[0001] 本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种核桃定向破壳装置及其定向方法。

[0002] 核桃，又称胡桃，羌桃，为胡桃科植物。与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果”。核桃仁含有丰富的营养素，每百克含蛋白质15～20克，脂肪较多，碳水化合物10克；并含有人体必需的钙、磷、铁等多种微量元素和矿物质，以及胡萝卜素、核黄素等多种维生素。总之，核桃是一种非常健康的食品，对人体有益，是深受老百姓喜爱的坚果类食品之一。

[0003] 核桃破壳是制约核桃产业化的主要技术瓶颈，有效的核桃破壳可大规模提高核桃产业化的效果重，研发破壳效率高，破壳效果好的核桃破壳装备具有重要的现实意义。目前核桃破壳存在最大的技术难点为无法获得整仁，即核桃破壳导致的核桃伤仁率过高。

[0004] 越来越多的学者通过理论分析或核桃压缩试验得出将破壳力作用于核桃的短轴方向是最佳的施力方式，果壳变形走向最明显，最容易使核桃开裂。同时通过ANSYS有限元分析软件对核桃受力进行了仿真，得出对垂直核桃短轴方向施加范围作用力是最佳的施力方式。

[0005] 但由于核桃的外形是不规则的椭球体，在进行核桃破壳的输送过程中容易发生滚动，因此让核桃始终以一个合适的位置姿势进行受载破壳，是提高破壳效果和质量的关键。

[0041] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0042] 实施例

[0043] 参阅图1至图7所示，一种核桃定向破壳装置，包括机架1；

[0044] 机架1一侧安装倾斜的能够进行核桃长轴定向的输送定向机构2，所述输送定向机构2包括截面呈V型内凹的V型底板21，所述V型底板21底部中心安装有振动电机24，底部四周通过连接弹簧22与底座23连接，在弹簧的支撑下振动电机24能够驱动V型底板21按照一定频率振动，所述底座23对应V型底板21下料端的一端与机架1转动铰接，底座23另一端通过可调节底座23高度的连接支架连接，可调节底座23及V型底板21的整体倾斜角度，避免核桃在下滑过程中发生翻滚；所述V型底板21上表面还向上连接有自进料端向下料端逐渐变窄的挡板211，挡板211限制核桃的滑动范围，所述挡板211之间的V型底板21上贯穿设置有若干Y型定向槽212，所述Y型定向槽212的Y型竖直段位于V型底板21的内凹轴线上，Y型定向槽212进行核桃的脊线引导定向；

[0045] 连接支架包括一端铰接在靠近进料端一侧的底座23边沿的连接板25，所述连接板25另一端与调节滑块26相铰接，调节滑块26滑动连接在机架1上，并在调节滑块26上开设固定孔，通过螺栓进行调节固定，通过移动调节滑块26在机架1上的位置即可进行底座23与V型底板21的倾斜角度的调整。

[0046] 挡板211侧面上还开设有滑槽2111与上限位板213滑动连接，上限位板213覆盖在挡板211上部靠近下料端处，上限位板213既能够进行核桃的滚动限制，使其仅能进行下滑，又能够通过调节上限位板213的高度进行通过核桃的大小的筛选，且上限位板213覆盖处的两挡板211间距为恒定间距。

[0047] 通过控制振动电机24的振动频率，使V型底板21按照预定频率进行振动，再调节V型底板21的倾斜角度，使核桃能够不发生翻滚，向V型底板21进料端投入核桃，核桃在振动的作用下自V型底板21进料端往下滑，下滑过程中进行核桃的长轴定向。

[0048] V型底板21下料端处还设置有固定在机架1上的倾斜输送槽27对接至承载座31内。

[0049] 机架1另一侧对应输送定向机构2的下料端设置有能够承载单个核桃并进行尖端定向的尖端定向机构3；所述尖端定向机构3包括圆周对称设置的两承载座31，其中一承载座31对接在V型底板21下料端，另一承载座31位于破壳机构8下的破壳工位；所述承载座31底部中心固定连接中心轴32，中心轴32末端与行星转盘33内部通过轴承331连接，行星转盘33中心向下连接步进电机34，步进电机34固定在机架1上；所述承载座31下部还设置有中心与中心轴32固定的行星齿轮36，所述承载座31外表面还包覆有两挡块35，所述两挡块35对应V型底板21下料端方向直线贯穿开设缝隙，缝隙对应的挡块35座上设置对称的传感器39，所述传感器39进行核桃的尖端识别，所述挡块35座分别设置滑杆37向下滑动贯穿行星齿轮
36，滑杆37末端与中心贯通的连接盘4上表面铰连接，所述连接盘4底部设置若干滚轮41与内外环高低不一的凸轮环5相接触，凸轮环5安装在固定在机架1中部的下安装板6上；

[0050] 下安装板6上在与V型底板21下料端对应直线相垂直的一侧面安装能够与行星齿轮36相啮合的弧形齿条7，弧形齿条7的齿数为行星齿轮36齿数的一半；

[0051] 完成长轴定向的核桃进入尖端定向机构3的承载座31内，在两组传感器39的识别作用，能够识别核桃有没有完全定向成功，完全定向成功的核桃直接旋转入破壳工位，没有完全定向的成功的核桃，还需要进行尖端定向，核桃承载座31的工位会进行公转，并且在公转的时候行星齿轮36与弧形齿条7相啮合，承载座31公转180度且自转180度，使核桃的尖端完成定向，并且进入破壳工位。

[0052] 同时，在承载座31的转移过程中两侧的挡块35会在凸轮环5的作用下，一侧挡块35上升到中间，另一侧挡块35下降到中间位置，护住核桃在转动时不会掉下承载座31。

[0053] 为了使得挡块35的伸缩更加稳定，在行星齿轮36与连接盘4之间还对称设置有伸缩杆38连接，伸缩杆38顶端与行星齿轮36底部固定连接，伸缩杆38底部与连接盘4上表面铰连接。

[0054] 伸缩杆38由伸缩轴381滑动连接在伸缩套筒382内组成，并在伸缩套筒382内部设置伸缩弹簧383与伸缩轴381端头连接，使伸缩杆38整体具备被动伸缩的功能，使得滑杆37的伸缩更加稳定，从而使得挡块35的伸缩更加稳定。

[0055] 凸轮环5对应V型底板21下料端处内环高外环低，使得外侧的挡块35顶部与承载座31等高，完全暴露核桃一端；凸轮环5对应破壳工位处的内外环与下料端处的外环等高，使得对称的挡块35顶部与承载座31等高，完全暴露核桃；所述凸轮环5的其余部位内外环对应等高，均高于下料端处的外环高度，使得承载座31在公转时，挡块35能够伸缩限制住核桃，防止核桃在转移过程中掉出承载座31。

[0056] 具体地，滑杆37、伸缩杆38与连接盘4的铰接转动方向对应凸轮环5的高低变化方向。

[0057] 破壳机构8安装在上安装板9底部，所述上安装板9对应下安装板6固定在机架1顶部。

[0058] 破壳机构8包括对向设置的主动挤压头81与被动挤压头82，初始状态下主动挤压头81与被动挤压头82之间的间距恰好容纳承载座31，所述主动挤压头81向后连接主动挤压连轴811头端，主动挤压连轴811主体滑动套接在固定在上安装板9下部的导向环91内，主动挤压连轴811末端与挤压驱动机构相连接；所述被动挤压头82向后连接被动挤压连轴821头端，被动挤压连轴821末端滑动套接在固定在上安装板9下部的连接筒86内，且被动挤压连轴821末端设置弹簧与连接筒86内部端头壁相连接。

[0059] 挤压驱动机构包括头端与主动挤压连轴811末端转动铰接能够绕竖直平面转动的活动连杆83，活动连杆83末端与圆周轮盘84底面靠近边沿处转动铰接构成偏心转动结构，轮盘84中心通过轮轴85向上贯穿上安装板9与转动机构相连。被动挤压连轴821表面还设置了滑柱与连接筒86表面开设的螺旋滑道861相配合进行被动挤压连轴821的螺旋扭转导向。

[0060] 在进行定向好的核桃的破壳时，核桃在主动挤压头81和被动挤压头82之间进行挤压破壳，并且在破壳时被动挤压连轴821表面的滑柱与连接筒86表面开设的螺旋滑道861相配合进行被动挤压连轴821的螺旋扭转导向，使得核桃在受到挤压和扭转的力达到更好的破壳效果。

[0061] 上述核桃定向破壳装置的定向破壳方法，包括以下步骤：

[0062] S1：启动振动电机24与步进电机34，通过控制振动电机24的振动频率，使V型底板21按照预定频率进行振动，再调节V型底板21的倾斜角度，使核桃能够不发生翻滚，向V型底板21进料端投入核桃，核桃在振动的作用下自V型底板21进料端往下滑，下滑过程中核桃会发生以下情况：第一种情况，在V型底板21的内凹结构作用下，核桃在振动下滑中会向中间靠拢，靠拢的过程中，核桃的脊线会受到V型底板21上的Y型定向槽212的引导，使得核桃姿态调正脊线与V型底板21与Y型定向槽212的竖直槽道相重合；第二种情况，当核桃撞到挡板
211上的时候，核桃在反弹的同时也会产生一个使核桃旋转力矩，这个力矩的大小与恢复系数有关，恢复系数越小，这个旋转的作用越明显，这个旋转的也会使得核桃的脊线与水平滑槽2111位置重合；在上述两种情形下将核桃进行长轴定向后，核桃滑入对接在V型底板21下料端的承载座31内；

[0063] S2：在核桃进入承载座31时，承载座31靠近下料端一侧的挡块35在凸轮环5的作用下处于收缩至与承载座31等高，另一挡块35处于覆盖遮挡核桃的高度，此时在两挡块35对应V型底板21下料端方向直线贯穿开设缝隙设置对称的传感器39的作用下进行核桃的尖端识别，有以下两种情况：第一，检测到有核桃且尖端检测缝隙的信号被遮挡，判断为尖端不正确，步进电机34正向旋转180度，带动行星转盘33向安装有弧形齿条7一侧旋转180度，承载座31两侧的挡块35会在凸轮环5的作用下，一侧挡块35上升到中间，另一侧挡块35下降到中间位置，护住核桃在转动时不会掉下承载座31，并且行星转盘33转到45度时，承载座31下的行星齿轮36与弧形齿条7进行啮合，弧形齿条7的齿数是行星齿轮36齿数的二分之一，使得行星转盘33公转旋转180度的时候，行星齿轮36带动承载座31也会自转180度，会使得核桃完成尖端定向并且达到破壳工位上；第二，当检测到有核桃且尖端检测缝隙中没有信号被遮挡时，则为尖端定向正确，步进电机34反向旋转180度，行星转盘33带动承载座31向没有弧形齿条7一侧公转180度，达到破壳工位上；

[0064] S3：当核桃到破壳工位时即核桃处于定向好的姿态，可以进行破壳，转动机构带动轮轴85转动，轮轴85带动轮盘84转动一周，轮盘84带动活动连杆83进行偏心运动，活动连杆83带动主动挤压连轴811做水平伸缩滑动，核桃在主动挤压头81和被动挤压头82之间进行挤压破壳，并且在破壳时被动挤压连轴821表面的滑柱与连接筒86表面开设的螺旋滑道861相配合进行被动挤压连轴821的螺旋扭转导向，使得核桃在受到挤压和扭转的力达到更好的破壳效果。

[0065] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。