立式圓錐核桃破殼裝置轉速與破殼效果關系探討

馬文強，李忠新，楊莉玲，劉 奎，閆圣坤，楊忠強，朱占江，劉 佳（新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆　烏魯木齊　830091）

立式圓錐核桃破殼裝置轉速與破殼效果關系探討

馬文強，李忠新，楊莉玲，劉 奎，閆圣坤，楊忠強，朱占江，劉 佳
（新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆烏魯木齊830091）

針對立式圓錐核桃破殼裝置，分析了立式圓錐破殼體轉速與“溫185”核桃破殼效果間的關系。設計了核桃破殼效果評價方法，采用了3種不同轉速進行了核桃破殼效果試驗。試驗結果表明，立式圓錐破殼體轉速處于1 300轉/min對“溫185”核桃具有較好的加工適應性，破殼效果良好。

核桃；破殼；轉速；頭露仁率；破殼效果評價

新疆是我國核桃主產區，截至2014年，新疆核桃種植面積已達40.58萬hm2，產量達50.436萬t［1］。南疆和田地區、喀什地區、阿克蘇地區，三地州核桃面積和產量分別占全疆的96.96%和99.79%，并且貧困人口和少數民族相對集中。因此，發展核桃產業對農業的整體增效和農民增收，加快少數民族地區脫貧致富，維護邊疆的社會和諧穩定，具有重要的經濟與社會意義。

隨著核桃產量的日益增加，市場上對核桃深加工產品的需求越來越迫切，將核桃破殼后深加工不僅可以增加核桃的附加值，還能帶動整個核桃產業的發展。美國是核桃出口的第一大國，文獻資料檢索表明［2，3］，其核桃大部分都以機械方式進行破殼加工，新疆傳統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核桃擠壓裝置，機械化程度低，生產成本高。因此近些年開始使用各種核桃破殼設備進行破殼［4～6］，相比賣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備均對核桃仁有相當程度的破壞，而整仁或者較大的仁在市場上的價格相對較高。因此實現核桃機械化破殼的高頭露仁率已成為核桃破殼的主導方向。

為了提高我國核桃產業化加工技術水平，新疆農業科學院農業機械化研究所設計研制了新型立式圓錐旋轉核桃破殼裝置，在實際推廣應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對核桃破殼效果的影響研究［9］。本研究旨在進一步闡明立式圓錐旋轉核桃破殼裝置不同轉速對破殼效果的影響，為裝置的進一步優化奠定基礎。

1　材料與方法

1.1試驗設備

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軸與減速器連接，下方通過軸承與間隙調節裝置相連，間隙調節裝置由蝸輪蝸桿、刻度尺、調距手柄組成，外破殼體通過鎖緊掛鉤與機體連接。旋轉調距手柄用來調節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過特殊處理，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動而作自轉運動至最窄處破殼后，經出料口甩出。

圖1　破殼體示意圖

1.2試驗方法

1.2.1破殼效果評價方法

破殼后的核桃仁按完整程度和大小分為9個等級，并依據等級不同，對其進行評分，等級劃分與評分標準如圖2和表1。

圖2　核桃仁大小等級圖示

表1　核桃仁整仁等級評分標準

使用每組試驗所得結果加合分數用S合對樣本整仁水平進行評價，計算公式如（1）所示，

Mn—對應表1所示，第n級核桃仁所對應的評分值；

Wn—每組樣品中第n級核桃仁質量占核桃仁總質量的比重。

1.2.2試驗過程

采用變頻器對立式圓錐破殼裝置轉速進行調節，調節破殼裝置轉速為1 200 r/min、1 300 r/min 和1 400 r/min，采用同一大小等級的“溫185”核桃進行不同轉速的破殼試驗，每一轉速下重復3次試驗。每次試驗使用3 kg核桃進行破殼，破殼后取出核桃殼與隔膜，抽取1 kg核桃仁，計算其破殼效果加合分數S合。

2　結果與討論

2.1試驗結果

不同轉速對核桃破殼效果的影響及S合值如圖3、圖4所示。

圖3　不同錐籃轉速對核桃破殼效果的影響

圖4　不同錐籃轉速的S合值的比較

從圖3可以看出，不同轉速破殼后核桃仁所占總核桃仁質量的比重差距不大，對同一轉速而言，破殼后核桃仁占總質量的比重等級由1級至9級依次減小，并且1、2級核桃仁占比相對較大。從圖4可以看出，對于不同轉速而言，S合的大小順序為：中速（1 300 r/min）＞高速（1400r/min）＞低速（1200 r/min），且轉速處于中速（1300 r/min）時，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核桃的擠壓力和剪切力作用，完成核桃破殼。當立式圓錐破殼體轉速較低時，擠壓力較大，會對核桃仁產生一定的擠壓作用，導致核桃仁損傷；同時由于剪切力不足，也會導致核桃破殼率和殼仁分離率降低，

生產率下降等現象，因此在實際生產中因保證破殼裝置較高的轉速。當立式圓錐破殼體轉速升高時，內外兩個破殼體的轉速差增大，核桃破殼過程中剪切作用增大，有利于提高核桃破殼率和殼仁分離率；但當轉速過大時，會使已經經過破殼處理的1/2仁來不及掉落，而在此受到破殼體的剪切作業，導致核桃仁的破損。因此，只有選擇合適的立式圓錐破殼體轉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。由試驗結果可知，本設備立式圓錐破殼體轉速處于1 300 r/min時對“溫185”核桃的適應性好，且破殼效果良好。

3　結論與建議

3.1結論

立式圓錐破殼裝置轉速對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，提高生產效率，應適當提高立式圓錐破殼體轉速。但轉速過高也會造成破殼后核桃仁損傷，降低頭露仁率。本研究試驗表明，當立式圓錐破殼體轉速處于1 300 r/min時，對“溫185”核桃具有較好的加工適應性和良好的破殼效果。

3.2建議

立式圓錐破殼裝置針對不同品種、大小的核桃具有較好的適應性。在實際生產中，不同品種核桃的物理特性不同，應選用不同的轉速，而比較難破殼的核桃應適當選用較大的轉速。

［1］新疆維吾爾自治區統計局.新疆統計年鑒，中國統計出版社，2015.

［2］李忠新，楊莉玲，阿布力孜·巴斯提等.中國核桃產業發展研究［J］.中國農機化學報，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.核桃破殼裝置的發展研究［J］.農業科技與裝備，2014（8）：55～57.

［5］張林泉，龔麗.剝殼機具的現狀及效果改進方法的探討［J］.食品與機械，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狀與分析［J］.農產品加工·學刊，2007（4）：83～86.

［7］李忠新，楊軍，楊莉玲等.核桃破殼取仁工藝及關鍵設備［J］.農機化研究，2008（12）：27.

［8］“核桃加工工藝及成套加工設備”發明專利，專利號：ZL 201010197686.X.

［9］李忠新，劉奎，楊莉玲等.錐籃式核桃破殼裝置設計與試驗［J］.農業機械學報，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

新疆農業科學院青年基金項目（xjnkq-2013013）；自治區自然科學基金（2014211B027）