花生莢果分級機(jī)械研究現(xiàn)狀與發(fā)展建議

薛然等

摘要：花生莢果分級技術(shù)是花生貯藏、深加工及提高產(chǎn)品檔次和附加值的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過研究當(dāng)前國內(nèi)外花生莢果分級技術(shù)并分析其發(fā)展現(xiàn)狀，提出了今后花生莢果分級設(shè)備研究過程中應(yīng)解決的問題，并對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：花生；分級技術(shù)；花生莢果分級機(jī)

中圖分類號： S226.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0426-03

通信作者：謝煥雄，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及農(nóng)產(chǎn)品加工裝備研究。E-mail：764086434@qq.com。花生是我國最主要的油料作物之一，中國花生的總產(chǎn)、單產(chǎn)及出口量均居世界首位?；ㄉ吐屎蛦挝幻娣e產(chǎn)油量高，且與大豆油和棕櫚油等大宗油脂相比，花生油的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸高，富含多種維生素，有很好的營養(yǎng)保健價(jià)值[1]?；ㄉ?jīng)過深加工，可制成各種風(fēng)味獨(dú)特的食品，深受人們喜愛，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

在花生加工和商品化過程中，花生莢果分級是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。花生的品種及生長條件差異造成花生莢果尺寸差別較大，大小均勻、顆粒飽滿的優(yōu)質(zhì)帶殼花生制品銷售價(jià)格顯著高于大小混雜、飽秕不一的帶殼花生制品。并且通過分級，可使花生莢果大小、品質(zhì)等基本達(dá)到一致，對其后續(xù)的貯藏、深加工及提高產(chǎn)品檔次和市場競爭力具有重要意義。進(jìn)出口貿(mào)易中，對帶殼花生的品種、大小、清潔度等都有嚴(yán)格的規(guī)定，花生的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；彩谷藗儗ㄉa(chǎn)中分級質(zhì)量、分級效率有了更高的要求。人工分級效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且分級成本很高，分級精度也難以保證，采用花生莢果分級設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工分級方法勢在必行[2-3]。

1國外花生莢果分級機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀

美國花生采用分段式機(jī)械進(jìn)行花生收獲，收獲后的花生果中摻雜了很多雜物，如石塊、玻璃，另外還有一些干癟的小果和失去外殼的花生米。干癟的小果中含水量很高，而失去外殼的花生米一般情況下都很臟且?guī)в袡C(jī)械損傷，很容易發(fā)生霉變，影響后續(xù)的貯藏和銷售，因此花生收獲后一般采用大型流水線方式對其進(jìn)行清選、除雜、分級。另外，美國農(nóng)業(yè)部制訂了詳細(xì)的等級標(biāo)準(zhǔn)用于確定花生的價(jià)格，并設(shè)計(jì)了小型的用于清選及分級花生樣品的機(jī)器。首先，使用清選設(shè)備將花生樣品分為異物（土、莖稈、石頭等）、失去外殼的花生米、花生莢果，然后通過一個(gè)預(yù)分級設(shè)備將清潔的花生莢果分級后進(jìn)行脫殼等后續(xù)處理[4-5]。

Dowell設(shè)計(jì)了一種花生果自動(dòng)分級設(shè)備，該設(shè)備可以分級更大的花生莢果樣本，同時(shí)保持大致相同的樣品處理速度，以降低抽樣誤差。通過其簡化分級方法以及更換過時(shí)的設(shè)備，運(yùn)用更加高效和有效的設(shè)備降低了出錯(cuò)概率。其分級流程如圖1所示[6]。

除了通過大型流水線方式對花生進(jìn)行清選、除雜、分級，國外還有一些小型的花生莢果分級設(shè)備。Blankenship 等發(fā)明了一種簡易的發(fā)散帶式花生莢果分級機(jī)，如圖2所示，花生莢果根據(jù)它們在帶上下落的位置不同分為6級，帶長、帶速及喂料速度不同，分級效果也各不相同。該設(shè)備可將花生莢果按尺寸范圍分為幾級， 但無法徹底分離出莢果中含有的石頭等異物，需要附加其他分級設(shè)備如重力分級設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步分級，但可提高后續(xù)清選設(shè)備的工作效率[7]。

智能式分級設(shè)備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、顏色等多個(gè)指標(biāo)的檢測并進(jìn)行分級，近年來，國外花生莢果分級對近紅外技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像識別等技術(shù)均有一定的應(yīng)用。

Sundaram等發(fā)明了一種帶殼花生無損檢測設(shè)備，該設(shè)備采用VIS/NIR光譜法，可以直接對未脫殼的花生莢果進(jìn)行檢測，確定花生仁品質(zhì)優(yōu)劣。首先，選取約200個(gè)花生莢果為校準(zhǔn)組以最初掃描來確定分類算法，收集這些花生莢果在400～

2 500 nm波長范圍的反射光譜，然后將這些花生莢果剝開進(jìn)行目測檢查，如果它們有任何形式的損傷、變色或是不成熟，則歸類為壞的，其他的花生莢果歸類為好的。通過主成分分析法建立數(shù)學(xué)模型，好的與壞的花生仁主要成分得分圖結(jié)果顯示VIS/NIR光譜法可用于花生莢果分級[8]。

Boldor等設(shè)計(jì)了一種使用機(jī)器視覺對花生莢果大小進(jìn)行分類和對圖像進(jìn)行分析的方法。首先，將花生莢果通過圖像采集系統(tǒng)人工整理成圖像存儲(chǔ)在電腦中，分辨率為0.1 mm，通過計(jì)算機(jī)輔助程序正確地識別已分類的花生莢果?？赏ㄟ^花生莢果顏色來判斷花生果成熟度，替代現(xiàn)有的人工分級，莢果及脫殼得到種子的數(shù)據(jù)庫可對特定區(qū)域的花生質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)，另外，該系統(tǒng)的圖像可以被存儲(chǔ)以進(jìn)行下一步分析[9]。

2國內(nèi)花生莢果分級機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)花生收獲后主要依靠人工進(jìn)行撿拾摘果，花生莢果清潔度較高，但尺寸差異很大，并含有秕果和少量失去外殼的花生仁。為便于花生脫殼或加工生產(chǎn)高質(zhì)量的花生食品，需要對花生莢果按尺寸進(jìn)行分級[10]。但目前，我國對花生機(jī)械化莢果分級技術(shù)理論研究幾乎沒有，又因花生莢果本身流動(dòng)性差的特征，使得一般通用分機(jī)設(shè)備無法滿足要求，市場上現(xiàn)有的花生果分級機(jī)主要有振動(dòng)式和滾筒式2種類型，使用時(shí)均存在一些問題，未能大規(guī)模推廣。

2.1振動(dòng)式分級設(shè)備

河南省獲嘉縣銀河機(jī)械廠生產(chǎn)的HSX-1500型花生選果多用機(jī)（圖3），采用振動(dòng)平篩分級，取代了手工檢果，效率高，可選出雙仁果和中、小單果，并能把雙仁果的飽果和秕仁果區(qū)別開。并且用戶可換上合適的篩子，篩選玉米、大豆、麥子、高粱等其他糧食作物，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

馮金有設(shè)計(jì)了一種帶有清篩機(jī)構(gòu)的水平振動(dòng)花生果篩選機(jī)。由圖4可見，該機(jī)由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)和篩選機(jī)構(gòu)組成；篩選機(jī)構(gòu)包括滾輪、篩板和支撐板，篩板和支撐板均固定于滾輪上，且有引導(dǎo)栓相連，篩板為圓孔篩，支撐板上設(shè)有凸柱，凸柱和圓孔篩的孔對應(yīng)，圓孔篩只能水平振動(dòng)，帶有凸柱的支撐板既可與圓孔篩一起水平運(yùn)動(dòng)，又可上下垂直運(yùn)動(dòng)，支撐板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸柱和圓孔篩上的孔分離，小果和雜質(zhì)落下，當(dāng)大果落入圓孔篩堵篩時(shí)，支撐板上的凸柱通過向上運(yùn)動(dòng)，可將大果頂起清篩，因其改善了清篩機(jī)構(gòu)，使其在分級過程中不易堵篩，從而提高了篩分效果[11]。endprint

2.2滾筒式分級設(shè)備

由青島楓林花生機(jī)械有限公司生產(chǎn)的6HXG系列花生果篩選機(jī)分6HXG-4、6HXG-6、6HXG-8，即4 m、6 m、8 m 3種型號。由圖5可見，該設(shè)備采用滾筒式篩選，滾筒直徑 1.1 m，花生果經(jīng)提料機(jī)進(jìn)入篩選機(jī)后，由螺旋片不斷向前推動(dòng)，達(dá)到分級目的，具有產(chǎn)量高、無損傷，可分選2～4種規(guī)格，生產(chǎn)率為1.2～2 t/h，可用于大型花生加工廠。

1983年，吳海山參照國外進(jìn)口油棕核分級圓篩原理進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了FJY·50×1分級圓篩用于花生莢果的分級。該機(jī)由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、圓篩筒、壓輥機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成，進(jìn)料機(jī)構(gòu)由料斗與1節(jié)直徑為200 mm、螺距為200 mm的絞龍組成，料斗為方形，設(shè)有插板，以便控制下料量，絞龍軸空心，以套接圓篩軸及蝸輪軸，又起聯(lián)軸節(jié)作用。絞龍機(jī)殼出口處為圓形，以便和圓篩進(jìn)口相銜接。圓篩筒安裝傾角為5°，便于物料在圓篩中運(yùn)行。壓輥機(jī)構(gòu)是為自行清理篩面而設(shè)計(jì)的，當(dāng)圓篩上有果?？ㄓ诤Y孔上堵塞篩孔時(shí)，篩面經(jīng)過壓輥時(shí)，將堵孔果粒向篩內(nèi)壓出?；ㄉ旨壭矢?，清篩效率高，圓篩所需動(dòng)力不大。經(jīng)過長期的試驗(yàn)考核，基本上可以達(dá)到750 kg/h、90%的篩分效率等設(shè)計(jì)要求[12]。

農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所在SCY圓筒初清篩機(jī)基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)清篩裝置與優(yōu)化篩片結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)了柵條滾筒式花生分級機(jī)。由圖6可見，該機(jī)對脫殼前的花生按照莢果外形尺寸大小進(jìn)行分級，主要由機(jī)架、進(jìn)料裝置、出料裝置、篩分裝置、傳動(dòng)裝置和清篩裝置等部分組成，采用差速反向旋轉(zhuǎn)、外部強(qiáng)制清篩鋼刷與長孔篩組配形式，改進(jìn)現(xiàn)有篩選設(shè)備，有效解決了花生莢果由于外表“歪歪扭扭、坑坑洼洼”造成的嚴(yán)重堵塞問題，實(shí)現(xiàn)了花生莢果順暢分級。工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)?xùn)艞l滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，花生從進(jìn)料裝置進(jìn)入柵條滾筒并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)受到柵條滾筒內(nèi)置螺旋葉片的推送不斷向前輸送。在輸送過程中，尺寸較小的花生將通過柵條間的間隙進(jìn)入小物料出料斗。尺寸較大的花生繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入大物料出料斗。試驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)花生外形尺寸大小，更換柵條滾筒，使得柵條間隙與花生尺寸相對應(yīng)，提高分級效果?；蚴窃黾訚L筒段數(shù)，提高分級級數(shù)。該機(jī)動(dòng)力小、產(chǎn)量高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，換篩維修方便，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間?。簧a(chǎn)率500～800 kg/h；轉(zhuǎn)速20 r/min；分級合格率：85%～95%[13]。

總的來說，由于國內(nèi)花生分級設(shè)備研發(fā)上長期投入不足，目前我國用于花生莢果分級的設(shè)備接近空白，急需研制出一種價(jià)格低、適應(yīng)性強(qiáng)、安全易操作的花生莢果分級機(jī)。

3存在的主要問題

雖然許多科研人員對農(nóng)產(chǎn)品分級原理及相關(guān)設(shè)備做了大量的研究與分析，取得了很多成果，為花生莢果分級設(shè)備的發(fā)展提供了一定的基礎(chǔ)，但現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品分級設(shè)備不經(jīng)改進(jìn)直接用于花生莢果分級，仍有很多不足之處。存在的問題主要有以下幾個(gè)方面：

（1）花生莢果形狀歪歪扭扭，表面坑坑洼洼，且大多存在大小頭，常常小頭進(jìn)大頭不出，雖然現(xiàn)有的部分花生莢果分級設(shè)備帶有清篩機(jī)構(gòu)，但使用時(shí)都存在較嚴(yán)重的堵塞問題。

（2）使用振動(dòng)篩對花生莢果進(jìn)行分級時(shí)，常有小頭進(jìn)篩孔，大頭不出，而且越振越緊，篩孔堵篩十分嚴(yán)重，堵后又不易清理。使用圓筒篩式分級設(shè)備，卡在篩孔中的花生莢果因自身重力和清篩機(jī)構(gòu)脫離篩孔，有效地緩解了堵塞問題，但現(xiàn)有的圓筒篩分級花生都存在效率低、竄級嚴(yán)重、清篩機(jī)構(gòu)不合理等問題，急需對花生莢果物理特性進(jìn)行深入研究后對現(xiàn)有的圓筒篩分級設(shè)備做進(jìn)一步的改進(jìn)。

（3）我國花生品種繁多，不同花生品種的形狀與尺寸差別很大，這就導(dǎo)致了現(xiàn)有的花生分級設(shè)備缺乏通用性。

（4）相比傳統(tǒng)的機(jī)械分級技術(shù)僅能根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的一些外部特征進(jìn)行分級并且在分級的過程中容易造成農(nóng)產(chǎn)品的機(jī)械損傷，智能式分級設(shè)備可以快速、無損地一次完成大小、形狀、表面損失和內(nèi)部品質(zhì)等多個(gè)指標(biāo)的檢測并進(jìn)行分級。但目前我國尚未有人將這些技術(shù)應(yīng)用于花生莢果的分級上，智能式分級設(shè)備普遍價(jià)格昂貴，一般農(nóng)戶沒有能力購買，雖然具有非常好的應(yīng)用前景，但距離推廣仍需一段時(shí)間。

4發(fā)展建議

現(xiàn)有的花生莢果分級設(shè)備還遠(yuǎn)不能滿足花生產(chǎn)業(yè)對花生莢果分級加工設(shè)備提出的要求。上述分級設(shè)備在花生莢果分級機(jī)械的發(fā)展中，機(jī)械式的花生莢果分級機(jī)械在一段時(shí)間內(nèi)還有廣大市場，應(yīng)研制并大力推廣機(jī)械式花生莢果分級機(jī)，對現(xiàn)有的圓筒篩式花生分級機(jī)做進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。同時(shí)，基于光電、機(jī)器視覺等技術(shù)的花生莢果分級機(jī)械有非常好的應(yīng)用前景，隨著成本不斷降低，新技術(shù)取代傳統(tǒng)的機(jī)械分級是必然趨勢，對不同分級要求的花生莢果采用相應(yīng)的機(jī)型，機(jī)械式分級與智能化分級設(shè)備相結(jié)合，節(jié)約成本的同時(shí)提高分級質(zhì)量，才能更好地推動(dòng)現(xiàn)代花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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