立式圓錐核桃破殼裝置轉(zhuǎn)速與破殼效果關(guān)系探討

馬文強(qiáng)，李忠新，楊莉玲，劉 奎，閆圣坤，楊忠強(qiáng)，朱占江，劉 佳（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）

立式圓錐核桃破殼裝置轉(zhuǎn)速與破殼效果關(guān)系探討

馬文強(qiáng)，李忠新，楊莉玲，劉 奎，閆圣坤，楊忠強(qiáng)，朱占江，劉 佳
（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）

針對(duì)立式圓錐核桃破殼裝置，分析了立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速與“溫185”核桃破殼效果間的關(guān)系。設(shè)計(jì)了核桃破殼效果評(píng)價(jià)方法，采用了3種不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行了核桃破殼效果試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速處于1 300轉(zhuǎn)/min對(duì)“溫185”核桃具有較好的加工適應(yīng)性，破殼效果良好。

核桃；破殼；轉(zhuǎn)速；頭露仁率；破殼效果評(píng)價(jià)

新疆是我國(guó)核桃主產(chǎn)區(qū)，截至2014年，新疆核桃種植面積已達(dá)40.58萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)50.436萬(wàn)t［1］。南疆和田地區(qū)、喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)，三地州核桃面積和產(chǎn)量分別占全疆的96.96%和99.79%，并且貧困人口和少數(shù)民族相對(duì)集中。因此，發(fā)展核桃產(chǎn)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)的整體增效和農(nóng)民增收，加快少數(shù)民族地區(qū)脫貧致富，維護(hù)邊疆的社會(huì)和諧穩(wěn)定，具有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。

隨著核桃產(chǎn)量的日益增加，市場(chǎng)上對(duì)核桃深加工產(chǎn)品的需求越來(lái)越迫切，將核桃破殼后深加工不僅可以增加核桃的附加值，還能帶動(dòng)整個(gè)核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國(guó)是核桃出口的第一大國(guó)，文獻(xiàn)資料檢索表明［2，3］，其核桃大部分都以機(jī)械方式進(jìn)行破殼加工，新疆傳統(tǒng)的核桃破殼方式主要是人工砸取核桃仁或者是人工操作單個(gè)核桃擠壓裝置，機(jī)械化程度低，生產(chǎn)成本高。因此近些年開(kāi)始使用各種核桃破殼設(shè)備進(jìn)行破殼［4～6］，相比賣(mài)核桃原果或者是人工破殼，取得了更好的收益。但是不同核桃破殼設(shè)備均對(duì)核桃仁有相當(dāng)程度的破壞，而整仁或者較大的仁在市場(chǎng)上的價(jià)格相對(duì)較高。因此實(shí)現(xiàn)核桃機(jī)械化破殼的高頭露仁率已成為核桃破殼的主導(dǎo)方向。

為了提高我國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)化加工技術(shù)水平，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所設(shè)計(jì)研制了新型立式圓錐旋轉(zhuǎn)核桃破殼裝置，在實(shí)際推廣應(yīng)用中取得了良好的效果［7，8］。課題組前期分析了破殼裝置錐角、核桃品種、尺寸及含水率等參數(shù)對(duì)核桃破殼效果的影響研究［9］。本研究旨在進(jìn)一步闡明立式圓錐旋轉(zhuǎn)核桃破殼裝置不同轉(zhuǎn)速對(duì)破殼效果的影響，為裝置的進(jìn)一步優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備

錐籃式核桃破殼裝置主要部件為圖1所示的破殼體（包括外殼體和立式圓錐破殼體），立式圓錐破殼體上方通過(guò)軸與減速器連接，下方通過(guò)軸承與間隙調(diào)節(jié)裝置相連，間隙調(diào)節(jié)裝置由蝸輪蝸桿、刻度尺、調(diào)距手柄組成，外破殼體通過(guò)鎖緊掛鉤與機(jī)體連接。旋轉(zhuǎn)調(diào)距手柄用來(lái)調(diào)節(jié)兩破殼體之間的間隙和角度，使擠壓間隙的最小寬度小于果殼的直徑，并接近于核桃果仁最大外徑。兩破殼體表面有許多斜條紋狀的凸起并經(jīng)過(guò)特殊處理，用于增加與核桃接觸的粗糙度。落入破殼體狹縫的核桃隨破殼體運(yùn)動(dòng)而作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至最窄處破殼后，經(jīng)出料口甩出。

圖1　破殼體示意圖

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1破殼效果評(píng)價(jià)方法

破殼后的核桃仁按完整程度和大小分為9個(gè)等級(jí)，并依據(jù)等級(jí)不同，對(duì)其進(jìn)行評(píng)分，等級(jí)劃分與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如圖2和表1。

圖2　核桃仁大小等級(jí)圖示

表1　核桃仁整仁等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

使用每組試驗(yàn)所得結(jié)果加合分?jǐn)?shù)用S合對(duì)樣本整仁水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如（1）所示，

Mn—對(duì)應(yīng)表1所示，第n級(jí)核桃仁所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值；

Wn—每組樣品中第n級(jí)核桃仁質(zhì)量占核桃仁總質(zhì)量的比重。

1.2.2試驗(yàn)過(guò)程

采用變頻器對(duì)立式圓錐破殼裝置轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)破殼裝置轉(zhuǎn)速為1 200 r/min、1 300 r/min 和1 400 r/min，采用同一大小等級(jí)的“溫185”核桃進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速的破殼試驗(yàn)，每一轉(zhuǎn)速下重復(fù)3次試驗(yàn)。每次試驗(yàn)使用3 kg核桃進(jìn)行破殼，破殼后取出核桃殼與隔膜，抽取1 kg核桃仁，計(jì)算其破殼效果加合分?jǐn)?shù)S合。

2　結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)結(jié)果

不同轉(zhuǎn)速對(duì)核桃破殼效果的影響及S合值如圖3、圖4所示。

圖3　不同錐籃轉(zhuǎn)速對(duì)核桃破殼效果的影響

圖4　不同錐籃轉(zhuǎn)速的S合值的比較

從圖3可以看出，不同轉(zhuǎn)速破殼后核桃仁所占總核桃仁質(zhì)量的比重差距不大，對(duì)同一轉(zhuǎn)速而言，破殼后核桃仁占總質(zhì)量的比重等級(jí)由1級(jí)至9級(jí)依次減小，并且1、2級(jí)核桃仁占比相對(duì)較大。從圖4可以看出，對(duì)于不同轉(zhuǎn)速而言，S合的大小順序?yàn)椋褐兴伲? 300 r/min）＞高速（1400r/min）＞低速（1200 r/min），且轉(zhuǎn)速處于中速（1300 r/min）時(shí)，破殼后的頭露仁率明顯高于其他兩種速度。

2.2討論

立式圓錐破殼裝置是利用裝置外破殼體和立式圓錐破殼體對(duì)核桃的擠壓力和剪切力作用，完成核桃破殼。當(dāng)立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速較低時(shí)，擠壓力較大，會(huì)對(duì)核桃仁產(chǎn)生一定的擠壓作用，導(dǎo)致核桃仁損傷；同時(shí)由于剪切力不足，也會(huì)導(dǎo)致核桃破殼率和殼仁分離率降低，

生產(chǎn)率下降等現(xiàn)象，因此在實(shí)際生產(chǎn)中因保證破殼裝置較高的轉(zhuǎn)速。當(dāng)立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速升高時(shí)，內(nèi)外兩個(gè)破殼體的轉(zhuǎn)速差增大，核桃破殼過(guò)程中剪切作用增大，有利于提高核桃破殼率和殼仁分離率；但當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)，會(huì)使已經(jīng)經(jīng)過(guò)破殼處理的1/2仁來(lái)不及掉落，而在此受到破殼體的剪切作業(yè)，導(dǎo)致核桃仁的破損。因此，只有選擇合適的立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速才能在保證核桃破殼率和殼仁分離率的前提下盡可能的提高核桃破殼的頭路仁率。由試驗(yàn)結(jié)果可知，本設(shè)備立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速處于1 300 r/min時(shí)對(duì)“溫185”核桃的適應(yīng)性好，且破殼效果良好。

3　結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

立式圓錐破殼裝置轉(zhuǎn)速對(duì)核桃破殼效果有較大影響，為了提高核桃破殼率和殼仁分離率，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)適當(dāng)提高立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速。但轉(zhuǎn)速過(guò)高也會(huì)造成破殼后核桃仁損傷，降低頭露仁率。本研究試驗(yàn)表明，當(dāng)立式圓錐破殼體轉(zhuǎn)速處于1 300 r/min時(shí)，對(duì)“溫185”核桃具有較好的加工適應(yīng)性和良好的破殼效果。

3.2建議

立式圓錐破殼裝置針對(duì)不同品種、大小的核桃具有較好的適應(yīng)性。在實(shí)際生產(chǎn)中，不同品種核桃的物理特性不同，應(yīng)選用不同的轉(zhuǎn)速，而比較難破殼的核桃應(yīng)適當(dāng)選用較大的轉(zhuǎn)速。

［1］新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局.新疆統(tǒng)計(jì)年鑒，中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2015.

［2］李忠新，楊莉玲，阿布力孜·巴斯提等.中國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究［J］.中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2013（4）：23～28.

［3］SunY.Kim.UnitedStatesPatent：NUTCRACKING MECHANISM FOR VARIABLE-SIZED NUTS.USA，May，18，2010．

［4］劉奎，李忠新，楊莉玲等.核桃破殼裝置的發(fā)展研究［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014（8）：55～57.

［5］張林泉，龔麗.剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討［J］.食品與機(jī)械，2006，22（4）：72～74.

［6］李曉霞，郭玉明.帶殼物料脫殼方法及脫殼裝備現(xiàn)狀與分析［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊，2007（4）：83～86.

［7］李忠新，楊軍，楊莉玲等.核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2008（12）：27.

［8］“核桃加工工藝及成套加工設(shè)備”發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL 201010197686.X.

［9］李忠新，劉奎，楊莉玲等.錐籃式核桃破殼裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012（43）：146～152.

The discussion of relationship between rotation rate and shell cracking effect of the walnut cracking device based on extrusion friction cone mechanism

MA Wen-qiang，LI Zhong-xin，YANG Li-ling，LIU Kui，YAN Sheng-kun，YANG Zhong-qiang，ZHU Zhan-jiang，LIU Jia
（Agricultural Mechanization Research Institute，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，Xinjiang，China）

In order to study the relationship bewteen the rotation rate of the walnut cracking device based on extrusion friction cone mechanism and effect of walnut shell cracking，three kindsof rotation rate were adopted to the experiment of walnut cracking.An evaluation method was designed to estimate the effect of walnut shell cracking.The test result showed that the walnut hasbetter processing adaptability and cracking effcet when the the rotation rate of the walnut cracking device was at 1300r/min.

Walnut；Shell cracking；Rotation rate；First kernel exposure rate；Shell cracking effect estimation

1007-7782（2016）03-0026-03

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.009

S226.4

A

2016-06-02

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項(xiàng)目（xjnkq-2013013）；自治區(qū)自然科學(xué)基金（2014211B027）