新疆是中国核桃的主产区之一,但核桃破壳加工利用率却很低,破壳取仁作业仍一直以手工为主,虽然有一些简单的设备,但受加工规模、高露仁率低、效率低等限制,并没有在市场上推广,极大限制了核桃产业化发展。针对新疆核桃加工利用现状及当前核桃破壳机械存在的问题,本文以温185核桃为研究对象,对核桃破壳理论及设备进行了研究。在国内外核桃破壳研究综述基础上,首先对核桃破壳进行了理论及仿真分析,然后结合手工破壳和机械破壳的优点,基于仿生学原理设计和制作了一种冲压式核桃破壳机,最后对样机进行了性能试验,并给出了相关参数指标。研究结果可为核桃等坚果的破壳研究提供参考。主要研究结论如下:(1)对温185核桃几何特征参数进行了测定与分析,得出其球度系数平均为0.91,壳厚平均为1.53 mm,在进行力学分析时可将其简化为各向同性且均匀的薄球壳进行处理;基于薄壳理论对核桃破壳进行了理论分析,得出最佳破壳集中力对数为2对,并初步设计了V型结构破壳冲压头;通过核桃在平板和V型压头下的压缩破壳有限元分析,得出V型压头比平板压头更有利于破壳,与破壳理论分析结果一致;结合断裂力学理论和破壳效果,最终确定破壳冲压头为带齿纹V型结构。(2)设计和制作了一种集分级、破壳工序于一体的冲压式核桃破壳机,其主要由机架、电机、进料斗、分级装置、输送装置、破壳装置和集料罩等部件构成。对破壳机的主要部件结构及参数进行了设计,确定了分级装置分选核桃的尺寸范围为32~48 mm,分级筛笼四段分级区间依次为270mm、216 mm、162 mm和108 mm,分级筛笼的理论转速为28 r/min,以及仿生压杆的长度为510 mm、压杆转角为30°、破壳冲压头V型刀片的V型角为120°及厚度为4 mm等基本参数;并确定了槽轮机构的基本参数,以及分级装置的带传动比为2.43,破壳装置的三级传动比依次为17、2和1。(3)对样机进行性能试验与分析,得出样机的最佳分级参数为调量口大小70 mm,分级筛笼转速26 r/min,分级筛笼倾角1.5°,在此参数下核桃的分级效果可达91.67%;破壳效果试验表明,核桃破壳率平均为92.8%,核桃仁的高露仁率平均为88.72%,具有较高的破壳率和高露仁率;破壳加工效率表明,单台样机的加工效率平均为64.07 kg/h,是单人敲击破壳加工效率的15倍以上,能够有效减轻劳动强度,节省劳动成本,具有较好的应用前景。