核桃分级、剥壳及分离一体机设计
压时壳皮上的压力越高。如果某一变形对中型果能很好破壳的话，则同样的变形对小型果来说就显得偏大。反之对大型果则又显得小了。对于变形恒定 (即固定间隙)的核桃破壳机来说，要想对各个尺寸的核桃都能很好的破壳的话，就应该在破壳前对核桃进行分级。
4.2 分级原理及栅式滚筒的结构
为了把核桃分成大小不同的等级，须按尺寸对核桃进行分级，按尺寸特性进 行分级的方法很多，如平面筛、转筒、辊轴等。虽然这些分级装置都是利用孔穴或缝隙的大小进行尺寸分选，但由于它们的结构，分级精度以及对农产品的冲击程度等各不相同。故使用对象也有所不同。具体地说，对于核桃分级来说，上述分级装置基本都能满足要求，但为了降低制造成本和整机尺寸，设计了栅式分级滚筒。其结构见简图。
图18 栅式分级滚筒结构简图
1传动链条 2电机 3出料口 4栅条 5进料斗
4.3 核桃在栅式分级机构里的运动及力学分析
4.3.1 运动分析
由喂料斗喂入的核桃从滚筒的右端(直径小的一端)进入滚筒，随着滚筒的转动，小尺寸核桃率先从栅格中漏下，在重力、离心力、摩擦力以及栅格反力的共同作用下，尺寸大于栅格间隙的核桃继续向左移动，直到栅格间隙大于核桃尺寸时漏下。
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核桃剥壳机分级机构的设计
4.3.2 力学分析
为了使核桃能准确分级，大小尺寸不同的核桃应能及时的互换位置，以增加每一个核桃与下方栅格接触的几率。
核桃在栅式分级滚筒里所受力的大小随位置的改变而变化，但存在三个特殊的位置点，-90°、0°、90°，如图16其中，左图是重力、栅格反力所构成的平面，在右图中所截出的截面图。
当核桃转过的β角在 0°和-90°之间时，核桃所受力及所选X-Y坐标系如图所示。假设此时核桃所受的力恰好是平衡力，即若再转动dβ的角度，核桃就会在X-Y平面内往下滚动（忽略沿栅条方向的摩擦力）。此时有：
∑X方向上：F1sinβ-Nsinβcosθ+Ffcosβcosθ=0 (1) ∑Y方向上：Ncosβcosθ-Fβcosθ=0 (2) 1cosθ-G+Ffsin 图19 核桃在滚筒内的受力图
其中：
β??离心力与Y轴的夹角 θ??中心线与栅条之间的夹角
F1??核桃所受的离心力
Ff??核桃所受摩擦力
μ??摩擦系数 G??核桃自重 ω??滚筒的角速度
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核桃分级、剥壳及分离一体机设计
又F1=mω2R R——离心半径 解以上各式得：
μω2R(cos2β+sin2β)=(sinβμ-cosβ)g (3)
核桃转过的β角在0°和90°之间，由图17所示：
∑X方向上：Fβ)cosθ-Ffsin(180-β)cosθ=0 1cos(180cos(180-∑Y方向上：-Nsin(180-β)cosθ+Fβ)-G+Ffcos(180-β)cosθ=0 1sin(180-解得：
μω2R(cos2β+sin2β)=(cosβμ-sinβ)g (4)
为了使核桃能很好的交换位置，应使核桃在滚筒转过90°之后，在转过最高点之前落下，即应满足：mω2R nπ又因ω= 30解之得：n<30R转/分钟。 πg所以，大小核桃位置交换的条件是： μω2R(cos2β+sin2β)=(cosβμ-sinβ)g (5) n<30R转/分钟 πg 图20 核桃在滚筒内的受力图 4.4 主要参数的确定 4.4.1 分级滚筒转速 为使核桃在分级工位顺利落下，应使核桃对于分级滚筒由右杆移向左杆时，核桃重心低于X轴线。 核桃移动的距离： 1 Vt≤C-D (6) 2核桃下降的距离： t2 y=g (7) 2 第 18 页 （共 18 页） 核桃剥壳机分级机构的设计 因此有： Dg V≤(C-) (8) 2D滚筒转速： n≤取n＝60r/min 4.4.2 分级滚筒锥角 由于核桃尺寸差别不大，故锥形滚筒锥角也不大。锥形滚筒大小端半径为： 1(c1+d)2R1= (10) αsin21(c2+d)2R2= (11) αsin2R-Rtanφ=12 (12) L式中，c1、c2分别为大端和小端栅条距离；d为栅条直径；α为相邻栅条件角；φ为滚筒锥角；L为分级滚筒长度取500mm。 取栅条直径d＝10mm。滚筒共有20根栅条组成。 所以α＝18° 根据核桃的大小可分为5级。分别是：第一级直径25mm≤R≤29mm；第二级直径29mm≤R≤33mm；第三级直径33mm≤R≤37mm第四级37mm≤R≤41mm；第五级41mm≤R≤45mm。 所以取 c1=45mm c2=25mm 计算得:栅条大小端半径分别为R1≈175mm；R2=109mm。 代入相应数据计算得知：Φ＝7.5°。 60Dg(C-) (9) 2πR2D5 核桃剥壳机导向机构的设计 5.1 核桃导向的必要性 第 19 页 （共 19 页） 核桃分级、剥壳及分离一体机设计 对于固定间隙的核桃剥壳机来说，核桃进入剥壳机构的姿态对破壳率和高路仁率有很大影响。由于目前国内核桃品种繁杂，形状、大小各异，既有椭球形的，也有球形的。但总的说来，外形近似为球形，近似度用球度来表示(球度=近似球体直径/最大直径)。对于大部分核桃，由于挤压方向，挤压速度及其品种对压缩刚度无显著性影响，所以从理论上讲，进入固定间隙剥壳装置的核桃都能很好的破壳，不存在进入方向问题。但对于球度小即近似呈椭球形的核桃来说，当其长轴方向与挤压辊轴线平行或呈较小角度时，核桃可随挤压辊一起转动，核桃破壳完全、取仁容易、破碎少。反之，核桃不能随挤压辊转动而造成沿核桃长轴方向的剪切破裂，出现两半破裂，造成仁壳分离困难和仁的破碎，从而降低了高路仁率。因此有必要在剥壳前对球度小的核桃进行导向。 5.2 核桃的可导向性 研究核桃导向的目的就在于通过对核桃物理机械性能的研究，使其长轴P1P2能与挤压辊轴线平行或有一个较小的夹角，此角称为导向摆角α。其分布统计特征值为核桃可导向性指标。根据实验可以看出直径较大的核桃(即球度小的核桃)导向性好，直径较小的核桃(即球度大的核桃)导向性差。由于球度接近1的核桃无须导向，所以对于球度小的核桃来说具有可导向性。 图21 导向摆角图 图22 导向机构简图 5.3 导向装置 根据前人的理论研究及实验数据，导向机构装置如图19如示，该装置由两级导向槽、导向滚轮组成。 第 20 页 （共 20 页）