一種全自動腰果脫殼機(jī)的脫殼試驗研究

劉義軍

陳 民

周延德

張 帆

朱德明

黃茂芳

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所加工裝備研究室，廣東 湛江 524001)

一種全自動腰果脫殼機(jī)的脫殼試驗研究

劉義軍

陳 民

周延德

張 帆

朱德明

黃茂芳

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所加工裝備研究室，廣東 湛江 524001)

為了進(jìn)一步提高腰果脫殼機(jī)的脫殼效果，分別研究了推果速度、切刀裝置中彈簧壓縮距離及進(jìn)果時腰果的狀態(tài)等因素對脫殼過程中整仁率、滑果率及躺果率的影響。結(jié)果表明：推果速度對腰果脫殼機(jī)的脫殼效果(整仁率、滑果率及躺果率)影響極顯著(P<0.01)；彈簧壓縮距離對腰果脫殼過程中整仁率的影響極顯著(P<0.01)，對滑果率及躺果率影響不顯著(P>0.05)；進(jìn)料時腰果的狀態(tài)對脫殼過程中整仁率和滑果率影響極顯著(P<0.01)，對躺果率影響不顯著(P>0.05)；當(dāng)?shù)犊诰嚯x9.1 mm，推果速度19.8 r/min，彈簧壓縮距離16.70 mm，采用方式a1進(jìn)果時，整仁率為69.76%。

腰果；脫殼；彈簧；速度

腰果(AnacardiumoccidentaleL.)漆樹科腰果屬常綠喬木，是中國熱帶重要干果和油料樹種，其果仁是世界著名的四大果仁(核桃、扁桃和榛子)之一，深受世界人民喜愛。20世紀(jì)，國內(nèi)外研究者及企業(yè)家就開始研究腰果加工相關(guān)機(jī)械[1]、腰果加工下游產(chǎn)品[2-4]。到目前為止設(shè)備仍然沒有取得突破性進(jìn)展。近年來不斷涌現(xiàn)了一批相關(guān)設(shè)備，手動脫殼設(shè)備[5-6]、半自動脫殼設(shè)備[7]、自動化脫殼設(shè)備[8-9]等等，然而脫殼率和生產(chǎn)效率并不理想。手動脫殼脫殼率高，但是效率低，自動化脫殼效率高但是脫殼率低。課題組前期對腰果的篩選、分級[10-11]、蒸煮[12-13]、去石、脫殼[7, 9]、脫衣[14-15]等加工工藝及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，生產(chǎn)試驗表明：自動化腰果脫殼不僅與設(shè)備的傳送部件、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等因素有關(guān)，還與果的狀態(tài)、切割部件等因素有較大的關(guān)系。針對目前全自動腰果脫殼機(jī)的脫殼效率、脫殼率低等特點，本研究擬對全自動腰果脫殼機(jī)工作過程中果的狀態(tài)及動刀的性能開展試驗研究，以期進(jìn)一步提高腰果脫殼機(jī)的脫殼率，提高生產(chǎn)效益。

1 自動脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)及脫殼原理

腰果脫殼機(jī)由傳動單元1、進(jìn)料單元2、推果單元3、切果單元4四部分組成，首先腰果5放到進(jìn)料單元2中，腰果落入滾筒2-2內(nèi)的果洞中，進(jìn)入小漏斗2-3，落到導(dǎo)軌上3-1，在推果板3-2及撥桿3-3的作用下，腰果進(jìn)入下刀4-1及上刀4-2的間隙中，將果殼切開，然后在扇形刀片的作用下將果仁和果殼剝離，見圖1。

2 材料與方法

2.1 材料

腰果：果仁率為34%，果仁含水率為2.71%，產(chǎn)地西非(科特迪瓦)；

1. 傳動單元 2. 進(jìn)料單元 3. 推果單元 4. 切果單元 5. 腰果 2-1. 料槽 2-2. 滾筒 2-3. 小漏斗 3-1. 導(dǎo)軌 3-2. 推果板 3-3. 撥桿 4-1. 下刀 4-2. 上刀

圖1 全自動腰果脫殼機(jī)

Figure 1 Organization chart of a automatic sheller for cashew nut

高壓蒸煮鍋： LDZX-50FB型，上海申安醫(yī)療器械廠；

全自動腰果破殼機(jī)：自制；

智能型數(shù)字轉(zhuǎn)速表：DT2234A型，深圳市欣寶瑞儀器有限公司。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗材料的預(yù)處理 選取西非進(jìn)口腰果，按照孔徑分別為18.00，20.00，22.00，24.00 mm進(jìn)行尺寸分級，分別命名為D級、C級、B級、A級，未被分級的命名為E級，然后進(jìn)行去石去鐵處理。將B級腰果于115 ℃蒸煮20 min，冷卻[11]。

2.2.2 試驗方案設(shè)置 以整仁率、躺果率、滑果率為考核指標(biāo)，設(shè)置3組試驗方案。

(1) 推果速度對動刀切果裝置脫殼的影響：設(shè)置推果速度分別為13.1，16.4，19.8，23.1，26.4，29.7，33.1 r/min，刀頭距離9.1 mm，彈簧壓縮距離14.1 mm，考察推果速度對腰果脫殼效果的影響。

(2) 彈簧壓縮距離對動刀切果裝置脫殼的影響：壓縮距離分別為3.38，8.50，13.20，16.70，20.20，22.40，25.50，28.60 mm，刀頭距離9.1 mm，推果速度19.8 r/min，考察彈簧壓縮距離對腰果脫殼效果的影響。

(3) 進(jìn)果狀態(tài)對動刀切果裝置脫殼的影響：設(shè)置腰果狀態(tài)分別為a1(趴著頭部進(jìn))，a2(趴著尾部進(jìn))，b1(立著頭部進(jìn))，b2(立著尾部進(jìn))，刀頭距離9.1 mm，推果速度19.8 r/min，彈簧壓縮距離16.70 mm，考察進(jìn)果狀態(tài)對腰果脫殼效果的影響。

2.2.3 狀態(tài)的描述 切割過程中，在推果板的推力作用、上刀頭彈簧壓縮力的作用、軌道平面的腰果仁油的作用下，腰果的進(jìn)果狀態(tài)會發(fā)生改變，因此本試驗主要考慮不同因素對腰果脫殼中的滑果率、躺果率及整仁率的影響。

2.2.4 整仁率、躺果率、滑果率的定義及計算方式 對每個樣品進(jìn)行計數(shù)N0，經(jīng)過自動腰果破殼機(jī)破殼后得到完整的果仁數(shù)為N1，果經(jīng)過導(dǎo)軌到達(dá)切刀位置時，躺果的個數(shù)為N2，果在切刀位置切割時，果與刀頭發(fā)生相對滑動，導(dǎo)致未被切割的滑動果個數(shù)為N3，則整仁率、躺果率、滑果率的計算公式見式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

式中：

R1——整仁率，%；

R2——躺果率，%；

R3——滑果率，%。

3 結(jié)果與分析

3.1 推果速度對腰果脫殼機(jī)脫殼效果的影響

由圖2可知：在13.1～23.1 r/min時，隨著推果速度的增加，整仁率也有所提高。在23.1.0～29.7 r/min時，隨著推果速度的繼續(xù)增加，整仁率逐漸降低，在整個推果速度范圍內(nèi)整仁率變化極顯著(P=0.00，<0.01)。隨著推果速度的增加，躺果率不斷增加，滑果率有一定程度的降低，但是二者之和(不正常果率)變化不顯著(P=0.31，>0.05)。不正常果與整仁率的關(guān)聯(lián)性不明顯(r=-0.14)。結(jié)果表明：果在推果板的推動下，受力面積寬僅8 m寬，長3 cm左右，由于果從進(jìn)料斗落入推果板的狀態(tài)是隨機(jī)的，推動果有2個作用：① 推動果的前進(jìn)；② 在果運(yùn)動過程中對果的狀態(tài)進(jìn)行校正，提高切果的整仁率。果整煮處理后表面較為光滑，推動速度較低時，果在前進(jìn)過程中，狀態(tài)較為平穩(wěn)，對果的校正力較弱，整仁率較低；隨著推動速度的提高，推動力對果校正作用越來越強(qiáng)，使得整仁率有所提高。推動速度過快，果與推果板碰撞打滑，推動的部位發(fā)生改變，校正力較弱，同時落果時為立果狀態(tài)的果，在過快推動力的作用下，狀態(tài)會發(fā)生改變，導(dǎo)致躺果率和滑果率增加。因此推果速度對腰果脫殼的影響非常顯著，整仁率的顯著性概率P=0.00(<0.01)，躺果率的顯著性概率P=0.02(<0.05)，滑果率的顯著性概率P=0.001(<0.01)。因此實際生產(chǎn)過程中推果速度需控制在合理的范圍內(nèi)。

圖2 推果速度對腰果脫殼機(jī)脫殼效果的影響

3.2 彈簧壓縮距離對腰果脫殼機(jī)脫殼效果的影響

由圖3可知：在3.38～16.70 mm時，隨著彈簧壓縮距離的增加，整仁率也有所提高。在16.70～28.6 mm時，隨著彈簧壓縮距離的繼續(xù)增加，整仁率逐漸降低，在彈簧壓縮過程中整仁率變化極顯著(P=0.00，<0.01)，躺果率變化不顯著(P=0.09，>0.05)，滑果率變化不顯著(P=0.19，>0.05)，二者之和(不正常果率)變化也不顯著(P=0.46，>0.05)。壓縮距離與滑果率、躺果率及不正常果的線性關(guān)系不顯著，關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為-0.72，-0.74，-0.78(<0.95)。結(jié)果表明：保持切果刀頭間隙距離不變的情況下，彈簧壓縮距離能顯著改變腰果脫殼過程中的整仁率和躺果率。但是從圖3還得知，當(dāng)彈簧的壓縮距離>25.5 mm時，滑果率和躺果率急劇上升，由于增大彈簧壓縮距離時，推果板推動腰果無法將上刀頭的彈簧部分頂起，果的狀態(tài)發(fā)生較大的改變，腰果被強(qiáng)制性地擠出來，出現(xiàn)很多滑果和躺果。因此在腰果脫殼裝置中起到了非常重要的作用，對脫殼機(jī)脫殼的影響極顯著(P=0.00，<0.01)。

圖3 彈簧壓縮距離對腰果脫殼機(jī)脫殼的影響

3.3 進(jìn)果狀態(tài)對腰果脫殼機(jī)脫殼效果的影響

由圖4可知，躺果率：b1>b2>a1>a2；滑果率：b1>b2>a2>a1；整仁率：a1>a2>b2>b1。結(jié)果表明：進(jìn)果狀態(tài)對腰果脫殼過程中躺果率的影響不顯著(P=0.16，>0.05)，對滑果率的影響極顯著(P=0.000 04，<0.01)，對整仁率的影響極顯著(P=0.00，<0.01)。當(dāng)果尾部先進(jìn)入切割單元時，由于軌道比較光滑，在較弱彈簧力的作用下，切刀還未對果進(jìn)行切割，就已滑出；在較強(qiáng)彈簧力的作用下，上刀和下刀的作業(yè)空間非常小，當(dāng)果推進(jìn)切刀裝置時，在水平的推動力及垂直方向的壓縮力作用下瞬間滑出。實際生產(chǎn)中，以整仁率最大，躺果率、滑果率最低為原則，因此最佳的進(jìn)果狀態(tài)為a1。

圖4 進(jìn)果狀態(tài)對腰果脫殼機(jī)脫殼的影響

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明：推果速度、彈簧壓縮距離、進(jìn)果狀態(tài)對腰果脫殼的影響均極顯著；在刀頭距離9.1 mm，推果速度19.8 r/min，彈簧壓縮距離16.70 mm，采用趴著頭部進(jìn)果時，腰果整仁率為69.76%。以往的研究側(cè)重于不同因素對腰果進(jìn)果狀態(tài)及切割前的狀態(tài)對其脫殼率的影響，本研究新增了腰果脫殼時切刀裝置(彈簧壓縮距離)等對腰果脫殼的影響，表明腰果脫殼不僅與切果時的狀態(tài)有關(guān)，也與切果時切割裝置相關(guān)。由于腰果形狀特別，本研究并未找到一個非常合適的方法來保證腰果按照所期望的狀態(tài)進(jìn)入切割裝置，因此后期研究工作需要設(shè)計更加優(yōu)良的傳送裝置，以切實提高腰果脫殼機(jī)脫殼的整仁率。

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Experimental study on shelling of a kind of self-designed and manufactured cashew nut sheller

LIUYi-jun

CHENMin

ZHOUYan-de

ZHANGFan

ZHUDe-ming

HUANGMao-fang

(DepartmentofProcessingEquipment,AgriculturalProductProcessingResearchInstituteofChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Zhanjiang,Guangdong524001,China)

In order to improve the shelling effect of cashew husk machine, the factors including speed of shifting fruit, spring’s squeeze removing of the cutter device, the whole kernel rate, the sliding rate and the shedding rate during the shelling process were investigated. The results showed that shifting speed had a significant effect to shelling efficiency (including whole kernel, slide and shedding rates) (P<0.01), and the spring’s squeeze removing affected the whole kernel rate significantly (P<0.01). However, no effect on sliding and shedding rates(P>0.05)were found. The fruit position while it was feeding has a effect to whole kernel rate and sliding rate(P<0.01), and it had no effect to shedding rate(P>0.05). When the a1 mode was used to feed the cashew, with the blade spacing 9.1 mm and shifting speed 19.8 r/min, the spring’s squeeze removing was 16.7 mm, and the whole kernel rate was improved by 15%, reached to 69.76%.

cashew nut; shell; spring; speed

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(編號：201303077)

劉義軍，男，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院助理研究員，碩士。

黃茂芳(1956—)，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員，碩士生導(dǎo)師，學(xué)士。E-mail: huangmaofang666@163.com

2017—03—27

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.021