辛惠芬

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030002）

0 引言

山西省核桃种植已有几千年历史，作为山西省最著名的土特产品之一，在全国也享有盛誉。近年来国家出台了许多扶持核桃产业发展的政策，极大地鼓舞了农民群众种植的积极性，大力发展核桃生产已成为地方政府在农业产业结构调整中的主打王牌之一，核桃产业的发展呈现出蒸蒸日上的大好局面。山西省许多丘陵地区、贫困山区已把核桃生产作为农村经济发展的支柱产业和富民产业进行推广，受到农民群众的广泛欢迎，将种植核桃作为致富的“摇钱树”大力发展。许多县已把发展核桃经济与生态建设、改善环境、推进致富融合在一起来抓，并列为“一县一业”的推动项目，发展形势非常迅猛。预计到“十三五”末，山西省1.33×104hm2左右的种植县将达到10个以上，全省种植面积将达到33.3×104hm2，产量预计达到200×104t。

面对做大做强核桃产业过程中出现的劳动力短缺、加工品种单一、产量增加、生产过剩等方面的问题，仅靠人工处理、简单加工已无法满足产业发展的需要，必须运用先进的机械对产后的核桃进行机械化处理和加工[1]，才能解决老百姓在生产加工过程中的问题，才能延长核桃产业链条，实现核桃在多个环节上增值增收。对核桃产后进行机械化处理和加工就是利用先进的机械设备解决核桃产后处理和加工中存在的问题，解决人力无法完成的工作，达到提高工作效率、提升坚果品质、减少产后损失、增加品种多样化的目的。使核桃生产通过机械化作业，达到增加收入的目的。

核桃硬壳破碎是核桃产后处理及初加工环节的重要阶段。目前，市场上的核桃仁主要通过人工敲碎或是破壳机机械化挤压核桃壳得到核桃仁。传统破碎硬壳的方法是由人工砸碎的方法破壳或用简单的破硬壳工具，如夹钳、手动挤压设备等。人工破壳需左右手配合工作，一手拿核桃，一手拿工具。砸仁时应将缝合线与地面平行放置。每次用力大小由核桃皮的薄厚来决定，皮厚则用力大。由于手工操作用力不均，常常出现多次连击现象，这样就会使核桃的破烂率增加、核仁等级下降，进而影响销售价格。人工破硬壳不仅效率低，一般一人一天可处理50 kg左右，且核桃仁破碎率高，一般破碎率在30%以上，影响了取仁质量。20世纪90年代，我国就已经研制出多种核桃破壳加工的装置，如圆盘破壳装置、冲压式破壳装置等[2]。核桃破壳加工装置采用机械化手段破碎核桃硬壳，此类设备能够解决人工破壳的繁重工作，可以高效率、大批量地破碎多颗核桃，且破碎效果好、头露率高，大大提高工效，节省人工。但是目前国内外市场现有的破壳机一体化和自动化的程度较低，某些破壳工序需要操作人员介入，降低加工效率，同时存在针对不同品种的核桃破壳的力度无法调节、结构复杂、设备昂贵、破壳成本高等技术问题[3]。

1 技术及结构分析

1.1 设备结构[4]

为解决现有核桃破壳方法和破壳装置效率低下、不同品种的核桃破壳的力度无法调节等问题，提供一种新型全自动核桃砸壳机。全自动核桃砸壳机包括砸壳区、上料区和出料区。砸壳区主要包括驱动装置、破壳装置、运料装置、控制装置。驱动装置包括带有偏心凸轮的凸轮轴及用于驱动凸轮轴转动的第一电机，凸轮轴水平设置，其转动连接在机壳内砸壳区上部。破壳主要是通过转轴上连接的若干个与其垂直的带柄砸壳锤进行敲击破壳，砸壳锤与手柄的一端连接，手柄的另一端与转轴连接，并在连接处形成延伸段，延伸段可与偏心凸轮相互接触，转轴与凸轮轴相平行且位于同一水平面；偏心凸轮旋转带动砸壳锤在竖直平面内做抬起并落下的往复运动；利用手柄来调节落锤高度，从而达到调节锤击力度的作用，以适应不同品种核桃的要求。破壳装置改变现有核桃破壳机挤压破壳技术，实现仿人工锤砸式破壳方式破壳取仁，实现了核桃砸壳的全自动化，具有结构简单、制备成本低、加工效率高等特点。运料装置包括固定在机壳内部的3个链轮，围绕3个链轮的输送带和用于驱动链轮转动的第二电机，第一链轮和第二链轮位于机壳内砸壳区并位于同一水平面，第三链轮位于机壳内上料区的底部，输送带表面设置有均匀分布的装料盘，相邻装料盘的间距与相邻砸壳锤之间的间距一致且砸壳锤落下时正好砸入装料盘内，每个装料盘能装一个核桃；运料装置还包括设置在上料区位于输送带上方的且中部带有凹槽的滚轮和驱动滚轮转动的第三电机，滚轮的凹槽与输送带上的装料盘相对。出料口设置在机壳与输送带相对应的左部侧壁上。控制装置包括设置在砸壳区的控制器、设置在凸轮轴附近的第一传感器、设置在第一链轮附近的第二传感器共3个部分，偏心凸轮靠近第一传感器的一端设有感应点，第一链轮上也设有感应点，第一电机与第二电机均与控制器连接。

砸壳机俯视图见图1，砸壳机主视图见图2，砸壳机侧视图见图3。

1.2 关键技术

①改变现有核桃破壳机挤压核桃破壳的加工方式，采用仿人工锤砸式破壳方式破壳取仁；②利用手柄来调节落锤高度，从而达到调节锤击力度的作用，以适应不同品种核桃的加工要求。

图1 砸壳机俯视图

图2 砸壳机主视图

图3 砸壳机侧视图

1.3 主要技术指标

桃仁完好率≥70%，生产率6 000颗/h，硬壳破碎率≥85%。

1.4 技术工艺路线

该机启动电源开关后，3个电机分别驱动传送带和毛刷传动，通过凸轮传动砸壳区的砸壳锤仿人工进行上下运动，再将水泡过的核桃倒入料斗内，通过传送带将核桃进行输送，待核桃经过毛刷时，毛刷转动将核桃均匀地布置在传送带，并送入砸壳区，让砸壳锤破壳，破壳后的核桃通过出料口掉入承接的容器，这样就完成了核桃的破壳。

2 试验结果与效益分析

2.1 试验结果

一代样机生产试制完成后，分别在山西省昔阳县、五台县选取1个具备一定生产规模与硬件条件的核桃机械化加工企业开展全自动核桃破壳机作业试验，通过一个加工周期的试验数据采集，并与国内外同类加工设备进行对比分析，对一代样机加工工艺进行改进，做好第二代样机图纸的设计、试制和性能试验。二代样机实现了核桃硬壳破碎自动化、便捷化，使得破碎后的整仁和半仁完好率达到72%，每1 h能够完成6 100颗以上核桃的硬壳破碎，机器单次作业时间为2.3 s，单次可完成4颗核桃的硬壳破碎工作，通过对多类品种核桃进行破壳试验，硬壳破碎率达到86%以上。

2.2 经济效益分析

核桃的破壳取仁是核桃加工多样化的需要。由销售坚果到销售桃仁，价格增加3倍多。目前，国内市场上核桃干果的售价为20～60元/kg，核桃仁的零售价为60～180元/kg，从一般情况来看，1 kg核桃干果可产出0.5 kg核桃仁，运用核桃砸壳机将核桃破壳，由销售坚果到销售桃仁，除去加工成本，每1 kg可增收4～12元；与人工破壳相比，设备提高工作效率5倍以上，节省人工劳务开销500元/d以上。此外，桃仁的市场需求量也越来越大。特别是对分级后筛选出来的26 mm以下的小个核桃，在市场直接销售时存在卖不起价格、不好销售等问题。由于劣果的数量较大，必须通过加工处理进行转化增值。取出较大、较完整的桃仁，可以进行市场销售，出售给饭店、加工企业或出口创汇。对较小特别是破碎的桃仁，可就地加工成核桃油，核桃出油率能够达到45%，核桃碎仁的价格为12～16元/kg，核桃油的价格为100元/L左右，除去生产成本，核桃碎仁榨油的利润相当可观。

2.3 社会效益分析

①全自动核桃砸壳机的推广应用，提高了核桃加工能力，延长了核桃产品的产业链，提高了核桃综合利用率，多渠道的开发利用，减少了大面积种植带来的销售难和价格下滑的风险；同时也调动了农民种植核桃的积极性，带动了核桃种植业的发展，形成种植、加工、贸易一体化的良性循环。②设备进行成功推广后，可将更多劳动力转移到其他急需行业，带动相关产业的发展，对当地农村经济的发展起到促进作用，同时也提高了核桃制品的品种数量和品质，丰富了市场需求。③全自动核桃砸壳机的推广应用，将带动山西省核桃产业的发展，必将在核桃主产区掀起种植核桃树的热情。核桃树种植规模的扩大将有助于改善和保护生态环境，减少水土流失，防止土地沙漠化。

3 结语

全自动核桃砸壳机的成功研发对核桃机械化处理技术进行了补充和完善，形成了较为系统的核桃产后机械化加工技术体系，起到了典型示范作用。实践证明，采用全自动核桃砸壳机可大大提高加工工效、节省人工，且精准的砸壳技术可以提高产品品质，减少因加工方式不当而产生的损失，以达到增收节支的目的。随着核桃产后机械化处理技术的不断完善和推广，对核桃种植业、副产品加工业及其他行业的快速发展将起到有效的推动作用，同时也可起到增加税收、出口创汇、转移劳动力、促进农村经济发展的作用。