典型品種花生仁力學(xué)特性研究

郭京臣，薛 強(qiáng)，楊 碩，李 晉

(天津科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津市輕工與食品工程機(jī)械裝備集成設(shè)計與在線監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222)

長期以來，花生油是我國主要的食用植物油之一[1-4]。目前，市場上的花生制油工藝主要有兩種，即物理壓榨法和有機(jī)溶劑浸出法，兩種制油工藝都需要對花生進(jìn)行預(yù)處理[5-6]，預(yù)處理主要包括清理、剝殼、破碎等過程，其中，破碎能顯著改善軋坯效果，保證坯片的質(zhì)量，從而明顯提高花生的出油率[7-8]?；ㄉ实牧W(xué)特性參數(shù)不足，不利于后續(xù)花生仁破碎機(jī)的設(shè)計以及花生仁的破碎加工，并降低花生仁的出油率。因此，研究花生仁的力學(xué)特性十分必要。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對顆粒狀油料作物力學(xué)特性進(jìn)行了大量的研究[9-15]，在此基礎(chǔ)上，本文對花生仁進(jìn)行了力學(xué)特性的研究。選取3個品種的花生仁，分別測定了不同加壓速度、不同加壓方式以及不同顆粒數(shù)量加壓下花生仁力學(xué)特性，確定在擠壓破碎過程中花生仁的受力狀態(tài)，以期為設(shè)計花生仁破碎機(jī)關(guān)鍵部件提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

魯花花生仁、富硒黑花生仁，產(chǎn)自山東??；四粒紅花生仁，產(chǎn)自吉林省。

MTS E45電子式萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美特斯公司；TW Elite數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，游標(biāo)卡尺，相機(jī)等。

1.2 試驗(yàn)方法

3個品種的花生仁各取81粒，將每個品種平均分成3組進(jìn)行加壓破碎試驗(yàn)。在加壓過程中，分別調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的加壓速度、花生仁的加壓方式以及花生仁的顆粒數(shù)。其中，選定試驗(yàn)機(jī)壓頭加壓速度分別為0.10、0.15 mm/s和0.20 mm/s；加壓方式包括正面加壓(花生仁子葉的結(jié)合面與試驗(yàn)機(jī)壓頭的施力方向平行)、側(cè)面加壓(花生仁子葉的結(jié)合面與試驗(yàn)機(jī)壓頭的施力方向垂直)和傾斜45°加壓(花生仁子葉的結(jié)合面與試驗(yàn)機(jī)壓頭的施力方向夾角為45°)；不同的顆粒數(shù)加壓包括一粒加壓、兩粒加壓和五粒加壓。每次試驗(yàn)進(jìn)行3次，結(jié)果取平均值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 加壓速度對破碎力的影響

圖1為魯花花生仁在正面加壓下加壓速度對破碎力的影響。

圖1 加壓速度對破碎力的影響

從圖1可看出，一粒、兩?；ㄉ试谡婕訅合拢S加壓速度的增大其破碎力變化幅度很小，五?；ㄉ试谡婕訅合拢S加壓速度的增大其破碎力稍微降低，但沒有顯著差異(P>0.05)。因此，在花生仁破碎的過程中，可適當(dāng)提高花生仁破碎機(jī)機(jī)輥的速度，從而提高生產(chǎn)效率。

2.2 加壓方式對破碎力的影響

圖2為魯花花生仁在加壓速度為0.10 mm/s條件下加壓方式與破碎力的關(guān)系。

圖2 加壓方式對花生仁破碎力的影響

從圖2可看出，一粒、兩粒和五粒花生仁正面加壓時，花生仁破碎力最大，其次是45°加壓，側(cè)面加壓花生仁破碎力最小。因此，在花生仁破碎機(jī)的設(shè)計過程中，關(guān)鍵部件的受力應(yīng)選取正面加壓的破碎力。

2.3 花生品種對破碎力的影響

圖3為不同品種的花生仁正面加壓下一?；ㄉ势扑榱χg的差異。

圖3 花生品種對破碎力的影響

由于不同品種的花生仁內(nèi)部的組成成分和幾何形狀存在差異，使得不同品種花生仁的彈塑性不同。由圖3可看出，在一粒加壓的情況下，魯花花生仁破碎力最大，富硒黑花生仁和四粒紅花生仁破碎力較接近。因此，在花生仁破碎機(jī)的設(shè)計過程中，關(guān)鍵部件的受力應(yīng)選取魯花花生仁的破碎力。

2.4 花生仁加壓數(shù)量對破碎力的影響

在兩粒和五粒的加壓過程中，由于每?；ㄉ实闹睆酱笮〔灰?，試驗(yàn)機(jī)壓頭不能同時壓到花生仁，受壓之后也不能同時破碎，因此研究不同顆粒數(shù)破碎力之間的比例關(guān)系是有必要的。圖4為加壓速度為0.10 mm/s條件下魯花花生仁加壓數(shù)量與破碎力的關(guān)系。

經(jīng)計算，兩粒加壓和五粒加壓下，花生仁破碎力分別是一粒加壓下的1.39～2.56倍和3.38～6.11倍。由圖4可知：隨著花生仁加壓數(shù)量的增加，兩粒加壓與一粒加壓的破碎力比值和五粒加壓與一粒加壓的破碎力比值并不是嚴(yán)格成正比例增加，而是以其均值為中心在一定范圍內(nèi)上下波動；當(dāng)加壓數(shù)量為兩粒時，其比值倍數(shù)范圍變化較小，而加壓數(shù)量為五粒時，其比值倍數(shù)范圍變化較大。

圖4 花生仁加壓數(shù)量對破碎力的影響

3 結(jié) 論

通過對花生仁的靜壓破碎試驗(yàn)，分析了魯花、富硒黑和四粒紅3個品種花生仁的力學(xué)特性。結(jié)果表明：不同的加壓速度對花生仁的破碎力沒有顯著影響；正面加壓的破碎力比側(cè)面加壓和傾斜45°加壓方式下的破碎力大；魯花花生仁在正面加壓方式下的破碎力最大，富硒黑花生仁和四粒紅花生仁破碎力較小；兩粒加壓和五粒加壓下，魯花花生仁破碎力分別是一粒加壓下的1.39～2.56倍和3.38～6.11倍。因此，在花生仁破碎機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計中，選擇魯花花生仁在正面加壓下的最大破碎力為設(shè)計依據(jù)；在花生仁的破碎過程中，可適當(dāng)提高破碎的速度，從而提高生產(chǎn)效率。