楊忠強(qiáng) 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(jī)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(jìn)展

楊忠強(qiáng)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(jī)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(diǎn)闡述現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外杏核機(jī)械式破殼的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)，分析了目前杏核破殼機(jī)械的工藝研究及存在的問(wèn)題，并展望了杏核破殼機(jī)械應(yīng)用研究方向，為杏核破殼技術(shù)及相關(guān)機(jī)械裝備的開(kāi)發(fā)提供參考。

杏核；破殼技術(shù)；破殼機(jī)械

杏(PrunusarmeniacaL.)是薔薇科果樹(shù)里重要的樹(shù)種之一。國(guó)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(guó)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(gè)地理生態(tài)群及24個(gè)區(qū)域性亞群，共有10個(gè)種，其中中國(guó)就有9個(gè)種[5-6]，這10個(gè)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(jì)，全世界有杏品種3 000個(gè)左右[7]，而中國(guó)就有杏品種(類型)2 000余個(gè)[8]，正式發(fā)表的品種有1 400多個(gè)[9]，占世界杏品種的46.6%。中國(guó)是杏最早的起源中心，其栽培歷史久遠(yuǎn)，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(shì)及特色的品種成為林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。據(jù)新疆2015年統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)[12]，新疆林果種植面積達(dá)9.506×105hm2，其中杏樹(shù)種植面積達(dá)1.324×105hm2，占總種植面積的13.93%；而林果總產(chǎn)量達(dá)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?jī)H次于紅棗和葡萄。

杏果實(shí)主要由果柄、果皮、果肉、核殼及果仁組成。核殼堅(jiān)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(jì)60年代初，國(guó)外就開(kāi)始對(duì)杏核破殼機(jī)具進(jìn)行研究，至80年代初，國(guó)外陸續(xù)研究出了各種杏核等堅(jiān)果破殼機(jī)，目前正朝著機(jī)電一體化的方向發(fā)展。但國(guó)外破殼設(shè)備價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，不易加工制作[13]。

目前，中國(guó)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(jī)械為輔。人工破殼效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，而且杏仁的品質(zhì)無(wú)法得到保證[14]。大量的核殼白白浪費(fèi)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(jìn)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(guò)3%[15]。為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率和杏仁品質(zhì)，實(shí)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(shí)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(jiǎn)單直接，方便操作。主要靠人工破殼，或者是人工操作單個(gè)杏核等堅(jiān)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(dòng)強(qiáng)度大，且衛(wèi)生條件較差，無(wú)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(xiàn)[16～17]，首先將杏核等堅(jiān)果浸入到化學(xué)溶液中，利用化學(xué)試劑來(lái)軟化杏核的核殼，取出后再利用機(jī)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(yán)重影響其品質(zhì)，而且在實(shí)際操作中不好控制，處理不好會(huì)造成環(huán)境污染。

1.3 機(jī)械式破殼

相比現(xiàn)有的方法，機(jī)械法破殼無(wú)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(jī)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(guò)核殼結(jié)構(gòu)、破殼原理、破殼設(shè)備等進(jìn)行研究，對(duì)破殼工藝方面進(jìn)行改進(jìn)，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(duì)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(qiáng)度最大載荷在杏核長(zhǎng)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(shí)，在對(duì)杏核長(zhǎng)度方向進(jìn)行加載時(shí)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(shí)杏仁會(huì)有破裂現(xiàn)象的趨勢(shì)。張黎驊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，杏核含水率在5.97%～30.14%時(shí)，含水率對(duì)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?。辉谙嗤实臈l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(kāi)口與杏核含水率有顯著的關(guān)系。當(dāng)含水率為2.8%～5.8%時(shí)，開(kāi)口率隨著杏核含水率的增加而增加；當(dāng)含水率為5.8%～11.6%時(shí)，開(kāi)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(qiáng)，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(huì)越高。因此，在杏核破殼過(guò)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(dāng)核殼含水率較低時(shí)，核殼具有一定的脆性，破殼時(shí)核殼才能充分破裂，同時(shí)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(duì)破殼效果的影響

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

2.3 杏核的外形尺寸對(duì)破殼效果的影響

劉軍[22]通過(guò)對(duì)杏核結(jié)構(gòu)物理特性進(jìn)行分析研究，得出其核長(zhǎng)、核寬、核厚及其之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而近似作為關(guān)于橫、豎、縱三橢圓截面對(duì)稱的殼體進(jìn)行破殼力學(xué)特性研究。王靜等[21]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，杏核開(kāi)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(méi)有開(kāi)口的現(xiàn)象，提出對(duì)擠壓式開(kāi)口機(jī)械進(jìn)行開(kāi)口時(shí)要對(duì)杏核進(jìn)行分級(jí)。張黎驊[19]通過(guò)對(duì)四川杏核進(jìn)行外形尺寸測(cè)量，分別給出長(zhǎng)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(shí)，為保證破殼品質(zhì)應(yīng)對(duì)杏核進(jìn)行分級(jí)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(jí)，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(jī)械的研究進(jìn)展

3.1 擠壓式破殼法

3.1.1 平板擠壓式破殼機(jī) 采用杏核等堅(jiān)果在主動(dòng)擠壓板和被動(dòng)擠壓板之間受到擠壓而進(jìn)行破殼。如圖1所示，該裝置主要由進(jìn)料口1、間隙調(diào)整裝置2、主動(dòng)擠壓板3、被動(dòng)擠壓板4、驅(qū)動(dòng)凸輪裝置5、出料口6等組成。其原理是主動(dòng)擠壓板一端通過(guò)鉸鏈連接到上機(jī)體，另一端可由驅(qū)動(dòng)凸輪裝置驅(qū)動(dòng)主動(dòng)擠壓板做往復(fù)曲線運(yùn)動(dòng)；被動(dòng)擠壓板的一端與上機(jī)體鉸接，另一端與間隙調(diào)節(jié)裝置相連，通過(guò)間隙調(diào)整裝置，可以控制被動(dòng)擠壓板前后運(yùn)動(dòng)，從而控制主動(dòng)擠壓板與被動(dòng)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(yú)鱗狀鐵網(wǎng)。進(jìn)入破殼區(qū)的杏核，隨著主動(dòng)擠壓板的運(yùn)動(dòng)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(jī)。這種破殼裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但在對(duì)杏核破殼過(guò)程中，果仁損傷較大，生產(chǎn)率不高，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用得較少。

3.1.2 對(duì)輥擠壓式破殼機(jī) 利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輥對(duì)杏核等堅(jiān)果進(jìn)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(jī)架2、自由輥3、主動(dòng)輥4、料斗5、傳動(dòng)裝置7、電動(dòng)機(jī)8等組成。電動(dòng)機(jī)機(jī)將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)輥，主動(dòng)輥將杏核等堅(jiān)果帶入到破殼區(qū)，主動(dòng)輥通過(guò)杏核等堅(jiān)果將動(dòng)力傳遞給自由輥，實(shí)現(xiàn)二輥之間的反向差速轉(zhuǎn)動(dòng)，使杏核等堅(jiān)果在主動(dòng)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(guò)間隙調(diào)節(jié)裝置控制破殼間隙。該方式的破殼機(jī)穩(wěn)定性好，間隙可控，但是對(duì)杏核厚度尺寸一致性要求較高，加工前需要對(duì)杏核進(jìn)行分級(jí)，而且生產(chǎn)率較低；加工前若不分級(jí)，杏核等堅(jiān)果的果仁破碎率就會(huì)較高，因此造成果仁的損失。如由何義川等[24]設(shè)計(jì)的一種對(duì)輥擠壓式核桃破殼裝置，錦州俏牌機(jī)械有限公司[25]設(shè)計(jì)的一種杏核脫殼機(jī)，張仲欣等[26]設(shè)計(jì)的一種對(duì)輥窩眼式核桃開(kāi)口機(jī)，董詩(shī)韓等[27]設(shè)計(jì)的一種多輥擠壓式核桃破殼機(jī)，袁巧霞等[28]設(shè)計(jì)的一種對(duì)輥式銀杏脫殼裝置。楊德勇等[29]設(shè)計(jì)的小型杏核破殼機(jī)，該機(jī)整機(jī)破殼率達(dá)94%以上，碎仁率只有3%左右。朱占江等[30]設(shè)計(jì)杏核破殼機(jī)，該機(jī)未分級(jí)的一次破殼率為85%以上，分級(jí)后的一次破殼率為95%以上。這種類型杏核破殼裝置實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多，但是為保證對(duì)厚度大小不同杏核破殼，需要分級(jí)，分別進(jìn)行破殼，其破殼率不高，同時(shí)果仁破碎率也較高。

1. 進(jìn)料口 2. 間隙調(diào)整裝置 3. 主動(dòng)擠壓板 4. 被動(dòng)擠壓板 5. 驅(qū)動(dòng)凸輪裝置 6. 出料口

1. 間隙調(diào)節(jié)裝置 2. 機(jī)架 3. 自由輥 4. 主動(dòng)輥 5. 料斗

3.1.3 擠壓板—旋轉(zhuǎn)輥式破殼機(jī) 采用擠壓板與旋轉(zhuǎn)輥對(duì)杏核等堅(jiān)果進(jìn)行擠壓摩擦作用破殼。如圖3所示，該裝置主要由機(jī)架1、可調(diào)節(jié)擠壓板2、進(jìn)料斗3、旋轉(zhuǎn)輥5和傳動(dòng)裝置6等組成。其破殼原理是杏核等堅(jiān)果進(jìn)入進(jìn)料斗，在物料重力和旋轉(zhuǎn)輥的摩擦作用下將杏核等堅(jiān)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(jiān)果破碎，可以通過(guò)調(diào)節(jié)擠壓板的前后移動(dòng)來(lái)控制擠壓板與旋轉(zhuǎn)輥之間的間隙，從而來(lái)適應(yīng)各類杏核等堅(jiān)果破殼。如由Saring等[31]提出一種新型核桃破殼機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)，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(jì)一種機(jī)械式杏核堅(jiān)果破殼機(jī)；Sun Y.Kim[33]設(shè)計(jì)的一種堅(jiān)果破殼機(jī)；朱立學(xué)等[34]設(shè)計(jì)的一種扎輥—扎板式銀杏脫殼機(jī)，脫殼率可達(dá)70%，破碎率小于12%。這種破殼機(jī)械主要通過(guò)調(diào)節(jié)擠壓板實(shí)現(xiàn)變換破碎機(jī)構(gòu)間的破殼間距，滿足不同種類尺寸大小的堅(jiān)果的工作需要。但在杏核等堅(jiān)果破殼過(guò)程中，對(duì)果仁的損傷較大，生產(chǎn)率較低。

1. 機(jī)架 2. 可調(diào)節(jié)擠壓板 3. 進(jìn)料斗 4. 堅(jiān)果 5. 旋轉(zhuǎn)輥 6. 傳動(dòng)裝置

3.1.4 圓盤(pán)擠壓式破殼機(jī) 采用一對(duì)端面呈傾斜狀態(tài)的破殼圓盤(pán)，相互旋轉(zhuǎn)擠壓摩擦，進(jìn)行杏核等堅(jiān)果的脫殼取仁。如圖4所示，該裝置主要是由破殼盤(pán)1、螺釘2、主動(dòng)軸3、從動(dòng)軸4和等速萬(wàn)向節(jié)5等組成。兩破殼圓盤(pán)之間通過(guò)等速萬(wàn)向節(jié)耦合，兩圓盤(pán)傾斜角度可以調(diào)節(jié)。隨著破殼圓盤(pán)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(shí)現(xiàn)破殼。如由Kenneth R.Evans l[35]設(shè)計(jì)的一種堅(jiān)果破殼機(jī)，蘇有良[36]設(shè)計(jì)的堅(jiān)果脫殼分選機(jī)。這種裝置可以對(duì)多種物料進(jìn)行破殼取仁作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiān)果破殼。

1. 破殼盤(pán) 2. 螺釘 3. 主動(dòng)軸 4. 從動(dòng)軸 5. 等速萬(wàn)向節(jié) 6. 堅(jiān)果

3.2 剪切式破殼法

3.2.1 雙齒盤(pán)—齒板式破殼機(jī) 采用固定偏心齒板和齒盤(pán)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(pán)1和偏心齒板2等組成。齒盤(pán)旋轉(zhuǎn)將杏核等堅(jiān)果帶入到齒盤(pán)與偏心齒板形成的破殼區(qū)，杏核等堅(jiān)果受到齒尖剪切切割作用，杏核等堅(jiān)果表面產(chǎn)生裂紋，并逐漸擴(kuò)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(jì)了一種擠壓鋸削式澳洲堅(jiān)果破殼機(jī)；吳子岳[38]設(shè)計(jì)的綿核桃破殼取仁機(jī)，通過(guò)試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了杏核多點(diǎn)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(jiān)果表面切割出缺口使其外殼破開(kāi)。如圖6所示，該裝置主要部件由基座和頂蓋等組成?；喜吭O(shè)置有凹圓臺(tái)，其作用是夾持杏核等堅(jiān)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(jiān)果放置在基座圓臺(tái)頂部的鋸齒上，然后靠頂蓋固定住，電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)基座旋轉(zhuǎn)，鋸齒在杏核等堅(jiān)果核殼表面切割，鋸出多個(gè)缺口后，核殼即可脫離。如由張勇[39]設(shè)計(jì)的核桃脫殼取整仁器。存在的問(wèn)題是生產(chǎn)率較低。

1. 齒盤(pán) 2. 堅(jiān)果 3. 偏心齒板

1. 頂蓋 2. 橡膠條 3. 堅(jiān)果 4. 鋸齒刀具 5. 基座 6. 銷軸 7. 電機(jī)

3.3 揉搓式破殼法

3.3.1 錐藍(lán)式破殼機(jī) 利用杏核等堅(jiān)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(jiān)果外殼被搓裂而實(shí)現(xiàn)破殼。如圖7所示，該裝置主要由電機(jī)1、傳動(dòng)軸2、內(nèi)磨4、外磨5、機(jī)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(guò)傳動(dòng)軸與電機(jī)連接，下方通過(guò)軸承與間隙調(diào)節(jié)裝置相連；外磨通過(guò)鎖緊掛鉤與機(jī)體相連，內(nèi)磨在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，在內(nèi)、外磨間形成一個(gè)從大到小的間隙帶，通過(guò)杏核等堅(jiān)果的自重和摩擦力的作用實(shí)現(xiàn)杏核等堅(jiān)果揉搓摩擦破殼。通過(guò)間隙調(diào)節(jié)裝置來(lái)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(guò)特殊處理，用于增加與杏核等堅(jiān)果接觸的粗糙度。進(jìn)入內(nèi)外磨間隙的杏核等堅(jiān)果，在重力的作用下隨內(nèi)磨的旋轉(zhuǎn)而作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，破殼后經(jīng)最小間隙處落下。如由Michael S Andereasen等[40]設(shè)計(jì)的一種旋轉(zhuǎn)正錐形的破殼機(jī)，因間隙大小不能調(diào)節(jié)，下方的小間隙會(huì)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(jì)錐藍(lán)式核桃破殼裝置，周衛(wèi)華等[42]設(shè)計(jì)的堅(jiān)果破殼清選機(jī)。該裝置在實(shí)際使用中，需要根據(jù)使用情況定期更換內(nèi)外磨零件來(lái)提高破殼率和降低果仁破碎率。

1. 電機(jī) 2. 傳動(dòng)軸 3. 堅(jiān)果 4. 內(nèi)磨 5. 外磨 6. 機(jī)體 7. 間隙調(diào)整裝置 8. 調(diào)節(jié)手輪

圖7 錐藍(lán)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(jī) 利用杏核等堅(jiān)果在上下兩層揉搓擠壓盤(pán)間受到揉搓擠壓作用進(jìn)行破殼。如圖8所示，該裝置主要由進(jìn)料斗1、均料裝置2、調(diào)節(jié)螺栓3、減振彈簧4、機(jī)架5、上搓擦擠壓盤(pán)6、果仁緩沖網(wǎng)7、下搓擦擠壓盤(pán)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(jiān)果破殼加工之前，通過(guò)調(diào)整上、下搓擦擠壓盤(pán)之間的間隙，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格杏核等堅(jiān)果的加工。杏核等堅(jiān)果經(jīng)均料裝置的作用下有序進(jìn)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(pán)的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，杏核等堅(jiān)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(pán)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(jì)的堅(jiān)果脫殼分選機(jī)，柴金旺[44]設(shè)計(jì)的核桃脫殼機(jī)。該機(jī)構(gòu)在加工杏核等堅(jiān)果前需要首先調(diào)整破殼間隙方能進(jìn)行加工；由于受擠壓盤(pán)直徑的限制，生產(chǎn)率不高；擠壓盤(pán)轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)造成破碎率增加，過(guò)低又會(huì)降低破殼率。

3.4 撞擊式破殼機(jī)

3.4.1 離心撞擊式破殼機(jī) 利用杏核等堅(jiān)果高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然碰撞而受到?jīng)_擊力，使核殼破碎而實(shí)現(xiàn)破殼。如圖9所示，該裝置主要由進(jìn)料口1、上機(jī)體2、破殼裝置3、下機(jī)體4、電機(jī)5、傳動(dòng)裝置6和出料口7等組成。其原理是：杏核等堅(jiān)果在旋轉(zhuǎn)破殼盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)下，產(chǎn)生一個(gè)足夠大的離心力撞擊壁面，果殼就會(huì)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(yùn)動(dòng)速度都大于果仁，只要沖擊力足夠大，就能實(shí)現(xiàn)杏核等堅(jiān)果的破殼。如王曉暄等[45]研究的離心式核桃二次破殼機(jī)。這種破殼機(jī)械的缺點(diǎn)是不能很好地控制離心力，會(huì)造成較高的果仁破碎率，降低核桃的價(jià)值。試驗(yàn)[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(jìn)料斗 2. 均料裝置 3. 調(diào)節(jié)螺栓 4. 減振彈簧 5. 機(jī)架 6. 上搓擦擠壓盤(pán) 7. 果仁緩沖網(wǎng) 8. 下搓擦擠壓盤(pán) 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(jìn)料口 2. 上機(jī)體 3. 破殼裝置 4. 下機(jī)體 5. 電機(jī) 6. 傳動(dòng)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(jī) 采用葉片拍擊杏核等堅(jiān)果使其破裂而實(shí)現(xiàn)破殼。如圖10所示，該裝置主要由機(jī)架1、箱體2、進(jìn)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(jìn)料口和出料口，柵條滾筒水平放置，中心軸上有多個(gè)葉片，杏核等堅(jiān)果進(jìn)入柵條滾筒，在中心軸的旋轉(zhuǎn)下，葉片拍擊力使杏核等堅(jiān)果破裂，并通過(guò)柵條間隙實(shí)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(guò)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(jiān)果破殼機(jī)，該機(jī)可以有效擊打堅(jiān)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(dòng)式破殼機(jī) 采用氣體驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)部活塞運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)擊打頭撞擊杏核等堅(jiān)果，使核殼破碎而實(shí)現(xiàn)破殼。如圖11所示，該裝置主要由擊打進(jìn)氣管1、氣缸2、活塞3、回位進(jìn)氣管4、頂針5、擊打頭6、支座8和機(jī)架9等組成。其原理是：主要是利用氣缸內(nèi)氣流推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞推動(dòng)擊打頭運(yùn)動(dòng)，另一邊設(shè)置有定位凹槽支座，通過(guò)撞擊實(shí)現(xiàn)破殼。如李忠新[48]發(fā)明的氣動(dòng)式核桃破殼機(jī)，史建新[49]發(fā)明的多工位氣動(dòng)擊打式核桃破殼機(jī)。這種破殼裝置首先需要對(duì)杏核等堅(jiān)果進(jìn)行定位，因此堅(jiān)果必須呈長(zhǎng)圓形，對(duì)堅(jiān)果品種的適應(yīng)性差，且造價(jià)比較昂貴。

1. 機(jī)架 2. 箱體 3. 進(jìn)料口 4. 堅(jiān)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(jìn)氣管 2. 氣缸 3. 活塞 4. 回位進(jìn)氣管 5. 頂針 6. 擊打頭 7. 核桃 8. 支座 9. 機(jī)架

圖11 氣動(dòng)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(jī) 采用凸輪盤(pán)驅(qū)動(dòng)擊打頭撞擊杏核等堅(jiān)果而使其破殼。如圖12所示，該裝置主要由凸輪盤(pán)1、傳動(dòng)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(guò)程中，杏核等堅(jiān)果由輸送裝置逐個(gè)送到擊打裝置上，然后由凸輪盤(pán)控制擊打頭將杏核等堅(jiān)果核殼打破而實(shí)現(xiàn)破殼。如由Michael P. Filice等[50]研制堅(jiān)果破殼機(jī)。該裝置破殼生產(chǎn)率較低，對(duì)于核桃等外形規(guī)則的堅(jiān)果，破殼效果比較好；對(duì)于杏核等外形不規(guī)則的堅(jiān)果，破殼效果較差。

1. 凸輪盤(pán) 2. 傳動(dòng)裝置 3. 擊打裝置 4. 擊打頭 5. 堅(jiān)果 6. 輸送裝置

圖12 凸輪盤(pán)擊打破殼結(jié)構(gòu)示意圖

Figure 12 The schematic of cam plate hit cracking equipment

4 中國(guó)杏核破殼機(jī)械存在的問(wèn)題

目前，在中國(guó)部分杏種植區(qū)，果農(nóng)的專業(yè)知識(shí)水平較低，對(duì)杏核破殼加工的衛(wèi)生條件意識(shí)不足，對(duì)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(guò)程中，對(duì)果仁造成污染，果仁衛(wèi)生質(zhì)量得不到保證，嚴(yán)重影響果仁品質(zhì)。中國(guó)機(jī)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(jiān)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(yuǎn)滯后于種植業(yè)的發(fā)展，無(wú)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(wèn)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(guò)程中，漏破或破殼不完全現(xiàn)象嚴(yán)重，造成杏核破殼率低，果仁破碎率較高，有些破殼機(jī)械破殼率只有60%左右，果仁損失高達(dá)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(diǎn)。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(wú)法滿足其他品種，需要加工其他品種時(shí)就必須通過(guò)更換關(guān)鍵部件來(lái)實(shí)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(guó)杏核破殼機(jī)械尚未形成系列和規(guī)模，部分設(shè)備僅進(jìn)行了樣機(jī)試制和少量生產(chǎn)，未見(jiàn)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(wèn)題，破殼機(jī)械多以單機(jī)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(jī)械應(yīng)用研究方向

雖然目前堅(jiān)果破殼機(jī)械化水平較高，但大多應(yīng)用于示范推廣區(qū)或經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，而且小型機(jī)械多，大型規(guī)模化加工較少，自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差等。

近年來(lái)，杏核等堅(jiān)果破殼機(jī)械總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng)，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)杏加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面起到了積極的推動(dòng)作用。在杏核等堅(jiān)果破殼設(shè)備中，更多的為機(jī)械擠壓設(shè)備，與傳統(tǒng)的手工剝殼相比，機(jī)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(diǎn)。對(duì)于杏核等堅(jiān)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(jī)理進(jìn)行研究，在杏核等堅(jiān)果破殼技術(shù)與破殼機(jī)理研究中，尚存在以下幾個(gè)方面需要解決的問(wèn)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(jìn)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(duì)此尚未研究。

5.2 杏核破殼力學(xué)特性研究

目前對(duì)于杏核破殼物理力學(xué)性能、機(jī)械性能的研究主要通過(guò)試驗(yàn)的方法進(jìn)行，而杏核破殼可破殼性機(jī)理復(fù)雜，力學(xué)特性參數(shù)較多，從理論上進(jìn)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(duì)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(guó)家自然基金(編號(hào)：31260410)；自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：2016D01B034)；自治區(qū)科研院所改革與發(fā)展專項(xiàng)(編號(hào)： 2016D04007)；烏魯木齊工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目(編號(hào)：H141212001)

楊忠強(qiáng)，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。

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2016-08-19

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.050