劉義軍 黃 暉 付云飛 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，廣東 湛江 524001)

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腰果脫殼機(jī)機(jī)械性能測試研究

劉義軍 黃 暉 付云飛 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，廣東 湛江 524001)

研究了腰果脫殼機(jī)脫殼過程中不同的推果速度、導(dǎo)軌材料、投料方式、果的性質(zhì)等對腰果切果狀態(tài)的影響。結(jié)果表明：在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，將果115 ℃蒸煮20 min，導(dǎo)軌采用膠導(dǎo)軌，推果速度20 r/min，采用人工垂直投料，果在切割部分處于立果狀態(tài)時(shí)的百分比為65.1%。

腰果；脫殼機(jī)；性能測試

腰果(AnacardiumoccidentaleL.)為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。腰果渾身都是寶，腰果仁脂肪酸含量為46%左右，蛋白質(zhì)21.2%左右，碳水化合物22.3%左右，每食用100 g能提供2 494 kJ的能量。此外其包含大量人們在正常飲食不能獲取的必須氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等等[1]。

根據(jù)企業(yè)走訪調(diào)研，中國腰果加工企業(yè)在腰果脫殼過程中主要采用全自動(dòng)腰果脫殼機(jī)和半自動(dòng)脫殼機(jī)兩種機(jī)型。半自動(dòng)脫殼機(jī)的脫殼效果較好，一般能穩(wěn)定在80%以上，全自動(dòng)腰果脫殼機(jī)的脫殼率普遍較低，而且穩(wěn)定性較差[2]。這主要與腰果進(jìn)入全自動(dòng)腰果脫殼機(jī)切割部分的狀態(tài)有關(guān)，腰果處于立果狀態(tài)時(shí)脫殼率基本能達(dá)到85%以上，但是處于其它狀態(tài)，脫殼率效果不佳，要么把果切爛，要么果只切到表皮等等，基本無法得到完整的果仁[3-4]。本課題組受企業(yè)委托開展腰果脫殼機(jī)相關(guān)機(jī)械性能測試，針對全自動(dòng)腰果脫殼機(jī)在脫殼過程中的問題進(jìn)行初步試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 原料與儀器

腰果：果仁率為34%，果仁含水率為2.71%，西非(科特迪瓦)進(jìn)口；

高壓蒸煮鍋： LDZX-50FB型，上海申安醫(yī)療器械廠；

全自動(dòng)腰果破殼機(jī)：Y-100型，SON VIET INDUSTRIAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd；

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

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)材料的預(yù)處理 選取西非進(jìn)口腰果，尺寸分級按照孔徑分別為18.00，20.00，22.00，24.00 mm進(jìn)行，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[5-7]。

1.2.2 不同因素對腰果切果狀態(tài)影響 本試驗(yàn)主要考察機(jī)械推果的運(yùn)動(dòng)速度、導(dǎo)軌材料、投料方式、果的性質(zhì)對腰果切果狀態(tài)的影響。其中機(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度采用數(shù)顯轉(zhuǎn)速表進(jìn)行測量，導(dǎo)軌材料主要選擇膠導(dǎo)軌、投料方式采用人工垂直投料和機(jī)械投料，果的性質(zhì)主要考察果的大小和是否經(jīng)蒸煮處理過。前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腰果的整仁率與果在刀頭切口處的狀態(tài)正相關(guān)，只有位置對了，果才能切開，此時(shí)果的狀態(tài)定義為立果，因此考察指標(biāo)以立果率為研究對象。

1.2.3 腰果脫殼機(jī)原理 腰果脫殼機(jī)主要由送料部分、傳動(dòng)部分、切割部分及機(jī)架四部分組成，見圖1。腰果投入喂料斗13，毛刷輥14將果送入果盤10，經(jīng)過防護(hù)漏斗6，落到下導(dǎo)軌12的導(dǎo)軌槽中，在撥果板25和推果板19的作用下，進(jìn)入切割機(jī)構(gòu)5，由其上下兩組刀對腰果進(jìn)行切割，果仁和果殼進(jìn)入殼仁分離機(jī)中進(jìn)行殼仁分離等。

1. 機(jī)架 2. 電機(jī) 3. 喂料機(jī)構(gòu) 4. 輸送機(jī)構(gòu) 5. 切割機(jī)構(gòu) 6. 防護(hù)漏斗 7. 傳動(dòng)軸 8. 鏈輪 9. 鏈條 10. 果盤 11. 果穴 12. 下導(dǎo)軌 13. 喂料斗 14. 毛刷輥 15. 導(dǎo)軌 16. 傳動(dòng)軸 17. 傳動(dòng)鏈輪 18. 傳動(dòng)鏈條 19. 推果板 20. 上導(dǎo)軌 21. 凹槽 22. 左半部分 23. 右半部分 24. 傳動(dòng)軸 25. 撥果板

圖1 腰果脫殼機(jī)

Figure 1 Cashew nut sheller

1.2.4 立果率的計(jì)算 對每個(gè)樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)，投料后在刀頭切果處觀察，統(tǒng)計(jì)處于立式狀態(tài)的果數(shù)，按式(1)計(jì)算立果率。

(1)

式中：

R——立果率，%；

N0——投料總果數(shù)；

N1——處于立式狀態(tài)的果數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)械推果速度對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

試驗(yàn)果為B級，輸送導(dǎo)軌為膠導(dǎo)軌，投料方式為機(jī)械投料，115 ℃蒸煮處理20 min[8]，考察機(jī)械推果速度(6.5，13.0，20.0，26.5，33.0 r/min)對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在6.5～20.0 r/min，隨著機(jī)械推果速度的增加，立果率越來越高；20.0～33.0 r/min時(shí)，隨著機(jī)械推果速度的繼續(xù)增加，立果率開始緩慢下降。腰果在推果板的推動(dòng)下，受力面寬8 m，長約3 cm。推動(dòng)果起兩個(gè)作用：① 推動(dòng)腰果前進(jìn)；② 改變腰果的狀態(tài)。蒸煮處理后腰果表面較為光滑，推果速度較低時(shí)，在前進(jìn)過程中，果的狀態(tài)較為平穩(wěn)，對果的校正力較弱；隨著推果速度的提高，會使一些處于非立式狀態(tài)的腰果逐漸豎立，使立果率在一定程度上得到提高。推果速度過快時(shí)，會造成腰果與推果板碰撞打滑，使腰果的受力位置發(fā)生改變，同時(shí)也會使果落過時(shí)已處于立式狀態(tài)的腰果發(fā)生變化，導(dǎo)致立果率降低。因此推果速度對腰果切果狀態(tài)的影響較大，實(shí)際生產(chǎn)過程中要控制在20 r/min左右。

圖2 推果速度對落果狀態(tài)的影響

2.2 導(dǎo)軌材料對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

試驗(yàn)果為B級，機(jī)械推果速度選擇6.5～33.0 r/min，投料方式為機(jī)械投料，115 ℃蒸煮處理20 min，考察塑料導(dǎo)軌和金屬導(dǎo)軌對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，膠導(dǎo)軌對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響明顯優(yōu)于金屬導(dǎo)軌。落果位置距離導(dǎo)軌約15 cm，單顆果重約20 g，腰果離開果盤下落過程中，與導(dǎo)軌相撞，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)腰果與金屬導(dǎo)軌碰撞后常有腰果被彈出，或者落果的位置都比較特別，橫著、歪著或鋪在導(dǎo)軌凹槽之上，其中落在導(dǎo)軌之上或者橫著的腰果，推果時(shí)常被擠出或者卡在上擋板上，當(dāng)推果板離開時(shí)，該果和下一個(gè)果將同時(shí)被擠出，導(dǎo)致切割不正。膠導(dǎo)軌與腰果相撞時(shí)，剛性較弱，反彈距離較小，腰果基本落在導(dǎo)軌凹槽里。因此后期設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮降低落果距離或者更換導(dǎo)軌的材質(zhì)。

2.3 投料方式對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

試驗(yàn)果為B級，機(jī)械推果速度選擇6.5～33.0 r/min，輸送導(dǎo)軌為膠導(dǎo)軌， 115 ℃蒸煮處理20 min，考察人工垂直投料和機(jī)械投料對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，人工投料的效果明顯優(yōu)于機(jī)械投料。機(jī)械投料時(shí)投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面的距離較人工投料時(shí)的高，而且機(jī)械投料存在隨機(jī)性。因此設(shè)計(jì)投料單元時(shí)，應(yīng)該減少投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面的距離，同時(shí)降低落果的速度，減小腰果與導(dǎo)軌的碰撞力，以提高切果時(shí)腰果的立果率。

圖3 導(dǎo)軌材料對落果狀態(tài)的影響

圖4 投料方式對落果狀態(tài)的影響

2.4 果的性質(zhì)對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

機(jī)械推果速度選擇33 r/min，輸送導(dǎo)軌為膠導(dǎo)軌，人工投料，考察A、B、C、D 4個(gè)級別的果及其蒸煮狀態(tài)對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可知，在試驗(yàn)條件下，四級腰果的立果率不同，因此需根據(jù)腰果的大小設(shè)計(jì)相應(yīng)的導(dǎo)軌。蒸煮后的腰果與未蒸煮的相比，立果率明顯偏高，可能是蒸煮后其硬度降低[9]，降低了落料時(shí)腰果反彈的力度。因此，切割前腰果需進(jìn)行蒸煮處理。

針對B/C級，腰果立果率偏低的問題，在原有導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上分別減少投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面的距離1 cm和2 cm，按照上述條件重新試驗(yàn)，立果率分別為62.6%，69.0%。因此需要重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面的距離對腰果狀態(tài)的影響。

圖5 腰果尺寸及蒸煮對落果狀態(tài)的影響

2.5 投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面距離對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

機(jī)械推果速度選擇20 r/min，輸送導(dǎo)軌為鋼導(dǎo)軌，人工投料，115 ℃蒸煮處理20 min，考察投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面距離對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響，結(jié)果見圖6。為了減少其它因素對本次試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)過程中投料時(shí)果的形態(tài)統(tǒng)一為頭朝前，弧形的背部朝上，立著投料，人工投料點(diǎn)以果的下平面為基準(zhǔn)。由圖6可知，在試驗(yàn)條件下，當(dāng)直接將果放在導(dǎo)軌上時(shí)立果率為95%，不能達(dá)到100%，源于果在前進(jìn)過程中撥果桿25和推果板19的干擾，影響了果的立果率。立果率隨著投料點(diǎn)的高度增加呈現(xiàn)出先減少，后增加，再減少的規(guī)律。果在7 cm左右位置投料時(shí)立果率偏低；9～13 cm時(shí)，立果率較高；大于13 cm時(shí)，立果率開始下降。這可能是7～13 cm時(shí)，果與導(dǎo)軌碰撞形成的反向沖擊力較強(qiáng)，當(dāng)果落入導(dǎo)軌邊上時(shí)，二次反彈可進(jìn)一步對落果狀態(tài)進(jìn)行修正，因此立果率較高。

圖6 投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面距離對切果時(shí)腰果狀態(tài)的影響

3 結(jié)論

在腰果自動(dòng)脫殼試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)腰果的尺寸、果是否進(jìn)行蒸煮預(yù)處理及機(jī)械的相關(guān)指標(biāo)性能，如投料方式、導(dǎo)軌材質(zhì)、推果速度等，對腰果脫殼整仁率有著很大的影響，因此本試驗(yàn)針對上述問題開展了相關(guān)研究工作，研究結(jié)果表明：對果進(jìn)行預(yù)蒸煮(115 ℃，20 min)，采用人工垂直投料，膠導(dǎo)軌送料，推果速度在20 r/min，能獲得較好的立果率，立果率為65.1%。由于腰果脫殼過程中立果率嚴(yán)重影響著果脫殼的整仁率，而試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)立果率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于90%，因此后期需要對設(shè)備加強(qiáng)改進(jìn)，提高果的立果率，獲得較高的整仁率。通過以上試驗(yàn)研究，后期可以考慮在以下幾方面對機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)：① 在設(shè)計(jì)導(dǎo)軌過程中采用分段式導(dǎo)軌，入料口采用彈性材料，利于果的落入。輸送過程中采用剛性材料，利于果的輸送。② 針對不同大小的果，設(shè)計(jì)不同的導(dǎo)軌。③ 機(jī)械投料方式，可以考慮采用垂直角進(jìn)料，同時(shí)縮短落果與導(dǎo)軌的距離。④ 腰果脫殼過程中，適當(dāng)降低腰果推果板的速度，提高立果率和整仁率。⑤ 在原有設(shè)備基礎(chǔ)上降低投料點(diǎn)與導(dǎo)軌平面的距離。

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Mechanical performance test of cashew nut sheller

LIUYi-junHUANGHuiZHANGFangFUYun-feiZHUDe-mingHUANGMao-fang

(AgriculturalProductProcessingResearchInstituteofChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Zhanjiang,Guangdong524001,China)

Studied the effect of the speed, the material of guide, feeding methods and the properties of cashew nut on the state of cutting during the process of shell. The results showed that within the scope of test level, the rate of correct position was 65.1%, when the cashew was boiled in the 115 ℃, for 20 min, with the pushing speed 20 r/min, wiht the rigid plastic guide , and article vertical feeding.

cashew nut; shelling machine; performance testing

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(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(1957-)，男，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員。

2016-05-13

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.10.016

E-mai: huangmaofang666@163.com