關于核桃破殼方式及其影響因素的分析

傅展翔 蔣加煒 耿海棠

核桃因其營養(yǎng)價值高，已越來越受大眾歡迎。在售賣過程中，因為核桃的外殼較堅硬，所以一般店家都會附贈一些簡易的手持式破殼器，其破殼效率低且費時費力。故本文對核桃的破殼方式何方法進行一系列討論，以冀獲得處理破殼問題的更優(yōu)解。此外，各種核桃雖然品種、生產地區(qū)、生產條件不盡相同，但是其基本參數相差并不大。為提高破殼效率和效果，需選出最佳的破殼位置，同時考慮在破殼時出現的裂紋和其拓展速度。為降低所得數據誤差，需在破殼前對核桃進行篩選，剔除外殼有破損的核桃。在獲得數據后，通過數據軟件、CAD軟件建模處理，最終得到一些結論，為今后在核桃破殼方面提供一些理論參考。

1.核桃受力方向對破殼性能的影響

1.1材料及試驗裝置

網購自新疆省某村所產核桃100個，經風干后，分成兩組，每組50個，本實驗取第一組。試驗裝置為圖1-1所示壓力機。

1.2方法

1.2.1擠壓破殼方向

圖1-1 壓力機示意圖。

1.2.2不同方向受力對核桃破殼影響性實驗

由圖1-1可見，普通核桃一般可由其外形分為兩個軸，較光滑的一側稱之為A軸，有縱向紋路的稱之為B軸。本試驗探討的是關于完全破殼（核桃沿某一軸向完全分離）和完全破損（剩余部分最大高度小于1mm）兩種情況下所耗費外界作用力大小和受力方向的關系。

1.3試驗結果數據處理和分析

1.4結論

從表1-1可看出，當核桃在B軸上受力時，不管是完全破殼還是完全破損所消耗的外力均小于A軸上受力。此外，通過表1-2所示的相關性分析可見，F值遠遠大于F臨界值，即核桃破殼時受力方向的不同對破殼的影響是顯著的。根據表1-3所示折線圖不難看出，破殼受力方向在A軸時不僅消耗的外力大于作用在B軸上的力，而且在完全破殼后核仁的完整度方面也低于B軸方向。故在破殼時宜采取對B軸施加力的方法進行破殼處理。

2.接觸方式對核桃破殼的影響

試驗一所得結論僅限于核桃在面接觸破殼時，但在實際情況中不止存在面接觸，包括點接觸、線接觸等破殼接觸方式均有存在。同時，在試驗一中觀察可知，沿B軸方向進行面接觸式破殼時，首先會出現垂直于B軸的裂紋，隨后裂紋擴張最終導致核桃外殼完全損毀，且裂紋出現多的地方其拓展速度較緩慢。故而假設核桃在破殼過程中破殼情況與裂紋出現并擴張有關，且裂紋出現對破殼有抑制作用，為驗證該假設，遂做試驗二，研究接觸方式對核桃破殼的影響。

2.1材料及設備

取上次實驗所剩余核桃50個。設備包括壓力機及圖2-1所示鑄鐵制壓力裝置，其中壓力裝置粘連在壓力機上壓力板下。

2.2試驗方法

將核桃沿B軸方向水平放置后，測量其B軸長度后，選取B軸長度在 cm的核桃共30個，按照隨機不放回抽樣法分成三組每組十個，沿其A軸方向且較平整的面作為底面放置于圖1-3所示的壓力機上，頂尖下端（細端）正對核桃B軸。以4mm/min的勻速分組進行加壓。根據實驗一所得結論，面接觸破殼至剩余部分最大高度小于5mm時的平均最大壓力為0.963kN，故在壓力機加載載荷到達此數值時三組核桃會均完成破殼。為研究破殼速率的關系，取每0.1kN為一基準，即每外載荷每增加0.1kN記錄此時殘余部分水平方向大于1cm部分的平均長度。

2.3試驗結果及數據處理

根據所測量的結果及數據，可使用折線圖做出表2-1。

從表2-1易知，三種接觸方式幾乎都是從外載荷加載到0.4kN時核桃開始出現破殼跡象，其中，破殼效果最明顯的為點接觸方式，其在外載荷加載至0.8kN時其剩余部分高度已在5mm以下，是三種破殼方式中最先得到理想效果的破殼方式。三者之中，面接觸方式其在破殼時破殼速率較為平緩，其破殼速率與外載荷呈線性關系;線接觸方式在破殼時有明顯的先快后慢的轉折，其拐點位于外載荷為0.6kN左右處，在此之前其破殼速率位列三種破殼方式之首，隨后速率減慢，最終在0.9kN左右處剩余高度小于5mm;點接觸方式在破殼初期效果不明顯，但當外載荷為0.5kN左右時破殼速率明顯增大，在0.6kN左右時超過其他兩種破殼方式并繼續(xù)增大，最終先于其他兩種方式達到剩余部分小于5mm的既定目標。同時，在破殼過程中觀察可見，點接觸式由于壓應力大導致迅速外殼迅速出現破損及裂紋但裂紋擴展速度在外載荷為0.5kN前明顯快于其他兩種方式，在此之后，裂紋出現逐漸趨于飽和，導致破殼效果逐漸明顯。

3.總結

1）在以上兩個試驗中探討了核桃在受外力作用時的影響因素和該因素的作用效果。

2）證實了在核桃B軸上以點接觸方式進行破殼效果是最明顯的。

參考文獻：

[1]何義川，史建新.核桃殼力學特性分析與試驗[J].新疆農業(yè)大學學報，2009，32（6）：70-75.

[2]張蓉蓉.板栗搓揉式破殼機理的研究及有限元分析[D]，武漢：華中科技大學，2007.

[3]孫偲.山核桃破殼力學性能試驗[A]，安徽農業(yè)大學學報，2016，43（2）：331-336.

[4]呂鵬翔.核桃破殼力學試驗及核桃剝殼機主要部件虛擬樣機設計[D]，昆明：昆明理工大學，2011

[6]李忠新.一種核桃破殼取仁設備的研究[J].中國農機化，2011，30（3）：104-106

作者簡介：

傅展翔，1998年11月，男，漢族，天津市人，江蘇大學機械設計制造及其自動化（卓越）本科在讀。

蔣加煒，1999年10月，男，漢族，江蘇省泰州市人，江蘇大學機械設計制造及自動化（卓越）本科在讀。

耿海棠，1999年7月，女，漢族，江蘇省徐州市人，江蘇大學機械設計制造及其自動化（卓越）本科在讀。