一种全自动腰果脱壳机的脱壳试验研究

刘义军

陈 民

周延德

张 帆

朱德明

黄茂芳

(中国热带农业科学院农产品加工研究所加工装备研究室，广东 湛江 524001)

一种全自动腰果脱壳机的脱壳试验研究

刘义军

陈 民

周延德

张 帆

朱德明

黄茂芳

(中国热带农业科学院农产品加工研究所加工装备研究室，广东 湛江 524001)

为了进一步提高腰果脱壳机的脱壳效果，分别研究了推果速度、切刀装置中弹簧压缩距离及进果时腰果的状态等因素对脱壳过程中整仁率、滑果率及躺果率的影响。结果表明：推果速度对腰果脱壳机的脱壳效果(整仁率、滑果率及躺果率)影响极显著(P<0.01)；弹簧压缩距离对腰果脱壳过程中整仁率的影响极显著(P<0.01)，对滑果率及躺果率影响不显著(P>0.05)；进料时腰果的状态对脱壳过程中整仁率和滑果率影响极显著(P<0.01)，对躺果率影响不显著(P>0.05)；当刀口距离9.1 mm，推果速度19.8 r/min，弹簧压缩距离16.70 mm，采用方式a1进果时，整仁率为69.76%。

腰果；脱壳；弹簧；速度

腰果(AnacardiumoccidentaleL.)漆树科腰果属常绿乔木，是中国热带重要干果和油料树种，其果仁是世界著名的四大果仁(核桃、扁桃和榛子)之一，深受世界人民喜爱。20世纪，国内外研究者及企业家就开始研究腰果加工相关机械[1]、腰果加工下游产品[2-4]。到目前为止设备仍然没有取得突破性进展。近年来不断涌现了一批相关设备，手动脱壳设备[5-6]、半自动脱壳设备[7]、自动化脱壳设备[8-9]等等，然而脱壳率和生产效率并不理想。手动脱壳脱壳率高，但是效率低，自动化脱壳效率高但是脱壳率低。课题组前期对腰果的筛选、分级[10-11]、蒸煮[12-13]、去石、脱壳[7, 9]、脱衣[14-15]等加工工艺及相关设备进行了系统性的研究，生产试验表明：自动化腰果脱壳不仅与设备的传送部件、运转速度等因素有关，还与果的状态、切割部件等因素有较大的关系。针对目前全自动腰果脱壳机的脱壳效率、脱壳率低等特点，本研究拟对全自动腰果脱壳机工作过程中果的状态及动刀的性能开展试验研究，以期进一步提高腰果脱壳机的脱壳率，提高生产效益。

1 自动脱壳机结构及脱壳原理

腰果脱壳机由传动单元1、进料单元2、推果单元3、切果单元4四部分组成，首先腰果5放到进料单元2中，腰果落入滚筒2-2内的果洞中，进入小漏斗2-3，落到导轨上3-1，在推果板3-2及拨杆3-3的作用下，腰果进入下刀4-1及上刀4-2的间隙中，将果壳切开，然后在扇形刀片的作用下将果仁和果壳剥离，见图1。

2 材料与方法

2.1 材料

腰果：果仁率为34%，果仁含水率为2.71%，产地西非(科特迪瓦)；

1. 传动单元 2. 进料单元 3. 推果单元 4. 切果单元 5. 腰果 2-1. 料槽 2-2. 滚筒 2-3. 小漏斗 3-1. 导轨 3-2. 推果板 3-3. 拨杆 4-1. 下刀 4-2. 上刀

图1 全自动腰果脱壳机

Figure 1 Organization chart of a automatic sheller for cashew nut

高压蒸煮锅： LDZX-50FB型，上海申安医疗器械厂；

全自动腰果破壳机：自制；

智能型数字转速表：DT2234A型，深圳市欣宝瑞仪器有限公司。

2.2 试验方法

2.2.1 试验材料的预处理 选取西非进口腰果，按照孔径分别为18.00，20.00，22.00，24.00 mm进行尺寸分级，分别命名为D级、C级、B级、A级，未被分级的命名为E级，然后进行去石去铁处理。将B级腰果于115 ℃蒸煮20 min，冷却[11]。

2.2.2 试验方案设置 以整仁率、躺果率、滑果率为考核指标，设置3组试验方案。

(1) 推果速度对动刀切果装置脱壳的影响：设置推果速度分别为13.1，16.4，19.8，23.1，26.4，29.7，33.1 r/min，刀头距离9.1 mm，弹簧压缩距离14.1 mm，考察推果速度对腰果脱壳效果的影响。

(2) 弹簧压缩距离对动刀切果装置脱壳的影响：压缩距离分别为3.38，8.50，13.20，16.70，20.20，22.40，25.50，28.60 mm，刀头距离9.1 mm，推果速度19.8 r/min，考察弹簧压缩距离对腰果脱壳效果的影响。

(3) 进果状态对动刀切果装置脱壳的影响：设置腰果状态分别为a1(趴着头部进)，a2(趴着尾部进)，b1(立着头部进)，b2(立着尾部进)，刀头距离9.1 mm，推果速度19.8 r/min，弹簧压缩距离16.70 mm，考察进果状态对腰果脱壳效果的影响。

2.2.3 状态的描述 切割过程中，在推果板的推力作用、上刀头弹簧压缩力的作用、轨道平面的腰果仁油的作用下，腰果的进果状态会发生改变，因此本试验主要考虑不同因素对腰果脱壳中的滑果率、躺果率及整仁率的影响。

2.2.4 整仁率、躺果率、滑果率的定义及计算方式 对每个样品进行计数N0，经过自动腰果破壳机破壳后得到完整的果仁数为N1，果经过导轨到达切刀位置时，躺果的个数为N2，果在切刀位置切割时，果与刀头发生相对滑动，导致未被切割的滑动果个数为N3，则整仁率、躺果率、滑果率的计算公式见式(1)～(3)。

(1)

(2)

(3)

式中：

R1——整仁率，%；

R2——躺果率，%；

R3——滑果率，%。

3 结果与分析

3.1 推果速度对腰果脱壳机脱壳效果的影响

由图2可知：在13.1～23.1 r/min时，随着推果速度的增加，整仁率也有所提高。在23.1.0～29.7 r/min时，随着推果速度的继续增加，整仁率逐渐降低，在整个推果速度范围内整仁率变化极显著(P=0.00，<0.01)。随着推果速度的增加，躺果率不断增加，滑果率有一定程度的降低，但是二者之和(不正常果率)变化不显著(P=0.31，>0.05)。不正常果与整仁率的关联性不明显(r=-0.14)。结果表明：果在推果板的推动下，受力面积宽仅8 m宽，长3 cm左右，由于果从进料斗落入推果板的状态是随机的，推动果有2个作用：① 推动果的前进；② 在果运动过程中对果的状态进行校正，提高切果的整仁率。果整煮处理后表面较为光滑，推动速度较低时，果在前进过程中，状态较为平稳，对果的校正力较弱，整仁率较低；随着推动速度的提高，推动力对果校正作用越来越强，使得整仁率有所提高。推动速度过快，果与推果板碰撞打滑，推动的部位发生改变，校正力较弱，同时落果时为立果状态的果，在过快推动力的作用下，状态会发生改变，导致躺果率和滑果率增加。因此推果速度对腰果脱壳的影响非常显著，整仁率的显著性概率P=0.00(<0.01)，躺果率的显著性概率P=0.02(<0.05)，滑果率的显著性概率P=0.001(<0.01)。因此实际生产过程中推果速度需控制在合理的范围内。

图2 推果速度对腰果脱壳机脱壳效果的影响

3.2 弹簧压缩距离对腰果脱壳机脱壳效果的影响

由图3可知：在3.38～16.70 mm时，随着弹簧压缩距离的增加，整仁率也有所提高。在16.70～28.6 mm时，随着弹簧压缩距离的继续增加，整仁率逐渐降低，在弹簧压缩过程中整仁率变化极显著(P=0.00，<0.01)，躺果率变化不显著(P=0.09，>0.05)，滑果率变化不显著(P=0.19，>0.05)，二者之和(不正常果率)变化也不显著(P=0.46，>0.05)。压缩距离与滑果率、躺果率及不正常果的线性关系不显著，关联系数分别为-0.72，-0.74，-0.78(<0.95)。结果表明：保持切果刀头间隙距离不变的情况下，弹簧压缩距离能显著改变腰果脱壳过程中的整仁率和躺果率。但是从图3还得知，当弹簧的压缩距离>25.5 mm时，滑果率和躺果率急剧上升，由于增大弹簧压缩距离时，推果板推动腰果无法将上刀头的弹簧部分顶起，果的状态发生较大的改变，腰果被强制性地挤出来，出现很多滑果和躺果。因此在腰果脱壳装置中起到了非常重要的作用，对脱壳机脱壳的影响极显著(P=0.00，<0.01)。

图3 弹簧压缩距离对腰果脱壳机脱壳的影响

3.3 进果状态对腰果脱壳机脱壳效果的影响

由图4可知，躺果率：b1>b2>a1>a2；滑果率：b1>b2>a2>a1；整仁率：a1>a2>b2>b1。结果表明：进果状态对腰果脱壳过程中躺果率的影响不显著(P=0.16，>0.05)，对滑果率的影响极显著(P=0.000 04，<0.01)，对整仁率的影响极显著(P=0.00，<0.01)。当果尾部先进入切割单元时，由于轨道比较光滑，在较弱弹簧力的作用下，切刀还未对果进行切割，就已滑出；在较强弹簧力的作用下，上刀和下刀的作业空间非常小，当果推进切刀装置时，在水平的推动力及垂直方向的压缩力作用下瞬间滑出。实际生产中，以整仁率最大，躺果率、滑果率最低为原则，因此最佳的进果状态为a1。

图4 进果状态对腰果脱壳机脱壳的影响

4 结论

研究结果表明：推果速度、弹簧压缩距离、进果状态对腰果脱壳的影响均极显著；在刀头距离9.1 mm，推果速度19.8 r/min，弹簧压缩距离16.70 mm，采用趴着头部进果时，腰果整仁率为69.76%。以往的研究侧重于不同因素对腰果进果状态及切割前的状态对其脱壳率的影响，本研究新增了腰果脱壳时切刀装置(弹簧压缩距离)等对腰果脱壳的影响，表明腰果脱壳不仅与切果时的状态有关，也与切果时切割装置相关。由于腰果形状特别，本研究并未找到一个非常合适的方法来保证腰果按照所期望的状态进入切割装置，因此后期研究工作需要设计更加优良的传送装置，以切实提高腰果脱壳机脱壳的整仁率。

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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

农业部公益性行业(农业)科研专项(编号：201303077)

刘义军，男，中国热带农业科学院助理研究员，硕士。

黄茂芳(1956—)，中国热带农业科学院研究员，硕士生导师，学士。E-mail: huangmaofang666@163.com

2017—03—27

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.021