黑榄核破壳机械装置的设计与研究

邓伟权 李翔 罗舒茵 黄梓健 麦嘉炜

[摘    要]文章针对黑榄核，仁需求量大但获取效率低的问题，采用自动化流水线代替传统人工开榄核，全自动地完成破壳以及核、仁的筛分。整体生产线大致工作流程为：榄核的定向排列、尺寸筛分、运输、切割、破壳以及核、仁的筛分。在流水线设计时主要采用了振动盘、直线送料器、链轮运输机、气动压具以及直线筛料机等机构。另外，针对榄核的不规则性，设计了3个加工尺寸的模具。后期通过有限元分析校核，证明设计机构均合理。

[关键词]开榄核机;黑榄核;榄形模具;切割机构

[中图分类号]S226 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–00–02

Design and Research of Shell Breaking Mechanism Based on Heilan Core

Deng Wei-quan，Li Xiang，Luo Shu-yin，Huang Zi-jian，Mai Jia-wei

[Abstract]In order to solve the problem that the demand of black olive kernel is large， but the efficiency is low， the automatic assembly line is used to replace the traditional manual open olive kernel， and the shell breaking and kernel and kernel screening are completed automatically. The general working process of the whole production line is as follows： directional arrangement of olive core， size screening， transportation， cutting， breaking shell and screening of core and kernel. Among them， in the design of the assembly line， the vibrating disc， linear feeder， chain wheel conveyor， pneumatic press and linear screening machine are mainly used. In addition， in view of the irregularity of the core， three processing dimensions of the mold were designed. After the finite element analysis， the design mechanism is reasonable.

[Keywords]kailan nuclear machine; black olive nucleus; olive mold; cutting mechanism

我国南部地区每年出产大量的黑橄榄，其中大部分用来制成榄仁制品供应市场。黑榄核作为黑榄极有价值的部分，在销售市场上有巨大的收益潜力。目前其生产当中普遍采用的是人工开榄核的方法来提取榄仁肉，市场上尚未有开榄核的自动化生产机械。且我国的机械化破壳、壳仁分离、桃仁分色、桃仁分级等方面技术方面相对落后，依靠人工取榄仁效率低，需要大量人力，难以达到量产。机械自动化装置的应用能保证较高的生产效率，同时减少在生产过程当中的各种材料浪费，高效破开榄核外壳，减少劳动力，大大提高了生产效率。

1 总方案的确定

以开榄核的工作需要，设定了流水线的总体设计方案。在工作过程中设计了定向排列、尺寸筛分、输送、切割、破壳、物料筛分六大部分，由此设置六道工序对榄核进行加工处理，如图1所示。

①第一道工序为定向排列，由振动盘来实现。振动盘将榄核以一致的方向排列并有序送至下一工序。②第二道工序为尺寸筛分，由直线送料器实现，直线送料器上设有关卡，可将由振动盘输出的榄核筛分出三类尺寸，并继续将榄核传向下一道工序。③第三道工序为输送，由链轮运输机实现。链轮运输机上装有三类尺寸的仿榄形模具以承载直线送料器输出的榄核，链轮运输机循环运送模具，实现模具承载榄核依次经过切割、破壳区域进行加工。④第四道工序为切割，由圆盘锯片实现。通过在一根轴上安装三个不同尺寸的锯片，通过气压带动刀具上下移动，轴带动锯片转动对榄核切割出裂缝。⑤第五道工序为破壳，由压具实现。压具通过气动装置控制，当榄核由运输机运送到压具正下方时，压具下压将切有裂缝的榄核压破。⑥第六道工序为物料筛分，由直线筛实现。破开的榄核被运送落至直线筛，直线筛分三层，分别筛分出榄核的壳、榄仁、碎渣。

2 各部分机械装置的设计

2.1 物料输送装置

物料输送装置将榄核由起始位置输送到加工工位，其中包含了定向输送机构、榄核尺寸筛分机构、链轮输送机构。

（1）定向输送机构。定向输送机构将榄核以一致方向传送至排列机构。通过振动盘实现榄核的定向输送。振动盘料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗作垂直方向振动，由倾斜的弹簧片带动料斗绕其垂直轴做扭摆振动。料斗上的榄核，由于受到这种振动而沿螺旋轨道上升。在上升的过程中经过轨道的出口关卡的筛选，榄核能够按照加工方向要求呈同一状态自动进入下一道工序对应的位置上。

（2）榄核尺寸筛分机构。榄核尺寸筛分机构将榄核筛分成三类尺寸，分别为大、中、小型榄核。通过直线送料器实现榄核的尺寸筛分。直线送料器采用双振动电机驱动，当两台振动电机做同步、反缶旋转时，其偏心块所产生的激振力在平行于電机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一合力，因此筛机的运动轨迹为一直线。其两电机轴相对筛面有一倾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在筛面上被抛起跳跃式向前作直线运动，从而达到对物料进行筛选和分级的目的。榄核从入口处进入，达到关卡时，大号的榄核被筛分至第三个卡口输出。当榄核抵达第二关卡，中号的榄核被筛分至第二个出口输出。剩余小号的榄核从第一个输出口输出。

（3）链轮输送机构。输送机构用于运输榄核抵达加工区域。由链轮运输机实现对榄核的运送。其链轮由电机驱动，链条上装有模具以承载榄核。模具经过挡板时，榄核下落至模具。挡板可将多余的榄核隔除，模具由链轮链条带动依次运送至刀具加工处、压具加工处，以进行榄核的切割与破壳，最终运离切、压加工工作区，将加工完毕的榄核运送至直线筛进行筛分，以此往复。

2.2 切割与破壳装置

（1）切割机构。切割机构将榄核切出裂缝。通过圆形锯片实现对榄核的切割。刀具为在一根轴上安装3个不同尺寸的锯片，大锯片：直径80 mm，孔直径15，30个刀口、刀锋间距9.5 mm;中锯片：直径60 mm，孔直径10，30个刀口、刀锋间距7.33 mm;小锯片：直径52，孔直径10，30个刀口、刀锋间距6.51 mm。轴一端通过轴承固定，另一端用联轴器将电机与轴连接在一起，电机带动轴转动，进而轴带动锯片转动，通过气压带动刀具上下移动。为保证榄核被加工过程的稳固性与安全性，锯片下方用一个盖板盖住榄核。

（2）破壳机构。破壳机构将榄核压破。通过压具实现对榄核的压破，压具对榄核进行压破处理，刀具加工后，榄核被运输机运送到压具的正下方，压具底部根据榄核大小设置了不同的阶梯层，通过气缸提供压力使压杆带动压具下压，把带有裂痕的榄核压破。

2.3 物料筛分

物料筛分机构将黑榄核的壳与榄仁肉分离开。通过直线振动筛实现对榄核壳与仁的分离。利用振动电机激振作为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，通过多层筛网对榄核、榄仁肉、少量碎渣进行筛分。最后物料分别从各自的出口排出。

3 自动开榄核机工作流程

开榄机工作流程共分为六步，分别是对榄核的定向排列、尺寸筛分、输送、切割、破壳、破碎的榄核进行核仁分离。

第一步：振动盘将榄核以一致的方向有序送入直线送料器。

第二步：直线送料器对榄核进行尺寸筛分，直线送料器上设有两道关卡，将榄核分为三类尺寸。被筛分好大、中、小三号尺寸分别有序、定向地被送至加工模具当中。

第三步：链轮运输机对榄核进行运输，链条上装有承载榄核的模具，继上一道工序，三种尺寸的榄核分别落入到模具，链轮运输机将模具送至刀具加工区下方。

第四步：圆盘锯片对榄核进行切割，当链轮运输机把榄核运送至切割加工区正下方时，圆盘锯片由电机驱动作旋转运动，由气缸带动向下切割榄核外壳，对榄核切割深度限定在2 mm，即对榄核切割出2 mm深的裂缝。

第五步：压具对带有裂缝的榄核进行破壳处理。压具由压具架台固定，由气缸带动压具下压进而压破榄核。

第六步：榄核由链轮运输机运离加工区域，最后落入直线筛中，经过直线筛分离出来的榄核、榄仁肉及碎渣分别从各自的出口排出。

4 力学特性分析

在传输加工模具的过程中，链轮上的传动轴带动链条以及加工模具进行运动，需承载较大的扭矩。为了检验其设计合理性，故对此处进行相关力学计算及校核。

此处传动轴产生的牵引力主要用于驱动链轮的旋转以及加工模具、链条由下往上运动。结合市面上其他类似的输送机需要牵引力，以及本产品设计的模具重量，在转动过程中需要的最大的牵引力可依照加工模具以及链部结构的重力进行计算。已知链轮分度圆直径设计尺寸，全部模具与链部结构的总质量。因此，链轮传动轴承受最大转矩为T_max=F_max×R=m_总g×D?2=70×9.8×0.125 =85.75 N·m。

为了确保设计的合理性，使用SolidWorks Simulation对传动装置中主要受力部位——链轮传动轴，进行有限元分析。

首先将链轮传动轴材质设置为常规的合金钢，进行约束后，施加的转矩，划分相应的离散网格，进行扭转变形分析。分析结果如图2所示。

5 结论

经过构思和试验，研发了一款自动的开榄核流水线。该流水线可对榄核进行核仁分离工作。流水线全自动运作，大大减少了人力的浪费。解决了人工开榄核的问题并提高了开榄效率，进而实现量产。

开榄机总体的工作过程为振动盘对榄核定向输送、直线送料器对榄核进行尺寸分类、圆盘锯片对榄核进行切割、压具对榄核进行破壳、直线筛料机分离出榄仁。针对榄核加工的整个过程，设计了完整的流水线;并进行流水线的实现运动仿真以确保模型的可靠性。在三维建模基础上对三维建模做了渲染工作。为得到机构的实体结构，用慧鱼组件搭建了开榄机的实体模型，进一步确保了机构的可行性。

在设计方面，按榄核尺寸的实际情况为榄核设计了包含三类尺寸的承榄模具，解决尺寸不一问题的同时也提高了生产的效率。在榄核的切割与破壳加工区域，采用级进模设计，链轮运输机上分别装有圆盘锯片与压具，对榄核分别进行切割与破壳。批量大、生产率高。

自动化的生产線能更高效地完成黑榄核的加工，提取黑榄仁与榄核壳并分离。本设计对于解决人工开榄核问题方面有一定的成效。相对于人工开榄核而言，大大减少了人力成本，提高了开榄核的效率。

参考文献

[1] 王维，贺功民，王亚妮，等.核桃破壳取仁生产线的设计与试验[J].中国农机化学报，2016（5）：100-103.