脫凈率：

式中：A—脫凈率，%；W—樣品質(zhì)量，kg；W0—樣品中沒(méi)有脫凈青皮的核桃，kg。

2.5.3 破損率的測(cè)定

與脫凈率同時(shí)測(cè)定，將樣品中破殼核桃挑出，按式（8）計(jì)算：

式中：A—破損率，%；W—樣品重，kg；W1—樣品中破殼核桃的重量，kg。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)6HT-3000 型連續(xù)式青核桃脫皮機(jī)及6HT-3000型連續(xù)式青核桃脫皮清洗生產(chǎn)線進(jìn)行性能試驗(yàn)，通過(guò)3 次重復(fù)試驗(yàn)并取平均值后，結(jié)果如下：6TH-3000 連續(xù)式青核桃脫皮機(jī)生產(chǎn)率為3.04t/h，脫凈率為95.6%，破損果率為2.6%。

3 結(jié)論

本文研制了一種適用于南疆地區(qū)核桃加工合作社及核桃加工衛(wèi)星工廠的青核桃脫皮設(shè)備及生產(chǎn)線，解決了現(xiàn)有的大型板刷式核桃脫青皮生產(chǎn)線制作運(yùn)行成本高，不適用于小型農(nóng)戶及合作社；而南疆應(yīng)用較多的戶用型柵條彈簧式青核桃脫皮機(jī)生產(chǎn)率較低，脫凈率不高的問(wèn)題。為南疆核桃加工衛(wèi)星工廠的設(shè)備選型提供了適用的裝備及技術(shù)，也為青核桃脫皮設(shè)備與技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)完善奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)裝備技術(shù)的推廣示范，進(jìn)一步提升了南疆核桃采后加工生產(chǎn)效率，降低了加工成本，使核桃通過(guò)加工增值，輻射帶動(dòng)當(dāng)?shù)睾颂耶a(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)戶就業(yè)增收，助力當(dāng)?shù)鼐珳?zhǔn)脫貧。