油茶果由茶壳和茶籽组成,茶壳对制取茶油不利,需进行脱壳处理。提高机械化脱壳程度有利于油茶产业的发展。目前我国油茶果破壳机械以挤压碾搓式和撞击式为主。挤压碾搓式破壳存在挤压间隙,籽粒渗油及籽壳黏连等难以解决的问题。为解决现有撞击式油茶果破壳装置由于撞击力难以调节导致的破壳率偏低、碎籽率偏高的问题,采用二次撞击式破壳原理,设计了一种油茶果破壳装置,并对破壳装置进行理论和试验研究,具体工作如下:(1)为确定油茶果的破壳方式及关键零部件的结构和尺寸,测定常德“铁城一号”油茶果的物理参数。得到新鲜油茶果含水率并随摊晒时间的变化情况;油茶果的基本尺寸、质量和密度;油茶果的初始破裂力;油茶果与钢板的恢复系数。分析以上物理参数,油茶果的粒径分布范围较广,撞击力与粒径大小无关,油茶果与钢板碰撞会产生动能损失,确定采用撞击式破壳方式。(2)提出了二次撞击式破壳方式并设计了油茶果破壳装置。确定了破壳装置整体结构和工作原理,对转子、叶轮和外壳体等关键零件进行了设计。装置结构设计中确保足够大的撞击力以提高破壳率,采用圆弧面导料板有效降低碎籽率。通过对关键部件设计计算,确定了叶轮、转子和外壳体的基本结构和尺寸。(3)为得到影响油茶果破壳效率的主要因素,进一步确定破壳装置的结构参数,分析油茶果在破壳空腔中的运动和受力情况,将油茶果在破壳空腔中的运动过程分成了若干个阶段,并分析油茶果各个阶段的运动和受力情况,得到油茶果运动过程中的碰撞接触力、运动轨迹与破壳装置结构等因素之间的关系。(4)根据运动学和动力学分析的结果,利用EDEM仿真分析油茶果与装置的碰撞接触力,通过对比不同螺旋升角下,油茶果与转子的碰撞接触力;不同外壳体直径下,油茶果与外壳体的碰撞接触力,确定了叶轮的螺旋升角和外壳体的直径等。通过EDEM对油茶果破壳后分离出的茶籽与转子的碰撞接触力,对比油茶果与茶籽的碰撞接触力,验证了油茶果第一次破壳后分离的茶籽不会发生碎籽现象。(5)油茶果破壳性能试验。油茶果破壳装置的主要评价指标为油茶果的破壳率和碎籽率,即为了实现较高的破壳率和较低的碎籽率,以主轴转速、油茶果含水率和导料板安装角度作为试验因素,进行了单因素试验;为得到各因素的影响程度,确定破壳效果最佳时的参数组合,进行了正交试验。优化后的工艺参数组合为:当油茶果含水率约为60%、主轴转速为425 r/min、导料板安装角度为75°时,破壳率可达95.37%,碎籽率可降至4.27%。