【正文】 克服的技術(shù)難題 。 松籽脫殼最早是 采用的 手工脫殼法， 生產(chǎn)效率 相對 比較低 和困難 ，勞動成本高，加工質(zhì)量 無法有效 保證。后來又出現(xiàn)了化學 蒸汽 、熱力 解決 、機械 加工 、能量等方法 脫殼。 這些方法都有其本身的缺點和不足。 進入 80 年代，隨著產(chǎn)量的增加，國內(nèi)外均對松籽剝殼技術(shù)與設(shè)備進行了大量的研究。 目前國內(nèi)松籽加工主要以手工為主，生產(chǎn)效率比較低，加工成本高，加工質(zhì)量難以保證，而剝殼機大多面臨剝殼率低和松仁完好率低等問題。因此，松籽剝殼機的研究設(shè)計有非常重要的現(xiàn)實意義。 北華大學學士學位論文 2 國內(nèi)外松籽剝殼技術(shù)的研究 常溫機械及高壓氣流聯(lián)合脫殼法 該方法是 先 將 新 鮮 的 松籽在高速旋轉(zhuǎn) 的 輥刀和高速打擊片 中進行破殼 ，在刀棍的作用下 先 將松籽外皮 初步 破 碎 ，再由高速 旋轉(zhuǎn)的 鋼片將松籽外殼 去 掉，然后松籽進 入高壓氣流脫皮機，在這里松籽被近一步脫殼。這種設(shè)備剝殼率較小，但紅衣去凈低，一般要配置專門的紅衣二次去除設(shè)備。同時，這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，部件制造精度要求高，價格昂貴。 火燒脫殼法 這種方法大多 用液化氣火焰在高溫下將松籽外殼 先 燒掉，然后對未 完全 燃盡的松籽進行擠壓 式去 皮，這種方法脫殼率很高，但燃燒溫度 不容易很好地 控制， 這種方法 工藝獨特，屬外國專利，故整套設(shè)備價格昂貴，在國內(nèi) 比較難 推廣。 蒸汽脫殼 法 首先先將松子打磨、去皮、拋光后用堿性水溶液浸泡，再用高溫蒸汽機進行開口，然后在進行人工敲打的方法 使松子開口去殼的方法，不僅違反食品安全生產(chǎn)，更主要的是松子經(jīng)過高溫蒸汽并且去殼后的松籽含有大量的水份，使其原有的營養(yǎng)價值盡失。這種方法成本低，技術(shù)含量低容易入門。但是加工效率低，并且破壞了松籽的營養(yǎng)成份，耗費人力。 機械脫殼法 將松籽裝在密閉的容器中，利用 高速刀具不斷脫去松籽 外 殼的 方法 。刀棍 的 速度 是可調(diào) 結(jié)其快慢 ，沿軸向喂入的松籽在 高速旋轉(zhuǎn)的組合刀具下逐漸分離破碎 。這種方法雖然脫殼率較高，但 對 松仁 的完整性不能很好地保證 ，經(jīng)脫殼后需進一步加工處理 來獲得松仁 ，同時增設(shè)了松籽的篩選工序，造價較高 ，不宜大面 積推廣使用。 真空爆殼機 首先就是要對松子進行一定的干燥處理 ， 之后 同時通過蒸汽管道和內(nèi)部空心加熱板，對干燥室內(nèi)的松籽進行間接加熱；加熱的同時，干燥室不斷旋轉(zhuǎn)使松籽不斷與壁碰撞和攪拌提高傳熱效率，縮短干燥時間，最后松籽殼爆開脫殼 。 國外研究狀況 國外早在二十世紀六十年代初期，就針對各種堅果剝殼機具展開了研發(fā)和實驗，到八十年代初期，美國、意大利、法國等相繼在市場推出了各種堅果剝殼機，其加工的技術(shù)相對較完善，在之后的數(shù)十年的發(fā)展過程中，堅果剝殼機具已經(jīng)日趨成熟，目前正朝著機電一體化方向快速發(fā)展 。 松籽特性的研究 松籽由封閉的外殼和籽仁構(gòu)成 , 松籽仁的外層緊裹著一層很薄的紅衣皮 , 在紅衣皮之外則是堅硬、粗糙的松籽殼 , 除松籽籽臍處的紅衣皮與松籽殼粘連外 , 兩者之間存在間隙。以 X向表示長度方向， Y向表示寬度方向， Z向表示厚度方向。 模型如下： 該幾北華大學學士學位論文 3 何模型由四片曲面構(gòu)成，其中①、②、③、④是這四個曲面的一部分。 N1FN 、 N1F2N2是相貫線，兩者構(gòu)成第一分型面。 N1AN2 、 N1BN2是相貫線，兩者構(gòu)成第二分型面。直線N1N2是相貫線公共弦。在松籽的幾何模型中，主要的特征參數(shù) D松籽直徑（ N1N2）是設(shè)計和研究松籽脫殼機的重要參數(shù)之一 。 圖 11 松籽幾何模型 查 [3][4]得知松籽的三向尺寸如表 11： 表 11 松籽的三向尺寸（ mm） 松籽 y方向的尺寸分布概率如表 12： 表 12 Y方向幾何尺寸概率分布 北華大學學士學位論文 4 松籽的殼皮厚度如表 13: 表 13 松籽皮殼厚度（ mm） 松籽殼仁間隙如表 14，從中顯示， Y向間隙最大， X向次之， Z 向最小。 表 14 松籽殼仁間隙（ mm） 松籽殼體的靜摩擦系數(shù)如表 15： 表 15 松籽殼體的靜摩擦系數(shù) 松籽 Y向破殼力、位移和間隙如表 16: 表 Y方向的破殼力、位移及間隙 通過對松籽殼體的三向尺寸與概率分布、殼仁間隙、靜摩擦系數(shù)等數(shù)據(jù)的分析研究得知。 a. 由于 松籽 的外形 尺寸差異很大 , 采用碾壓式破殼 的方式 時應預先按尺寸 進行 分級； 松籽殼體厚度相差 不大 , 可認為是 同 等厚度； , 其破殼力有顯著差異 , Y 向居中 , 沿 Y 向殼仁間隙最大 , 且位移最小 , 建議設(shè)計破殼機時 , 沿 Y向?qū)λ勺褦D壓或碾壓。 北華大學學士學位論文 5 第二章 總方案的確定 各種剝殼方案的探討 松籽原料在脫 殼加工前要進行預處理，其目的在于去除雜質(zhì) ， 石塊等異物避免損壞機器中的有關(guān)零件；自然干燥使松籽含水量降至 69%有利于崩殼和防霉儲存；清除松籽外表面的附著物有利于松籽機械脫殼以及防止對松仁的污染。 松籽剝殼是松籽加工中一道主要工序 ,松籽一次剝殼率和果仁完整率是衡量剝殼機性能的兩個重要指標 ,而影響這兩個指標的關(guān)鍵是剝殼方式 （ 指機械方式 ） 。就目前 市場上 投入使用的剝殼機 ,其主要還是以保證其脫殼的高效率及其完整性為主。這也是我們研究的主要內(nèi)容。 總結(jié)人們手工錘擊破殼取仁且保證仁完好無損有以下要點 ： 根據(jù)人們?nèi)粘Ｊ止て?殼的經(jīng)驗而言，最省力成功率最高的方法是敲擊沿著松籽寬度最大的載面，利用松仁與松籽外殼之間細小的間隙從而破開堅硬的外殼，假設(shè)松籽外殼為空心殼體是正確的，通過觀察分析可知，松籽殼的組織為無纖維、無方向性。松籽殼經(jīng)過干燥后的力學特性是脆性材料，破殼時的彈性變形是可以忽略不計的，我們研究機械脫殼把松籽的幾何形狀簡化找出其共性，利用其共性研究其幾何特征 。 干燥后硬殼的力學特性屬脆性材料 ,極微小的彈性變形可略而不計否則 ,在錘擊破殼時 ,彈性變形大 ,就不能很好地保證松仁的完整性。 沖擊式剝殼方式 這種方法就是利用 破碎碰撞原理，把松籽放入料斗中然后進入高速旋轉(zhuǎn)的導管中 ,在導管中被加速后射向罩殼內(nèi)壁，在壁面反射力作用下，硬殼破碎脫落，漏出松籽。在不同速度下可以控制松籽的進入量。這種的機械加工方法的加工效率較低，并且?guī)в幸欢ǖ奈ｋU性，并且松籽松殼加工后混在一起不便分離。故這種方法沒有用于大量生產(chǎn)中 。試驗臺如圖 。實驗數(shù)據(jù)如表 21 所示。 圖 21 沖擊式剝殼方式原理圖 北華大學學士學位論文 6 從下表 21中可以看出：轉(zhuǎn)速增加 ,破殼率增加 ,但完整率下降 。 群體喂入的剝殼率、完整率均低于單體喂入方式 ,其原因是群體喂入有兩次碰撞的現(xiàn)象 。 在最佳工藝條件下工作時 , 剝殼率和完整率均為 37%,顯然遠遠不能滿足生產(chǎn)要求 , 故未被應用于生產(chǎn)中。 表 21 轉(zhuǎn)速與剝殼率、完整率的關(guān)系 剪切剝殼方式 這種加工方法是利用剪切力作用在松籽殼上，使殼破裂的方式。其機器的運作基本原理如圖所示，松籽放在一塊固定的糟板和運動的槽板中，當運動槽板向右運動時，受到剪切力（同時包含些許及壓力），當達到強度極限時松子殼破裂。這種方法只能單次順序的將松子一粒一粒的送入槽中，并且不能很好的保持松仁的完整性。故不適宜大量高效的投入生產(chǎn) 。 其原理圖如圖 22 所示。 圖 22剪切剝殼方式斷面工作其原理圖 在試驗臺上進行試驗測得：一次剝殼率 85%，完整率 55%。在試驗中發(fā)現(xiàn) , 當動槽板凹槽左端接觸到松籽后再繼續(xù)向右運動時 ,松籽殼發(fā) 生剪切變形 , 并很快達到極限破裂但此時動槽板仍繼續(xù)向右運動 ,壓迫已破碎的碎殼造成 松 仁二次損傷 ,容易破壞松仁， 由此推斷 ,這種 剪切剝殼方式也不能很好地滿足生產(chǎn)需要。 這種加工方法是利用松子殼受壓易破碎的性質(zhì)，將手工沖壓原理的錘的往復運動變?yōu)殡p軸的回轉(zhuǎn)運動，并賦以控制松子著力點位置。機器的基本原理如圖所示：松子由振轉(zhuǎn)速 （ r/min） 單粒喂入 群體喂入 剝殼率（ %） 完整率（ %） 剝殼率（ %） 完整率（ %） 620 60 750 35 820 12 北華大學學士學位論文 7 動進給器進行定量的送料，保證松子沿寬度方向受擠壓，使其松子殼在兩個梯形槽之間受力被擠壓碎裂。這種方法經(jīng)過大量的實驗和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一次的破殼率高達 76%，完整性在 92%左右 。 破殼原理 如圖 23所示。數(shù)據(jù)得出：采用適當?shù)姆旨壓退勺盐谷敕绞?，對輥擠壓方式基本滿足生產(chǎn)實際要求。 圖 23對輥擠壓工作原理圖 斜槽面自動分級擠壓方式 從對輥擠壓剝殼方式中我們看到 :松籽寬度尺寸 (或間隙 )對松籽剝殼率、完整率影響很大 ,機器工作前需嚴格將松籽分級 ,造成成本提高。為解決這個問題 ,我們又設(shè)計了一種松籽斜槽面自動分級擠壓方式 ,其工作原理如圖 24所示。 圖 24 斜槽面自動分級擠壓工作原理圖 松籽由槽面振 動輸料器定時、定向供料 ,使其松籽沿寬度方向。喂入槽間 ,停留在斜槽某一位置 ,與此同時動斜槽板在凸輪、挺桿的推動下向左移動 ,擠壓松籽使殼破裂 ,而仁完整。隨后動斜槽板向右移動 ,松開夾持的松籽 ,使其自由下落落 ,而后 ,動斜槽板又在北華大學學士學位論文 8 彈簧的作用下回復到待料狀態(tài)。就這樣循環(huán)工作 ,凸輪的各種狀態(tài)的相角與輸送器配套、協(xié)調(diào)。但此種方法松籽只在同一部位受到擠壓作用，很難保證為了的有效剝離，其次，穩(wěn)定性差，剝殼率低。 總體方案的選定 本次課題設(shè)計的對軸式松籽脫殼機采用的是雙軸梯形槽碾壓式去殼，機械機構(gòu)簡圖如圖 所示。其主 要是由松籽下料斗、對軸梯形槽碾壓系統(tǒng)、電機傳動系統(tǒng)、傳送帶傳送系統(tǒng)及主體機架等重要部分組成。 工作過程如下：松籽由喂料裝置的喂料斗 1 經(jīng) 渦眼輪式喂料輥 2將松籽均勻的排列經(jīng)由滑道 3 送入破殼部件，使松籽的受力在 y方向，松籽在雙壓輥的作用下破殼，破殼后的松籽下落到分離篩 9 上，凸輪軸 5 帶動分離篩子震動，使松籽剝殼后的殼仁進行分離。 剝殼 機的關(guān)鍵部位是一對相向回轉(zhuǎn)運動的輾壓輥來破開松籽的硬殼。這對輾壓輥的結(jié)構(gòu)輾壓輥由數(shù)個輾壓輪組成，輪表面加工成環(huán)形圓弧槽，在每個槽的表面上再加工多個小三角小槽，這樣兩個對應輪的弧形槽構(gòu)成了橢 圓孔型，該橢圓孔型的長軸與輾壓輪軸線平行。 該設(shè)計采用 渦 眼輪式喂料輥使松籽沿 Y向進行剝殼，這樣使松仁完好率高，生產(chǎn)率高，體積小、重量輕、能耗低及衛(wèi)生條件好等特點 。 、減速器 圖 25 松籽剝殼機工作原理圖 北華大學學士學位論文 9 第三章 松籽剝殼機部件的設(shè)計 松籽破碎力學分析 松籽在擠壓輥問所受到的力：一個是擠壓輥的正壓力 Pn：另一個是松籽與擠壓輥 (即鋼鐵材料 )問的摩擦力 Pt（圖 31），因單個松籽質(zhì)量很小，其重力在此忽略不計。 Pny為 Pn在垂直方向上的分力．它促使松籽設(shè)脫離擠壓輥。 Pry為 Pr在垂直方向上的分力，它將松籽拉入擠壓輥間。要想使松籽在擠壓輥問被央持不滑脫，能順利導入的條件為： 圖 31 松籽在擠壓輥中間的受力分析 nyry PP ? （ ） ?? sinco s ??? nt PP （ ） nnr PtgPfP ???? ? （ ） ?tgf ? （ ） 式中： Pn—— 正壓力； Pf—— 摩擦力； f—— 摩擦系數(shù)； ψ—— 松籽與擠壓輥之間的摩擦角。 將（ 3）式代入（ 2）式得 f≥ tg? ，代入（ 4）式得 tg? ≥ tg? 。 即 （ ） 式中： ? —— 正壓力與水平方向的夾角。（ 5）式說明，為保證破碎輥能攫取松籽，必須北華大學學士學位論文 10 使攫取角小于等于摩擦角。查表 5松籽殼與鋼的平均滑動摩擦力系數(shù)為 tg? =， ? =。 破碎輥間隙計算 圖 32 破碎輥間隙示意圖 擠壓輥間隙見圖 32所示。松籽破殼加工時擠壓輥間隙與松籽厚