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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
高一文
學(xué)號
05208301
班 級
08機制3班
指導(dǎo)教師
楊淑華
職稱
工程師
單 位
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目
基于solidworks核桃去殼器設(shè)計與三維建模
畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容和要求：
設(shè)計一個核桃去殼器。設(shè)計時應(yīng)滿足如下基本要求：
1） 設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，簡便可靠。
2） 對核桃去殼器的零件用solidworks進(jìn)行三維實體建模。
畢業(yè)設(shè)計（論文）主要參考資料：
Solidworks實體設(shè)計教程
Solidworks實體建模與分析
機械設(shè)計
機械原理
畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的主要工作：
1）對核桃去殼器結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查分析，確定設(shè)計方案。
2）對核桃去殼器的零件用solidworks進(jìn)行三維實體建模。
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告
學(xué)生姓名
高一文
學(xué)號
05208301
專業(yè)班級
08機制3班
指導(dǎo)教師
楊淑華
職稱
工程師
單 位
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
課題性質(zhì)
設(shè)計t 論文□
課題來源
科研□ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它t
畢業(yè)設(shè)計題目
基于solidworks的核桃去殼器設(shè)計與三維建模
一﹑選題的目的與意義
核桃，原產(chǎn)于近東地區(qū)，又稱胡桃、羌桃，與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”。既可以生食、炒食，也可以榨油、配制糕點、糖果等，不僅味美，而且價值營養(yǎng)很高，被譽為“萬歲子”、“長壽果”，據(jù)測定，每100克核桃中，含脂肪50～64克，核桃中的脂肪71%為亞油酸，12%為亞麻酸，蛋白質(zhì)為15～20克，蛋白質(zhì)亦為優(yōu)質(zhì)蛋白，核桃中脂肪和蛋白是大腦最好的營養(yǎng)物質(zhì)。糖類為10克，以及含有鈣，磷，鐵，胡蘿卜素，核黃素，維生素，胡桃葉酸，磷脂等營養(yǎng)物。
正因為其營養(yǎng)價值極高，所以是現(xiàn)代生活必不可少的食物。但其外殼堅硬無比，想吃到里面的果肉，真是難上加難。這個也是困擾很到想吃核桃但有不想費事的人。超市有買包裝好的核桃仁，但經(jīng)過加工后營養(yǎng)價值必定有所損失。所以用來撥核桃的工具就這樣誕生。臺式核桃夾，是我的設(shè)計與研究課題，其輕便快捷，價格實惠，操作簡單，深受廣大喜食核桃的消費者所喜歡。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但社會需求很大。所以對臺式核桃夾的研究，設(shè)計，與改進(jìn)有這重大意。
二﹑研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向
目前市場上撥核桃的工具分為兩類，一類為手鉗式，如下圖所示，這中核桃夾的工
圖一 手鉗式核桃夾
作原理是利用杠桿原理，在一個固定的位置上，手鉗的兩個鉗柄相對或者相向運動，用這個力壓碎核桃，這種核桃夾的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，便于攜帶。缺點也有，就是適合有力氣的人來用，老人小孩不適合用，因為需要很大力氣。有的時候力氣太大核桃會碎，容易滑落，并且距離不好調(diào)整，每次核桃的大小不一，不經(jīng)常用的人距離把握不準(zhǔn)，所以使用起來特別不方便，適合經(jīng)常用的人使用，不然想看到完整的核桃仁是難。
另一種撥核桃的工具是臺式核桃夾，也是我的設(shè)計與研究課題，如下圖：
圖二 臺式核桃夾三維實體圖
從圖上可以看出，臺式核桃夾相對于手鉗式的比較復(fù)雜，臺式核桃夾的工作原理是在利用杠桿原理的基礎(chǔ)上在利用連桿機構(gòu)，手柄越長就越容易壓碎核桃。并且右邊的螺桿可以調(diào)節(jié)距離，當(dāng)核桃大時候，或者者小的時候都可以調(diào)節(jié)到一定的距離然后手柄壓到底也不會壓碎核桃。另外臺式核桃機的好處是其他一些堅果都可以用臺式核桃機撥殼。另外老人和小孩都可以輕松的用。
三﹑研究內(nèi)容及方案
本課題，我的主要任務(wù)是用Solidworks2010對臺式核桃機經(jīng)行仿真和設(shè)計改進(jìn)，具體設(shè)計方案是省力，所以用杠桿和連桿機構(gòu)。另外，因為核桃機屬于食品機械，所以對材料的選擇也是至關(guān)重要的。如下圖，臺式核桃機有如下幾個零件組成。
1. 底板
2. 手柄組件
3. 活動桿
4. 調(diào)整螺桿
5. 連接架和連接桿
這個幾個零件的選材一般會選擇健康無毒的材料。底座木質(zhì)板，余為鑄鐵噴漆或電鍍件，木質(zhì)手柄?？蓨A堅果類最大為45mm。
其中在活動桿和調(diào)整螺桿的兩個端面上加工的時候留有凸臺，如下圖：
這個凸臺的作用是在壓核桃的時候，防止核桃旋轉(zhuǎn)，另外有這個凸臺，核桃殼容易破碎，桃仁不容易碎掉。
臺式核桃機的核心部分，也是區(qū)別臺式核桃機和手鉗式核桃夾的主要區(qū)別地方，如下圖，
這個是利用了杠桿和連桿機構(gòu)，下壓手柄的時候，連接架會利用連桿的原理左右移動，成一定角度。
但活動桿水平左右移動，這樣的好處是使核桃受力均勻。有時候核桃大小不一樣，有時候夾的不一定是核桃，有可能是其他一些比核桃小的堅果，這個時候就要需要有調(diào)整機構(gòu)，不然不是壓不到核桃就是容易把核桃壓碎。這個機構(gòu)如下圖所示：
將螺桿向前調(diào)整時可以撥掉一些比核桃小的堅果，將螺桿向后調(diào)節(jié)，可以撥一些比核桃大一點的堅果。差不多大小的堅果，調(diào)節(jié)到一定距離后，手柄壓到底也不會壓碎果仁。
五、進(jìn)度安排
序號
畢業(yè)設(shè)計各階段內(nèi)容
時間安排
備注
1
市場調(diào)研，查閱資料，完成開題報告；
2010.12.10—2010.12.20
2
結(jié)合課題進(jìn)行外文資料閱讀，完成英文翻譯；
2010.12.21—2010.12.31
3
學(xué)習(xí)相關(guān)的知識、熟悉有關(guān)的資料，完成文獻(xiàn)綜述；
2011.1.1—2011.1.20
4
構(gòu)思臺式核桃夾具體結(jié)構(gòu)
2011.1.21—2011.2.1
5
對核桃夾進(jìn)行三維模擬和優(yōu)化
2011.2.2—2011.3.20
6
對臺式核桃夾進(jìn)行實體建模
2011.3.21—2011.4.20
7
整理資料，編寫設(shè)計說明書；準(zhǔn)備答辯。
2011.4.21—2011.5.5
六、預(yù)期結(jié)果
通過對市場上現(xiàn)有核桃夾的調(diào)研與改進(jìn)，通過Solidworks2010對臺式核桃夾的設(shè)計與仿真，是我對這個軟件有了更深的了解與應(yīng)用。并且對臺式核桃夾的結(jié)構(gòu)有個更深的了解和構(gòu)思。
七、參考文獻(xiàn)
[1] 徐憬.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社，2000.6
[2] 張普禮.機械加工工藝裝備.東南大學(xué)出版社，2002.3
[3] 劉思.食品機械的開發(fā)與研究 2000.7
[4] 正亞軍 食品材料的應(yīng)用于研究2001.3
[5] 周長城，Solidworks2010高級應(yīng)用于研究 ，1997.7
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見：
審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名：
年 月 日
摘 要 隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高。以前是希望吃飽，然后是希 望吃好，現(xiàn)在的希望是吃精，不是希望補脂肪而是希望補腦。藥物補腦不僅有副作 用而且效果不明顯。在這樣的情況下，核桃以及其他及堅果類食物就特別受到現(xiàn)代 人的喜愛。但核桃和其他堅果的外殼太過堅硬，即使夾碎了也容易把里面的仁弄壞。 在這樣的情況下剝核桃的工具就應(yīng)用而生，縱觀市面上的所有工具，臺式核桃夾深 受廣大客戶的喜歡。 我設(shè)計的題目是基于 solidworks 的核桃去殼器設(shè)計與實體建模。在本次設(shè)計中 我將對核桃破殼計算分析，改進(jìn)臺式核桃夾的構(gòu)成并對其進(jìn)行實體建模。 關(guān)鍵詞：臺式核桃夾；實體建模；核桃破殼計算分析； ABSTRACT With the development of Chinas economy, the improvement of peoples living standard. Before is hope full, then wish to eat, the hope is to eat. Not hope make fat but hope that the brain. Drug brain not only side effects and the effect is not obvious. In this case, walnuts and other nuts and is especially popular with the modern people. But the walnuts and other nuts shell too hard, timely break is also easy to break inside the kernel. In a case like peel walnut tools and applications of health, in the market all the desktop tools, walnut clamp by the majority of customers love. I design topic is based on the SolidWorks walnut sheller design and motion simulation. In this design I will for breaking walnut shell analysis, improved desktop walnut folder structure and its simulation. Keywords: Table Walnut clamp; motion simulation; breaking walnut shell analysis; 目 錄 1 緒 論 ...................................................................................................................................................1 1.1 SOLIDWORKS 的發(fā)展和榮譽 ......................................................................................................1 1.2 本論文的背景和意義 ..................................................................................................................3 1.3 核桃夾的簡介 ..............................................................................................................................3 2 設(shè)計內(nèi)容與方案 .................................................................................................................................5 2.1 核桃夾的受力分析 ......................................................................................................................5 2.1.1 確定夾核桃所需力 ............................................................................................................5 2.1.2 建立機構(gòu)模型，確定主要桿件尺寸 ................................................................................8 2.2 校核桿 1 和桿 2 的強度 .............................................................................................................9 2.2.1 桿 1 強度校核 ....................................................................................................................9 2.2.2 桿 2 強度校核 ..................................................................................................................10 2.3 設(shè)計創(chuàng)新 ....................................................................................................................................11 3 簡述零件設(shè)計過程 ...........................................................................................................................13 4 臺式核桃夾各部件的選材 ...............................................................................................................23 結(jié) 論 ...................................................................................................................................................25 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................................26 致 謝 .................................................................................................................................................27
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計
題目 基于Solidworks的核桃去殼器設(shè)計與三維建模
系 別 工程技術(shù)系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名 高一文
學(xué) 號 05208301
指導(dǎo)教師 楊淑華
職 稱 工程師
2012 年 4 月 25 日
基于Solidworks的核桃去殼器設(shè)計與三維建模
1前言
隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高。以前是希望吃飽，然后是希望吃好，現(xiàn)在的希望是吃精，不是希望補脂肪而是希望補腦。藥物補腦不僅有副作用而且效果不明顯。在這樣的情況下，核桃以及其他及堅果類食物就特別受到現(xiàn)代人的喜愛。但核桃和其他堅果的外殼太過堅硬，即使雜碎了也容易把里面的仁弄壞。在這樣的情況下剝核桃的工具就應(yīng)用而生，縱觀市面上的所有工具，臺式核桃夾深受廣大客戶的喜歡。
我設(shè)計的題目是基于solidworks的核桃去殼器設(shè)計與運動三維建模。在本次設(shè)計中我將對核桃破殼計算分析，改進(jìn)臺式核桃夾的構(gòu)成并對其進(jìn)行三維建模。
2主題
目前市場上撥核桃的工具分為兩類，一類為手鉗式，如下圖所示，這中核桃
圖一 手鉗式核桃夾
夾的工作原理是利用杠桿原理，在一個固定的位置上，手鉗的兩個鉗柄相對或者相向運動，用這個力壓碎核桃，這種核桃夾的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、便于攜帶。缺點也有，就是適合有力氣的人來用，老人小孩不適合用，因為需要很大力氣。有的時候力氣太大核桃會碎，容易滑落，并且距離不好調(diào)整，每次核桃的大小不一，不經(jīng)常用的人距離把握不準(zhǔn)，所以使用起來特別不方便，適合經(jīng)常用的人使用，不然想看到完整的核桃仁是難。
另一種撥核桃的工具是臺式核桃夾，也是我的設(shè)計與研究課題，如下圖：
圖二 臺式核桃夾模擬三維實體圖
從圖上可以看出，臺式核桃夾相對于手鉗式的比較復(fù)雜，臺式核桃夾的工作原理是在利用杠桿原理的基礎(chǔ)上在利用連桿機構(gòu)，手柄越長就越容易壓碎核桃。并且右邊的螺桿可以調(diào)節(jié)距離，當(dāng)核桃大時候，或者者小的時候都可以調(diào)節(jié)到一定的距離然后手柄壓到底也不會壓碎核桃。另外臺式核桃夾的好處是其他一些堅果都可以用臺式核桃夾撥殼。另外老人和小孩都可以輕松的用。
2.1設(shè)計流程
目前最常用的核桃破殼方式是機械方法，利用擠壓或擊打方式使核桃果殼在機械外力作用下開裂或破壞，從而脫去果殼使核桃殼仁分離。研制核桃破殼機首先要解決的問題就是確定最佳施力的方位?，F(xiàn)應(yīng)用有限元受力分析軟件 ANSYS 對在不同位置上核桃受力應(yīng)力分布進(jìn)行分析和試驗，尋找最佳施力方位，為核桃破殼機的研制提供理論依據(jù)。
利用有限元分析法，分別對溫185，扎343和新新2三種核桃進(jìn)行力學(xué)特性分析。三種核桃的被夾開所需要的力如圖1所示：
表1 夾開核桃所需力
核桃類型
溫185
扎343
新新2
最大力/N
704.23
716.58
707.21
有效力/N
103.51
114.41
87.66
所以，取最大力F=115N。
此外經(jīng)過校核桿1和桿2的強度得知設(shè)計符合要求。
2.2設(shè)計創(chuàng)新
本課題，我的主要任務(wù)是用Solidworks2010對臺式核桃夾進(jìn)行三維建模和設(shè)計改進(jìn)，具體設(shè)計方案是省力，所以用杠桿和連桿機構(gòu)。另外，因為核桃夾屬于食品機械，所以對材料的選擇也是至關(guān)重要的。如下圖，臺式核桃夾有如下幾個零件組成。
l 底板
l 手柄組件
l 活動桿
l 調(diào)整螺桿
l 連接架和連接桿
這個幾個零件的選材一般會選擇健康無毒的材料。其中在活動桿和調(diào)整螺桿的兩個端面上加工的時候留有凸臺，如下圖：
這個凸臺的作用是在壓核桃的時候，防止核桃旋轉(zhuǎn)，另外有這個凸臺，核桃殼容易破碎，桃仁不容易碎掉。
臺式核桃夾的核心部分，也是區(qū)別臺式核桃夾和手鉗式核桃夾的主要區(qū)別地方，如下圖：
這個是利用了杠桿和連桿機構(gòu)，下壓手柄的時候，連接架會利用連桿的原理左右移動，成一定角度。
但活動桿成水平左右移動，這樣的好處是使核桃受力均勻。有時候核桃大小不一樣，有時候夾的不一定是核桃，有可能是其他一些比核桃小的堅果，這個時候就要需要有調(diào)整機構(gòu)，不然不是壓不到核桃就是容易把核桃壓碎。這個機構(gòu)如下圖所示：
將螺桿向前調(diào)整時可以撥掉一些比核桃小的堅果，將螺桿向后調(diào)節(jié)，可以撥一些比核桃大一點的堅果。差不多大小的堅果，調(diào)節(jié)到一定距離后，手柄壓到底也不會壓碎果仁。
2.3臺式核桃夾各部件的選材
如下圖是臺式核桃夾的三維實體圖：
1底板；2調(diào)節(jié)螺桿；3 手柄；4 手柄桿；5 搖桿；6連桿；7本體；8活動桿
圖 4-1 臺式核桃夾的三維實體圖
因為臺式核桃夾是屬于食品機械，所以選材是食品機械設(shè)計的重要部分，在本次設(shè)計中，我將臺式核桃夾用三部分材料組成，件2、4、5、6、8用45鋼加工，然后電鍍硬鉻，既美觀又實惠；件7用材料厚4mm的SUS304板折彎然后加工而成；件1、3用木頭加工而成，既環(huán)保又自然。
以上選擇材料除了電鍍，其余都是我們所熟悉的，在這里不多講，重點講一下電鍍。電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍時，鍍層金屬做陽極，被氧化成陽離子進(jìn)入電鍍液；待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾，且使鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層（deposit），改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強金屬的抗腐蝕性（鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬）、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。
3結(jié)語
此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設(shè)計。其間，查找資料、老師指導(dǎo)、與同學(xué)交流、反復(fù)修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。
通過這次實踐，我了解了臺式核桃夾工作原理，熟悉了本裝置的設(shè)計步驟，鍛煉了工程設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。
畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了很多關(guān)于電鍍的知識。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐憬.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社，2000.6
[2] 張普禮.機械加工工藝裝備.東南大學(xué)出版社，2002.2
[2] 劉思.食品機械的開發(fā)與研究，2000.7
[4] 正亞軍.食品材料的應(yīng)用于研究，2001.2
[5] 周長城.Solidworks2010高級應(yīng)用于研究，1997.7
[6] 何義川;史建新.核桃殼力學(xué)特性分析與試驗.農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009,?32(6)
[7] 董遠(yuǎn)德, 史建新, 喬園園. 核桃不同破殼方式的破殼取仁效果[ J] .農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2007( 9): 4.5.
[8] 機械設(shè)計手冊 化學(xué)工業(yè)出版社 2002.1第四版1-5冊
[9] 西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編著 濮良貴 紀(jì)名剛主編 機械設(shè)計（第七版） 高等教育出版社
[10] 王先逵主編 機械制作工藝學(xué) 機械工業(yè)出版社1995
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計外文資料翻譯
系 別： 工程技術(shù)系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
姓 名： 高一文
學(xué) 號： 05208301
2012 年 4 月 25 日
外文資料翻譯譯文
Microwave in walnut shell materials tensile mechanical properties of impact study
Abstract
Taking the picking fresh walnuts as the research object, the microwave walnut break hull test, break hull rate of 87.65%; And of microwave effects on the walnut shell materials tensile mechanical properties of influence, and the results showed that the microwave processing, walnut shell material elastic modulus, tensile strength and mechanical indexes and processing there were no significant changes before. In addition, also in walnut shell tensile mechanical properties of the tested and won the walnut the tensile strength of the place relict limit to 1. 47 M Pa, for sure walnut emerged inflationary pressure in microwave needed to provide the reference.
Keywords: microwave; Break hull; The whole shell tensile; Mechanical properties
0 Preface
Walnut machinery of the existence of high rate of broken emerged, the kernel rate is low has been restricted walnut realize mechanization production and processing of the important reason of our country, the development of walnut industrial caused certain influence. Therefore, explore new methods for realizing mechanization walnut emerged industrialization and export income, increase the economic benefit has urgent practical significance. At present, the technology for walnut mechanization emerged research focus on the gap emerged, blow for extrusion emerged, methods and the application of finite element method for related mechanical design emerged, but still has broken rate is high, the whole kernel rate low. In addition, the emerging technology used in the research is also emerged nuts is in the ascendant, such as YangRui etc in walnut laser irradiation behavior by the numerical analysis and simulation, explores the laser technology shelling mechanism; LiXiaoXia explores the buckwheat shell microwave method; ZhangLi, Yang fu Ephraim with microwave technology, realize the board of chestnut shell.
The author on the basis of previous studies, of microwave technology function mechanism of walnut emerged proposes that emerged walnut microwave method is feasible. This paper is to study this paper further discusses the front, to search for microwave processing technology parameters (power, time, humidity and temperature) in walnut shell material mechanics and the influence law of nature, studied the microwave technology role walnut shell material stretching before and after the mechanical properties of differences, and determine the seam walnut the tensile strength of the limit in, to determine the walnut microwave emerged inflationary pressure and further guidance for microwave technology parameters are selected to provide the reference.
1 Walnut microwave break hull test
Walnut is primarily through microwave microwave break hull role in walnutmeat, its internal water molecules in alternating under the influence of electromagnetic field polarization orientation for high frequency shift, the internal walnut in short time produce very high quantity of heat form high pressure water vapor, when water vapor pressure of the pressure of walnut is inflation pressure is greater than the ultimate tensile stress walnut, walnut burst. Therefore, the density of the nut shell is its internal structure formed an important guarantee of high pressure; The walnuts contain moisture is internally generated the material basis of high pressure water vapor; Microwave technology parameters (power, time and temperature, etc) is able to rupture external power of walnut. Therefore, it is necessary to walnut microwave technology needed to break hull parameters were tested.
1.1 materials and equipment
Test is just picked off cortical JinLong 1 cotton walnut as the research object, the walnuts moisture content of 21%, to prevent water loss, will test sample in a plastic bag sealed stored in the refrigerator for refrigeration.
W LD 07S--08 type glanze microwave ovens, microwave role, power and temperature are time adjustable; Vernier gauges.
1.2 test method
The three factors 3 level completely combination test, each portfolio selection three shape, size close of walnut similar as repeated samples. Before the test test walnut trunnion, diameter, caliper size. The end, observation and rupture of walnut recorded.
1.3results and analysis
Walnut microwave break hull situation as is shown in table 1.
Table 1 walnut microwave break hull test results
Group number
Temperature
Power∕W
Time∕min
Broken shell /%
1
50
300
2
100
2
50
300
3
66.7
3
50
300
4
33.3
4
50
500
2
100
5
50
500
3
100
6
50
500
4
66.7
7
50
700
2
100
8
50
700
3
66.7
9
50
700
4
100
10
60
300
2
66.7
11
60
300
3
66.7
12
60
300
4
100
13
60
500
2
100
14
60
500
3
100
15
60
500
4
100
16
60
700
2
100
17
60
700
3
100
18
60
700
4
66.7
19
70
300
2
66.7
20
70
300
3
100
21
70
300
4
100
22
70
500
2
100
23
70
500
3
66.7
24
70
500
4
100
25
70
700
2
100
26
70
700
3
100
27
70
700
4
100
From the table that 1, 81 a walnut, only 10 star have not broken open, break hull rate reached 87. 65%, if consider alone each temperature, each power, each time break hull rate, the result in table 2.
Table 2 single factor in walnut the influence of emerged rate
Factor
Temperature/
Power/w
Time/min
50
6
70
300
500
700
2
3
4
Broken shell /%
81.5
88.8
92.6
74.1
92.6
96.3
85.2
85.2
92.6
From the table 2, it is known that in the three factors, the temperature of high and low vapor pressure of the internal to the size of the size of the power to the internal temperature rise the speed of the water vapor; Because W LD 07S--08 type microwave equipment work characteristics, that is, to stop working after set temperature, so the length of time can not influence within the maximum pressure steam shell, will not affect the speed of temperature rise. So time to the influence of the factors emerged relatively small rate, and the results were consistent with the findings.
2 Microwave in walnut shell materials tensile mechanical properties of influence
Through to the walnut microwave before and after processing the contrast test that destructive compression, microwave treatment of walnut compression significantly less destructive power, this shows that on lots of walnut break hull, for in the microwave treatment not burst of walnut and compression is the easy emerged. In addition, we also found that the microwave process, walnut high pressure water vapor by the inside of the role, the tensile deformation happen. Therefore, the microwave technology in walnut shell materials tensile mechanical properties of influence, but for further reveal the mechanism of the walnut microwave emerged provides the basis. The author of such microwave before and after the shell material role elastic modulus and tensile strength comparison test.
2. 1 sample preparation
The test samples and in front of the experimental study of walnut emerged the same, with the saw in walnut along the axis direction for about 10 mm long, wide about 2 mm of walnut as specimens. Because walnut is curved shell form, had taken the length of the specimen should be as low as possible, in the direction of the small curvature of the better effect under saws. Will pass the microwave processing and without processing (control group) were made of walnut specimens, with caliper measured the length, width and thickness.
2. 2 equipment and methods
SAN S CMT 6140 microcomputer control electronic universal testing; Accuracy of 5% N 200 N sensor.
Set for 10 mm loading rate/m in, the routine material mechanics tensile test methods. Because of the specimen is too small, to avoid gripping broke when specimens or clip slanting, gripping use tweezers when operating. Record force deformation and fracture walnut of force value.
2. 3 results and analysis
Walnut shell materials tensile mechanical indexes such as test value shown in table 3.
From the table 3, it is known that the microwave processing get after the modulus of elasticity as walnut 21. 82 M P a, tensile strength of 10. 043 M Pa; Before the microwave processing elastic modulus is 22. 52 M Pa, tensile strength for 9. 57 MP a. microwave effects on the walnut shell that material has a little influence on tensile mechanical properties.
LiangLi etc: microwave in walnut shell materials tensile mechanical properties of impact study
Table 3 walnut shell materials tensile mechanical property index
Number
Length /mm
Width /mm
Thickness /mm
Area /mm2
Most strongly /N
Modulus of elasticity /Mpa
Tensile strength /Mpa
1
13. 60
1.90
1.38
2.62
20.34
24.20
7.76
Control
14. 26
2.56
1.70
4.35
40.42
4.00
9.29
2
10.68
2.00
1.48
2.96
29.54
27.70
9.98
Control
11.52
2.56
1.78
4.56
25.55
26.70
5.61
3
10.24
2.62
1.08
2.83
10.38
20.40
3.67
Control
14.96
1.80
1.70
3.06
10.76
7.03
3.52
4
16.30
3.58
1.98
7.09
77.26
3.59
10.90
Control
15.18
2.88
1.98
5.7
81.03
12.40
14.21
5
13.22
3.68
1.16
4.27
72.74
20.00
17.60
Control
14.82
3.20
2.00
6.4
38.63
17.20
12.84
6
16.66
3.92
1.48
5.8
91.26
12.40
12.87
Control
17.64
3.98
1.48
5.89
106.31
32.80
18.05
7
14.26
2.98
1.28
3.81
56.17
46.00
14.72
Control
13.84
3.32
2.14
7.1
84.70
18.30
11.92
8
14.96
2.00
1.78
3.56
62.56
11.90
17.57
Control
11.82
3.92
1.82
7.13
45.99
32.20
6.45
9
15.12
2.70
1.28
3.46
9.25
29.70
2.68
Control
10.78
3.00
1.72
5.16
56.59
17.10
10.97
10
14.56
2.44
1.88
4.59
12.30
22.30
2.68
Control
12.38
3.02
1.48
4.47
12.83
57.50
2.88
3 Walnut shell whole stretch mechanics performance is determined
Emerged from walnut microwave experimental results that, by all the breakdown of the sample after microwave processing are from walnut suture line the breakdown of the place, and it shows in walnut suture line tensile mechanical properties and surface of different materials walnut. Therefore, the need to place relict tensile mechanical nature of the study, this needs in walnut shell the tensile test. Because of walnut size is differ, irregular shape, test the clip if too loose, the tensile easily when slippage; If the clip too tight, it is easy to appear clip crack a phenomenon, so difficult test. For this reason, we designed a set of adjustable size shape walnut shell chuck for walnut shell of the tensile test.
3. 1 equipment and methods
Test in SAN S CMT 6140 microcomputer control electronic universal testing machine, a self-made walnut special jig. Before the test, will walnut and surface with a fixture acetone clean, and the determination of walnut trunnion, side diameter and diameter. The two clamping fixture first in the testing machine, adjust the fixture chuck size to appropriate value will chuck after fixed, again with strength and AB glue stick to the fixture will walnut (will show the seams of the walnut, do not stick on the glue) to try to ensure that the center of the two fixtures in one line, and walnut and the vertical seam lines. To glue dry after appearing again the walnut shell stretch mechanics performance test, the end of the shape of the cross section will walnut surveying and mapping out and record the most strong values.
3. 2 results and analysis
In walnut shell when the tensile, walnut seam place along the cracked. At this time, the stress in walnut suture line reaches limit, this stress value is measured by the testing machine of the most strongly and shifted walnut in circular seam for the calculation of the sectional area. Test results listed in table 4.
Table 4 walnut shell tensile test the test results
Serial number
Shaft Diameter /mm
Diameter /mm
Side diameter /mm
Shell thickness of suture /mm
Density of the suture line /( N﹒mm- 1)
Most strongly /N
Ultimate tensile strength of suture /MPa
1
30.70
30.46
30.98
5.16
7.17
685.70
1.44
2
30.00
31.30
38.20
1.98
2.85
279.64
1.40
3
35.82
38.00
39.50
6.24
8.27
985.99
1.64
4
38.58
32.36
30.76
4.50
6.27
636.77
1.45
5
33.00
34.80
33.20
4.59
4.28
467.73
1.11
6
33.82
34.02
34.14
2.26
3.80
406.26
1.81
The mean
33.67
33.49
34.46
4.10
5.44
577.02
1.47
From the table 4, it is known that the seam of walnut in limit tensile stress for 1. 47 MPa, and walnut on the surface tensile stress value 9. 57 MPa compared are much smaller, this is what walnut in microwave role in the cause of the broken seam after, this limit tensile stress can be used as microwave technology parameter selection basis.
4 Conclusion
Based on the test of fresh walnuts emerged, and walnut shell material and the mechanical properties of walnut shell are tested, get the following main conclusions:
(1) the fresh walnuts microwave process after the break hull rate can amount to 87. 65%, in the microwave technology parameters, temperature and power is the time factor to influence emerged rate.
(2) test after the microwave processing of walnut elastic modulus is 21. 82 MPa, tensile strength of 10. 043 M Pa, both with the processing there were no significant changes before that microwave role in walnut shell material has a little influence on tensile mechanical properties.
(3) test in the seam of walnut limit tensile stress value is 1. 41 MPa, and walnut shell material limit tensile stress value is much more than a small, for choosing suitable for microwave technology parameters of walnut emerged provides reference basis.
References:
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外文原文
微波對核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的影響研究
摘 要
以剛采摘的新鮮核桃為研究對象，進(jìn)行了微波核桃破殼試驗，破殼率達(dá)到87.5%，同時，研究了微波作用對核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：微波處理后，核桃殼體材料彈性模量、抗拉強度等力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與處理前比較無明顯變化。另外，還對核桃整殼拉伸力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與處理前比較無明顯變化。另外，還對核桃整殼拉伸力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測定獲得了核桃殼縫合線處的拉伸強度極限值為1.47MPa，為確定核桃微波破殼所需的膨脹壓力提供了參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：微波；破殼；整殼拉伸；力學(xué)性質(zhì)
0 前 言
核桃機械破殼存在的破碎率高、整仁率低等問題一直是制約核桃實現(xiàn)機械化生產(chǎn)加工的重要原因, 對我國核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了一定影響。因此，探索新的機械化核桃破殼方法對于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、出口創(chuàng)匯、增加經(jīng)濟效益等具有迫切的現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)外對于核桃機械化破殼技術(shù)的研究主要集中在定間隙擠壓破殼、打擊破殼等方法及應(yīng)用有限元等方法進(jìn)行相關(guān)破殼機械的設(shè)計方面，但仍存在破碎率高、整仁率低等問題。另外，將新興技術(shù)應(yīng)用于堅果破殼的研究也是方興未艾，如楊銳等對核桃受激光輻照行為進(jìn)行了數(shù)值分析與模擬，探索了激光技術(shù)脫殼機理；李曉霞探索了蕎麥微波脫殼方法； 張莉、楊芙蓮等利用微波技術(shù)實現(xiàn)了對板栗的脫殼。作者在前人研究的基礎(chǔ)上，對微波技術(shù)進(jìn)行核桃破殼的作用機理進(jìn)行了初探，證明核桃微波破殼方法是可行的。本文是對前面研究的進(jìn)一步深入探討，為探求微波加工工藝參數(shù)(功率、時間、濕度和溫度)對核桃及殼體材料力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，試驗研究了微波技術(shù)作用前后核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的差異，并測定了核桃殼縫合線處的拉伸強度極限值，為確定核桃微波破殼所需的膨脹壓力并為進(jìn)一步指導(dǎo)微波技術(shù)參數(shù)的選擇提供參考依據(jù)。
1 核桃微波破殼試驗
核桃微波破殼主要是通過微波作用于核桃仁時，其內(nèi)部水分子在交變電磁場作用下極化取向作高頻轉(zhuǎn)變，致使核桃殼內(nèi)部在短時間內(nèi)產(chǎn)生很高的熱量形成高壓水汽，當(dāng)高壓水汽對核桃殼的壓力即膨脹壓力大于核桃殼的拉伸極限應(yīng)力時，核桃殼發(fā)生破裂。因此，果殼的致密結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部形成高壓的重要保證；核桃仁所含的水分是內(nèi)部產(chǎn)生高壓水汽的物質(zhì)基礎(chǔ)；微波的技術(shù)參數(shù)(功率、時間和溫度等)則是核桃殼能夠破裂的外在動力。因此，有必要對核桃微波破殼所需的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗研究。
1.1 材料與儀器
試驗選用采摘后剛褪去外皮的晉龍1號棉核桃為研究對象，核桃仁含水率達(dá) 21% ， 為防止水分散失，將試驗樣本用塑料袋密封置于冰箱內(nèi)藏，WLD07S-08 型格蘭仕微波爐，微波作用溫度、功率和時間均可調(diào)；游標(biāo)卡尺。
1.2 試驗方法
采用3因素3水平完全組合試驗，每個組合選取3個形狀相似、大小相近的核桃作為重復(fù)樣本，試驗前測試核桃的軸徑、橫徑、測徑大小。試驗結(jié)束時，觀測核桃殼破裂情況并進(jìn)行記錄。
1.3 結(jié)果與分析
核桃微波破殼情況如表 1所示。
表 1 核桃微波破殼試驗結(jié)果
組號
溫度/℃
功率∕w
時間∕min
破殼率 /%
1
50
300
2
100
2
50
300
3
66.7
3
50
300
4
33.3
4
50
500
2
100
5
50
500
3
100
6
50
500
4
66.7
7
50
700
2
100
8
50
700
3
66.7
9
50
700
4
100
10
60
300
2
66.7
11
60
300
3
66.7
12
60
300
4
100
13
60
500
2
100
14
60
500
3
100
15
60
500
4
100
16
60
700
2
100
17
60
700
3
100
18
60
700
4
66.7
19
70
300
2
66.7
20
70
300
3
100
21
70
300
4
100
22
70
500
2
100
23
70
500
3
66.7
24
70
500
4
100
25
70
700
2
100
26
70
700
3
100
27
70
700
4
100
由表 1可知，81顆核桃中只有10顆未破開，破殼率達(dá)到 87. 65% ，若單獨考慮每個溫度、每個功率、每個時間的破殼率，其結(jié)果見表 2。
表 2 單因素對核桃破殼率的影響
因素
溫度/℃
功率/w
時間/min
50
6
70
300
500
700
2
3
4
破殼率/%
81.5
88.8
92.6
74.1
92.6
96.3
85.2
85.2
92.6
由表 2可知, 在這 3個因素中，溫度的高低決定殼體內(nèi)的水蒸汽壓力的大小；功率的大小決定殼體內(nèi)水蒸汽溫度上升的快慢；由于WLD07S-08型微波設(shè)備的工作特點，即達(dá)到設(shè)定溫度后就停止工作，故時間的長短不能影響殼體內(nèi)水蒸汽的最大壓力，也不影響溫度上升的快慢，所以時間因素對破殼率的08型微波設(shè)備的工作特點，即達(dá)到設(shè)定溫度后就停止影響相對較小，與前期研究結(jié)果一致。
2 微波對核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的影響
通過對核桃微波處理前后壓縮破壞力的對比試驗得知，微波處理后核桃的壓縮破壞力明顯減少，這說明在進(jìn)行大量核桃破殼時，對于在微波處理后未發(fā)生破裂的核桃再進(jìn)行壓縮破殼是比較容易的。另外，我們還發(fā)現(xiàn)微波作用過程中，核桃殼受到內(nèi)部高壓水汽的作用，發(fā)生了拉伸變形。因此，研究微波技術(shù)對核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的影響， 可為進(jìn)一步揭示核桃微波破殼的作用機理提供依據(jù)。作者對微波作用前后殼體材料的彈性模量及抗拉強度進(jìn)行了對比試驗研究。
試驗所用樣本與前面核桃破殼試驗研究中相同，用鋸條在核桃上沿軸線方向獲取長約10mm，寬約 2 mm的核桃殼作為試件。因為核桃是曲殼形的，所取試件的長度應(yīng)盡量小，在曲率越小的方位鋸下的效果越好。將經(jīng)過微波處理和未經(jīng)處理(對照組)的核桃均制成試件，用游標(biāo)卡尺測取其長度、寬度和厚度。
2.2 設(shè)備及方法
SANS-CMT 6140微機控制電子萬能試驗，精度達(dá)5%N的200N傳感器。設(shè)定加載速率為10mm/min，采用常規(guī)材料力學(xué)拉伸試驗方法進(jìn)行。由于試件太小，為避免夾持時弄斷試件或夾歪，夾持時使用鑷子操作。記錄力變形曲線以及核桃殼發(fā)生破裂時的力值。
2.3 結(jié)果與分析
由表3可知，得到微波處理后核桃殼的彈性模量為21.82M P a，抗拉強度為10. 043 MPa；微波處理前彈性模量為22. 52MPa，抗拉強度為9.57MPa。說明微波作用對核桃殼體材料的拉伸力學(xué)性質(zhì)影響不大。
表 3 核桃殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值
編號
長度 /mm
寬度/mm
厚度 /mm
面積 /mm2
最大力 /N
彈性模量 /Mpa
抗拉強度/Mpa
1
13. 60
1.90
1.38
2.62
20.34
24.20
7.76
對照
14. 26
2.56
1.70
4.35
40.42
4.00
9.29
2
10.68
2.00
1.48
2.96
29.54
27.70
9.98
對照
11.52
2.56
1.78
4.56
25.55
26.70
5.61
3
10.24
2.62
1.08
2.83
10.38
20.40
3.67
對照
14.96
1.80
1.70
3.06
10.76
7.03
3.52
4
16.30
3.58
1.98
7.09
77.26
3.59
10.90
對照
15.18
2.88
1.98
5.7
81.03
12.40
14.21
5
13.22
3.68
1.16
4.27
72.74
20.00
17.60
對照
14.82
3.20
2.00
6.4
38.63
17.20
12.84
6
16.66
3.92
1.48
5.8
91.26
12.40
12.87
對照
17.64
3.98
1.48
5.89
106.31
32.80
18.05
7
14.26
2.98
1.28
3.81
56.17
46.00
14.72
對照
13.84
3.32
2.14
7.1
84.70
18.30
11.92
8
14.96
2.00
1.78
3.56
62.56
11.90
17.57
對照
11.82
3.92
1.82
7.13
45.99
32.20
6.45
9
15.12
2.70
1.28
3.46
9.25
29.70
2.68
對照
10.78
3.00
1.72
5.16
56.59
17.10
10.97
10
14.56
2.44
1.88
4.59
12.30
22.30
2.68
對照
12.38
3.02
1.48
4.47
12.83
57.50
2.88
3核桃整殼拉伸力學(xué)性能的測定
從核桃微波破殼試驗結(jié)果看出，所有經(jīng)微波處理后破裂的試樣均是從核桃縫合線處破裂的，這說明核桃縫合線處的拉伸力學(xué)性質(zhì)與核桃殼表面材料的有所不同。因此，需要對縫合線處的拉伸力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，這就需要對核桃整殼進(jìn)行拉伸試驗。由于核桃大小不一，形狀不規(guī)則，試驗時若將其夾得太松，則拉伸時容易滑脫；若夾得太緊，則易出現(xiàn)夾裂現(xiàn)象，所以試驗難度較大。為此，我們專門設(shè)計了一套可調(diào)節(jié)尺寸的殼形核桃夾頭來進(jìn)行核桃整殼的拉伸試驗研究。
3.1 設(shè)備與方法
試驗在 SANSCMT6140微機控制電子萬能試驗機上進(jìn)行，采用自制的核桃專用夾具。 試驗前，將核桃和夾具表面用丙酮清洗干凈，并測定核桃的軸徑、側(cè)徑和橫徑，將兩個夾具先裝夾在試驗機上，調(diào)節(jié)夾具夾頭尺寸至合適值后將夾頭固定，再用強力AB膠將核桃粘到夾具上(將核桃的接縫露出,不可粘上膠)，盡量保證兩個夾具的中心在一條線上，且使核桃的縫合線與該中心線垂直。待膠完全干透后再進(jìn)行核桃整殼拉伸力學(xué)性能測試，試驗結(jié)束時將核桃斷面的形狀測繪出來并記錄最大力值。
3.2 結(jié)果與分析
在進(jìn)行核桃整殼拉伸時，核桃沿縫合線處裂開。此時，核桃縫合線處的應(yīng)力達(dá)到極限值，該應(yīng)力值是通過試驗機上測出的最大力與裂開后核桃縫合線處的環(huán)形截面積計算得到的，測試結(jié)果列于表4。
表4 核桃整殼拉伸試驗測試結(jié)果
序號
軸徑 /mm
橫徑/mm
側(cè)徑 /mm
縫合線處殼厚/mm
縫合線密度/( Nmm-1)
最大力 /N
縫合線處極限拉伸應(yīng)力/MPa
1
30.70
30.46
30.98
5.16
7.17
685.70
1.44
2
30.00
31.30
38.20
1.98
2.85
279.64
1.40
3
35.82
38.00
39.50
6.24
8.27
985.99
1.64
4
38.58
32.36
30