1、西安理工大学毕业设计（论文） 题 目 核桃自动去壳机的结构设计 专 业 学 号 学 生 魏莱 指 导 教 师 答 辩 日 期 西安理工大学摘要核桃作为一种营养丰富的坚果，在食品加工和日常消费中具有广泛应用，但其坚硬的外壳给去壳加工带来了较大困难。传统人工去壳方式效率低下、劳动强度大，且易造成果仁破损，难以满足现代化生产需求。因此，研发高效、稳定的核桃自动去壳设备成为提升核桃产业加工效率的重要课题。本文针对核桃的特殊物理特性，设计了一种基于仿生刮板挤压式剥壳机构的自动去壳机，旨在解决现有设备破壳效率低、果仁损伤率高的问题。研究首先对核桃的基本性能进行了测定与分析，包括三维尺寸、壳厚度、挤压变形量
2、及含水率等，建立了力学模型，为结构设计提供了理论依据。通过对比三种剥壳方案，最终选择仿生刮板挤压式方案作为主体设计，其具有冲击力集中、整仁率高和结构紧凑等优势。关键部件设计中，采用V带传动系统，优化了主轴、轴承和半栅笼等结构，确保设备在电机功率1.5kW、转速1500r/min的条件下，实现每小时5065kg的去壳效率。引入仿生学理念，将刮板边缘设计为鹰嘴仿生曲面，实验表明仿生刮板在短轴、垂直和长轴方向上的冲击力均优于传统刮板，显著提升了剥壳效果。关键词：核桃；自动去壳机；仿生刮板；力学特性AbstractWalnut, as a nutrient-rich nut, has a wide r
3、ange of applications in food processing and daily consumption. However, its hard shell poses significant challenges for shelling. Traditional manual shelling methods are inefficient, labor-intensive, and prone to kernel damage, which cannot meet the demands of modern production. Therefore, developin
4、g efficient and stable automated walnut shelling machines has become an important issue for improving the processing efficiency of the walnut industry. This paper designs an automatic sheller based on a bionic scraper compression shelling mechanism, targeting the unique physical properties of walnut
5、s, aiming to solve the problems of low shelling efficiency and high kernel damage rate in existing equipment.The study first measured and analyzed the basic properties of walnuts, including three-dimensional dimensions, shell thickness, compression deformation, and moisture content, and established
6、a mechanical model to provide theoretical basis for structural design. After comparing three shelling schemes, the bionic scraper compression scheme was chosen as the main design due to its advantages of concentrated impact force, high intact kernel rate, and compact structure. In the design of key
7、components, a V-belt transmission system was used, and the main shaft, bearings, and half-grid cage were optimized. The machine can achieve a shelling efficiency of 50-65 kg per hour under the conditions of a motor power of 1.5 kW and a speed of 1500 r/min. Moreover, the bionic concept was introduce
8、d to design the scraper edge as an eagle-beak bionic curve. Experiments showed that the bionic scraper outperformed the traditional scraper in terms of impact force in the short-axis, vertical, and long-axis directions, significantly improving the shelling effect.Keywords: Walnut; Automatic Sheller;
9、 Bionic Scraper; Mechanical Properties目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1研究背景11.2研究目的与意义11.2.1研究目的11.2.2研究意义21.3国内外研究现状21.3.1国内研究现状21.3.2国外研究现状31.4研究内容与方法31.4.1研究内容31.4.2研究方法3第2章 核桃的基本性能52.1核桃的功效与作用52.2核桃的分类52.2.1按地方差异分类52.2.2按壳的薄厚分类62.2.3按取仁的难易程度分类62.3绵核桃的测定和分析62.3.1三维尺寸62.3.2绵核桃壳的厚度72.3.3压碎绵核桃仁所需的挤压变形量82.3.
10、4绵核桃的含水率8第3章 核桃剥壳机主体方案设计93.1核桃剥壳机主体方案设计93.2核桃自动去壳机的结构103.3工作原理113.4核桃剥壳机结构设计原则113.4.1传动部件的设计及确定113.4.2执行部件的设计及确定13第4章 关键零部件设计与计算144.1设计前各项参数的确定144.1.1刮板的半径及转速初定144.1.2刮板所需功率及厚度计算144.1.3传动方案拟定154.2电动机的选择164.3 V带轮的设计及参数计算174.3.1 V带轮的参数计算174.3.2 V带轮的设计194.4主轴的设计及参数计算204.5轴承和键的选择234.5.1轴承的选择234.5.2键的选择2
11、44.6半栅笼的设计24第5章 核桃剥壳刮板的生物力学设计265.1仿生学的介绍265.2核桃剥壳机刮板的仿生设计265.2.1非仿生刮板的设计及参数计算275.2.2仿生刮板的设计及参数计算285.2.3对两种刮板冲击力的分析与比较30第6章 部分零部件的装备方案336.1机架的装备方案336.2机架与箱体间的装备方案336.3箱盖、底座间的装备方案346.4箱体与半栅笼间的装备方案346.5传动和执行机构的装备方案356.6核桃剥壳机的整体图36结论37参考文献38致谢40V第1章 绪论1.1研究背景核桃作为一种营养丰富的坚果，富含不饱和脂肪酸、蛋白质和多种微量元素，在食品加工和日常消费中
12、具有广泛的应用。然而，核桃坚硬的外壳给去壳加工带来了较大困难，传统的人工去壳方式效率低下、劳动强度大，且容易造成果仁破损，影响产品质量。随着农产品加工业的自动化发展，研发高效、稳定的核桃自动去壳设备成为提升核桃产业加工效率、降低生产成本的重要需求。目前，国内外在坚果去壳机械领域已有一定的研究基础，如花生、杏仁等去壳设备已实现较高程度的自动化，但针对核桃的特殊物理特性（如外壳硬度高、形状不规则等），现有去壳技术仍存在适应性不足、破壳率低、仁壳分离效果差等问题。因此，设计一种结构合理、去壳高效且能最大限度保护果仁完整性的核桃自动去壳机，对推动核桃加工业的机械化、智能化发展具有重要意义。本研究旨在结
13、合核桃的力学特性与机械化去壳原理，优化关键结构设计，以提高去壳效率与果仁成品率，为核桃加工行业提供可行的自动化解决方案，同时为其他硬壳坚果去壳设备的研发提供参考。1.2研究目的与意义1.2.1研究目的核桃作为重要的经济作物，其加工过程中去壳环节的效率和质量直接影响最终产品的价值。目前，国内核桃去壳仍以人工为主，存在劳动强度大、生产效率低、果仁破损率高等问题。本研究旨在针对这些问题，设计一种自动化程度高、去壳效果好的核桃去壳机。通过分析核桃的物理特性和力学性能，研究不同直径核桃所需的脱壳力，建立相应的力学模型，为去壳机构的设计提供理论依据。在此基础上，优化传动系统和去壳机构，确保设备在电机功率1
14、.5kW、转速1500r/min的条件下，实现每小时5065kg的去壳效率。通过合理的结构设计，减少果仁在去壳过程中的破损，提高核桃仁的完整率。最终完成整机的装配图、核心零件图的绘制，以及设计说明书的撰写，为核桃去壳设备的实际应用提供可行的技术方案。1.2.2研究意义核桃自动去壳机的研发对推动核桃加工业的发展具有重要意义。自动化去壳设备可以显著提高生产效率，降低人工成本，解决传统人工去壳效率低下、劳动强度大的问题，为核桃的大规模加工提供技术支持。通过优化去壳机构，减少果仁破损，能够提高核桃仁的完整度和商品价值，满足食品加工市场对高质量核桃仁的需求，提升产品附加值。目前针对核桃去壳的专用设备研究
15、较少，本设计的完成将为同类坚果去壳机械的研发提供参考，填补技术空白。农业机械化是现代农业发展的重要方向，核桃去壳机的研发有助于推动农产品加工领域的自动化进程，促进农业现代化和乡村振兴，具有广泛的社会和经济价值。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状我国作为核桃生产和消费大国，在核桃加工机械领域已有一定研究基础。近年来，随着农产品加工需求的提升，国内学者对核桃去壳技术进行了多方面的探索。在机械去壳方面，主要采用挤压、撞击、剪切等物理方法，如山东农业大学研发的辊压式核桃破壳机，通过调整辊间距实现不同大小核桃的破壳，破壳率达85%以上；中国农业机械化科学研究院设计的离心撞击式去壳机，利用高速旋转产生的离心力使核桃与硬质材料碰撞破壳
