堅(jiān)果類剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討

1、剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討 Status Quo about Shelling Machine and Discussing about Improving Methods 摘要：介紹了國內(nèi)幾種典型的堅(jiān)果剝殼機(jī)具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理，并對其現(xiàn)狀與存在問題進(jìn)行了分析，探討改進(jìn)方法，并結(jié)合試驗(yàn)得出結(jié)論：對果實(shí)進(jìn)行切槽、干燥預(yù)處理，可改善剝殼效果。關(guān)鍵詞：堅(jiān)果；剝殼；現(xiàn)狀；改進(jìn)方法Abstract: This paper introduce structural characteristic and work principle of some typical nut-shellers ma

2、de by China, analyse study status quo and questions existed, then discusses about the improving methods of the machine. From the matter mentioned above and shelling experiments below conclusion was given: effect of shelling can be improved if nut is slotted on the rind or dried before shelling.Keywo

3、rds: nut; shelling; status quo; improving method 剝殼是帶殼的物料如堅(jiān)果、油料、谷物在深加工之前必須進(jìn)行的一道工序，堅(jiān)果剝殼在農(nóng)產(chǎn)品加工中相當(dāng)重要但難度很大，因此，在此只探討堅(jiān)果的剝殼。堅(jiān)果主要是指具有堅(jiān)硬外殼的果實(shí)。我國產(chǎn)的最有代表性的堅(jiān)果有核桃、杏仁、白果和松子等，類似的還有板栗等，為方便研究，在這里我們統(tǒng)稱這些果實(shí)為堅(jiān)果類。這些果實(shí)營養(yǎng)豐富，口味獨(dú)特，并具有一定的藥用價值，正日益受到人們的歡迎和喜愛，其生產(chǎn)量逐年大幅作者簡介: 張林泉(1960-),男,廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所高級工程師。收稿日期：度增加。因此，這類堅(jiān)果深加工的研究也提到議事日

4、程，而在進(jìn)行深加工的過程中，原料的剝殼處理是一道重要而又困難的工序，因?yàn)檫@類堅(jiān)果的殼重量占的比重較大，其營養(yǎng)素含量較低，直接加工食用可取成分很少，且殼的存在嚴(yán)重地阻礙了加工過程中有效組分的提取。而這類果實(shí)的殼主要由木素、纖維素和半纖維素組成，外形不規(guī)則，堅(jiān)硬，難以剝離。近幾年來國內(nèi)有些加工企業(yè)和科研院所已逐步研制開發(fā)出一些堅(jiān)果類剝殼加工設(shè)備，但多數(shù)剝殼機(jī)具一次性剝殼率偏低，碎仁率偏高，致使生產(chǎn)效率低，加工損失大。本文著重介紹國內(nèi)幾種典型的堅(jiān)果剝殼機(jī)具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理，并通過分析其現(xiàn)狀與存在問題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探討改進(jìn)方法，以期改善堅(jiān)果剝殼效果，為堅(jiān)果的加工提供性能可靠的剝殼機(jī)具。1 幾種典型的剝

5、殼機(jī)具目前，國內(nèi)常見的剝殼加工設(shè)備按剝殼方法分類可分為：擠壓法、撞擊法、剪切法和碾搓法1。(a) 擠壓法：借助軋輥的擠壓作用使殼破碎，如核桃剝殼機(jī)等。(b) 撞擊法：借助打板或壁面的高速撞擊作用使皮殼變形直至破裂，適用于殼脆而仁韌的物料如用離心式剝殼機(jī)剝松子殼等。(c) 剪切法：借助銳利面的剪切作用使殼破碎，如板栗剝殼機(jī)等。(d) 碾搓法：即借助粗糙面的碾搓作用使皮殼疲勞破壞而破碎。除下的皮殼較為整齊，碎塊較大。這種方法適用于皮殼較脆的物料。1.1 擠壓式剝殼機(jī)擠壓式剝殼常見有核桃剝殼機(jī)，結(jié)構(gòu)見圖1，主要由分級滾筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和動力所組成，它們依靠物料自身的重力自上而下形成一

6、個系統(tǒng)作業(yè)流水線。工作時，核桃從料斗進(jìn)入錐形分級滾筒，不同尺寸大小的核桃經(jīng)錐形分級滾筒分級，核桃按從大到小沿錐體軸線從小錐向大錐排列，隨錐形滾筒旋轉(zhuǎn)落到導(dǎo)向輥，然后進(jìn)入擠壓滾筒，經(jīng)擠壓滾筒擠壓破殼后排出機(jī)外。1 料斗 2 分級滾筒 3 傳動鏈條4 導(dǎo)向輥5 傳動齒輪 6擠壓滾筒 7凹板8 傳動鏈條9 電機(jī)減速器圖1 6HP-150型核桃破殼機(jī)簡圖 圖2 6HP-150型核桃破殼機(jī)原理圖擠壓式核桃剝殼機(jī)的剝殼原理見圖2，齒盤和弧齒板的斜面倒角為45，間距為L=8mm，在倒角面上分布著一定尺寸的小齒。當(dāng)核桃進(jìn)入擠壓滾筒中，齒盤的旋轉(zhuǎn)帶動核桃邊旋轉(zhuǎn)邊向下擠入，一定間距的齒尖不斷地沿著殼表面滾壓，隨著

7、擠壓變形量的增加，殼表面變平甚至出現(xiàn)凹坑，核桃接觸的齒數(shù)由1個增加到2、3個甚至4、5個。這樣在接觸處產(chǎn)生的初始裂紋不斷擴(kuò)展，裂紋條數(shù)變得又多又長，由于核桃的旋轉(zhuǎn)使整個圓周都產(chǎn)生裂紋，使殼完全均勻地破裂。最后殼基本上完全破裂，碎殼和仁通過最小間隙向下掉出來2。1.2 撞擊式剝殼機(jī)撞擊式剝殼機(jī)，結(jié)構(gòu)見圖3，工作部件是轉(zhuǎn)盤（甩盤）和擋板。果實(shí)一般以0.037m/s的速度通過可調(diào)節(jié)料門落下，從轉(zhuǎn)盤中心進(jìn)入后，經(jīng)高速轉(zhuǎn)盤的擋塊或葉片的導(dǎo)向及加速作用，高速脫離轉(zhuǎn)盤。當(dāng)果實(shí)以較大的離心力撞擊壁面時，壁面對果實(shí)產(chǎn)生一個同樣大小的反作用力，使果實(shí)外殼產(chǎn)生變形和裂紋。外殼彈性變形的恢復(fù)使果實(shí)離開壁面，而果仁因慣

8、性力的作用繼續(xù)向前運(yùn)動，并在緊靠外殼變形處產(chǎn)生了彈性變形。當(dāng)果實(shí)離開壁面時，由于外殼與果仁具有不同的彈性，其運(yùn)動速度也不同，果仁將阻止外殼迅速向回移動致使外殼在裂紋處拉開破裂，完成外殼的剝離。這種撞擊式剝殼機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤外緣圓周線速為3038m/s時，適宜于進(jìn)行松子的剝殼。 1 料斗 2 調(diào)節(jié)手輪 3 檢修門4 可調(diào)節(jié)料門5 擋板 6打板7 轉(zhuǎn)盤8卸料斗 9 機(jī)架10 轉(zhuǎn)動軸 11 傳動帶輪 圖3 撞擊式剝殼機(jī)簡圖1.3 剪切式剝殼機(jī)圖4為筆者主持研究的國家星火計(jì)劃項(xiàng)目中的離心剪切式板栗剝殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖，雙工位結(jié)構(gòu)。圖5 是該板栗剝殼機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)圖。板栗被提升機(jī)構(gòu)從料斗裝入后，提升至分料管，分別被導(dǎo)入

9、兩個刀盤。在刀盤上，板栗受旋轉(zhuǎn)刀盤離心力的作用，向邊緣高速滾動。安裝在盤面成輪輻狀的鋸齒刀對板栗外殼進(jìn)行不斷的鉤削、剪切，最終把殼剝離。一定的時間間隔后，出料口開啟，殼和仁從出料口排出，從而完成一個剝殼循環(huán)（提升、導(dǎo)料、剝殼和出料）。緊接著由電氣控制自動進(jìn)行第二循環(huán)、第三循環(huán)，達(dá)到分批連續(xù)生產(chǎn)。1料斗 2提升斗 3出料口 4刀盤 5分料管圖4 6BB-500型板栗剝殼機(jī)簡圖 1刀具鎖緊螺釘 2鋸齒刀圖5 6BB-500型板栗剝殼機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)圖2 現(xiàn)狀分析國外早在20世紀(jì)60年代初，就著手研制堅(jiān)果剝殼機(jī)具，至80年代初，美國、意大利、法國等已相繼推出了各種堅(jiān)果剝殼機(jī)，如夏威夷果剝殼機(jī)、杏仁剝殼機(jī)等

10、。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，堅(jiān)果剝殼機(jī)具已日趨成熟，目前，正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。但我國堅(jiān)果剝殼機(jī)具發(fā)展緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于種植業(yè)的發(fā)展，在一些生產(chǎn)應(yīng)用的機(jī)具中，存在如下幾個突出的問題，因而，難以推廣應(yīng)用。 剝殼率低。不少剝殼機(jī)漏剝或剝殼不完全，果仁去凈率不高，有些剝殼機(jī)剝殼率只有50。這是堅(jiān)果剝殼機(jī)推廣使用的最大障礙。 損失率高。由于參數(shù)選擇不合理，造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴(yán)重，碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機(jī)具果仁損失率高達(dá)20。 果仁完整性差。有些機(jī)具的設(shè)計(jì)，為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象，一味追求剝殼率的提高，導(dǎo)致高的破碎率，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。 通用性差。一般剝殼機(jī)僅能用于某一品種堅(jiān)果的

11、剝殼作業(yè)，對于不同品種的堅(jiān)果，不能通過更換主要零部件來實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。 機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。為某類堅(jiān)果專門開發(fā)的專用機(jī)型，在該堅(jiān)果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時，剝殼機(jī)具剝殼性能就變差。 作業(yè)成本偏高。我國堅(jiān)果剝殼機(jī)具尚未形成規(guī)模和系列，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平低，成本高；也因?yàn)橥ㄓ眯圆?，不能一機(jī)多用，使得生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備配置的成本高，致使加工堅(jiān)果的作業(yè)成本增加。3 效果改進(jìn)方法的探討相比種植業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，我國果品加工業(yè)的發(fā)展明顯落后，不少加工廠的前處理（清洗、剝殼等）仍采用手工作業(yè)，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量檔次參差。因此，開發(fā)適用的剝殼機(jī)具，取代手工作業(yè)，將是一種必然

12、趨勢。為尋求解決目前剝殼機(jī)具普遍存在的突出問題的方法，研制開發(fā)出適用的剝殼機(jī)具，我們進(jìn)行了改進(jìn)剝殼方法的探討。美國有一家研究機(jī)構(gòu)對夏威夷果的剝殼進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，在對這類堅(jiān)果進(jìn)行破殼取仁時，則堅(jiān)果外殼必然受到一個足夠使其破碎的力的作用，在該力作用下，其外殼將產(chǎn)生變形，這個變形被稱之為失效變形。研究發(fā)現(xiàn)，在保證能破殼的前題下，失效變形越小，破碎時獲得的整仁就越大。通過減少失效變形，將明顯提高堅(jiān)果的破殼質(zhì)量和果仁的回收率。在此基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)破殼前若在堅(jiān)果上沿著厚度方向切上一圈V型凹槽，則將明顯地減少果殼的強(qiáng)度，從而減少失效變形，可使獲得的整仁和半仁率從75提高到88，未破殼果仁比例從14降低至

13、6。除此之外，他們對破殼前的果實(shí)進(jìn)行冷凍預(yù)處理后再進(jìn)行剝殼，經(jīng)過這種處理后，可使整仁和半仁率從75提高到90，未破殼果仁比例從14降低至10。若在破殼前，同時對果實(shí)進(jìn)行切槽和冷凍預(yù)處理，則整仁和半仁率會上升到97，未破殼果仁比例則降低至3.23。至。美國這家研究機(jī)構(gòu)的研究為改進(jìn)堅(jiān)果的剝殼效果從工藝上提供了一種有效的方法，但切槽這種預(yù)處理只能對夏威夷果以及板栗等這些較大的果實(shí)具有可用性，而對于杏仁、白果、松子等相對較小的果實(shí)則難以實(shí)現(xiàn)，對這些較小的果實(shí)只能用冷凍或以下介紹的干燥預(yù)處理。參照這些方法，我們以板栗為原料，剝殼前分別將其進(jìn)行切槽和干燥加工預(yù)處理，以期通過切槽和干燥來減小板栗的失效變形。在處理時，一組用氣墊式切口機(jī)進(jìn)行切口，另一組置于烘箱中在4245溫度下干燥至果仁含水率4042，第三組則不經(jīng)過任何預(yù)處理，作為對照組。對這三組物料在我們研制的BL-0.2獨(dú)立滾道搓壓式剝殼機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)得出切槽后的板栗與對照組相比剝殼率由60提高到75，碎仁率則從8減少到4；干燥預(yù)處理的板栗與對照組相比剝殼率由60提高到85，碎仁率從8減少到5。由此可見，通過切槽或干燥預(yù)處理，可明顯