本發(fā)明涉及核桃破殼取仁裝置，具體涉及自定位預(yù)破殼同向雙螺旋自分級(jí)柔性擠壓核桃破殼取仁裝置及方法。

背景技術(shù)：

核桃，原產(chǎn)于中亞，又有胡桃、羌桃等別名，是胡桃科核桃屬多年生落葉喬木。我國(guó)栽培的核桃品種約有40余種，分布廣泛，全國(guó)24個(gè)省(區(qū))都有栽培和分布，其面積和產(chǎn)量均居世界首位。我國(guó)核桃栽培面積大，產(chǎn)量高，栽培面積約130萬(wàn)千米以上，主要種植區(qū)域在西南和西北，年均總產(chǎn)量約97.94萬(wàn)噸。核桃營(yíng)養(yǎng)豐富，口味獨(dú)特，并具有一定的藥用價(jià)值，正日益受到人們的歡迎和喜愛(ài)。核桃是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用核桃油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料。核桃除了經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工就可以食用外，經(jīng)過(guò)加工還可以制成各種食品和保健品。核桃加工副產(chǎn)品核桃殼和核桃餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟(jì)效益。

由于核桃殼主要由木素、纖維素和半纖維素組成，核桃果殼硬而厚，形狀不規(guī)則，內(nèi)有多個(gè)分隔，殼仁間隙小。在對(duì)核桃進(jìn)行深加工的過(guò)程中，原料的剝殼取仁處理是一道重要而又困難的工序，但是加工技術(shù)落后，沒(méi)有成熟的核桃破殼機(jī)械，為保證取仁率及核桃仁的完整率，許多核桃加工廠家依然采取手工破殼取仁的方式，如“手剝山核桃”法，即把山核桃放在特制的模子里，使用特制的錘子人工敲擊。手工破殼的方式不僅加工效率低、成本高，而且不能保證食品的衛(wèi)生，存在危害食用者健康的潛在威脅。

目前，除了手工取仁的方法之外，核桃破殼取仁有以下幾種方法：離心碰撞式破殼法、化學(xué)腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼法、機(jī)械破殼法。第一種方法，離心后的核桃高速撞擊壁面使殼變形直至破裂，但是破殼后產(chǎn)生的碎仁較多，所以方法不理想；第二種方法，在實(shí)際操作中藥劑用量不易控制，核桃仁易受到腐蝕，處理不好還會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染，因此方法極少應(yīng)用；第三、四種方法，設(shè)備昂貴，破殼成本太高，且破殼效果不夠理想。第五種方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，破殼效果可通過(guò)改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)提升，因此該方法得到較多的探索研究和應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外對(duì)杏核、松子等堅(jiān)果進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，探究了堅(jiān)果的力學(xué)性能以及影響破殼效果的因素，指出了含水率、加載方向等因素對(duì)堅(jiān)果破殼力、變形量、破殼趨勢(shì)以及整仁率等有一定的影響。史建新、吳子岳等人結(jié)合有限元分析法通過(guò)大量試驗(yàn)對(duì)核桃的破殼原理以及力學(xué)性能進(jìn)行了研究，找出了破殼時(shí)的最佳施力位置和方式。袁巧霞等人通過(guò)對(duì)輥板式銀杏脫殼裝置的試驗(yàn)研究得出間距過(guò)大或者過(guò)小都不利于脫殼。間距過(guò)大擠壓量達(dá)不到破殼所需的臨界壓縮量，脫殼率下降；間距過(guò)小，擠壓量過(guò)大，破仁率增加。李忠新等人受定間隙擠壓(橫向擠壓和縱向擠壓)試驗(yàn)的啟發(fā)，建立了“錐籃式破殼模型”，研究了對(duì)核桃破殼最有效的施力方向和位置，并且提出了破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)因素，如破殼間隙、破殼板的硬度、喂料速度對(duì)破殼效果的影響。合肥工業(yè)大學(xué)的宋率展運(yùn)用薄殼理論和斷裂理論對(duì)內(nèi)力和位移進(jìn)行分析指出兩對(duì)法向力更利于破殼，同時(shí)指出通過(guò)揉搓的方式對(duì)芡實(shí)進(jìn)行破殼要將搓板設(shè)計(jì)成變形后與堅(jiān)果相一致的形狀，即搓板要具有一定的柔性及硬度，并且搓板與芡實(shí)之間的摩擦系數(shù)應(yīng)該選取的適當(dāng)大一些以滿足脫殼的要求。

目前，國(guó)內(nèi)常見的機(jī)械剝殼加工設(shè)備按剝殼方法分類主要分為四類：擠壓法、撞擊法、剪切法和碾搓法。吳子岳研究的綿核桃剝殼機(jī)所采用的是雙齒盤—齒板式剝殼原理。綿核桃被喂入到剝殼裝置中后，圓形齒盤帶動(dòng)綿核桃邊旋轉(zhuǎn)邊向間隙里擠入，一定間距的齒尖不斷地?cái)D壓核桃殼表面，使得裂紋不斷擴(kuò)展，最后核桃殼基本上完全破裂，碎殼和核桃仁通過(guò)最小間隙向下掉出來(lái)。張仲欣^[20]研究開發(fā)的對(duì)輥窩眼式核桃開口機(jī)主要由錐輥式分級(jí)裝置和對(duì)輥窩眼式開口裝置兩部分組成，分級(jí)裝置由一對(duì)大端對(duì)大端、小端對(duì)小端的錐形輥組成，兩輥間隙從大端到小端逐漸變大。對(duì)輥窩眼式開口裝置為一對(duì)直徑相同的圓柱形擠壓輥，其上帶窩眼，窩眼尺寸從大端到小端逐漸變大。兩對(duì)托輥分別相對(duì)滾動(dòng)，經(jīng)分級(jí)后的核桃落入相應(yīng)的窩眼中后在兩輥的擠壓作用下破碎，然后通過(guò)出料滑板收集。王曉暄等人研制開發(fā)的離心式核桃二次破殼機(jī)利用撞擊法將核桃進(jìn)行破碎。在托板的摩擦力和撥板的推動(dòng)作用下，落在離心板上的核桃隨離心板一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)離心板達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，核桃會(huì)以一定的速度脫離飛出，與撞擊桶發(fā)生碰撞完成破殼。通過(guò)調(diào)節(jié)離心板的轉(zhuǎn)速可以調(diào)整核桃撞擊力的大小，進(jìn)而可以獲得較理想的破殼效果。張勇研發(fā)的核桃脫殼取整仁器由基座和頂蓋組成。基座的上半部是個(gè)圓臺(tái)，圓臺(tái)頂面有個(gè)下凹的剝殼腔，其內(nèi)側(cè)邊緣帶有一圈鋸齒。工作時(shí)，將核桃放在剝殼腔的鋸齒上，用帶有橡膠墊的頂蓋將核桃壓住，啟動(dòng)電機(jī)就可以將核桃殼鋸出一個(gè)缺口，鋸出4到6個(gè)缺口后即可將核桃殼剝開。柴金旺利用摩擦碾搓的原理研發(fā)的核桃脫殼機(jī)采用帶有齒槽的內(nèi)外磨對(duì)核桃進(jìn)行破殼。外磨固定在機(jī)架上，內(nèi)磨在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。核桃在內(nèi)外磨之問(wèn)的間隙內(nèi)破裂脫殼。當(dāng)破碎到合適的粒度后，由擋板與內(nèi)磨下底之同的縫隙落到落料板上。該機(jī)不能自動(dòng)適應(yīng)核桃的大小，又由于目前核桃品種多樣、大小不一，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的缺陷，破裂不同尺寸的核桃，需要更換尺寸不同的內(nèi)外徑。

青島理工大學(xué)的李長(zhǎng)河、李晶堯、王勝、張強(qiáng)發(fā)明了核桃剝殼取仁裝置，專利號(hào)：CN201210277037.X。發(fā)明公開了一種核桃剝殼取仁裝置，它包括機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)設(shè)有壓緊粉碎裝置，在壓緊粉碎裝置的出料口設(shè)有攪拌裝置，攪拌裝置的出料口設(shè)有分選裝置，機(jī)箱下壁固定有動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置通過(guò)V帶分別與分選裝置和壓緊粉碎裝置連接，首先通過(guò)壓緊粉碎裝置使核桃破裂，在通過(guò)攪拌裝置的錘擊，和分離裝置的風(fēng)力分離、絨帶粘附等作用，使核桃破殼并實(shí)現(xiàn)殼仁分離的自動(dòng)化，采用高度調(diào)節(jié)裝置，使裝置可以適應(yīng)處理不同品種的核桃，因而可以用于大批量的生產(chǎn)作業(yè)中，縮短勞動(dòng)時(shí)間及節(jié)約勞動(dòng)力，降低加工成本，較好的解決了核桃剝殼取仁難，依賴手工的問(wèn)題，并使剝殼率和高路仁率有所提高，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、低成本綠色清潔生產(chǎn)。

青島理工大學(xué)的劉明政、李長(zhǎng)河、張彥彬發(fā)明了核桃剪切擠壓破殼柔性捶擊取仁裝備，專利號(hào)：CN201310634619.3。發(fā)明涉及一種自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)核桃破殼、保證核桃仁完整性及其殼仁分離的功能，使性能指標(biāo)大幅提高，對(duì)處理不同尺寸的核桃實(shí)應(yīng)性能強(qiáng)的核桃剪切擠壓破殼柔性捶擊取仁裝備。它包括：喂料斗；接收喂料斗送來(lái)物料的平帶剪切擠壓破殼裝置；柔性螺旋葉片錘擊系統(tǒng)，它接收平帶剪切擠壓破殼裝置送來(lái)的初步破殼的物料，并進(jìn)行二次錘擊破殼；在柔性螺旋葉片錘擊系統(tǒng)下部設(shè)有核桃殼與核桃仁分離裝置；平帶剪切擠壓破殼裝置、核桃仁分離裝置與傳動(dòng)系統(tǒng)連接，傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力源一連接；柔性螺旋葉片錘擊系統(tǒng)與動(dòng)力源二連接；上述各設(shè)備均安裝在機(jī)架上。

青島理工大學(xué)的李長(zhǎng)河、邢旭東、馬正誠(chéng)、張曉陽(yáng)、楊帆、許好男、周亞博、韓一鳴發(fā)明了自動(dòng)輸送定位的核桃破殼裝置及其使用方法，專利號(hào)：CN201610225509.5；發(fā)明公開了自動(dòng)輸送定位的核桃破殼裝置及其使用方法，包括設(shè)于機(jī)架的至少一個(gè)核桃固定機(jī)構(gòu)和至少兩根撞擊桿，核桃固定機(jī)構(gòu)的上方設(shè)有核桃喂料斗，核桃破殼模具開有核桃定位孔，在核桃定位孔的兩側(cè)各設(shè)有用于覆蓋核桃定位孔的定位定量送料滑塊，核桃破殼模具的側(cè)壁開有至少兩個(gè)與核桃定位孔相通的開孔，多根撞擊桿在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下穿過(guò)與每根撞擊桿對(duì)應(yīng)的開孔撞擊設(shè)置于核桃定位孔內(nèi)的核桃；本發(fā)明采用了攪拌裝置進(jìn)行送料，結(jié)構(gòu)精巧，效率高且故障率極低。本發(fā)明的喂料斗出料孔形狀、定位輸送機(jī)構(gòu)內(nèi)的通孔采用核桃定位截面形狀，使核桃在一系列的下落過(guò)程中均可保證定位的結(jié)果穩(wěn)定不變，核桃姿態(tài)精確可控，實(shí)現(xiàn)了核桃喂料的自動(dòng)化、可控化。

但多數(shù)剝殼機(jī)存在的主要問(wèn)題是：剝殼率低，許多剝殼機(jī)漏剝或破殼不完全，剝殼率80％，甚至更低；損失率高，高露仁率低。由于破殼不完全，部分碎核桃仁夾帶在碎殼中難以取出，有些剝殼機(jī)的果仁損失率高達(dá)20％，而高露仁率約60％；果仁完整性差，許多剝殼機(jī)一味追求剝殼率的提高，導(dǎo)致高的核桃仁破碎率；適應(yīng)性差，在核桃品種、大小規(guī)格、外殼形狀等因素出現(xiàn)變化時(shí)，剝殼機(jī)具剝殼性能就變差。絕大多數(shù)機(jī)械破殼設(shè)備的破殼間隙都是固定的，又由于核桃形狀尺寸不規(guī)則，將核桃批量放入，不符合間隙尺寸的核桃往往就得不到有效的破殼，核桃尺寸過(guò)大會(huì)造成核桃殼過(guò)度破碎，核桃仁受到損害，核桃尺寸過(guò)小導(dǎo)致得不到破殼，為此需要在破殼之前對(duì)核桃進(jìn)行尺寸分級(jí)。目前以機(jī)械方式對(duì)核桃大小分級(jí)的設(shè)備主要有3種。1)滾杠式分級(jí)機(jī)，所有滾杠相對(duì)水平面平行，滾杠之間的間距由小變大。核桃在滾杠上滾動(dòng)時(shí)，當(dāng)滾杠間距超過(guò)核桃直徑時(shí)，核桃便掉進(jìn)下方相應(yīng)的分果槽中。2)雙輥式分級(jí)機(jī)，雙輥與水平面成一定傾斜角度，并且雙輥之間成一定角度，相對(duì)旋轉(zhuǎn)。由于雙輥間有夾角，雙輥之間的分級(jí)間距逐漸增加，在重力作用下核桃沿縫滾下，當(dāng)滾至雙輥間間距大于果徑之處時(shí)，核桃便從兩輥間落入分果槽中。3)滾筒式分級(jí)機(jī)，滾筒中具有若干層滾筒單元，每層滾筒單元上均勻布滿小孔，同一層滾筒內(nèi)的小孔孔徑相同，不同層滾筒的小孔孔徑不同，并且每層內(nèi)的孔徑由內(nèi)向外依次增大。滾筒勻速滾動(dòng)，核桃從滾筒上部送入，沿滾筒外表輸送，核桃依次經(jīng)過(guò)不同層孔徑的滾筒，從小到大依次分級(jí)。

綜上所述，現(xiàn)有的核桃剝殼取仁設(shè)備大都為“一次加工”的方式，即將完整核桃直接進(jìn)行破殼取仁，而且采用“剛性”破殼的方式，破殼及取仁時(shí)對(duì)核仁缺乏有效的保護(hù)措施。同時(shí)，由于核桃種類繁多，各種核桃大小不同，破殼所需應(yīng)力不同，現(xiàn)有設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)全部適應(yīng)。在加工原理方面，傳統(tǒng)的破殼取仁設(shè)備大都為單方面施力，各個(gè)作用力之間缺乏配合，這就使得破殼效果難以達(dá)到理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種同向雙螺旋輥?zhàn)苑旨?jí)核桃柔性破殼裝置及方法，本發(fā)明通過(guò)雙螺旋輥進(jìn)行多方位施力，破殼效率高，整仁率高，核仁損傷小。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種同向雙螺旋輥?zhàn)苑旨?jí)核桃柔性破殼裝置，包括兩個(gè)并排設(shè)置且軸線不平行的螺旋輥，兩個(gè)螺旋輥直徑不同，且兩個(gè)螺旋輥的表面均設(shè)置有沿螺旋輥軸向延伸的凹槽,兩個(gè)螺旋輥同向轉(zhuǎn)動(dòng)破殼，使得核桃在破殼過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)受力均勻。

所述兩個(gè)螺旋輥的母線處凹槽保持對(duì)齊。

所述兩個(gè)螺旋輥之間具有間距，且該間距沿螺旋輥軸線方向逐漸增大。

所述螺旋輥的材料為硬質(zhì)橡膠。

所述兩個(gè)螺旋輥的導(dǎo)程一致。

所述兩個(gè)螺旋輥的凹槽的頭數(shù)之比為比為轉(zhuǎn)速之比的反比。

所述兩個(gè)螺旋輥的轉(zhuǎn)速相同、凹槽的螺距相同、頭數(shù)相同。

所述凹槽為弧形凹槽。

所述凹槽軸向長(zhǎng)度大于核桃長(zhǎng)徑，凹槽徑向長(zhǎng)度與螺旋輥安裝間距相適配。

所述凹槽包括但不限于V型、拋物線形、高次方程曲線形或梯形凹槽。

所述兩個(gè)螺旋輥設(shè)置于固定支架上，通過(guò)帶輪帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。

基于上述裝置的使用方法，核桃落到兩螺旋輥之上，由于螺旋的軸向輸送作用，核桃沿螺旋輥母線向前滾動(dòng)，核桃在直徑大的螺旋輥一側(cè)受到向下的壓力作用，當(dāng)核桃所處空間與核桃本身大小合適時(shí)，核桃在直徑大的螺旋輥一側(cè)所受的壓力將核桃壓入螺旋凹槽，在核桃周圍剪切力的破殼及剝落作用下，核桃殼從核仁表面脫落，核仁在重力作用下通過(guò)兩螺旋輥對(duì)口的凹槽落下，實(shí)現(xiàn)剝殼取仁。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明采用螺旋輥同向轉(zhuǎn)動(dòng)破殼，使得核桃在破殼過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)受力均勻，破殼時(shí)各個(gè)力之間相互配合，在保證破殼效率，破殼徹底的同時(shí)，很好的保護(hù)了核仁不受破殼能量的傷害，能夠得到較高的整仁率；

(2)本發(fā)明安裝時(shí)兩螺旋輥軸線之間呈一定夾角，兩螺旋輥輥母線處間距漸開，同時(shí)巧妙利用軸向力的輸送作用，使得核桃在向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自分級(jí)破殼，減少分級(jí)流程；

(3)本發(fā)明不僅可用于小規(guī)模生產(chǎn)，也可通過(guò)線性組合實(shí)現(xiàn)多組連接配合工作，能夠適應(yīng)各種生產(chǎn)規(guī)模，提高加工效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的破殼裝置軸測(cè)圖；

圖2為本發(fā)明的破殼裝置俯視圖；

圖3為本發(fā)明的第一種方案的兩螺旋輥的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的第二種方案的兩螺旋輥的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的第三種方案的兩螺旋輥的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明的第四種方案的兩螺旋輥的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明的核桃在兩螺旋輥之間的受力分析圖；

圖8為本發(fā)明的核桃在兩螺旋輥第一種槽型之間的受力分析圖；

圖9為本發(fā)明的核桃在兩螺旋輥第二種槽型之間的受力分析圖；

圖10為本發(fā)明的核桃在兩螺旋輥第三種槽型之間的受力分析圖；

其中1-輥?zhàn)英?2-輥?zhàn)英?3-帶輪Ⅶ,4-帶輪Ⅷ,5-帶輪Ⅸ,6-帶輪Ⅹ,7-帶輪ⅩⅠ,8-軸Ⅵ,9-軸Ⅶ,10-固定支架Ⅲ,11-固定支架Ⅳ；

F_a為軸向力，F(xiàn)_d為徑向力，F(xiàn)_s為剪切力。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示為本發(fā)明的軸測(cè)圖，本發(fā)明由機(jī)架，螺旋輥1，螺旋輥2組成，其中，兩螺旋輥直徑大小不同，轉(zhuǎn)向相同，并且軸線安裝有一定角度，兩螺旋輥并排放置于支架上，且兩螺旋輥表面均開有一定形狀的破殼凹槽；為保證最佳破殼效果，兩個(gè)輥在破殼時(shí)，兩螺旋輥母線處凹槽保持時(shí)刻對(duì)齊。動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力使皮帶B-5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)帶輪1B-3和帶輪2B-3帶動(dòng)小螺旋輥B-1和大螺旋輥B-2同向轉(zhuǎn)動(dòng)。核桃自螺旋破殼裝置的進(jìn)料口進(jìn)入，由于螺旋輥凹槽的作用，落進(jìn)的核桃受到三個(gè)力的作用：軸向力、剪切力、摩擦力。軸向力起自分級(jí)作用，剪切力和摩擦力起主要破殼作用，剛開始偏大的核桃會(huì)在兩棍之間不斷滾動(dòng)并且在軸向力的驅(qū)使下沿著軸向向前運(yùn)動(dòng)，直到兩棍間隙夠大，核桃落進(jìn)螺旋槽，受到剪切力和面摩擦力的作用，將核桃殼徹底地破碎，而保證了核桃仁的完整。

下面從數(shù)學(xué)理論計(jì)算上分析螺旋破殼原理：

首先從制造成本和整體裝置體積大小考慮，確定兩個(gè)螺旋輥的尺寸，由于兩螺旋輥轉(zhuǎn)向相同，則對(duì)核桃的作用力一個(gè)向上一個(gè)向下，根據(jù)實(shí)踐證明，只有向下的作用力偏大才能使核桃更容易進(jìn)入破殼，所以螺旋輥必須一大一小有線速度差且大螺旋輥對(duì)核桃的作用力向下。為了裝配方便，大螺旋輥與小螺旋輥的長(zhǎng)度一樣都為大螺旋輥的半徑為轉(zhuǎn)速為n₁，小螺旋輥的半徑為轉(zhuǎn)速為n₂，兩個(gè)螺旋輥的材料都是硬質(zhì)橡膠，實(shí)現(xiàn)柔性破殼的同時(shí)保證使用年限。

根據(jù)螺旋破殼的原理可知，核桃只有完全落入螺旋凹槽才能實(shí)現(xiàn)將核桃殼擠碎而不影響到核桃仁，所以設(shè)計(jì)螺旋凹槽時(shí)必須保證螺旋輥旋轉(zhuǎn)時(shí)兩者的凹槽時(shí)刻嚙合。為了提高核桃破殼效率，只有增加嚙合凹槽的數(shù)量，因此需增加螺旋凹槽的頭數(shù)N，如果頭數(shù)過(guò)多，螺旋凹槽壁厚會(huì)過(guò)小，導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，所以需要找到頭數(shù)N的最優(yōu)值，既保證了破殼效率又滿足了壁厚強(qiáng)度。對(duì)單個(gè)螺旋輥分析如下：

螺旋凹槽的螺旋角為α，螺距為ρ，導(dǎo)程為K，半徑為R其中：

tanα＝NK/2πr 式(1)

NK＝ρ 式(2)

兩螺旋槽時(shí)刻嚙合的條件：

由式(1)和式(2)知，如果螺旋輥半徑確定，螺旋角只與螺距有關(guān)；由式(3)和式(4)可知，兩個(gè)螺旋輥導(dǎo)程必須一樣，同時(shí)保證頭數(shù)比為轉(zhuǎn)速的反比。

如圖3所示，第一種實(shí)施方案

ρ₁≠ρ₂

N₁＝N₂

n₁＝n₂

此方案中螺旋輥直徑相同，轉(zhuǎn)速相同，螺距不同但是頭數(shù)相同，由式(2)可知導(dǎo)程不同，不符合嚙合條件，由電腦模擬的簡(jiǎn)圖也能看出螺旋槽沒(méi)有完全嚙合，并且線速度也相同沒(méi)有線速度差，破殼效果最不理想。

如圖4所示，第二種實(shí)施方案

ρ₁＝ρ₂

N₁＝N₂

n₁＝n₂

此方案中兩螺旋輥直徑相同，轉(zhuǎn)速相同，螺距相同，頭數(shù)也相同，由式(2)可知，導(dǎo)程一樣，也滿足嚙合條件，但是螺旋輥的線速度相同，沒(méi)有線速度差，根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果也得出破殼效果不理想。

如圖5所示，第三種實(shí)施方案

ρ₁≠ρ₂

N₁＝N₂

n₁≠n₂

此方案中兩螺旋輥直徑不同，轉(zhuǎn)速不同，螺距不同但是頭數(shù)相同，由式(2)可知，導(dǎo)程不同，不符合嚙合條件，這種方案很明顯不能滿足螺旋凹槽時(shí)刻嚙合條件，破殼效率低。

如圖6所示，第四種實(shí)施方案

ρ₁＝ρ₂

N₁＝N₂

n₁＝n₂

此方案螺旋輥直徑不同，轉(zhuǎn)速相同，有線速度差；螺距相同并且頭數(shù)一樣，根據(jù)式(2)可知滿足螺旋凹槽嚙合條件，根據(jù)實(shí)踐結(jié)果也證明此方案效果最理想。

還有一種比較特殊的方案：

ρ₁≠ρ₂

N₁≠N₂

n₁≠n₂

此方案是根據(jù)理論計(jì)算公式得出的方案，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求，改變螺旋輥的直徑、螺距、頭數(shù)、或者轉(zhuǎn)速，從而保證在其他情況下也能實(shí)現(xiàn)螺旋輥的功能。

核桃外殼大小主要分為三個(gè)徑長(zhǎng)：長(zhǎng)徑d_長(zhǎng)、中徑d_中、短徑d_短，其余部分近似球形，理想認(rèn)為核桃殼與仁之間的間隙等距為λ。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證大部分核桃在落入螺旋輥凹槽時(shí)，長(zhǎng)徑與螺旋軸軸向平行，短徑兩端與兩螺旋輥凹槽接觸。為了能達(dá)到較好的破殼效果，凹槽軸向長(zhǎng)度ψ需稍大于核桃長(zhǎng)徑d_長(zhǎng)，徑向長(zhǎng)度φ可以根據(jù)螺旋輥安裝間隙τ改變，為了保證破殼力度，需滿足：

d_短-2λ≤2×φ+τ≤d_短 (式5)

這就保證破殼的同時(shí)不傷到核桃仁。

如圖7所示，當(dāng)核桃落在兩個(gè)螺旋輥中間時(shí)，核桃會(huì)在槽型的作用下受到三個(gè)力作用，分別是軸向力，剪切力，徑向力。其中軸向力起自分級(jí)作用：偏大的核桃由于軸向力作用，核桃會(huì)一直延軸向前進(jìn)，兩軸間隙越來(lái)越大，直到槽型的大小與核桃相近，核桃進(jìn)入螺旋槽；剪切力與徑向力起破殼作用：核桃進(jìn)入螺旋槽后，受到大小輥上下相反方向的剪切力和徑向擠壓力作用，外殼破碎。

接下來(lái)分析螺旋凹槽的槽型，不同的槽型在破殼時(shí)會(huì)對(duì)核桃外殼產(chǎn)生不同的作用力，合適的槽型會(huì)產(chǎn)生更好的破殼效果。

如圖8所示，第一種槽型：V型凹槽，由于V型槽的自定位特點(diǎn)，核桃與V型凹槽之間的接觸是點(diǎn)接觸。因此，V型凹槽對(duì)核桃的力集中在四個(gè)點(diǎn)上。核桃受力處單位面積所受的力非常大，能量集中在整個(gè)核桃的四個(gè)點(diǎn)上。因而容易導(dǎo)致只有核桃殼破裂不完整并且損傷到核桃仁，而且V型槽易將剛被擠碎的核桃殼卡在槽內(nèi)，影響其他核桃的破殼過(guò)程。因此這種V型凹槽設(shè)計(jì)不合理。

核桃受兩個(gè)圖示輥?zhàn)咏佑|點(diǎn)的反力F₃、F₄，還有圖中未標(biāo)識(shí)的輥?zhàn)拥姆戳₁、F₂，受到輥?zhàn)铀o的垂直向上的切向力F₇、F₈，受到另一輥?zhàn)铀o的向下的切向力F₅、F₆。

第二種槽型：梯形凹槽，梯形槽保留了V型槽的自定位特點(diǎn)，核桃與梯形凹槽之間的接觸仍然是點(diǎn)接觸。因此梯形凹槽對(duì)核桃的力集中在四個(gè)點(diǎn)上，核桃受力處單位面積所受的力非常大，能量集中在四個(gè)點(diǎn)上。核桃殼破碎不完整的問(wèn)題沒(méi)有得到解決。由于梯形凹槽沒(méi)有了V型凹槽的窄小部分，避免了核桃殼卡在凹槽內(nèi)的問(wèn)題。但是受力仍為點(diǎn)接觸，受力集中、能量集中的問(wèn)題還未解決，存在一定的缺陷。因此梯形凹槽仍然不合理。

受力分析圖如圖9所示：

核桃受兩個(gè)圖示輥?zhàn)咏佑|點(diǎn)的反力F₃、F₄，還有圖中未標(biāo)識(shí)的輥?zhàn)拥姆戳₁、F₂，受到輥?zhàn)铀o的垂直向上的切向力F₇、F₈，受到另一輥?zhàn)铀o的向下的切向力F₅、F₆。

第三種槽型：弧形凹槽，由于核桃本身是一個(gè)類橢圓體，所以核桃與弧形凹槽之間會(huì)呈線接觸，受力相比點(diǎn)接觸更加均勻。避免了能量集中的問(wèn)題，使核桃殼破碎的更加完全，而且核桃殼不易卡在凹槽內(nèi)。因此這種弧形凹槽是一種比較理想的核桃破殼擠壓的凹槽類型。

受力分析圖如圖10所示：

核桃與弧形凹槽呈線接觸，所以其受力并不是單獨(dú)的集中力，而是分布力。

核桃在弧形凹槽內(nèi)，受到四種分布力，一種是圖示螺旋輥所產(chǎn)生的向上的剪切力q₇、q₈，一種是另一螺旋輥所產(chǎn)生的向下的剪切力q₅、q₆。還有兩個(gè)螺旋輥分別給核桃的分布擠壓力q₁、q₂、q₃、q₄。

螺旋輥凹槽槽型實(shí)際上并不是只有這三種，例如還有拋物線形，或者高次方程曲線形，但是根據(jù)我們的大量實(shí)驗(yàn)證明，只有槽型接近核桃外殼形狀才能提高破殼整仁率和效率，但是核桃外殼的形狀不是固定不變的，所以我們只能選擇與大部分核桃外殼相近的圓弧形作為最優(yōu)方案。

綜上所述，第四種方案加上第三種槽型是效果最優(yōu)的破殼螺旋輥。

具體工作過(guò)程如下：

預(yù)破殼的核桃自上一步工序落到螺旋輥一側(cè)，在螺紋的軸向輸送作用下核桃向前移動(dòng)，同時(shí)由于兩螺旋輥安裝軸線存在一定夾角，故核桃所處螺旋輥之間的空間逐漸變大，由于螺旋輥轉(zhuǎn)向相同，故在母線處存在兩個(gè)大小相同，方向相反，互為作用的剪切力，又由于兩個(gè)螺旋輥直徑有所差異，核桃所處母線處兩側(cè)線速度大小不同，核桃一側(cè)為大螺旋輥，直徑較大，線速度大，另一側(cè)為小螺旋輥，直徑小，線速度小，故核桃在大螺旋輥一側(cè)還受到向下的壓力作用。因此，在核桃向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)核桃所處空間與核桃本身大小合適時(shí)，核桃在大螺旋輥一側(cè)所受的壓力將核桃壓入螺旋凹槽，在核桃周圍剪切力的破殼及剝落作用下，核桃殼從核仁表面脫落，核仁在重力作用下通過(guò)兩螺旋輥對(duì)口的凹槽落下，至此，達(dá)到剝殼取仁的目的。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。