文獻(xiàn)綜述-花生破殼裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

花生破殼裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)摘要:花生破殼是所有花生制品加工工藝過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)目前花生破殼人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等現(xiàn)狀，提出花生機(jī)械式破殼的重要性和意義。敘述了花生破殼裝置研究現(xiàn)狀，介紹了現(xiàn)有的花生破殼裝置的原理與結(jié)構(gòu)，分析已有機(jī)型存在的問(wèn)題。提出我國(guó)花生破殼裝置研發(fā)要以高效、現(xiàn)代、多功能為首位，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出展望。關(guān)鍵詞:花生破殼；現(xiàn)狀；原理ResearchstatusanddevelopmenttrendofpeanutshellbreakingdeviceAbstract:Peanutshellingisanimportantlinkintheprocessingprocessofallpeanutproducts.Inviewofthecurrentsituationofhighlaborintensityandlowefficiencyofmanualpeanutshelling,theimportanceandsignificanceofmechanicalpeanutshellingisproposed.Thispaperdescribestheresearchstatusofpeanutshellbreakingdevice,introducestheprincipleandstructureofexistingpeanutshellbreakingdevice,andanalyzestheproblemsofexistingmodels.ItispointedoutthattheresearchanddevelopmentofpeanutshellbreakingdeviceinChinashouldfocusonhighefficiency,modernityandmultifunction,andthefuturedevelopmenttrendisprospected.Keywords:peanutshelling;presentsituation;principle花生又名落花生，屬蝶形花科，屬一年生草本植物。花生是世界范圍內(nèi)廣泛栽培和利用的油料和經(jīng)濟(jì)作物，油量高達(dá)50%；花生也是一味中藥，適用營(yíng)養(yǎng)不良、脾胃失調(diào)等癥。其起源于南美洲，而后在各大洲廣泛傳播。近年來(lái)，全球花生種植面積近年來(lái)呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，亞洲是花生種植規(guī)模最大的地區(qū)，占全球花生種植面積的70%左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)中國(guó)花生產(chǎn)量為1700萬(wàn)噸，占全球花生產(chǎn)量的40.51%[1]，是最大的花生生產(chǎn)國(guó)。由此可見(jiàn)，不論在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，花生制品的發(fā)展前景都相當(dāng)廣闊。脫殼是花生種用和精深加工中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的花生脫殼方法采用手工脫殼、效率低、用工量多，嚴(yán)重影響了花生生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，制約了花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因而促使花生脫殼設(shè)備的應(yīng)用也隨之逐漸增多，目前我國(guó)花生脫殼已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼設(shè)備產(chǎn)品還不成熟，引進(jìn)或經(jīng)消化吸收后仿制的花生脫殼設(shè)備存在一定缺陷[2]，不適應(yīng)國(guó)內(nèi)花生品種類型和花生脫殼實(shí)際情況。因此，對(duì)花生破殼配套機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和改造以解決花生破殼乃至一系列深加工等問(wèn)題的需求迫在眉睫。1.花生破殼裝置研究現(xiàn)狀1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀美國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究花生脫殼設(shè)備，其技術(shù)水平比較先進(jìn)，在降低脫殼破碎損傷的關(guān)鍵性問(wèn)題上取得了較好的成果，并得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)的LUANG研制出一種新型的花生脫殼機(jī)[3]，該機(jī)不僅能夠在對(duì)物料尺寸分級(jí)的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行破殼，而且可以通過(guò)精確的變形控制來(lái)引導(dǎo)物料向某特定的方向運(yùn)動(dòng)；Patel[4]曾經(jīng)嘗試用激光來(lái)逐個(gè)切割果實(shí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到零損傷的效果；Prussia和Verma[5]試圖通過(guò)碰撞的機(jī)理來(lái)研制一種新型的花生脫殼機(jī)械。MAHAJANPRAKASH[6]研制了一種脫殼機(jī)，其能夠定位和定向待脫殼的堅(jiān)果，解決了由于刀片的過(guò)度穿透而導(dǎo)致的未切割殼或損壞殼的現(xiàn)象，并且不需要對(duì)物料尺寸分級(jí)就可實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫殼。目前，美國(guó)花生設(shè)備生產(chǎn)商LMC(LewisM.Carter)公司的花生脫殼設(shè)備承擔(dān)美國(guó)商用花生脫殼90%的市場(chǎng)份額，其研制的花生脫殼機(jī)效率高,可實(shí)現(xiàn)快速更換各種尺寸凹板篩，且脫殼滾筒—凹板篩組配間距隨時(shí)可調(diào)[7]，以適應(yīng)不同品種花生的脫殼作業(yè)。為了達(dá)到節(jié)省人工成本、控制花生儲(chǔ)藏質(zhì)量、保證商品花生中的破損花生達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求和滿足生物損傷檢測(cè)要求，美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師們?cè)谘芯啃滦突ㄉ摎C(jī)械的同時(shí)，加大了對(duì)花生脫殼加工在線檢測(cè)、預(yù)測(cè)等方面的研究[8]。美國(guó)在花生脫殼機(jī)的研究方面起步較早，花生機(jī)械脫殼技術(shù)比較先進(jìn)，脫殼作業(yè)已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化，且配套體系健全。1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)自1965年以來(lái)，已有幾十種花生脫殼機(jī)問(wèn)世。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼機(jī)種類很多如6BH-60型花生剝殼機(jī)、6BH-20B型花生剝殼機(jī)、6BH-20型花生脫殼機(jī)等，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的20~60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS1500型花生除雜脫殼分選機(jī)組一次能實(shí)現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的花生后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH-720型花生脫殼機(jī)帶有復(fù)脫、分級(jí)裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離清選等裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高消耗動(dòng)力小。6BK-22型花生脫殼機(jī)一次喂料就可完成對(duì)花生脫殼工作的機(jī)械[9]，其經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動(dòng)、分層分離、復(fù)脫清選分級(jí)后的花生仁可直接裝袋入庫(kù)。6BH-1800型花生脫殼機(jī)械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。目前我國(guó)在花生脫殼機(jī)械的技術(shù)研究上一直沒(méi)有加大資金投入力度，花生脫殼部件的研制仍停留在20世紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上[10]，因此花生脫殼性能一直沒(méi)有得到很大提高?？傮w來(lái)看，我國(guó)花生脫殼機(jī)械在作業(yè)環(huán)節(jié)和技術(shù)性能上存在以下問(wèn)題:1)脫凈率低，破碎率高。破碎嚴(yán)重的花生米被分離到花生碎殼中，會(huì)造成一定損失。同時(shí)，商品花生米特別是用于出口的花生米在機(jī)械分級(jí)分選后仍需人工分選，以分離出破碎的花生米，增加了成本。2)適應(yīng)性和通用性差，利用率低?；ㄉ贩N各異，一種花生脫殼機(jī)械很難滿足不同花生品種的需求。3)制造成本較高。多是單機(jī)制造，而且制造工藝水平較低，同時(shí)耗能較高，導(dǎo)致制造成本較高。4)有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問(wèn)題。針對(duì)我國(guó)花生生產(chǎn)的實(shí)際情況研制出適合我國(guó)國(guó)情的新型花生脫殼機(jī)械，以滿足國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段花生種植戶及市場(chǎng)的迫切需求。實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效，仍然是實(shí)現(xiàn)花生脫殼機(jī)械化過(guò)程中待解決的課題。2.花生脫殼機(jī)械原理分析目前國(guó)內(nèi)花生脫殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿—鋼柵條凹板；以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒—橡膠浮動(dòng)凹板兩大類[11]。但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8%，剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題的重要途徑。2.1目前花生脫殼機(jī)采用的脫殼原理2.1.1撞擊法撞擊法脫殼是物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼的目的。王濤、聶俊峰等發(fā)明的一種敲擊式橡膠果脫殼機(jī)[12](圖1)，通過(guò)破殼單元、分離單元和分選單元分別完成對(duì)橡膠果的敲擊破殼流程、對(duì)橡膠果破殼后果殼和果仁的分離流程以及對(duì)果仁的去屑和收集的分選流程。采用仿手工式敲擊破碎橡膠果的撞擊原理法，通過(guò)敲擊錘與輸送裝置的配合，敲擊錘敲擊橡膠果破殼，再由分離單元的分離滾對(duì)破殼的橡膠果進(jìn)行果殼和果仁分離，提高了對(duì)橡膠果的脫殼率；采用了風(fēng)力分選單元，并分別設(shè)置分選后的果殼和果仁出料口，提升了果仁的純凈度。優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)果脫殼率高，生產(chǎn)效率高可滿足生產(chǎn)線的使用要求；一機(jī)多用，可對(duì)多種物料進(jìn)行脫殼處理如花生、榛子等。但是由于撞擊的力度無(wú)法控制，因此對(duì)破殼效果也會(huì)產(chǎn)生影響。圖1敲擊式橡膠果脫殼機(jī)Fig.1Knockingrubbernutsheller1.進(jìn)料斗2.破殼單元3.分離單元4.分選單元5.電機(jī)I6.電機(jī)Ⅱ7.風(fēng)機(jī)8.機(jī)架2.1.2擠壓、揉搓法花生莢果在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。宋偉、姜樹(shù)海[13]發(fā)明的一種家用花生破殼機(jī)（圖2）,主要包括外殼、凸輪、固定搓板、花生箱、滾動(dòng)柔性搓板、帶輪、減速電機(jī)、電動(dòng)推桿、花生限位架以及推板等主要結(jié)構(gòu)。其減速電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與凸輪連接，凸輪結(jié)構(gòu)帶動(dòng)推板進(jìn)行直線移動(dòng)，通過(guò)推板推動(dòng)滾動(dòng)柔性搓板向固定搓板移動(dòng)，對(duì)花生進(jìn)行擠壓破殼；小鏈輪固定在凸輪上，通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)帶輪進(jìn)行滾動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滾動(dòng)柔性搓板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)揉搓破殼。這種花生破殼機(jī)優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，并且將擠壓式破殼與揉搓式破殼相結(jié)合，提高了破殼的效率與破殼率。缺點(diǎn):需要保證花生殼處于干燥的狀態(tài)，否則無(wú)法順利的將花生殼去除，但是花生殼處于干燥狀態(tài)的花生在進(jìn)行脫殼的時(shí)候，容易產(chǎn)生大量的粉末，這些粉末會(huì)飛揚(yáng)到周圍的空氣當(dāng)中，對(duì)周圍的空氣造成污染并且容易影響設(shè)備操作人員的身體健康。圖2一種家用花生破殼機(jī)Fig.2Ahouseholdpeanutsheller4.電機(jī)聯(lián)軸器5.小鏈輪6.電機(jī)軸承座7.輪9.立板10.帶輪軸承座11.花生12.固定搓板13.花生箱14.風(fēng)扇15.風(fēng)扇電機(jī)16.支撐架聯(lián)軸器17.滾動(dòng)柔性搓板18.帶輪19.大鏈輪20.鏈條21減速電機(jī)22.電機(jī)架2.1.3剪切法花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)的刀板的剪切力的作用，殼被切裂并打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由李政設(shè)計(jì)的刀板剝殼機(jī)[14](圖3)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。圖3刀板剝殼機(jī)Fig.3Cutterplatesheller1.進(jìn)料斗2.調(diào)節(jié)器3.喂料輥4.磁鐵5.轉(zhuǎn)鼓6.刀板7.刀板座8.刀板9.刀板架10.機(jī)架2.2新型脫殼技術(shù)原理2.2.1真空法耿敬章發(fā)明的一種堅(jiān)果微波爆殼機(jī)[15](圖4)，其抽氣機(jī)可以將加熱腔內(nèi)的空氣抽掉，使加熱腔內(nèi)形成超低壓真空環(huán)境。通過(guò)控制定時(shí)控制器可以驅(qū)動(dòng)高能微波發(fā)生器在加熱腔內(nèi)形成高能微波將置于加熱腔內(nèi)的堅(jiān)果從內(nèi)部加熱。由于堅(jiān)果周圍是超低壓真空環(huán)境，堅(jiān)果內(nèi)水份經(jīng)過(guò)高能微波加熱后會(huì)形成高氣壓，使堅(jiān)果瞬間爆殼，破殼效率高。真空法主要影響因素有:充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時(shí)間、籽粒的含水率等。圖4堅(jiān)果微波爆殼機(jī)Fig.4Nutmicrowaveshellcrackingmachine1.外箱體2.加熱腔3.密封箱門4.高能微波發(fā)生器5.定時(shí)控制器6.抽氣開(kāi)關(guān)7.氣機(jī)8.穩(wěn)壓電源9.抽氣管2.2.2激光法用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。由鄭霞、張恩銘等人發(fā)明的激光破殼機(jī)[16](圖5)，采取激光切割預(yù)處理技術(shù)，以局部打破堅(jiān)果殼表面的結(jié)構(gòu)應(yīng)力為切入點(diǎn)，利用激光切割預(yù)處理，使得堅(jiān)果殼體表面處于應(yīng)力“釋放”狀態(tài)，為機(jī)械定向破殼創(chuàng)造條件。在此基礎(chǔ)上與改良后的對(duì)輥破殼機(jī)械結(jié)合，研制出高效率破殼和高整仁率的破殼機(jī)械。但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。圖5激光破殼機(jī)Fig.5Lasershellbreaker1.喂料裝置4.滾杠排序裝置5.激光劃口裝置6.破殼輥7.出料口3.花生脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望花生生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來(lái)，花生機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng)，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雖然目前花生脫殼機(jī)械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少，低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少[17]。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化開(kāi)始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對(duì)花生機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動(dòng)了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái)，為花生生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機(jī)械化的過(guò)程中，相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械、開(kāi)展花生機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施[18]，調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購(gòu)買花生機(jī)械的積極性，形成了新的市場(chǎng)需求。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然。花生脫殼機(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用，促進(jìn)了花生加工業(yè)的科技進(jìn)步，為花生脫殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。4.結(jié)論總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)有關(guān)花生破殼裝置的研究主要集中在傳統(tǒng)式破殼機(jī)械，多數(shù)研究依舊不能解決總體花生機(jī)械化脫殼對(duì)花生仁損傷率偏高的問(wèn)題，用于種子和長(zhǎng)期貯存的花生仁至今還多采用手工剝殼。有關(guān)新型破殼機(jī)械的研究文獻(xiàn)及專利較少，特別是自動(dòng)化方面的研究缺乏，而爭(zhēng)對(duì)自動(dòng)化破殼的研究在智能機(jī)械化脫殼技術(shù)水平上有重要的意義，需要深入探究。參考文獻(xiàn)：[1]周朋朋,陳曉明.中國(guó)花生出口現(xiàn)狀、問(wèn)題及對(duì)策研究[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技,2017,28(13):150-152.[2]WangJiannan,XieHuanxiong,HuZhichao,LiuMinji,PengJinyi,DingQishuo,PengBaoliang,MaChenbin.OptimizationofMaterialforKeyComponentsandParametersofPeanutShellerBasedonHertzTheoryandBox–BehnkenDesign[J].Agriculture,2022,12(2).[3]陳中玉,高連興,CHENCharles,BUTTSCL.中美花生收獲機(jī)械化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2017,48(04):1-21.[4]PATELCHANDRAKN.Methodforshellingofnutswithalaserbeam[P].:US4358467,1982-11-9.[5]BRAHMP.VERMA,STANLEYE.PRUSSIA.SHELLINGEDIBLENUTS[P].：AU9136582,1983-06-23.[6]MAHAJANPRAKASH.ANAUTOMATICCASHEW-NUTDESHELLINGMACHINE[P].：WO2015059720,2015-07-30.[7]QunSun,ChongWang,ZhenyouWang,YingZhao,ChunjiangBao.DesignandExperimentofaPeanutShellingMachine[J].AgriculturalResearch,2017,6(3).[8]KayLedbetter.Peanutsheller