气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种自动化程度高、符合食品安全规定、实现核桃壳仁分选功能的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备。它包括安装在支撑结构上的螺旋叶片滚筒，螺旋叶片滚筒内部有同心的主轴，主轴两端通过各自的轴承安装在支撑结构上；主轴与动力源连接，主轴上还设有彼此耦合的螺旋叶片Ⅰ、螺旋叶片Ⅱ、螺旋叶片Ⅲ，构成连续的变螺距螺旋输送叶片机构，从而将所述螺旋叶片滚筒分为三个工作区域，对应螺旋叶片Ⅰ、螺旋叶片Ⅱ、螺旋叶片Ⅲ，分别为核桃壳输送区域、核桃壳仁分离区域、核桃仁输送区域；所述螺旋叶片滚筒进口处与进料斗连接，同时在进口处还设有吹风机以及核桃仁收集器；所述螺旋叶片滚筒出口处设有核桃壳收集器。
【专利说明】气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种核桃壳仁自动分离工艺与装备，具体涉及一种气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备。
【背景技术】
[0002]为实现核桃剥壳取仁的机械自动化，国内外都曾研制过核桃壳仁分离机，现有的核桃壳仁分离机普遍采用风选原理、磁选原理、湿法刮板原理等。
[0003]风选式和湿法刮板式利用核桃壳仁比重的差异实现壳仁分离。核桃壳的比重为
1.2-1.4，核桃仁的比重为1.02左右。比重差异很小的情况下，虽然风选式分离机对薄皮核桃的分离率比较高，但是对山核桃等大量厚皮品种的核桃分离效果并不理想。湿法刮板式分离机利用比重为1.16的泥浆水或盐水对核桃壳仁进行分层然后分离。主要不足在于:核桃内壳漂浮在液面上和核桃仁混在一起难以分离；需要冲洗、烘干等分离后处理，增加了加工成本而且延长了加工周期，效率不高。
[0004]美国科技人员曾研究过使用铁粉或磁流分离核桃壳仁，这种方法需要将无毒的明胶与铁粉相混合和涂包在核桃上，分离比较彻底，减少了核桃仁存在核桃壳里的机会。但用铁粉和磁粉做加工核桃的添加剂主要缺点是:增加了加工成本，对核桃仁也造成了污染。
[0005]核桃壳仁分离机是一种由电机带动，壳和仁分离间隙可调的核桃壳仁分离机。通过调整间隙来实现破壳后的核桃壳仁混合体分离。动力由减速电机通过双排链轮分配到两处，一处用来驱动分离环转动；另一处用来驱动中心轴转动。经过破壳的核桃进入壳仁分离环体后，在环体的转动下，壳仁体不断被抛送到一定高度后自由下落，下落时被绕中心轴转动的螺旋钉齿不断敲击、碰撞，最终将结合的壳仁分离开来，并将大壳输送到大壳出料斗内。通过丝杠调距器可调节合适的分离环间隙，使核桃仁在该间隙下以最佳的效果全部漏下，后收集到集料斗内，完成壳仁分离的过程。该装置仅实现了核桃大壳与核桃仁的分离，并不能分离核桃内壳和碎壳，而且分离过程需要不断的敲击碰撞核桃壳仁，降低了核桃仁完整率、出仁率，因此分离取仁性能指标低，效果不理想。
[0006]分离手剥山核桃下脚料壳仁的方法是一种分离手剥山核桃下脚料壳、仁的方法，包括分离未经熟化处理的生山核桃下脚料中壳、仁的步骤和分离经过熟化处理的山核桃下脚料中壳、仁的步骤。利用食用碱等食品添加剂的相关特性和核桃壳、仁在溶液中密度、比重、浮力差异的原理，通过配制分离液A、B、C，调节出山核桃下脚料中壳、仁在分离液A、B、C中的密度浮力差，使未经熟化处理的生山核桃下脚料中的壳、仁分离及使经过熟化处理的山核桃下脚料中的壳、仁分离，需要配合筛分机或筛网等的使用，同时分离液A、B、C能够多次使用。此方法是典型的湿法分离，工作周期长，需要静置一段时间才可分离；自动化程度低，需要配合筛分机或筛网等的使用；需要进行后处理(洗净、烘干等)，增加了加工成本。
[0007]虽然人们研制出了多种核桃壳仁自动分离装置可以对核桃壳仁进行分离，但每一种装置都各有利弊，不能对核桃核仁进行彻底的无污染、自动化分离。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种自动化程度高、符合食品安全规定、实现核桃壳仁分选功能的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备。
[0009]为实现上述目的，本发明采用如下方案:
[0010]一种气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，它包括一个螺旋叶片滚筒，所述螺旋叶片滚筒安装在一个支撑结构上，在螺旋叶片滚筒内部安装有同心的主轴，主轴两端通过各自的轴承安装在支撑结构上；
[0011]在所述主轴与动力源连接，在主轴上还设有彼此耦合的螺旋叶片1、螺旋叶片I1、螺旋叶片III，构成连续的变螺距螺旋输送叶片机构；变螺距螺旋输送叶片机构将所述螺旋叶片滚筒分为三个工作区域，对应螺旋叶片1、螺旋叶片I1、螺旋叶片III，分别为核桃壳输送区域、核桃壳仁分离区域、核桃仁输送区域；
[0012]所述螺旋叶片滚筒进口处与进料斗连接，同时在进口处还设有吹风机以及核桃仁收集器；
[0013]所述螺旋叶片滚筒出口处设有核桃壳收集器。
[0014]所述的螺旋叶片I材料为柔性非金属材料，如电木、橡胶、PVC等，表面具有十字突起形状的织构，螺旋叶片I与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为yyl=io°~20°，轴向夹角为a yl=15°~25°，相对应的螺距为Pl=1280~2240mm，轴向长度为Lyl=150~220mm。
[0015]所述的螺旋叶 片II材料为柔性非金属材料，如电木、橡胶、PVC等，表面具有圆柱槽形状的织构；螺旋叶片II与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为yy2=o°~7°，与轴向夹角为ay2=33°~45°，相对应的螺距为p2=600~920_，轴向长度为Ly2=150~230_。
[0016]所述的螺旋叶片III材料为金属材料，如铁碳合金、铝合金等；螺旋叶片III与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为Uy3=0°，与轴向夹角为ay3=70°~85°，相对应的螺距为p3=50 ~220mm,轴向长度为 Ly3=IOO ~200mm。
[0017]所述螺旋叶片滚筒包括滚筒外壳，滚筒外壳内壁设有滚筒内垫，两者固连；螺旋叶片滚筒两端分别设有出料端滚筒挡环和进料端滚筒挡环。
[0018]所述各螺旋叶片通过多个连接筋片与主轴焊接，连接筋片互相成90°，一端焊接在主轴上，与主轴径向成角度ai=15°~30°，旋向为右旋，另一端焊接在螺旋叶片滚筒内壁上；连接筋片焊接水平位置距螺旋叶片滚筒物料进口端的距离为1^=200~220mm。
[0019]所述的进料斗固定在支撑结构上，水平方向上进料斗输出口与螺旋叶片滚筒的距离为Lj1=O~30mm,竖直方向上进料斗输出口型心距主轴轴心距离为Lj2=40~60mm,进料斗输出口输出物料方向与水平方向夹角为afl5°~60°。
[0020]所述动力源采用减速电动机，它通过星型弹性联轴器与主轴连接；所述的减速电动机转速为w=0.55~1.20r/s，通过螺栓固定在电动机底座上，电动机底座相对应的螺孔为长径通孔；与螺栓配合的螺母采用自锁螺母；所述的电动机底座左端通过螺栓固定在支撑机构上实现垂直方向定位和竖直方向定位，再通过电动机底座支架实现轴向定位；与螺栓配合的螺母采用自锁螺母。
[0021]所述吹风机的出风口在水平方向上与螺旋叶片滚筒的距离为Lel=O~50mm，在竖直方向上与主轴轴心的距离为Le2=O~30mm，吹风机出风口的输出风力方向与水平方向夹角为αε=5°~20° ;吹风机通过螺栓固定在支撑机构上，与螺栓配合的螺母采用自锁螺母。
[0022]所述核桃壳收集器通过螺栓固定在支撑机构上，固定位置为螺旋叶片滚筒出口下方；核桃仁收集器通过螺栓固定在支撑机构上，固定位置为螺旋叶片滚筒进口下方；核桃壳收集器上方还有固定在支撑机构上的核桃壳收集罩；核桃壳收集罩上设有主轴穿过的通孔。
[0023]本发明利用螺旋叶片输送原理和气力输送原理对核桃壳仁物料进行分离，工作过程如下:
[0024]同时接通减速电动机和吹风机电源，在螺旋叶片滚筒出口端观察，减速电动机以w速度顺时针转动，通过星型弹性联轴器驱动主轴和螺旋叶片滚筒转动；吹风机以径向α。角度由螺旋叶片滚筒进口输送风力。从进料斗输送核桃壳仁物料，输送速率为P kg/min，核桃壳仁物料在进料斗中加速后以沉降速度vt、一定的径向角度α λ(α λ = α ρ被送入螺旋叶片滚筒，核桃仁物料在风力输送作用下进入核桃壳仁分离区域，核桃壳物料大部分进入核桃壳输送区域，少部分进入核桃壳仁分离区域，至此完成核桃壳仁物料初步分离。
[0025]螺旋叶片滚筒内壁上固定连接的变螺距螺旋输送叶片机构，螺旋方向为右旋，在螺旋叶片滚筒顺时针方向旋转时，螺旋叶片起到输送核桃壳仁物料的作用，物料输送方向是由出口方向输送至进口方向。在核桃壳仁分离区域，核桃壳仁物料被螺旋叶片II沿圆周输送至高处，同时螺旋叶片II对核桃壳仁物料有向进口方向运输的作用；达到一定高度后，核桃壳仁物料从空中抛下，具有向进口方向的初速度。在风力输送作用下，核桃仁受到较小的风力落在核桃仁输送区域；核桃壳受到较大的风力被送入核桃壳输送区域，至此完成第二步分离。
[0026]在核桃仁输送区域，核桃仁被小螺距的螺旋叶片III输送至螺旋叶片滚筒出口方向输出，由于螺旋叶片III的螺距小、摩擦系数小，在此区域形成了典型的螺旋输送作用，核桃仁不受风力影响，核桃仁被小螺距的螺旋叶片III输送至螺旋叶片滚筒出口方向输出，落入核桃仁收集器。
[0027]在核桃壳输送区域，螺旋叶片I表面具有十字突起形状的织构，摩擦系数为，核桃壳被带到高处抛下，抛下时不具有向进口方向的初速度，在风力作用下在螺旋叶片滚筒出口处输出，落入核桃壳收集器。至此核桃壳仁物料完全分离。
[0028]本发明的具体参数设计原理如下:
[0029]由于核桃物料的空气动力学特性不同，当气流作用于核桃物料的混合物料时，核桃物料会因所受合力的差异而产生不同的运动轨迹。考虑到核桃物料在螺旋叶片滚筒内的气流场中是以自由单个形式运动，且其形状尺寸和所受力不同，可用悬浮速度代替漂浮系数。所以，在对核桃物料进行动力学与运动学分析时，可以将单个核桃物料视为质点M。
[0030]根据核桃物料的特性将其划在牛顿区段来计算。当物料的形状相近，雷诺数处于牛顿区段时，球形系数为常数。根据《农业物料学》可知核桃仁的球形系数气k=3.02，半截核桃的球形系数k=l.78，破开不完全核桃的球形系数k=l.21，核桃壳的球形系数k=3.02。又因为核桃仁单粒质量m=3.76?5.24g, P s=20.58?22.64kg/m3半截核桃单粒质量ms=6.41 ?8.13g，P s=17.63 ?19.57kg/m3，破开不完全核桃单粒质量 ms=12.32 ?15.85g，P s=12.82 ?14.76kg/m3，核桃壳单粒质量 ms=2.32 ?4.25g, P s=10.35 ?12.42kg/m3。在牛顿区段间，取阻力系数C=0.44，空气密度P =1.2kg/m3，所以根据悬浮速度计算公式:[0031]
【权利要求】
1.一种气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，它包括一个螺旋叶片滚筒，所述螺旋叶片滚筒安装在一个支撑结构上，在螺旋叶片滚筒内部安装有同心的主轴，主轴两端通过各自的轴承安装在支撑结构上； 在所述主轴与动力源连接，在主轴上还设有彼此耦合的螺旋叶片1、螺旋叶片I1、螺旋叶片III，构成连续的变螺距螺旋输送叶片机构；变螺距螺旋输送叶片机构将所述螺旋叶片滚筒分为三个工作区域，对应螺旋叶片1、螺旋叶片I1、螺旋叶片III，分别为核桃壳输送区域、核桃壳仁分离区域、核桃仁输送区域； 所述螺旋叶片滚筒进口处与进料斗连接，同时在进口处还设有吹风机以及核桃仁收集器；所述螺旋叶片滚筒出口处设有核桃壳收集器。
2.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述的螺旋叶片I材料为柔性非金属材料，如电木、橡胶、PVC，表面具有十字突起形状的织构，螺旋叶片I与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为uyl=io°~20°，轴向夹角为ayl=15°~25。，相对应的螺距为Pi=1280~2240mm，轴向长度为Lyl=150~220mm。
3.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述的螺旋叶片II材料为柔性非金属材料，如电木、橡胶、PVC等，表面具有圆柱槽形状的织构；螺旋叶片II与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为yy2=0°~7°，与轴向夹角为ay2=33°~45。，相对应的螺距为p2=600~920_，轴向长度为Ly2=150~230_。
4.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述的螺旋叶片III材料为金属材料，如铁碳合金、铝合金等；螺旋叶片III与螺旋叶片滚筒外壳直径方向夹角为Uy3=0°，与轴向夹角为ay3=70°~85°，相对应的螺距为p3=50 ~220mm,轴向长度为 Ly3=IOO ~200mm。
5.如权利要求1或2或3或4所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述螺旋叶片滚筒包括滚筒外壳，滚筒外壳内壁设有滚筒内垫，两者固连；螺旋叶片滚筒两端分别设有出料端滚筒挡环和进料端滚筒挡环。
6.如权利要求1或2或3或4所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述各螺旋叶片通过多个连接筋片与主轴焊接，连接筋片互相成90，一端焊接在主轴上，与主轴径向成角度a i=15°~30°，旋向为右旋，另一端焊接在螺旋叶片滚筒内壁上；连接筋片焊接水平位置距螺旋叶片滚筒物料进口端的距离为1^=200~220mmo
7.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述的进料斗固定在支撑结构上，水平方向上进料斗输出口与螺旋叶片滚筒的距离为Ljl=O~30mm，竖直方向上进料斗输出口型心距主轴轴心距离为1^=40~60mm，进料斗输出口输出物料方向与水平方向夹角为α」=15°~60°。
8.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述动力源采用减速电动机，它通过星型弹性联轴器与主轴连接；所述的减速电动机转速为w=0.55~1.20r/s，通过螺栓固定在电动机底座上，电动机底座相对应的螺孔为长径通孔；与螺栓配合的螺母采用自锁螺母；所述的电动机底座左端通过螺栓固定在支撑机构上实现垂直方向定位和竖直方向定位，再通过电动机底座支架实现轴向定位；与螺栓配合的螺母采用自锁螺母。
9.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述的吹风机水平方向出风口与螺旋叶片滚筒的距离为Lel=O~50mm，竖直方向吹风机出风口与主轴轴心的距离为Le2=O~30mm，吹风机出风口的输出风力方向与水平方向夹角为αε=5°~20° ;吹风机通过螺栓固定在支撑机构上，与螺栓配合的螺母采用自锁螺母。
10.如权利要求1所述的气力与柔性螺旋叶片耦合的核桃壳仁滚筒双向分离装备，其特征是，所述核桃壳收集器通过螺栓固定在支撑机构上，固定位置为螺旋叶片滚筒出口下方；核桃仁收集器通过螺栓固定在支撑机构上，固定位置为螺旋叶片滚筒进口下方；核桃壳收集器上方还有固定在支撑机 构上的核桃壳收集罩；核桃壳收集罩上设有主轴穿过的通孔。
【文档编号】B07B11/00GK103624005SQ201310637397
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】张彦彬, 李长河, 刘明政 申请人:青岛理工大学