偏心擊打式核桃破殼機的參數優化

摘要：為確定偏心擊打式核桃（Juglans regia L.）破殼機的最佳工作參數，首先進行了核桃含水率單因素試驗，然后選擇擊打行程、核桃含水率、核桃尺寸3個因素進行了L9（33）正交試驗。結果表明，當核桃含水率為14.5%時，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。最佳的工作參數為核桃含水率15%，擊打行程5 mm，核桃尺寸40 mm左右。對于不同尺寸的核桃，適當改變擊打行程有利于提高綜合破殼效果。

關鍵詞：核桃；正交試驗；破殼機；含水率

中圖分類號：S664.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2905-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.050

核桃（Juglans regia L.）在中國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，中國依然是人工核桃破殼現狀，不僅勞動量大、效率低，而且對核桃有污染，使核桃品質不達標[1-8]。針對現有的核桃破殼問題，設計了偏心擊打式核桃破殼機，并進行了含水率單因素和三因素三水平正交試驗，以期確定核桃破殼機的最優工作參數，為核桃破殼提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 材料

圖1為偏心擊打式核桃破殼機[9]示意圖，主要包括機架、進料口、擊打裝置、滾子等。

試驗用新疆薄皮核桃購于西安蘇席農貿市場。儀器設備主要包括偏心擊打式核桃破殼機（設計自制）、紅外線快速水分測試儀（SFY-60型）、電子天平（精度為0.001 g）、游標卡尺等。

1.2 方法

1.2.1 破殼等級分級 將核桃殼破裂情況為5等級：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個等級。每個等級有不同的評分（表1）。

采用加權分評分法進行結果評定，用最終分數St為判斷好壞的指標。每組試驗中第n級別核桃的加權分Sn、每組試驗所得結果最終分數St[10，11]表示為

Wn=mn/mt，Sn=Mn×Wn，St=ΣSn

式中，Mn為第n級別核桃（仁）所對應的評分值；Wn為每組樣品中第n級核桃（仁）個數（質量）占核桃仁總個數（質量）的比重；mn為每組樣品中第n級別核桃（仁）的個數（質量）；mt為每組樣品中核桃（仁）的總個數（質量）。

Sn介于0～1之間，所以St介于0～8之間。當n越小、St越大時，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。

1.2.2 含水率單因素試驗 核桃含水率對破殼影響較大[12-15]，故選取核桃含水率進行單因素試驗。設定含水率8.5%、10.5%、12.5%、14.5%、16.5%、18.5%、20.5%等7個等級。

1.2.3 L9（33）正交試驗 結合含水率單因素試驗的結果和擊打式核桃破殼機的設計參數，進行了L9（33）正交試驗，因素水平表如表2所示。

2 結果與分析

2.1 核桃含水率單因素試驗結果

當核桃為中等大小即尺寸為40 mm左右，擊打行程為5 mm時，進行破殼試驗。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，兩者得分隨核桃含水率增大而增大；含水率超過14.5%時，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，破殼效果和破殼后的高路仁量都達到了峰值。

2.2 正交試驗結果

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

2.2.2 各因素水平效應趨勢 通過對試驗結果的直觀分析，得出各因素與各指標的效應趨勢如圖3所示。由圖3可以看出，含水率是關鍵因素，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破殼效果和高路仁效果影響不大。

2.2.3 方差分析結果 在不考慮交互作用的情況下，方差分析結果如表4。通過表4中的F值與F臨界值[16，17]的比較可以看出，核桃含水率對試驗結果的影響極顯著，擊打行程對試驗結果影響顯著，核桃尺寸對試驗結果的影響不顯著。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 驗證試驗結果 根據正交試驗直觀分析結果所選的最優工作方案進行了驗證試驗，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下破殼得分相近，對于尺寸較大的核桃適當提高擊打行程可以提高綜合破殼效果。

3 小結

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

通過L9（33）正交試驗結果可知，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。核桃含水率對于兩個指標影響最大，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，找出了提高破殼質量的破殼機較佳參數，為破殼裝置的改進設計與使用提供了一定的理論依據。

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