基于物理特性的花生脫殼裝置優(yōu)化方法分析

◎ 陸 榮

（遼寧生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110122）

花生脫殼是花生加工的關(guān)鍵步驟之一，現(xiàn)有的脫殼設(shè)備普遍存在生產(chǎn)效率低、花生果仁破損率高、成本較高等問題。本文基于花生的物理特性，對花生脫殼裝置的優(yōu)化方法進(jìn)行分析，以期提高脫殼效率和質(zhì)量。通過對花生脫殼裝置優(yōu)化進(jìn)行的研究和創(chuàng)新性思考，希望為花生加工行業(yè)提供更可行、高效和可持續(xù)的解決方案。

1 花生的物理特性及對脫殼過程的影響

花生的物理性能在其脫殼過程中起著至關(guān)重要的作用。為了深入理解這一點(diǎn)，我們需要探討花生的基本結(jié)構(gòu)特性。①花生莢果由果殼和果仁構(gòu)成，它的果殼與果仁之間有一定間隙，不同品種的花生間隙量不盡相同。這種結(jié)構(gòu)特性對脫殼過程產(chǎn)生了復(fù)雜的影響，在設(shè)計(jì)脫殼工具或機(jī)械時(shí)，既要有效地剝離果殼，又要盡可能減少對果仁的損害。②花生果殼和果仁的強(qiáng)度、剛性等物理特性是必須考慮的因素。其中，強(qiáng)度決定了果殼和果仁在受到外力時(shí)的抵抗程度；剛性是指材料的抗彎曲和抗形變能力。③花生殼中的纖維素和木質(zhì)素使其具有一定的韌性和剛性[1]。這意味著在脫殼過程中，當(dāng)施加的作用超過了果殼的壓應(yīng)力，果殼就會(huì)破損，但較小的位移不一定能夠使果殼纖維完全斷裂，導(dǎo)致果仁不能從果殼中順利脫出；增大對果殼作用力又易使果仁受損。這一特性對于脫殼方法的選擇至關(guān)重要，會(huì)對機(jī)械脫殼裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接影響。

此外，影響脫殼效果的物理因素還包括花生果仁的形狀、大小等幾何特性，以及殼與果仁之間的附著力等，這些因素都可能影響脫殼效果。例如，形狀不規(guī)則的果仁可能會(huì)在脫殼過程中更容易被損壞，殼與果仁之間的附著力過大可能導(dǎo)致脫殼不徹底。因此，在選擇脫殼方法時(shí)，我們需要全面考慮這些物理因素。這些特性決定了脫殼裝置性能參數(shù)的選擇和確定，會(huì)對脫殼效果產(chǎn)生直接的影響。

2 現(xiàn)有的花生脫殼方法及其問題

花生脫殼方式有人工脫殼和機(jī)械化脫殼。最傳統(tǒng)的脫殼方法是人工手動(dòng)脫殼。這是人類歷史中最早的脫殼方式，幾乎每一個(gè)地方的家庭或者小型農(nóng)場都會(huì)使用。人工脫殼優(yōu)點(diǎn)在于其簡單且不需要額外的設(shè)備或能源投入，得到的花生果仁質(zhì)量好，可用作育種或其他用途，但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，對花生種植規(guī)模較大的農(nóng)戶來說負(fù)擔(dān)很大。隨著科技的發(fā)展，機(jī)械脫殼方法應(yīng)運(yùn)而生。采用機(jī)械脫殼，工作效率是人工作業(yè)的40倍以上甚至更高，不僅大大提高了效率，而且降低了人力投入，可以有效地緩解工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，目前機(jī)械脫殼已經(jīng)成為花生脫殼的主要方式?；诓煌幕ㄉ摎ぴ?，也形成了多種花生脫殼機(jī)械。然而，現(xiàn)有的機(jī)械脫殼裝置與花生物理特性的合理匹配及有效應(yīng)用還在探索階段，仍存在脫凈率低、損傷率高等問題，影響脫殼質(zhì)量[2]。同時(shí)，在脫殼過程中，對果仁造成的損傷與破碎，使花生米易脫脂、霉變并易遭到黃曲霉毒素的侵染。因?yàn)殛P(guān)系到食品安全及質(zhì)量，花生脫殼機(jī)械的優(yōu)化對花生果仁的加工、出口和資源利用，都有十分重要的影響。

除了手動(dòng)和傳統(tǒng)擠壓、揉搓式機(jī)械脫殼方法，還有一些其他的脫殼嘗試。例如，一些研究已經(jīng)探索了氣爆式或者真空法脫殼和激光切割等方法。然而，氣爆和真空脫殼方法需要特定的條件，例如，特定的溫度、濕度、壓力、材料等。用激光來逐個(gè)切割果實(shí)，試驗(yàn)顯示幾乎能夠達(dá)到 100%的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低很難得以推廣。這些都給其實(shí)際應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。這說明無論是手動(dòng)的，還是機(jī)械的，或者其他的脫殼方法，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和限制，我們需要從全局的角度去審視這些方法，理解它們在實(shí)際應(yīng)用中的效果，尋找更為優(yōu)化的脫殼方法，或者在現(xiàn)有脫殼機(jī)械基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化。在深入研究這些方法的問題和限制的同時(shí)，我們需要理解，任何一種脫殼方法都無法完全解決所有問題，每一種方法在特定的條件和環(huán)境下都有其優(yōu)勢和應(yīng)用場景。因此，優(yōu)化脫殼方法并不僅僅是尋找一種最好的脫殼方法，而是要根據(jù)不同的條件和需求，找到最適合的方法。同時(shí)要形成開放的思維，嘗試和接受新的可能性，探索更優(yōu)化的脫殼方法，提高脫殼效率，改善脫殼質(zhì)量，降低成本，并減少對環(huán)境的影響。

3 花生脫殼技術(shù)優(yōu)化路徑分析

優(yōu)化花生脫殼技術(shù)應(yīng)以理解并適應(yīng)花生的物理特性為基礎(chǔ)，針對花生脫殼裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以獲得更高的脫殼質(zhì)量和效率。

3.1 基于幾何特性優(yōu)化

不同品種的花生形狀尺寸有一定差異，脫殼機(jī)主要脫殼裝置部件的間隙多為定值，難以適應(yīng)多品種花生或多種作物的脫殼。脫殼機(jī)廠商多采用同一脫殼設(shè)備配有多個(gè)不同縫隙尺寸凹板篩的方式，操作煩瑣、適應(yīng)性差。因此，要想提高通用性和適應(yīng)性，還需對脫殼機(jī)具關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)深入研究，探索新結(jié)構(gòu)。例如，要考慮花生果仁形狀和大小的差異，以及果殼與果仁間的附著力，嘗試可調(diào)間隙脫殼裝置，以適應(yīng)不同品種花生脫殼，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的脫殼效果。

3.2 基于力學(xué)特性優(yōu)化

目前，脫殼機(jī)械的凹板篩柵條間隙和角度為固定不變的，其適應(yīng)性不強(qiáng)，更換花生品種的同時(shí)需要更換篩和滾筒，否則將對果仁造成嚴(yán)重?fù)p傷。嘗試設(shè)計(jì)可調(diào)柵條角度脫殼裝置，能在保持高效率的同時(shí)，通過微調(diào)作用力度和方向，有效避免對果仁造成不必要的損害。

3.3 物料條件優(yōu)化

利用先進(jìn)的控制技術(shù)和設(shè)備，嘗試調(diào)整物料條件，控制花生莢果含水率，通過精確調(diào)控脫殼過程中的溫度和濕度，使其達(dá)到最佳狀態(tài)，從而提高脫殼效率。

3.4 工作流程優(yōu)化

目前，大部分花生脫殼機(jī)需要手工上料，手動(dòng)調(diào)節(jié)流量，勞動(dòng)量大，脫殼粉塵量大，操作環(huán)境惡劣，能夠自動(dòng)上料、更清潔、更人性化的花生脫殼機(jī)是未來的發(fā)展方向。

3.5 試驗(yàn)方法優(yōu)化

在理論研究的基礎(chǔ)上，需要設(shè)計(jì)并進(jìn)行試驗(yàn)，將理論應(yīng)用到實(shí)踐中，通過實(shí)踐來檢驗(yàn)和改進(jìn)理論與方法。這種理論與實(shí)踐的結(jié)合，不僅可以幫助更好地理解和掌握花生的脫殼過程，而且可以幫助發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步優(yōu)化脫殼方法[3-4]。

4 優(yōu)化方法的效果評估

在探索基于物理特性的花生脫殼方法優(yōu)化之后，我們需要評估這些優(yōu)化方法的效果。在進(jìn)行效果評估時(shí)，可以從多個(gè)角度進(jìn)行全面分析，包括脫殼效率的提升、脫殼質(zhì)量的改善、成本效益分析以及環(huán)境影響等方面進(jìn)行評估。

改善脫殼質(zhì)量是首要目標(biāo)。高質(zhì)量的脫殼不僅意味著保持果仁的完整性，還包括花生殼的完全去除。通過優(yōu)化的脫殼方法，能夠最大限度地減少花生果仁破損，提高整體花生的產(chǎn)出。為了評估脫殼質(zhì)量，可以通過比較優(yōu)化前后的脫凈率和果仁損傷率來進(jìn)行量化。此外，也可以利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，例如回歸分析，確定各種因素對脫殼效率的影響程度，從而指導(dǎo)進(jìn)一步優(yōu)化脫殼方法[5]。

提升脫殼效率是脫殼機(jī)械重要的評價(jià)指標(biāo)。借助先進(jìn)的脫殼機(jī)械和精細(xì)的環(huán)境控制，能在最短的時(shí)間內(nèi)處理最大數(shù)量的花生。為了量化脫殼效率的提升，可以設(shè)計(jì)試驗(yàn)來比較優(yōu)化前后的脫殼速度和處理能力。

分析成本效益是優(yōu)化工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到優(yōu)化方法是否具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。在分析成本效益時(shí)，我們需要計(jì)算優(yōu)化方法的實(shí)施成本，包括新型脫殼機(jī)械的研發(fā)和制造成本、環(huán)境控制設(shè)備的安裝和運(yùn)行成本，以及新技術(shù)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)成本。然后，需要比較這些成本與通過提高脫殼效率和改善脫殼質(zhì)量所帶來的經(jīng)濟(jì)收益，以確定優(yōu)化方法是否具有經(jīng)濟(jì)效益。

評估環(huán)境影響是不容忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。在追求脫殼效率和質(zhì)量的同時(shí)，必須確保對環(huán)境不會(huì)造成影響，包括考慮脫殼過程中的能源消耗、噪聲污染、廢棄物處理等環(huán)境問題。為此，我們需要借助環(huán)境科學(xué)的理論和方法，評估優(yōu)化后的方法對環(huán)境產(chǎn)生的影響，并嘗試找到減小這些影響的途徑。

5 結(jié)語

本文基于物理特性的花生脫殼裝置優(yōu)化方法分析，以花生物理特性為基礎(chǔ)，分析了當(dāng)前花生機(jī)械脫殼方法的優(yōu)勢與不足，探索了對花生脫殼裝置進(jìn)行優(yōu)化的方法，為進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高和經(jīng)濟(jì)效益的增長，提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。未來，隨著研究的不斷深入，技術(shù)的不斷優(yōu)化和成熟，將為農(nóng)業(yè)發(fā)展注入更強(qiáng)的動(dòng)力，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。