偏心擊打式核桃破殼機(jī)的參數(shù)優(yōu)化

摘要：為確定偏心擊打式核桃（Juglans regia L.）破殼機(jī)的最佳工作參數(shù)，首先進(jìn)行了核桃含水率單因素試驗(yàn)，然后選擇擊打行程、核桃含水率、核桃尺寸3個(gè)因素進(jìn)行了L9（33）正交試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)核桃含水率為14.5%時(shí)，核桃破殼綜合效果最佳。影響核桃破殼綜合效果的因素從大到小為核桃含水率、擊打行程、核桃尺寸。最佳的工作參數(shù)為核桃含水率15%，擊打行程5 mm，核桃尺寸40 mm左右。對(duì)于不同尺寸的核桃，適當(dāng)改變擊打行程有利于提高綜合破殼效果。

關(guān)鍵詞：核桃；正交試驗(yàn)；破殼機(jī)；含水率

中圖分類號(hào)：S664.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）11-2905-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.050

核桃（Juglans regia L.）在中國(guó)有著悠久的種植歷史，核桃也是世界四大干果之一。核桃破殼是核桃深加工的一道重要工序。目前，中國(guó)依然是人工核桃破殼現(xiàn)狀，不僅勞動(dòng)量大、效率低，而且對(duì)核桃有污染，使核桃品質(zhì)不達(dá)標(biāo)[1-8]。針對(duì)現(xiàn)有的核桃破殼問題，設(shè)計(jì)了偏心擊打式核桃破殼機(jī)，并進(jìn)行了含水率單因素和三因素三水平正交試驗(yàn)，以期確定核桃破殼機(jī)的最優(yōu)工作參數(shù)，為核桃破殼提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

圖1為偏心擊打式核桃破殼機(jī)[9]示意圖，主要包括機(jī)架、進(jìn)料口、擊打裝置、滾子等。

試驗(yàn)用新疆薄皮核桃購于西安蘇席農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。儀器設(shè)備主要包括偏心擊打式核桃破殼機(jī)（設(shè)計(jì)自制）、紅外線快速水分測(cè)試儀（SFY-60型）、電子天平（精度為0.001 g）、游標(biāo)卡尺等。

1.2 方法

1.2.1 破殼等級(jí)分級(jí) 將核桃殼破裂情況為5等級(jí)：完全打開、大部分打開、小部分打開、打裂未打開、未打裂；破殼后的核桃仁分為整仁、二分之一仁、四分之一仁、八分之一仁、其他等5個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)有不同的評(píng)分（表1）。

采用加權(quán)分評(píng)分法進(jìn)行結(jié)果評(píng)定，用最終分?jǐn)?shù)St為判斷好壞的指標(biāo)。每組試驗(yàn)中第n級(jí)別核桃的加權(quán)分Sn、每組試驗(yàn)所得結(jié)果最終分?jǐn)?shù)St[10，11]表示為

Wn=mn/mt，Sn=Mn×Wn，St=ΣSn

式中，Mn為第n級(jí)別核桃（仁）所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值；Wn為每組樣品中第n級(jí)核桃（仁）個(gè)數(shù)（質(zhì)量）占核桃仁總個(gè)數(shù)（質(zhì)量）的比重；mn為每組樣品中第n級(jí)別核桃（仁）的個(gè)數(shù)（質(zhì)量）；mt為每組樣品中核桃（仁）的總個(gè)數(shù)（質(zhì)量）。

Sn介于0～1之間，所以St介于0～8之間。當(dāng)n越小、St越大時(shí)，破殼效果越好，St說明核桃綜合破殼效果越好，所以將St的值作為判定核桃綜合破殼效果的指標(biāo)。

1.2.2 含水率單因素試驗(yàn) 核桃含水率對(duì)破殼影響較大[12-15]，故選取核桃含水率進(jìn)行單因素試驗(yàn)。設(shè)定含水率8.5%、10.5%、12.5%、14.5%、16.5%、18.5%、20.5%等7個(gè)等級(jí)。

1.2.3 L9（33）正交試驗(yàn) 結(jié)合含水率單因素試驗(yàn)的結(jié)果和擊打式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了L9（33）正交試驗(yàn)，因素水平表如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃含水率單因素試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)核桃為中等大小即尺寸為40 mm左右，擊打行程為5 mm時(shí)，進(jìn)行破殼試驗(yàn)。從圖2可以看出，破殼狀況和高路仁狀況在含水率低于14.5%時(shí)，兩者得分隨核桃含水率增大而增大；含水率超過14.5%時(shí)，兩者得分隨含水率增加不斷降低。所以在含水率為14.5%左右時(shí)，破殼效果和破殼后的高路仁量都達(dá)到了峰值。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果直觀分析 L9（33）正交試驗(yàn)結(jié)果如表3。從表3可以看出，最優(yōu)方案為擊打行程5 mm，核桃含水率15%，核桃尺寸40 mm。對(duì)于不同尺寸的核桃，在保證含水率的情況下，可以適當(dāng)調(diào)整擊打行程，以獲得更好的綜合破殼效果。

2.2.2 各因素水平效應(yīng)趨勢(shì) 通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析，得出各因素與各指標(biāo)的效應(yīng)趨勢(shì)如圖3所示。由圖3可以看出，含水率是關(guān)鍵因素，合適的含水率可以提高綜合破殼效果。提高擊打行程和核桃尺寸對(duì)破殼效果和高路仁效果影響不大。

2.2.3 方差分析結(jié)果 在不考慮交互作用的情況下，方差分析結(jié)果如表4。通過表4中的F值與F臨界值[16，17]的比較可以看出，核桃含水率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響極顯著，擊打行程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著，核桃尺寸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著。影響核桃破殼綜合效果的因素排序從大到小為核桃含水率、擊打行程、核桃尺寸。

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)正交試驗(yàn)直觀分析結(jié)果所選的最優(yōu)工作方案進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，核桃含水率為15%，尺寸為36 mm左右的核桃，選用擊打行程6 mm；尺寸為44 mm左右的核桃，選用擊打行程為4 mm，如表5所示。通過比較表3和表5，可知相同的破殼參數(shù)下破殼得分相近，對(duì)于尺寸較大的核桃適當(dāng)提高擊打行程可以提高綜合破殼效果。

3 小結(jié)

從含水率單因素試驗(yàn)可知，在核桃含水率為14.5%左右時(shí)，破殼效果和破殼后的高路仁得分都達(dá)到了峰值。

通過L9（33）正交試驗(yàn)結(jié)果可知，影響核桃破殼綜合效果的因素從大到小為核桃含水率、擊打行程、核桃尺寸。核桃含水率對(duì)于兩個(gè)指標(biāo)影響最大，提高核桃含水率有利于破殼，但是核桃含水率過高也會(huì)降低破殼效果。

在保證核桃含水率為15%的情況下，尺寸36 mm左右的核桃，選擇擊打行程為6 mm；尺寸40 mm左右的核桃，選擇擊打行程為5 mm；尺寸44 mm左右的核桃，選擇擊打行程為4 mm。其中最優(yōu)方案為選擇擊打行程為5 mm，核桃含水率為15%，核桃尺寸為40 mm。通過核桃破殼試驗(yàn)，找出了提高破殼質(zhì)量的破殼機(jī)較佳參數(shù)，為破殼裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)與使用提供了一定的理論依據(jù)。

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