【正文】 ??? ? ????? ? ? ? ????? (33) 2221 1 12p l uN K e i K e r K e r K e irl? ? ? ? ?? ? ? ??? ????? ? ? ? ??? ??????(34) 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 11 ? ? 112pM Ke r u Ke i? ?????? ?? ? ? ????? (35) ? ? 112pM u K e r u K e i? ?????? ?? ? ? ????? (36) 222pl uQ K e r K e ilr? ??? ?????????? (37) 式中 Ker?? ， Ker? ， Kei?? ， Kei? 都是零階湯姆生函數(shù)，無為復雜的無窮級數(shù)展 開式。當 ? = 2? 時， 即最大圓截面 上的 2pNN r???? ? ?。在圓截面上的內(nèi)力 N? 可由靜力平衡關系得。 在集中力作用點附近區(qū)域采用彎矩理論計算內(nèi)力 N? ， N? ， M? ， M? ，Q? 。但在集中力作用點附近區(qū)域彎曲力矩很 大，不能忽略。 它們的正方向示于圖32 中。需分析綿核桃受力時的內(nèi)力和位移規(guī)律。上平臺與鋼環(huán)連接成一體，當搖動手柄使下平臺上升擠壓綿核桃時，鋼環(huán)受到壓縮，壓縮量由千分表讀出，換算成相應的壓力 P，綿核桃殼的壓縮變形量 ? 決定于 搖動圈數(shù) N，而 ? 與 N 的關系為 ?? ，在擠壓破裂之前，壓力和壓縮變形基本上保持線性關系，即 PK ?? ， K 稱為 壓縮剛度，相同的 K，意味著力學性質(zhì)基本相同。因此，當仁上承受的擠壓變形量大于 ~1 時，仁將破碎。手搖轉(zhuǎn)速為 1 轉(zhuǎn) /秒。對表面 24 進行方差分析，當顯著性水平 ? = 時，不同位置間的殼厚差異不是顯著的，因此 ， 可以認為綿核桃的厚度是均勻的。 假定綿核桃的體積等于截距為 A、 B、 C 的三維尺寸橢 球 的體積，外接 球 的直徑是橢 球 的最大截距 A，則 球 度表達式為 ： 球 度 =? ?1/2ABCA = 幾何平均直徑 /最大直徑 =近似 球 體直徑 /最大直徑 綿核桃的厚度 對于整個綿核桃，除了結合線上的殼厚度較大以外，其它各個位置的殼厚基本上是一樣的。 （ 2） 綿核桃的三維尺寸存在縱徑、橫徑、棱徑，但在 ? = 水平下 三維尺寸 有高度顯著變化，可 近似 簡化為 球 。本課題先用鄖陽地區(qū)的核桃作為研究對象。 目前，綿核桃的總量占全部核桃的 80%~90%,隨著無性 繁殖 的推廣和品種的進一步改良，夾核桃的機械剝殼取仁。它包括紙皮、薄殼和中殼核桃品種群。人工取仁只能用錐子挑出桃仁，機械只能取 碎仁。 從表中可見，紙皮核桃、薄殼核桃和中殼核桃品種群易于用機械剝殼取仁剝畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 4 殼比較完整。 表 21 核桃品種群的劃分標準 品種群 核桃殼厚度 含仁率 橫隔壁 內(nèi)褶壁 取出仁 紙皮核桃 65 退化 退化 全仁 薄殼 核桃 1~ 50~60 呈膜質(zhì) 退化 半仁 中殼 核桃 ~ 41~49 呈膜質(zhì) 不發(fā)達 1/4 仁 厚殼 核桃 41 呈膜質(zhì) 發(fā)達 碎仁 注： 橫隔膜是指分隔開兩半仁的十字架式的薄膜。殼表面沿縱徑方向分布著長條溝紋，結合 線下半部平，上半部微隆起，約 1~2mm 鐵核桃類群 個 品種群的核桃外表近似球形，殼表面分布較深的坑點，結合線寬而隆起約2~3mm 品種群 核桃殼厚薄，含仁率高低相近似的一些品種稱為品種群。通常稱前者為北方核桃，后者為南方核桃。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 3 第二章 核桃的基本性能 核桃的分類 類群 形態(tài)特征和生態(tài)類型具有統(tǒng)一性的品種群稱為類群。 在我國，如陜西、山西的核桃剝殼機，性能不甚好，我國出口的核桃仁全都是手工砸取，勞動生產(chǎn)率低，且菌感染指數(shù)高于國 際食品衛(wèi)生法規(guī)定的標準，影響了桃仁的品質(zhì)，降低了換匯率。我國核桃資源豐富， 1993 年全國產(chǎn)量達到 萬噸，如何有效去殼，對滿足人們生活需要和換取外匯都有著重要的意義。目前整體核桃仁在國際 市場上的價格是帶殼核桃的幾十倍，且核桃?guī)け４嫒菀酌範€。研制核桃取仁機的具體任務是尋找適當?shù)?、特別是保證取仁質(zhì)量的破殼工藝方法 ,研究實現(xiàn)這一工藝方法所要求的機器。核桃仁中約占 5%的碎末可以集中榨油 ,大量的核桃殼是做活性炭的好原料。從經(jīng)濟上說 , 國際市場核桃仁各質(zhì)量等級的差價甚大。核桃取仁我國歷來靠手工 , 一人一天平均僅能砸 30斤核桃 , 取仁約 12斤 , 以天津口岸年出口核桃仁 5000噸計 ,僅取仁一項需占用勞力 80 多萬個勞動日 , 而且 , 加工和出口的時間正值三秋和農(nóng)田基本建設大忙季節(jié) , 任務重 , 時間緊 , 形成與農(nóng)業(yè)爭勞力的局面 , 所以 , 實現(xiàn)核桃取仁機械化 , 對解放勞動力 , 支援農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義 。 人工剝殼難以滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ,故研制高效剝殼機已成當務之急。針對核桃加工存在的問題和市場的需求 ,確定核桃加工工藝 ,除脫青皮、分級、清洗、脫水、烘干、去殼、仁殼分離與包裝外 ,還可進一步深加工。我國核桃總產(chǎn)量約 31 萬 噸 ,全國人均占有 0. 24kg。畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 1 第一章 緒論 引言 我國的核桃栽培面積約 130 萬 hm2 以上 ,主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場上 ,核桃與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界 4 大干果 ,核桃作為保健食品早已被國內(nèi)外所認識。這與國際上一些國家相比相差甚遠 ,如美國人均占有核桃 1. 5kg,是我國的 6 倍。在加工中 ,存在的問題是核桃脫殼比較困難 ,主要由人工完成。 核桃 也 是我國干果類傳統(tǒng)出口商品之一 , 加工和出口的季節(jié)性比較強。 核桃出口國家較多 , 進口國家比較集中 , 國際市場斗爭十分激烈 , 實現(xiàn)核桃加工機械化 , 有利于我們搶時間 , 爭速度 , 支援外貿(mào)。機械取仁有希望提高取仁質(zhì)量 ,增加外匯 , 同時 , 大規(guī)模集中加工 , 便于綜合利用。手工分散加工 , 這些碎末和殼都浪費了。 研究目的及意義 為了了使堅果食品增值，近年來各國都在加工制造成品方面想辦法。因此，尋求效率高 .質(zhì)量好的脫殼方法，是發(fā)展的必然。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 2 堅果類破殼問題的研究，如蘇聯(lián)專利破裂松果的仿佛，日本專利破除栗殼的方法，我國對棉核桃殼剝?nèi)∪蕶C理的研究，在理論和實踐方面都做了有益的探討，但均未解決好核桃去殼取仁的問題。在國內(nèi)的市場銷售，對人民不利。我國核桃品種分為核桃類群和鐵核桃累群。 核桃類群 各品種群的核桃外表近似球形。我國核桃品種基本上可劃為四個種群，劃分標準件表 21 及圖 24 品種 品種的命各主要是依據(jù)堅果大小形狀、核桃殼表面特性、產(chǎn)品地等。 內(nèi)褶壁式指凹凸不平的內(nèi)壁。而厚殼核桃品種群難以剝殼取仁，起原因是橫膈膜成故知，內(nèi)褶壁發(fā)達，把仁夾嵌在殼里。因此，根據(jù)核桃 圖 24 核桃的內(nèi)部結構 剝殼難易程度，可將各品種核桃分為兩類： （ 1） 綿核桃 指核桃殼厚小于 2mm，橫膈膜退化或 成膜質(zhì)、革質(zhì)，內(nèi)褶壁退化或不發(fā)達，可取得 1/4 或半仁。 （ 2） 夾核桃 指核桃殼厚超過 2mm，橫膈膜呈骨質(zhì)，內(nèi)褶壁發(fā)達的厚殼核桃品種群。由于綿核桃品種很多，對于本課題不能全部都進行試驗研究，只能選取若干種有代表性的綿核桃品種。 綿核桃的測定和分析 三維尺寸 用游標卡尺測量出 100 個綿核桃的三維尺寸，統(tǒng)計處理后得出均值 、方差等見表畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 5 22，直方圖如圖 26，對三維尺寸進行方差分析見表 23 圖 25 綿核桃的三維尺寸 圖 26 三維尺寸直方圖 表 22 綿核桃的三維尺寸統(tǒng)計表 位置 均差 均方差 變異系數(shù) 近似球體直徑 球度 縱徑 % 橫徑 % 棱徑 % 綿核桃三維尺寸方差分析表 23 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 6 方差來源 平方和 自由度 均方 F 值 臨界值 位置之間 84． 19 2 42． 10 640 6． 91 誤差 1952 297 6． 57 總和 2036 299 6． 81 對測量結果進行分析，可得出如下結論： （ 1） 絕大多數(shù)綿核桃的三維尺寸都在 27~37 之間，其數(shù)量占總綿核桃量的 95%左右。 （ 3） 綿核桃外形 近似 為 球 ， 近似 程度用 球 度來表示， 球 度的定義為 球 度 =DEDC 式中， DE是與物體體積相同的 球 體直徑 DC最小外接 球 體直徑。為了說明問題，對于每個綿核桃，我們測量了四個位置的殼厚，即頂端 底部 結合線附近 3 及最凸處 4， 隨機測量了 20 個綿核桃，故樣本 N=20，對測量值進行統(tǒng)計處理，結果見表 24。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 7 圖 28 棉核桃殼厚 內(nèi)容 均值 均方差 變異系數(shù) 最小間隙 0． 67 0． 385 57． 5% 最大間隙 1． 86 0． 546 29． 6% 殼、仁的含水率 殼碾 壓成碎粒，仁切成薄片，各稱取 5 克，在 105 度下烘干至衡重 W，則 含水率 為5 100%5W? ? ，根據(jù)這種測定方法，對殼，仁各測定了 5 次，統(tǒng)計平均值見表 27 表 27 殼，仁含水率 內(nèi)容 均值（ %） 均方差（ %） 變異系數(shù)（ %） 殼 10． 4 0． 98 9． 4 仁 4． 3 0． 42 4． 0 壓碎綿核桃仁所需的擠壓變形量 隨機地取出 20 個綿核桃，砸取出兩個完整的半仁，再隨機地取出 30 個半仁，半仁豎直地放置在單軸壓力測定儀的上下平臺之間，測定仁上出現(xiàn)裂紋所需的擠壓變形量，擠壓時由于仁中間部位彎距大，因而仁都在中間位置出現(xiàn)裂紋。對擠壓變形量進行統(tǒng)計處理，結果見表面 28。 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 8 表 28 仁破裂時的擠壓變形量 均值 均方差 變異系數(shù) 0． 84 0． 118 14． 1% 綿核桃機械特性的測定和分析 靜剛度 為了測定綿核桃的靜剛度，只需測出綿核桃在一定壓力下的變形即可，為此，我們用單軸壓力測定儀。為了說明問題，擠壓方向選取四個水平，即橫徑、縱徑、棱徑和任意方向，靜剛度 K 的方差、均值和變異系數(shù)見表，當顯著性水平 ? = 時，不同位置間的靜剛度差異不是顯著的，因此，可以認為綿核桃殼的靜剛度是均勻的，靜剛度為 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ———————————————————————————————————————————— 9 第三章 綿核桃剝殼的力學分析 前面對 綿核桃的物理機械特性進行了測定和分析，認為綿核桃可簡化為各向同性的均勻的薄球殼，為了找到綿核桃剝殼取仁最合理的擠壓方式、集中力的對數(shù)、擠壓速度及擠壓塊結構參數(shù)等。 均勻薄球殼在一對法向集中力作用下的內(nèi)力 圖 31 表示一對法向集中力 P 作用在均勻 薄球殼 上， 球 殼的每一個微小截面上都存在著兩類內(nèi)力，即薄膜力 N? ， N? ， 彎曲 力矩 M? ， M? 及橫向剪力 Q? 。 圖 31 一對法向力集中作用在 球 殼上 圖 32 兩類內(nèi)力示意圖 畢業(yè)設計（論文）專用紙 ————————————————————————————————————————————