马文强，李忠新，杨莉玲，刘 奎，闫圣坤，杨忠强，朱占江，刘 佳（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆　乌鲁木齐　830091）

立式圆锥核桃破壳装置转速与破壳效果关系探讨

马文强，李忠新，杨莉玲，刘 奎，闫圣坤，杨忠强，朱占江，刘 佳
（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆乌鲁木齐830091）

针对立式圆锥核桃破壳装置，分析了立式圆锥破壳体转速与“温185”核桃破壳效果间的关系。设计了核桃破壳效果评价方法，采用了3种不同转速进行了核桃破壳效果试验。试验结果表明，立式圆锥破壳体转速处于1 300转/min对“温185”核桃具有较好的加工适应性，破壳效果良好。

核桃；破壳；转速；头露仁率；破壳效果评价

新疆是我国核桃主产区，截至2014年，新疆核桃种植面积已达40.58万hm2，产量达50.436万t［1］。南疆和田地区、喀什地区、阿克苏地区，三地州核桃面积和产量分别占全疆的96.96%和99.79%，并且贫困人口和少数民族相对集中。因此，发展核桃产业对农业的整体增效和农民增收，加快少数民族地区脱贫致富，维护边疆的社会和谐稳定，具有重要的经济与社会意义。

随着核桃产量的日益增加，市场上对核桃深加工产品的需求越来越迫切，将核桃破壳后深加工不仅可以增加核桃的附加值，还能带动整个核桃产业的发展。美国是核桃出口的第一大国，文献资料检索表明［2，3］，其核桃大部分都以机械方式进行破壳加工，新疆传统的核桃破壳方式主要是人工砸取核桃仁或者是人工操作单个核桃挤压装置，机械化程度低，生产成本高。因此近些年开始使用各种核桃破壳设备进行破壳［4～6］，相比卖核桃原果或者是人工破壳，取得了更好的收益。但是不同核桃破壳设备均对核桃仁有相当程度的破坏，而整仁或者较大的仁在市场上的价格相对较高。因此实现核桃机械化破壳的高头露仁率已成为核桃破壳的主导方向。

为了提高我国核桃产业化加工技术水平，新疆农业科学院农业机械化研究所设计研制了新型立式圆锥旋转核桃破壳装置，在实际推广应用中取得了良好的效果［7，8］。课题组前期分析了破壳装置锥角、核桃品种、尺寸及含水率等参数对核桃破壳效果的影响研究［9］。本研究旨在进一步阐明立式圆锥旋转核桃破壳装置不同转速对破壳效果的影响，为装置的进一步优化奠定基础。

1　材料与方法

1.1试验设备

锥篮式核桃破壳装置主要部件为图1所示的破壳体（包括外壳体和立式圆锥破壳体），立式圆锥破壳体上方通过轴与减速器连接，下方通过轴承与间隙调节装置相连，间隙调节装置由蜗轮蜗杆、刻度尺、调距手柄组成，外破壳体通过锁紧挂钩与机体连接。旋转调距手柄用来调节两破壳体之间的间隙和角度，使挤压间隙的最小宽度小于果壳的直径，并接近于核桃果仁最大外径。两破壳体表面有许多斜条纹状的凸起并经过特殊处理，用于增加与核桃接触的粗糙度。落入破壳体狭缝的核桃随破壳体运动而作自转运动至最窄处破壳后，经出料口甩出。

图1　破壳体示意图

1.2试验方法

1.2.1破壳效果评价方法

破壳后的核桃仁按完整程度和大小分为9个等级，并依据等级不同，对其进行评分，等级划分与评分标准如图2和表1。

图2　核桃仁大小等级图示

表1　核桃仁整仁等级评分标准

使用每组试验所得结果加合分数用S合对样本整仁水平进行评价，计算公式如（1）所示，

Mn—对应表1所示，第n级核桃仁所对应的评分值；

Wn—每组样品中第n级核桃仁质量占核桃仁总质量的比重。

1.2.2试验过程

采用变频器对立式圆锥破壳装置转速进行调节，调节破壳装置转速为1 200 r/min、1 300 r/min 和1 400 r/min，采用同一大小等级的“温185”核桃进行不同转速的破壳试验，每一转速下重复3次试验。每次试验使用3 kg核桃进行破壳，破壳后取出核桃壳与隔膜，抽取1 kg核桃仁，计算其破壳效果加合分数S合。

2　结果与讨论

2.1试验结果

不同转速对核桃破壳效果的影响及S合值如图3、图4所示。

图3　不同锥篮转速对核桃破壳效果的影响

图4　不同锥篮转速的S合值的比较

从图3可以看出，不同转速破壳后核桃仁所占总核桃仁质量的比重差距不大，对同一转速而言，破壳后核桃仁占总质量的比重等级由1级至9级依次减小，并且1、2级核桃仁占比相对较大。从图4可以看出，对于不同转速而言，S合的大小顺序为：中速（1 300 r/min）＞高速（1400r/min）＞低速（1200 r/min），且转速处于中速（1300 r/min）时，破壳后的头露仁率明显高于其他两种速度。

2.2讨论

立式圆锥破壳装置是利用装置外破壳体和立式圆锥破壳体对核桃的挤压力和剪切力作用，完成核桃破壳。当立式圆锥破壳体转速较低时，挤压力较大，会对核桃仁产生一定的挤压作用，导致核桃仁损伤；同时由于剪切力不足，也会导致核桃破壳率和壳仁分离率降低，

生产率下降等现象，因此在实际生产中因保证破壳装置较高的转速。当立式圆锥破壳体转速升高时，内外两个破壳体的转速差增大，核桃破壳过程中剪切作用增大，有利于提高核桃破壳率和壳仁分离率；但当转速过大时，会使已经经过破壳处理的1/2仁来不及掉落，而在此受到破壳体的剪切作业，导致核桃仁的破损。因此，只有选择合适的立式圆锥破壳体转速才能在保证核桃破壳率和壳仁分离率的前提下尽可能的提高核桃破壳的头路仁率。由试验结果可知，本设备立式圆锥破壳体转速处于1 300 r/min时对“温185”核桃的适应性好，且破壳效果良好。

3　结论与建议

3.1结论

立式圆锥破壳装置转速对核桃破壳效果有较大影响，为了提高核桃破壳率和壳仁分离率，提高生产效率，应适当提高立式圆锥破壳体转速。但转速过高也会造成破壳后核桃仁损伤，降低头露仁率。本研究试验表明，当立式圆锥破壳体转速处于1 300 r/min时，对“温185”核桃具有较好的加工适应性和良好的破壳效果。

3.2建议

立式圆锥破壳装置针对不同品种、大小的核桃具有较好的适应性。在实际生产中，不同品种核桃的物理特性不同，应选用不同的转速，而比较难破壳的核桃应适当选用较大的转速。

［1］新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴，中国统计出版社，2015.

［2］李忠新，杨莉玲，阿布力孜·巴斯提等.中国核桃产业发展研究［J］.中国农机化学报，2013（4）：23～28.

［3］SunY.Kim.UnitedStatesPatent：NUTCRACKING MECHANISM FOR VARIABLE-SIZED NUTS.USA，May，18，2010．

［4］刘奎，李忠新，杨莉玲等.核桃破壳装置的发展研究［J］.农业科技与装备，2014（8）：55～57.

［5］张林泉，龚丽.剥壳机具的现状及效果改进方法的探讨［J］.食品与机械，2006，22（4）：72～74.

［6］李晓霞，郭玉明.带壳物料脱壳方法及脱壳装备现状与分析［J］.农产品加工·学刊，2007（4）：83～86.

［7］李忠新，杨军，杨莉玲等.核桃破壳取仁工艺及关键设备［J］.农机化研究，2008（12）：27.

［8］“核桃加工工艺及成套加工设备”发明专利，专利号：ZL 201010197686.X.

［9］李忠新，刘奎，杨莉玲等.锥篮式核桃破壳装置设计与试验［J］.农业机械学报，2012（43）：146～152.

The discussion of relationship between rotation rate and shell cracking effect of the walnut cracking device based on extrusion friction cone mechanism

MA Wen-qiang，LI Zhong-xin，YANG Li-ling，LIU Kui，YAN Sheng-kun，YANG Zhong-qiang，ZHU Zhan-jiang，LIU Jia
（Agricultural Mechanization Research Institute，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，Xinjiang，China）

In order to study the relationship bewteen the rotation rate of the walnut cracking device based on extrusion friction cone mechanism and effect of walnut shell cracking，three kindsof rotation rate were adopted to the experiment of walnut cracking.An evaluation method was designed to estimate the effect of walnut shell cracking.The test result showed that the walnut hasbetter processing adaptability and cracking effcet when the the rotation rate of the walnut cracking device was at 1300r/min.

Walnut；Shell cracking；Rotation rate；First kernel exposure rate；Shell cracking effect estimation

1007-7782（2016）03-0026-03

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.03.009

S226.4

A

2016-06-02

新疆农业科学院青年基金项目（xjnkq-2013013）；自治区自然科学基金（2014211B027）