杏核破殼技術(shù)及裝備研究進展

楊忠強 楊莉玲 閆圣坤 劉 奎 朱占江 李忠新

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2. 烏魯木齊特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830091)

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杏核破殼技術(shù)及裝備研究進展

楊忠強1,2楊莉玲1,2閆圣坤1,2劉 奎1,2朱占江1,2李忠新1,2

(1. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2. 烏魯木齊特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830091)

文章介紹了各種杏破殼技術(shù)，重點闡述現(xiàn)有國內(nèi)外杏核機械式破殼的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點，分析了目前杏核破殼機械的工藝研究及存在的問題，并展望了杏核破殼機械應(yīng)用研究方向，為杏核破殼技術(shù)及相關(guān)機械裝備的開發(fā)提供參考。

杏核；破殼技術(shù)；破殼機械

杏(PrunusarmeniacaL.)是薔薇科果樹里重要的樹種之一。國外學(xué)者[1-2]多將其分為薔薇科李屬(GenusPrunus)李亞屬(SubgenusPrunophoraFocke.)SectionArmeniaca，而中國學(xué)者[3-4]多將其作為薔薇科(Rosaceae)李亞科(Prunoideae)杏屬(ArmeniacaMill.)。杏屬植物在全球分為6個地理生態(tài)群及24個區(qū)域性亞群，共有10個種，其中中國就有9個種[5-6]，這10個種又可以分為食用果肉型、仁用型及兼用型3種。據(jù)統(tǒng)計，全世界有杏品種3 000個左右[7]，而中國就有杏品種(類型)2 000余個[8]，正式發(fā)表的品種有1 400多個[9]，占世界杏品種的46.6%。中國是杏最早的起源中心，其栽培歷史久遠，已有3 000年的栽培歷史[10-11]，主要分布在西北和華北地區(qū)。目前，新疆的特色林果業(yè)發(fā)展迅速，杏作為具有地方優(yōu)勢及特色的品種成為林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。據(jù)新疆2015年統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計[12]，新疆林果種植面積達9.506×105hm2，其中杏樹種植面積達1.324×105hm2，占總種植面積的13.93%；而林果總產(chǎn)量達8.586×106t，杏產(chǎn)量為1.282×106t，占總產(chǎn)量的14.93%，杏的種植面積及產(chǎn)量僅次于紅棗和葡萄。

杏果實主要由果柄、果皮、果肉、核殼及果仁組成。核殼堅硬，主要由纖維素和半纖維素組成，外形不規(guī)則，核殼質(zhì)量比果仁大，殼仁間隙小，難以破殼。早在20世紀60年代初，國外就開始對杏核破殼機具進行研究，至80年代初，國外陸續(xù)研究出了各種杏核等堅果破殼機，目前正朝著機電一體化的方向發(fā)展。但國外破殼設(shè)備價格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，不易加工制作[13]。

目前，中國杏核初加工技術(shù)落后，杏破殼取仁加工，主要以人工為主，機械為輔。人工破殼效率低，勞動強度大，衛(wèi)生條件差，而且杏仁的品質(zhì)無法得到保證[14]。大量的核殼白白浪費掉，得不到綜合利用?，F(xiàn)有的杏核破殼裝置，需預(yù)先調(diào)整好間隙，將厚度較大的杏核先破碎，然后人工挑選出未破殼的杏核，再人工調(diào)整間隙，進行二次破殼，如此循環(huán)2～3次，才能完成杏核的破殼作業(yè)，杏仁破碎率超過3%[15]。為了減輕勞動強度，提高效率和杏仁品質(zhì)，實現(xiàn)杏仁的商品化，使杏仁初加工產(chǎn)業(yè)與種植業(yè)得到同步發(fā)展，研究杏核破殼將是實現(xiàn)杏仁商品化處理的第一步。

1 杏核破殼技術(shù)

1.1 手工破殼

該方法是杏核破殼傳統(tǒng)的方式，簡單直接，方便操作。主要靠人工破殼，或者是人工操作單個杏核等堅果擠壓裝置。人工破殼生產(chǎn)率低(人均破殼僅25 kg/d)，成本高，勞動強度大，且衛(wèi)生條件較差，無法滿足杏核產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1.2 化學(xué)腐蝕法破殼

根據(jù)文獻[16～17]，首先將杏核等堅果浸入到化學(xué)溶液中，利用化學(xué)試劑來軟化杏核的核殼，取出后再利用機械方式去除核殼。這種方法需要添加堿、酶等化學(xué)試劑，加工后果仁有異味，嚴重影響其品質(zhì)，而且在實際操作中不好控制，處理不好會造成環(huán)境污染。

1.3 機械式破殼

相比現(xiàn)有的方法，機械法破殼無疑是杏核產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵途徑，按加工原理可以將杏核破殼分為擠壓式破殼、剪切式破殼、揉搓式破殼與撞擊式破殼等。

2 杏核破殼機械的工藝研究

在杏核破殼技術(shù)及裝置方面，研究者主要通過核殼結(jié)構(gòu)、破殼原理、破殼設(shè)備等進行研究，對破殼工藝方面進行改進，以提高杏核的破殼率和生產(chǎn)率，減少果仁破碎率。

2.1 杏核的含水率對破殼效果的影響

Aydin[18]研究顯示，隨著杏核含水率的增加，杏殼以及杏仁的破裂載荷隨之減小，破裂強度最大載荷在杏核長度的加載方向。Kubilay Vursavus等[19]研究表明，杏核含水率在6.38%～39.33%時，在對杏核長度方向進行加載時需要的破殼載荷和產(chǎn)生的壓縮變形量是最大的；沿厚度方向加載時杏仁會有破裂現(xiàn)象的趨勢。張黎驊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，杏核含水率在5.97%～30.14%時，含水率對破碎力和能耗影響較為明顯，沿非杏核厚度方向施壓，隨著含水率的增加，杏核所需破碎力和能耗逐漸減??；在相同含水率的條件下，杏核沿不同施壓方向所需破碎力和能耗有顯著差異，沿杏核厚度方向施壓杏仁更易破裂，而且含水率越高，核仁越容易破裂。王靜等[21]研究表明，杏核開口與杏核含水率有顯著的關(guān)系。當含水率為2.8%～5.8%時，開口率隨著杏核含水率的增加而增加；當含水率為5.8%～11.6%時，開口率隨著杏核含水率的增加而減少，且核殼表面的斷裂破碎率也增加。核殼含水量越大，則韌性越強，不易破殼；含水量越小，則韌性越小，核殼易破殼；果仁含水率高，則不易破碎，果仁含水率低，果仁的破碎率就會越高。因此，在杏核破殼過程中，要保證核殼和果仁的含水率合適，從而保證核殼和果仁的彈性變形和塑性變形之間有一定差異性。當核殼含水率較低時，核殼具有一定的脆性，破殼時核殼才能充分破裂，同時又必須保證果仁的一定塑性，減少果仁的破碎率。

2.2 擠壓方向和速度對破殼效果的影響

杏核的擠壓位置方向?qū)π雍说拈_口有著十分的顯著關(guān)系，而擠壓速度對開口影響不顯著。王靜等[21]研究表明，當杏核的擠壓位置在杏核的縫合線位置時，杏核的開口率達到80%以上；沿長度或者厚度方向時，杏核基本全部破碎；在擠壓速度的試驗中，沒有發(fā)現(xiàn)顯著的影響。

2.3 杏核的外形尺寸對破殼效果的影響

劉軍[22]通過對杏核結(jié)構(gòu)物理特性進行分析研究，得出其核長、核寬、核厚及其之間不是簡單的線性關(guān)系，而近似作為關(guān)于橫、豎、縱三橢圓截面對稱的殼體進行破殼力學(xué)特性研究。王靜等[21]通過試驗發(fā)現(xiàn)，杏核開口所需的載荷范圍200～1 100 N，不同殼厚杏核破殼所需的載荷是不同的，為避免小的杏核被壓碎而大的杏核沒有開口的現(xiàn)象，提出對擠壓式開口機械進行開口時要對杏核進行分級。張黎驊[19]通過對四川杏核進行外形尺寸測量，分別給出長度方向、寬度方向、厚度方向上極差分別為6.73，4.32，2.47 mm，得出在杏核破殼處理時，為保證破殼品質(zhì)應(yīng)對杏核進行分級處理。由于杏核外形不規(guī)則，大小不統(tǒng)一，在破殼前必須按厚度大小分級，以提高杏核的破殼率，減少果仁的破碎率，保證杏核果仁的商品質(zhì)量。

3 杏核破殼機械的研究進展

3.1 擠壓式破殼法

3.1.1 平板擠壓式破殼機 采用杏核等堅果在主動擠壓板和被動擠壓板之間受到擠壓而進行破殼。如圖1所示，該裝置主要由進料口1、間隙調(diào)整裝置2、主動擠壓板3、被動擠壓板4、驅(qū)動凸輪裝置5、出料口6等組成。其原理是主動擠壓板一端通過鉸鏈連接到上機體，另一端可由驅(qū)動凸輪裝置驅(qū)動主動擠壓板做往復(fù)曲線運動；被動擠壓板的一端與上機體鉸接，另一端與間隙調(diào)節(jié)裝置相連，通過間隙調(diào)整裝置，可以控制被動擠壓板前后運動，從而控制主動擠壓板與被動擠壓板之間的間隙和角度，擠壓間隙小于杏核厚度，并接近于杏核果仁最大厚度。為了增加擠壓板之間的粗糙度，將兩擠壓板表面焊接有魚鱗狀鐵網(wǎng)。進入破殼區(qū)的杏核，隨著主動擠壓板的運動擠壓破殼后經(jīng)最小間隙處落下。如由李忠新等[23]研制的6PK-400核桃破殼機。這種破殼裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但在對杏核破殼過程中，果仁損傷較大，生產(chǎn)率不高，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用得較少。

3.1.2 對輥擠壓式破殼機 利用相對轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)輥對杏核等堅果進行擠壓摩擦作用破殼。如圖2所示，該裝置主要由間隙調(diào)節(jié)裝置1、機架2、自由輥3、主動輥4、料斗5、傳動裝置7、電動機8等組成。電動機機將動力傳遞給主動輥，主動輥將杏核等堅果帶入到破殼區(qū)，主動輥通過杏核等堅果將動力傳遞給自由輥，實現(xiàn)二輥之間的反向差速轉(zhuǎn)動，使杏核等堅果在主動輥和自由輥的擠壓摩擦下脫殼。為了控制破殼間隙比果仁厚度略大而比核殼厚度略小，可以通過間隙調(diào)節(jié)裝置控制破殼間隙。該方式的破殼機穩(wěn)定性好，間隙可控，但是對杏核厚度尺寸一致性要求較高，加工前需要對杏核進行分級，而且生產(chǎn)率較低；加工前若不分級，杏核等堅果的果仁破碎率就會較高，因此造成果仁的損失。如由何義川等[24]設(shè)計的一種對輥擠壓式核桃破殼裝置，錦州俏牌機械有限公司[25]設(shè)計的一種杏核脫殼機，張仲欣等[26]設(shè)計的一種對輥窩眼式核桃開口機，董詩韓等[27]設(shè)計的一種多輥擠壓式核桃破殼機，袁巧霞等[28]設(shè)計的一種對輥式銀杏脫殼裝置。楊德勇等[29]設(shè)計的小型杏核破殼機，該機整機破殼率達94%以上，碎仁率只有3%左右。朱占江等[30]設(shè)計杏核破殼機，該機未分級的一次破殼率為85%以上，分級后的一次破殼率為95%以上。這種類型杏核破殼裝置實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多，但是為保證對厚度大小不同杏核破殼，需要分級，分別進行破殼，其破殼率不高，同時果仁破碎率也較高。

1. 進料口 2. 間隙調(diào)整裝置 3. 主動擠壓板 4. 被動擠壓板 5. 驅(qū)動凸輪裝置 6. 出料口

1. 間隙調(diào)節(jié)裝置 2. 機架 3. 自由輥 4. 主動輥 5. 料斗

3.1.3 擠壓板—旋轉(zhuǎn)輥式破殼機 采用擠壓板與旋轉(zhuǎn)輥對杏核等堅果進行擠壓摩擦作用破殼。如圖3所示，該裝置主要由機架1、可調(diào)節(jié)擠壓板2、進料斗3、旋轉(zhuǎn)輥5和傳動裝置6等組成。其破殼原理是杏核等堅果進入進料斗，在物料重力和旋轉(zhuǎn)輥的摩擦作用下將杏核等堅果帶入到破殼區(qū)，在旋轉(zhuǎn)輥和擠壓板的擠壓摩擦作用下將杏核等堅果破碎，可以通過調(diào)節(jié)擠壓板的前后移動來控制擠壓板與旋轉(zhuǎn)輥之間的間隙，從而來適應(yīng)各類杏核等堅果破殼。如由Saring等[31]提出一種新型核桃破殼機，通過試驗，核桃經(jīng)該破殼裝置后，核桃1/2仁以上的占75%，碎仁占15%，未破殼的約占6%，生產(chǎn)率為30 kg/h；Larry H.Hemry[32]設(shè)計一種機械式杏核堅果破殼機；Sun Y.Kim[33]設(shè)計的一種堅果破殼機；朱立學(xué)等[34]設(shè)計的一種扎輥—扎板式銀杏脫殼機，脫殼率可達70%，破碎率小于12%。這種破殼機械主要通過調(diào)節(jié)擠壓板實現(xiàn)變換破碎機構(gòu)間的破殼間距，滿足不同種類尺寸大小的堅果的工作需要。但在杏核等堅果破殼過程中，對果仁的損傷較大，生產(chǎn)率較低。

1. 機架 2. 可調(diào)節(jié)擠壓板 3. 進料斗 4. 堅果 5. 旋轉(zhuǎn)輥 6. 傳動裝置

3.1.4 圓盤擠壓式破殼機 采用一對端面呈傾斜狀態(tài)的破殼圓盤，相互旋轉(zhuǎn)擠壓摩擦，進行杏核等堅果的脫殼取仁。如圖4所示，該裝置主要是由破殼盤1、螺釘2、主動軸3、從動軸4和等速萬向節(jié)5等組成。兩破殼圓盤之間通過等速萬向節(jié)耦合，兩圓盤傾斜角度可以調(diào)節(jié)。隨著破殼圓盤的旋轉(zhuǎn)，擠壓摩擦將杏核破殼，果仁和核殼從另一側(cè)甩出而實現(xiàn)破殼。如由Kenneth R.Evans l[35]設(shè)計的一種堅果破殼機，蘇有良[36]設(shè)計的堅果脫殼分選機。這種裝置可以對多種物料進行破殼取仁作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，破殼效率高，而且可以將大小混雜在一起的杏核等堅果破殼。

1. 破殼盤 2. 螺釘 3. 主動軸 4. 從動軸 5. 等速萬向節(jié) 6. 堅果

3.2 剪切式破殼法

3.2.1 雙齒盤—齒板式破殼機 采用固定偏心齒板和齒盤上的齒尖不斷剪切切割外殼表面使其破裂。如圖5所示，該裝置的主要部件是由齒盤1和偏心齒板2等組成。齒盤旋轉(zhuǎn)將杏核等堅果帶入到齒盤與偏心齒板形成的破殼區(qū)，杏核等堅果受到齒尖剪切切割作用，杏核等堅果表面產(chǎn)生裂紋，并逐漸擴展，直到完全破裂，破殼后的果仁和核殼從最小間隙處掉下。如呂力[37]設(shè)計了一種擠壓鋸削式澳洲堅果破殼機；吳子岳[38]設(shè)計的綿核桃破殼取仁機，通過試驗表明，破殼率大于90%，高露仁率為70%～90%，頭露仁率為30%～40%。這種破殼裝置實現(xiàn)了杏核多點受力，破裂效果較好，果仁破碎率較低。

3.2.2 鋸口破殼裝置 利用旋轉(zhuǎn)鋸齒在杏核等堅果表面切割出缺口使其外殼破開。如圖6所示，該裝置主要部件由基座和頂蓋等組成。基座上部設(shè)置有凹圓臺，其作用是夾持杏核等堅果，其內(nèi)側(cè)邊緣安裝有一圈鋸齒；頂蓋主要起固定作用，其下側(cè)設(shè)置有橡膠墊。破殼原理是將杏核等堅果放置在基座圓臺頂部的鋸齒上，然后靠頂蓋固定住，電機啟動帶動基座旋轉(zhuǎn)，鋸齒在杏核等堅果核殼表面切割，鋸出多個缺口后，核殼即可脫離。如由張勇[39]設(shè)計的核桃脫殼取整仁器。存在的問題是生產(chǎn)率較低。

1. 齒盤 2. 堅果 3. 偏心齒板

1. 頂蓋 2. 橡膠條 3. 堅果 4. 鋸齒刀具 5. 基座 6. 銷軸 7. 電機

3.3 揉搓式破殼法

3.3.1 錐藍式破殼機 利用杏核等堅果在外磨和內(nèi)磨之間旋轉(zhuǎn)，在揉搓摩擦作用下，使得杏核等堅果外殼被搓裂而實現(xiàn)破殼。如圖7所示，該裝置主要由電機1、傳動軸2、內(nèi)磨4、外磨5、機體6、間隙調(diào)整裝置7和調(diào)節(jié)手輪8等組成。其原理是：內(nèi)磨上方通過傳動軸與電機連接，下方通過軸承與間隙調(diào)節(jié)裝置相連；外磨通過鎖緊掛鉤與機體相連，內(nèi)磨在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，在內(nèi)、外磨間形成一個從大到小的間隙帶，通過杏核等堅果的自重和摩擦力的作用實現(xiàn)杏核等堅果揉搓摩擦破殼。通過間隙調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)內(nèi)磨與外磨之間的破殼間隙，內(nèi)磨和外磨表面有許多斜條紋狀的凸起并經(jīng)過特殊處理，用于增加與杏核等堅果接觸的粗糙度。進入內(nèi)外磨間隙的杏核等堅果，在重力的作用下隨內(nèi)磨的旋轉(zhuǎn)而作自轉(zhuǎn)運動，破殼后經(jīng)最小間隙處落下。如由Michael S Andereasen等[40]設(shè)計的一種旋轉(zhuǎn)正錐形的破殼機，因間隙大小不能調(diào)節(jié)，下方的小間隙會讓上方已經(jīng)破殼的果仁再次擠碎，果仁破碎率高；李忠新等[41]設(shè)計錐藍式核桃破殼裝置，周衛(wèi)華等[42]設(shè)計的堅果破殼清選機。該裝置在實際使用中，需要根據(jù)使用情況定期更換內(nèi)外磨零件來提高破殼率和降低果仁破碎率。

1. 電機 2. 傳動軸 3. 堅果 4. 內(nèi)磨 5. 外磨 6. 機體 7. 間隙調(diào)整裝置 8. 調(diào)節(jié)手輪

圖7 錐藍式內(nèi)外磨破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 7 The schematic of cone cracking equipment

3.3.2 水平揉搓式脫殼機 利用杏核等堅果在上下兩層揉搓擠壓盤間受到揉搓擠壓作用進行破殼。如圖8所示，該裝置主要由進料斗1、均料裝置2、調(diào)節(jié)螺栓3、減振彈簧4、機架5、上搓擦擠壓盤6、果仁緩沖網(wǎng)7、下搓擦擠壓盤8、分料斗9、出料口10和果仁出料口11等組成。其原理是：在杏核等堅果破殼加工之前，通過調(diào)整上、下搓擦擠壓盤之間的間隙，實現(xiàn)不同規(guī)格杏核等堅果的加工。杏核等堅果經(jīng)均料裝置的作用下有序進入搓擦擠壓通道，擠壓通道向外方向呈間隙逐漸變小通道，搓擦擠壓通道出口間隙略大于果仁厚度的平均直徑，在搓擦擠壓盤的高速旋轉(zhuǎn)帶動下，杏核等堅果因離心力的作用被拋入搓擦擠壓通道，在上下搓擦擠壓盤的揉搓擠壓作用下破殼，在離心力的作用下果仁和核殼依次有序被拋出，果仁獲得更高的離心線速度經(jīng)分料斗撞擊到果仁緩沖網(wǎng)后經(jīng)果仁出料口排出，核殼經(jīng)分料斗從出料口排出。如由蘇有良[43]設(shè)計的堅果脫殼分選機，柴金旺[44]設(shè)計的核桃脫殼機。該機構(gòu)在加工杏核等堅果前需要首先調(diào)整破殼間隙方能進行加工；由于受擠壓盤直徑的限制，生產(chǎn)率不高；擠壓盤轉(zhuǎn)速過高會造成破碎率增加，過低又會降低破殼率。

3.4 撞擊式破殼機

3.4.1 離心撞擊式破殼機 利用杏核等堅果高速運動時突然碰撞而受到?jīng)_擊力，使核殼破碎而實現(xiàn)破殼。如圖9所示，該裝置主要由進料口1、上機體2、破殼裝置3、下機體4、電機5、傳動裝置6和出料口7等組成。其原理是：杏核等堅果在旋轉(zhuǎn)破殼盤的高速旋轉(zhuǎn)下，產(chǎn)生一個足夠大的離心力撞擊壁面，果殼就會產(chǎn)生較大的變形而破裂。由于核殼直接與壁面撞擊，產(chǎn)生的變形和運動速度都大于果仁，只要沖擊力足夠大，就能實現(xiàn)杏核等堅果的破殼。如王曉暄等[45]研究的離心式核桃二次破殼機。這種破殼機械的缺點是不能很好地控制離心力，會造成較高的果仁破碎率，降低核桃的價值。試驗[46]表明，由于杏核核殼具有較大的韌性，如果沖擊力不夠，很難將杏核的核殼破碎。

1. 進料斗 2. 均料裝置 3. 調(diào)節(jié)螺栓 4. 減振彈簧 5. 機架 6. 上搓擦擠壓盤 7. 果仁緩沖網(wǎng) 8. 下搓擦擠壓盤 9. 分料斗 10. 出料口 11. 果仁出料口

圖8 水平揉搓式破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 8 The schematic of horizontal rub cracking equipment

1. 進料口 2. 上機體 3. 破殼裝置 4. 下機體 5. 電機 6. 傳動裝置 7. 出料口

圖9 撞擊式破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 9 The schematic of hit cracking equipment

3.4.2 拍擊式破殼機 采用葉片拍擊杏核等堅果使其破裂而實現(xiàn)破殼。如圖10所示，該裝置主要由機架1、箱體2、進料口3、柵條滾筒5、旋轉(zhuǎn)破殼裝置6和出料口7等組成。其原理是：柵條滾筒上設(shè)置有進料口和出料口，柵條滾筒水平放置，中心軸上有多個葉片，杏核等堅果進入柵條滾筒，在中心軸的旋轉(zhuǎn)下，葉片拍擊力使杏核等堅果破裂，并通過柵條間隙實現(xiàn)殼仁分離。滾筒上的柵條間隙大小設(shè)置為杏仁可通過的尺寸，使得杏仁脫離杏殼后能脫離破殼區(qū)。如Clarence Lloyd Warmack等[47]研制了一種堅果破殼機，該機可以有效擊打堅果并將其殼仁分離，但是杏核核殼具有較大的韌性，如果擊打力不夠，很難將其擊破。

3.4.3 氣動式破殼機 采用氣體驅(qū)動氣缸內(nèi)部活塞運動，帶動擊打頭撞擊杏核等堅果，使核殼破碎而實現(xiàn)破殼。如圖11所示，該裝置主要由擊打進氣管1、氣缸2、活塞3、回位進氣管4、頂針5、擊打頭6、支座8和機架9等組成。其原理是：主要是利用氣缸內(nèi)氣流推動活塞做往復(fù)運動，活塞推動擊打頭運動，另一邊設(shè)置有定位凹槽支座，通過撞擊實現(xiàn)破殼。如李忠新[48]發(fā)明的氣動式核桃破殼機，史建新[49]發(fā)明的多工位氣動擊打式核桃破殼機。這種破殼裝置首先需要對杏核等堅果進行定位，因此堅果必須呈長圓形，對堅果品種的適應(yīng)性差，且造價比較昂貴。

1. 機架 2. 箱體 3. 進料口 4. 堅果 5. 柵條滾筒 6. 旋轉(zhuǎn)破殼裝置 7. 出料口

圖10 拍擊式破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 10 The schematic of beat cracking equipment

1. 擊打進氣管 2. 氣缸 3. 活塞 4. 回位進氣管 5. 頂針 6. 擊打頭 7. 核桃 8. 支座 9. 機架

圖11 氣動式破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 11 The schematic of pneumatic hammer

cracking equipment

3.4.4 擊打式破殼機 采用凸輪盤驅(qū)動擊打頭撞擊杏核等堅果而使其破殼。如圖12所示，該裝置主要由凸輪盤1、傳動裝置2、擊打裝置3、擊打頭4和輸送裝置6等組成。其工作原理是：在破殼過程中，杏核等堅果由輸送裝置逐個送到擊打裝置上，然后由凸輪盤控制擊打頭將杏核等堅果核殼打破而實現(xiàn)破殼。如由Michael P. Filice等[50]研制堅果破殼機。該裝置破殼生產(chǎn)率較低，對于核桃等外形規(guī)則的堅果，破殼效果比較好；對于杏核等外形不規(guī)則的堅果，破殼效果較差。

1. 凸輪盤 2. 傳動裝置 3. 擊打裝置 4. 擊打頭 5. 堅果 6. 輸送裝置

圖12 凸輪盤擊打破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 12 The schematic of cam plate hit cracking equipment

4 中國杏核破殼機械存在的問題

目前，在中國部分杏種植區(qū)，果農(nóng)的專業(yè)知識水平較低，對杏核破殼加工的衛(wèi)生條件意識不足，對果仁的品質(zhì)要求不高，依然采用傳統(tǒng)人工破殼取仁法，在杏核破殼過程中，對果仁造成污染，果仁衛(wèi)生質(zhì)量得不到保證，嚴重影響果仁品質(zhì)。中國機械化杏核破殼研究還處于起步階段，雖然在破殼設(shè)備方面做了一些研究工作，也研制出了一些類型的杏核等堅果破殼設(shè)備，但是能夠真正用于批量化生產(chǎn)的并不多，遠滯后于種植業(yè)的發(fā)展，無法滿足杏核果仁產(chǎn)品深加工的生產(chǎn)需求，還存在如下問題：

4.1 破殼率和生產(chǎn)率低，果仁破碎率高

由于杏核的品種不同,外形和大小各異，核厚度及含水率也不同，現(xiàn)有的杏破殼設(shè)備難以滿足需求。在加工過程中，漏破或破殼不完全現(xiàn)象嚴重，造成杏核破殼率低，果仁破碎率較高，有些破殼機械破殼率只有60%左右，果仁損失高達15%。果仁損失較大，這也是杏核破殼設(shè)備難以推廣的直接原因。

4.2 適應(yīng)性和穩(wěn)定性差

由于杏核形狀不規(guī)則，大小不統(tǒng)一，現(xiàn)有破殼設(shè)備大多存在適應(yīng)性差，穩(wěn)定性差的缺點。而且杏核破殼設(shè)備一般適用于某些單一品種的加工作業(yè)，無法滿足其他品種，需要加工其他品種時就必須通過更換關(guān)鍵部件來實現(xiàn)。因此，品種適應(yīng)性差，裝備利用率較低。

4.3 加工成本高

中國杏核破殼機械尚未形成系列和規(guī)模，部分設(shè)備僅進行了樣機試制和少量生產(chǎn)，未見有大批量的示范和推廣，在破殼效果、作業(yè)性能及設(shè)備穩(wěn)定性方面還存在不少問題，破殼機械多以單機制造為主，制造工藝水平較低，成本較高，從而導(dǎo)致杏核破殼的加工成本偏高。

5 杏核破殼機械應(yīng)用研究方向

雖然目前堅果破殼機械化水平較高，但大多應(yīng)用于示范推廣區(qū)或經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，而且小型機械多，大型規(guī)?；庸ぽ^少，自動化水平較低，有些地區(qū)的果農(nóng)破殼仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動強度大，衛(wèi)生條件差等。

近年來，杏核等堅果破殼機械總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進一步提高，在提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度，促進杏加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面起到了積極的推動作用。在杏核等堅果破殼設(shè)備中，更多的為機械擠壓設(shè)備，與傳統(tǒng)的手工剝殼相比，機械法省工、省力、高效、環(huán)保，但是這種設(shè)備仍存在著生產(chǎn)率和破殼率低、果仁破碎率高、通用性差等缺點。對于杏核等堅果破殼設(shè)備和破殼技術(shù)的研究，必須要基于杏核破殼機理進行研究，在杏核等堅果破殼技術(shù)與破殼機理研究中，尚存在以下幾個方面需要解決的問題。

5.1 杏核的生物學(xué)特性研究

杏核破殼力學(xué)變形都是基于其可破殼的微觀結(jié)構(gòu)組成，為進一步在理論上研究杏核破殼力學(xué)特性，必須要知道杏核的微觀結(jié)構(gòu)如何，但是目前人們對此尚未研究。

5.2 杏核破殼力學(xué)特性研究

目前對于杏核破殼物理力學(xué)性能、機械性能的研究主要通過試驗的方法進行，而杏核破殼可破殼性機理復(fù)雜，力學(xué)特性參數(shù)較多，從理論上進行定量的研究較少。

5.3 影響杏核破殼效果的因素確定與控制

影響杏核破殼因素較多，各因素之間相互影響，關(guān)系復(fù)雜。在某一特定破殼作業(yè)中，對于影響破殼參數(shù)條件不易控制，這就使得杏核破殼設(shè)備在很大范圍內(nèi)推廣使用受到限制。

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Research progress on almond cracking technology and equipment

YANGZhong-qiang1,2YANGLi-ling1,2YANShen-kun1,2LIUKui1,2ZHUZhan-jiang1,2LIZhong-xin1,2

(1.AgriculturalMechanizationInstitute,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi,Xinjiang830091,China;2.XinjiangResearchCenterofEquipmentforCharacteristicWood'sFruit,Urumqi,Xinjiang830091,China)

This paper introduced a variety of almond cracking technology, and mainly focus on the structure, working principle and characteristics of existing almond cracking mechanical in China and abroad. Analyzed the current technology research and the existing problems of almond cracking mechanical, and proposed the application prospect. This paper provided a reference for almond cracking machine technique and equipment.

almond; cracking technology; cracking machinery

國家自然基金(編號：31260410)；自治區(qū)自然科學(xué)基金項目(編號：2016D01B034)；自治區(qū)科研院所改革與發(fā)展專項(編號： 2016D04007)；烏魯木齊工程技術(shù)研究中心項目(編號：H141212001)

楊忠強，男，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院副研究員。

李忠新(1958—)，男，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員。

E-mail：13369677078@126.com

2016-08-19

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.050