巴旦木成熟期青皮特性與脫青皮機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定

喬園園，牛長(zhǎng)河，石 鑫，劉向東，楊會(huì)民，吐魯紅·吐爾迪，王學(xué)農(nóng)

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

巴旦木成熟期青皮特性與脫青皮機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定

喬園園，牛長(zhǎng)河，石 鑫，劉向東，楊會(huì)民，吐魯紅·吐爾迪，王學(xué)農(nóng)※

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

通過測(cè)試分析青皮巴旦木成熟期的物理特性，確定巴旦木脫青皮機(jī)構(gòu)的篩筒與螺旋脫皮部件間距、篩筒柵條間距等關(guān)鍵參數(shù)，為得到適應(yīng)性強(qiáng)、含雜率小、脫凈率高的巴旦木脫青皮機(jī)奠定理論基礎(chǔ)。

巴旦木；物理特性；脫青皮；參數(shù)

0 引言

新疆巴旦木主要產(chǎn)地在喀什，其品種繁多，約有四十多種[1]。而喀什的巴旦木主要分布在莎車、葉城等縣[2～3]。據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)，喀什莎車縣巴旦木種植面積已擴(kuò)大到100萬畝，巴旦木除了口感好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高之外，美國(guó)芝加哥洛約大學(xué)生物系任主任的哈羅德·曼納在研究巴旦木成果報(bào)告中提出，苦巴旦木仁可治療癌癥。

巴旦木作為新疆的一大特色堅(jiān)果，一些專家正在研究其種植技術(shù)與手段，而針對(duì)巴旦木的物料特性測(cè)試與研究工作較少，特別是針對(duì)巴旦木的青皮物料特性尚無文獻(xiàn)可查。目前巴旦木初加工多采用人工手工進(jìn)行，工作效率低，食品衛(wèi)生與質(zhì)量不可控，因此選擇參數(shù)合適的機(jī)具對(duì)青皮進(jìn)行處理是巴旦木初加工的第一步。首先需要對(duì)巴旦木青皮進(jìn)行物料特性的測(cè)試，通過測(cè)試后的數(shù)據(jù)確定機(jī)具的參數(shù)，為尋找機(jī)械法代替人工奠定基礎(chǔ)。

1 巴旦木成熟期青皮變化特性

選擇晚豐（莎車18號(hào)）連續(xù)6日，每日采摘20顆青皮巴旦木，采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，主要測(cè)量青皮的厚度。測(cè)量的目的是為了得到巴旦木成熟期青皮厚度的變化規(guī)律性，從而尋找處理青皮的手段及適合青皮處理機(jī)具的相關(guān)參數(shù)。

首先測(cè)試帶青皮巴旦木與去青皮巴旦木的外形尺寸，選擇晚豐品種，并測(cè)試50個(gè)巴旦木的尺寸特性，取平均值，測(cè)試結(jié)果如下：

表1 巴旦木外形尺寸特性參數(shù)

以上是測(cè)得的帶青皮巴旦木長(zhǎng)寬厚三維尺寸、去青皮巴旦木果實(shí)的三維尺寸和通過前兩個(gè)數(shù)據(jù)推算的理論青皮厚度，該數(shù)據(jù)為巴旦木脫青皮的第一步提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，巴旦木機(jī)具的芯軸與篩筒壁的間距因至少大于10 mm,方可將巴旦木青皮有效去除。為了得到確切的青皮厚度，選擇晚豐品種每日測(cè)量20顆，每粒取3處進(jìn)行青皮厚度測(cè)量，取3次平均值，觀察青皮變化規(guī)律，以下數(shù)據(jù)便是2015年8月21和8月24～28日進(jìn)行測(cè)試得到的青皮厚度。

表2 青皮平均厚度變化參數(shù)

圖1 巴旦木青皮平均厚度值變化

通過以上青皮厚度變化曲線，可以明顯的得到，當(dāng)巴旦木進(jìn)入成熟期后，巴旦木的青皮厚度隨著果實(shí)的成熟度越來越高，青皮厚度越來越小，與青皮的水分含量也有很大的關(guān)系，很明顯，青皮的含水量降低后青皮厚度減少。

巴旦木去青皮過程需要考慮兩個(gè)問題，第一，巴旦木的青皮與巴旦木果實(shí)的剝離過程，第二，巴旦木青皮與果實(shí)的分離過程。巴旦木青皮與果實(shí)剝離需要特別考慮的因素是破損率，即：既要將青皮從果實(shí)上剝離下來，又不能損傷巴旦木果實(shí)。而巴旦木青皮與果實(shí)的分離過程主要考慮的因素是巴旦木青皮的厚度與篩筒間隙的關(guān)系，間隙太小，則巴旦木青皮不能通過，從而達(dá)不到皮與果的分離，間隙太大，又會(huì)造成尺寸較小的巴旦木果實(shí)從篩筒間隙處下落，因此，對(duì)巴旦木果實(shí)、青皮尺寸和大小的研究就是解決巴旦木脫青皮步驟的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要特別關(guān)注這幾個(gè)尺寸之間的關(guān)系。

2 脫青皮機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定

巴旦木脫青皮機(jī)經(jīng)過不斷改進(jìn)、完善，最新機(jī)型采用螺旋式脫青皮的方法。該脫青皮裝置包括篩筒、螺旋脫皮部件、篩筒柵條、柵條筋、活門等。在設(shè)計(jì)機(jī)具時(shí)需要對(duì)物料的關(guān)鍵尺寸特性進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)定，即巴旦木的外形尺寸和青皮厚度參數(shù)兩組物料特性，機(jī)具的螺旋脫皮部件到篩筒壁的距離參數(shù)需要根據(jù)巴旦木的外形尺寸進(jìn)行確定，篩筒柵條間隙需要根據(jù)巴旦木的青皮厚度參數(shù)進(jìn)行確定，這兩組物料尺寸的測(cè)定是設(shè)計(jì)巴旦木脫青皮機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵步驟，確定了這兩組數(shù)據(jù)才可以設(shè)計(jì)合理的巴旦木脫青皮機(jī)構(gòu)。

螺旋式巴旦木脫青皮機(jī)，外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高，mm）1 644×811×1 475，由2．2～2．5 kW電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)或12．5 kW（17hp）拖拉機(jī)帶動(dòng)，額定轉(zhuǎn)速為400～800 r/min。作業(yè)時(shí)，帶青皮巴旦木從喂料口進(jìn)入篩筒內(nèi)，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)螺旋脫皮部件旋轉(zhuǎn)。當(dāng)帶青皮巴旦木進(jìn)入螺旋脫皮部件與篩筒壁之間時(shí)，螺旋脫皮部件旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)巴旦木向出料口移動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生的摩擦力將青皮脫離，達(dá)到了脫皮的效果；而巴旦木青皮從篩筒的柵條間隙處直接落下，達(dá)到皮果分離的效果，為了保證篩筒柵條間隙的均勻性需要增加?xùn)艞l筋板的設(shè)計(jì)，脫落的青皮從分離篩筒的篩縫中排出，去青皮后的巴旦木從出料口排出（圖2）。

圖2 6TB-400巴旦木脫青皮機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 螺旋脫皮部件與篩筒壁間隙的確定

篩筒間隙作為影響巴旦木脫凈率和破損率的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)螺旋脫皮部件與篩筒壁間距過大時(shí)，青皮不能有效剝離，當(dāng)螺旋脫皮部件與篩筒壁間距過小時(shí)，脫出的巴旦木果實(shí)破損率會(huì)很大，而確定這個(gè)參數(shù)的依據(jù)仍然是前期測(cè)量的帶青皮巴旦木外形尺寸和去青皮巴旦木外形尺寸，及理論的青皮厚度值，通過大量試驗(yàn)結(jié)果表明，該數(shù)據(jù)為一個(gè)區(qū)間值d: 10 mm～20 mm（圖3）。

2.2 篩筒柵條間距的確定

如圖4，柵條間距作為影響巴旦木含雜率的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，如果柵條間距不合適，會(huì)造成分離不徹底或者從柵條間隙漏巴旦木果實(shí)的現(xiàn)象，前期所做的青皮厚度的測(cè)量工作，就是為該關(guān)鍵部件的參數(shù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持，巴旦木的青皮平均厚度為小于7 mm，根據(jù)該數(shù)據(jù)做了3種尺寸的間隙設(shè)計(jì)（6 mm、8 mm、10 mm），經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定篩筒柵條間距為：7mm，除了間距的確定，試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)使用不同尺寸的圓鋼作為柵條材料，對(duì)脫青皮效果也有一定的影響，對(duì)比試驗(yàn)后，得到該材料選用?8圓鋼作為柵條材料。該間距和柵條圓鋼尺寸可以適應(yīng)多個(gè)品種的青皮脫離作業(yè)，且青皮與果實(shí)的分離效果均較好。

圖3 螺旋脫皮部件與篩筒壁間隙

圖4 篩筒柵條間距確定

2.3 柵條筋的特殊設(shè)計(jì)

第一臺(tái)樣機(jī)試制過程中發(fā)現(xiàn)了相鄰柵條間距的均勻性無法保證，經(jīng)過焊接加工后更容易造成變形與偏移，在后期的制造過程中，增加了柵條筋板的設(shè)計(jì)（圖5），柵條筋板使用等離子切割，為保證相鄰兩環(huán)的間隙等距均勻，采用3組柵條筋進(jìn)行3點(diǎn)定位（圖5b），有效解決了篩筒間隙均勻性問題，從而也確保機(jī)具避免因柵條間隙大大小小而產(chǎn)生的含雜率偏高等問題，即：小尺寸的巴旦木果實(shí)從間隙較大處脫出，使得皮中含果率超標(biāo)。

圖5 柵條筋的結(jié)構(gòu)與布置

3 試驗(yàn)及結(jié)論

通過確定脫青皮裝置的參數(shù)后進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該巴旦木脫青皮機(jī)的生產(chǎn)率可達(dá)400 kg/h，適應(yīng)本機(jī)品種的巴旦木果實(shí)（中、厚皮巴旦木），均能達(dá)到脫凈率≥90%，破損率≤5%，果中含雜率≤5%，皮中含果率≤5%。一臺(tái)機(jī)具每小時(shí)工作量相當(dāng)于30個(gè)熟練工手工剝巴旦木的速度，且脫凈率與含雜率與人工剝皮的效果相當(dāng)。

測(cè)量的巴旦木物料外形尺寸參數(shù)，對(duì)巴旦木脫青皮機(jī)的螺旋脫皮部件與篩筒壁間隙的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，設(shè)計(jì)合適的間距才能保證巴旦木果實(shí)破損率最小，巴旦木青皮脫凈率最佳。

測(cè)量巴旦木的外形尺寸后得到了巴旦木三維尺寸上的青皮厚度，從而選擇去青皮部件與篩筒間隙尺寸范圍d為：10～20 mm。

將達(dá)到成熟后的帶青皮巴旦木進(jìn)行連續(xù)6日測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明達(dá)到成熟期的巴旦木青皮厚度尺寸不大于7 mm，對(duì)巴旦木脫青皮機(jī)具的篩筒間隙尺寸提供了數(shù)據(jù)參考，設(shè)計(jì)的柵條間隙為7 mm，相應(yīng)的設(shè)計(jì)了保證柵條間距的柵條筋板結(jié)構(gòu)。通過使用柵條筋的辦法達(dá)到各篩筒環(huán)間隙的等距均勻性。

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Almonds size characteristic and the peel off parameters

Qiao Yuan-yuan,Nui Chang-he,Shi xin,Liu Xiang-dong,Yang Hui-min,Tuluhong·Tuerdi, Wang Xue-nong
（Xinjiang academy of agricultural sciences,Institute of mechanization,Urumchi 830091 XinJiang,China）

Through test analysis of green husk almonds mature physical characteristics,determine the almonds institutions to take off the green husk of cylindrical screen and spindle span,sieve tube grid spacing key parameters,such as to be adaptable, high impurity rate of small,to take off the net rate of almondsto take off the green husk machine to lay the theoretical foundation.

Almonds；Size characteristic；Peel off；Parameter Determination

10．13620/j．cnki．issn1007-7782．2015．05．004

S226．4

A

1007-7782（2015）05-0012-03

2015-10-30

自治區(qū)專利實(shí)施計(jì)劃項(xiàng)目“巴旦木脫青皮機(jī)的研制及產(chǎn)業(yè)化”（2014SS1068）；地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目“巴旦木脫青皮機(jī)理分析及實(shí)驗(yàn)研究”（E050601）

王學(xué)農(nóng)