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塔里木大學
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
課題名稱 分級擠壓式核桃破殼機的設(shè)計
學生姓名 趙 成 偉
學 號 831212425
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 農(nóng)機16-4
指導教師 蘭海鵬
起止時間 2015.11.17-2016.5.29
機械電氣化工程學院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 研究的目的
核桃在地區(qū)有很大的產(chǎn)量，如果只是單一的賣核桃，價格很低，利潤也不高，所以需要進行核桃的深加工，提高利潤率。進行核桃的深加工就需要對核桃進行破殼，而在地區(qū)，很大一部分是用人工破殼，破殼效果差，工作效率很低，大約只有每小時15公斤，所以在此基礎(chǔ)上核桃破殼機應(yīng)用而生。
1.3 研究的意義
本課題設(shè)計先用篩子對大小不同的核桃進行分級，凹型對輥的對轉(zhuǎn)對核桃進行擠壓式的破殼，因為設(shè)計方面的原因，所以能夠大大提高破殼的效率，使核桃破殼從人工破殼方面解放出來，大大提高了勞動生產(chǎn)率，因為破殼后的果仁用于深加工，所以也能夠提高利潤率，增加農(nóng)民收入。因此此項研究很有意義。
二 課題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析
2.1 國外現(xiàn)狀
國外核桃破殼機發(fā)展現(xiàn)狀，核桃年產(chǎn)量在20萬t以上的國家僅有中國和美國。中美兩國的核桃產(chǎn)量占世界核桃總產(chǎn)量的50%左右，而最有代表性、生產(chǎn)水平最高和市場占有份額最大的當數(shù)美國。在美國、澳大利亞以及歐洲等發(fā)達國家，核桃絕大部分都經(jīng)過機械化生產(chǎn)線進行商品化處理。采收通過機械振蕩器將核桃果實振落到地面上，再由機械將果實收集起來，運到加工廠進行脫青皮、漂洗、烘干和帶殼包裝等處理。核桃仁加工也全部機械化，通過破殼機破殼，機械、氣流分選機進行殼仁分離，然后用分色機將果仁分為深色和淺色，最后在根據(jù)核仁大小分級，包裝即可銷售。?
在國外，核桃生產(chǎn)技術(shù)水平、生產(chǎn)率最高的國家，最具代表性的要數(shù)美國。在技術(shù)方面，不管是采收階段還是后續(xù)的破殼工藝機械化程度很高。他們在采摘前，先噴灑果實催熟藥劑乙烯利，然后再用震落機采收，再用脫青皮機脫皮，用清洗機清洗，用烘干機烘干、利用冷庫進行干燥處理和貯藏。待核桃水分脫到一定程度后，再用破殼機破殼，最后殼仁分離是用氣流分選機分離。?
主要核桃破殼機類型有：①Larry?H.Hemry研制的專利號為6098530機械式核桃破殼機。該機的主要結(jié)構(gòu)由機架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機構(gòu)以及動力所組成。機械式核桃破殼機通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅果的破殼。②Kenneth?R.Evans研制的專利號4201126核桃破殼機。該機主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運送到破殼裝置，然后對其進行破殼。③Clarence?Lloyd?Warmack和?Barry?Shawn?Warmack等研制的專利為6516714核桃破殼機。該機主要由機架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機可以成功有效地擊打核桃將其殼仁分離。④John?W.?Brazil發(fā)明的專利號為?4255855核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。⑤Michael?P.Filice，Robert?Lemos?和Robert?P.Baker等研制的專利號為5325769核桃破殼機。該機主要由機架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。
國內(nèi)現(xiàn)狀
核桃要完成破殼的工序是要等青皮脫落后，一定時間內(nèi)核桃本身脫去水分后才進行。在過去，我國核桃破殼主要是靠人工來完成，在一些農(nóng)家地方用專用的小孔模具來撞擊完成破殼工序。隨著核桃業(yè)的不斷發(fā)展，手工破殼已經(jīng)不能完全滿足社會的需要。因此，采用機械式的破殼方式是滿足社會和生產(chǎn)率唯一選擇。?
當前核桃破殼取仁的方法主要有：①離心式碰撞破殼。②化學腐蝕。③真空破殼取仁。④超聲波破殼。⑤定間隙擠壓破殼。其中采用第一種方法破殼時會產(chǎn)生大量的碎仁，所以此方法很少被應(yīng)用；第二種方法，由于在實際操作中仁易受到腐蝕不好控制，產(chǎn)生的廢水廢液還有可能污染環(huán)境，所以應(yīng)用的也很少；第三、四種破殼方法，需要的破殼設(shè)備昂貴，這無疑增加了破殼成本，并且破殼效果也不能達到人們的要求；只有第五種方法值得探索。?
我國堅果剝殼機具發(fā)展緩慢，遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展，在一些生產(chǎn)應(yīng)用的機具中，存在如下幾個突出的問題，因而，難以推廣應(yīng)用。??
(1)剝殼率低。不少剝殼機漏剝或剝殼不完全，果仁去凈率不高，有些剝殼機剝殼率只有50%。這是堅果剝殼機推廣使用的最大障礙。??
(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理，造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴重，碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機具果仁損失率高達20%。??
(3)果仁完整性差。有些機具的設(shè)計，為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象，一味追求剝殼率的提高，導致高的破碎率，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。??
(4)通用性差。一般剝殼機僅能用于某一品種堅果的剝殼作業(yè)，對于不同品種的堅果，不能通過更換主要零部件來實現(xiàn)一機多用。??
(5)機具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。為某類堅果專門開發(fā)的專用機型，在該堅果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時，剝殼機具剝殼性能就變差。??
(6)作業(yè)成本偏高。我國堅果剝殼機具尚未形成規(guī)模和系列，多數(shù)是單機制造，制造的工藝水平低、成本高、也因為通用性差，不能一機多用，使得生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備配置的成本高，致使加工堅果的作業(yè)成本增加。
2.2 技術(shù)現(xiàn)狀
1、 現(xiàn)有的核桃分級裝置主要有：錐輥式分級裝置、圓孔篩分級裝置和柵式滾筒分級裝置三種。
（1）錐輥式分級裝置?
錐輥式分級裝置，采用一對相對轉(zhuǎn)動的錐形輥，如圖3-19，核桃在兩錐形輥的帶動下不停地上升和下落，同時，核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用下沿錐形輥向下移動，直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時，核桃通過間隙落下。?
該裝置分級效果不好，原因①核挑大最喂入時，上層的核挑無法及時地與下層的核桃進行交換，造成前一級的核挑在后一級甚至后兒級才被分離出去，出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象。②由于有相當一部分伎桃是橢球形的，這些核桃在下滑時，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
（2）圓孔篩分級裝置???
圖3-20是圓孔篩分級原理圖，該圓孔篩與水平線的夾角為a?。篩孔由右往左逐漸變大，核桃在重力和離心力的共同作下沿篩壁下滑并通過合適的孔口落下。?
該裝置的一個缺點是，在分級的過程中，有時會出現(xiàn)孩桃堵塞篩孔的現(xiàn)象,?尤其是在核桃大量喂人時。
（3）柵式滾筒分級裝置?
圖3-21是柵式分級裝置簡圖。該裝置是由具有一定錐度的柵條組成的，滾簡的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升、下落，并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動，直至從滾簡中脫出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,?能耗低、分級均勻度高。
2、?新型核桃分級裝置設(shè)計
現(xiàn)有的核桃分級裝置都需要動力源，而且在整體組裝上都很復雜。為避免這些不必要的能源浪費和繁瑣的組裝，現(xiàn)設(shè)計出一種靠核桃自身重力分級的裝置。原理是將核桃分為兩個級別，大于近似球體直徑平均值為31.5838mm的，直接在50mm的上管道內(nèi)通過，小于這個平均值的，核桃在上管道滾落過程中，靠自身的重力掉入下管道，這樣就可以完成分級。
2.3 ?核桃破殼機械的研究重點?
現(xiàn)階段，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，核桃產(chǎn)業(yè)逐年遞增，相應(yīng)的破殼機械種類也有很多，特別是國外的技術(shù)已經(jīng)很先進，在破殼流程中幾乎不用人工的參與，但國內(nèi)的破殼機械還存在一系列的問題，為了使破殼機械在生產(chǎn)中發(fā)揮高效率作用，需要對各個破殼機械裝置進行比較，進行完善其功能。現(xiàn)階段我國核桃破殼機械的研究重點是：
?
(1)提高機械的兼容性和適應(yīng)性。當前，相當多的核桃破殼機械設(shè)計有局限?性，它們只能應(yīng)用在具有特定的地區(qū)生長環(huán)境的某類核桃中，其兼容性和適應(yīng)性較差。提高機械的通用性和適應(yīng)性，通過變換核桃破殼機械的主要部件達到同時具備對其他帶殼堅果進行脫殼加工的功能已成為核桃破殼機械發(fā)展的一個趨勢和新的挑戰(zhàn)，如何研制出滿足兼容性和適應(yīng)性的要求的工作部件，改進技術(shù)工藝，提高生產(chǎn)效率，給核桃破殼機械作業(yè)的發(fā)展提出了新的難題。?
(2)提高機械脫殼率，降低破損率。核桃機械破殼存在的破碎率高、整仁率?低的問題是一直制約核桃實現(xiàn)機械化生產(chǎn)加工的重要問題，對我國核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了一定影響。處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到核桃破殼機械在未來的發(fā)展和應(yīng)用。一方面，提高核桃破殼機械的核心技術(shù)，改進工作部件，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研發(fā)新的脫殼機理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；另一方面，進一步改進和完善整體配置，提高脫殼率，降低核桃仁破損率。?
(3)提高機械自動化，加強自動控制。目前，多數(shù)機械仍脫離不了人工喂料?和人工定位，一定程度上降低了生產(chǎn)作業(yè)速度和質(zhì)量，增加了生產(chǎn)成本。為此，?需要研發(fā)以一種新的人工智能系統(tǒng)，通過機電一體化的手段使脫皮殼機械設(shè)備自動喂料、自動定位。并且保證喂料的均勻和定位的有效性，實現(xiàn)自動化操作，進一步提高作業(yè)的速度和質(zhì)量，提高科學性和精確度，滿足脫殼機械的發(fā)展要求，不斷拓寬國內(nèi)外市場，改變現(xiàn)有的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。?
(4)提高技術(shù)、改進工藝、增加新材料。在這個科技飛速發(fā)展的時代，伴隨?著電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，核桃剝殼機機械結(jié)構(gòu)復雜、材料笨重、工藝落后等問題將被淘汰，隨之而來的是簡單的操作流程、較小的阻力、較長的使用壽命、較少的勞動力、輕便的材料等等，類似的高新技術(shù)將會被應(yīng)用到實際的生產(chǎn)中，這也是核桃脫殼機械在未來發(fā)展中應(yīng)重點研發(fā)的主要課題。
2.3.1 設(shè)計要求
目前核桃破殼機械裝置存在較大的地域差異性，在不同的地方產(chǎn)不同種類的核桃，即大小不一，這樣就造成了核桃破殼機械的局限性?，F(xiàn)設(shè)計的新型核桃破殼機械要能改善地域的差異性，能破多種品種的核桃；分級裝置的改進，能使生產(chǎn)效率提高和降低碎仁率；調(diào)節(jié)裝置的改進，可以針對不同品種的核桃。
2.4 核桃的有關(guān)信息?
核桃是世界著名四大干果之一(還有扁桃、腰果、榛子)，它是胡桃屬落葉喬木，在中國栽培有2000年以上的歷史。據(jù)市場預(yù)測，核桃富含脂肪(70%以上) 及蛋白質(zhì)(20%)，是高熱能營養(yǎng)食物，又是無膽固醇的綠色保健食品，有著廣闊的國內(nèi)外市場，歷來被稱為“木本油料”、“鐵桿莊稼”，是中國開發(fā)山區(qū)林業(yè)生產(chǎn)的重要經(jīng)濟樹種。目前，全國25個省、市自治區(qū)都有核桃分布，面積有1000多萬畝，2億多株，以云南、山西、陜西、河北、甘肅、河南、四川、北京、山東、產(chǎn)量最多，約占全國總產(chǎn)量的85%以上，并且是我國傳統(tǒng)出口物資之一。?
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。我國核桃總產(chǎn)量約31萬噸，全國人均占有0.?24kg。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。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。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。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(wù)之急。?
核桃也是我國干果類商品出口之一，加工和出口的季節(jié)性比較強。核桃取仁在我國歷來靠手工，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(shè)大忙季節(jié)，任務(wù)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。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)。從經(jīng)濟上說，國際市場核桃仁各質(zhì)量等級的差價甚大。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。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。手工分散加工，這些碎末都浪費了。研制核桃取仁機的具體任務(wù)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。
三、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析
3.1 課題任務(wù)要求
本裝置主要是為了將核桃破殼這道工序從手工破殼解放出來，其中最突出的特點就是效率要高，單位時間內(nèi)的破殼量要大，而且還要適當?shù)恼疹櫿事?，不能夠有太多的碎仁?
3.2 課題設(shè)計預(yù)期目標的可行性分析
本裝置主要是通過機械加工的手段對核桃進行破殼，通過對國內(nèi)國外的一些破殼機械的研究，在與本裝置進行對比，在機械的原理上是行的通的。再根據(jù)一些力學性能指標，本裝置是完全符合的。綜上所述，該設(shè)計是可行的。
四 本課題需要重點研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 本課題需要研究的重點問題
需要對核桃進行分級，分類，然后分別進行破殼，提高整仁率。破殼的效率要高，單位時間內(nèi)的破殼數(shù)量要明顯高于人工。
4.2 本課題需要研究的難點問題解決的思路
通過對核桃大小的研究，設(shè)計合理大小篩孔的篩子，通過振動作用，將核桃分級。分級后不同大小的核桃先后通過擠壓輥進行擠壓，擠壓的縫隙通過調(diào)整動擠壓輥來調(diào)整，以便不同的核桃通過，提高整仁率。
五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
完成本課題所必須做的工作有利用學校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料，了解核桃的基本性質(zhì)，破殼機的結(jié)構(gòu)、原理等，了解各種類型的破殼機的特點。關(guān)鍵問題可請求老師指導或通過同學討論，選擇適合的破殼機類型，對擬定的破殼機進行設(shè)計，計算，利用Auto CAD等繪圖軟件繪制出破殼機的零件圖，裝配圖，反復對設(shè)計內(nèi)容進行檢驗、校核。
六 工作方案及進度計劃
工作方案：設(shè)計總體含括→分級裝置設(shè)計→破殼部分裝置設(shè)計→動力裝置設(shè)計→機箱及外圍設(shè)備設(shè)計→機體有機組合。
進度計劃：
第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解核桃破殼機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第2周—第5周 設(shè)計核桃破殼機的總體方案。
第6周—第9周 對核桃破殼機的結(jié)構(gòu)進行具體設(shè)計。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準備答辯。
七 參考文獻?
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