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打击揉搓式花生脱壳机脱壳性能影响因素探析
发布时间：2013-09-09 07:57 来源：未知
花生是我国极具国际竞争力的优质油料作物和重要创汇农产品，我国花生总产和种植面积分别居世界第一和第二位，我国又是世界花生第一大出口大国，在世界花生生产和国际贸易中占有重要地位。脱壳是花生食用、加工和种植前的必经工序，同时也是花生加工过程中易造成果仁损伤的主要环节。
目前，我国花生脱壳设备还存在适应性差、果仁破伤率高等问题，现有设备不能满足实际需求，果仁破损问题尤为突出，破伤率一般在5%～8%，破损的果仁容易脱脂、霉变并易遭到黄曲霉毒素的污染，难以贮藏，通常脱壳机脱出的果仁只能用于榨油或其他制品，出口和种用的果仁仍需手工剥壳与人工分选，耗时费力。尤其是种用花生的生产，其加工季节性强，且对机具剥净率、果仁破伤率等性能参数要求高，市场上还缺乏种用花生脱壳加工的设备。如何降低果仁破伤率、提高剥净率已成为当前花生机械化脱壳的研发重点和难点。
花生脱壳设备主要分为以打击揉搓为主的滚筒（钢打杆或打板）一固定凹板筛、以挤压揉搓为主的封闭式橡胶滚筒一橡胶浮动凹板筛两大类，相比而言，打击揉搓式花生脱壳机脱壳效率高，结构更合理，在我国实际生产中应用较为广泛。
本文从设备特性、脱壳工艺、物料品种特性三方面对该机脱壳性能的影响因素进行详细分析，并提出相应的解决对策，以期为该类型花生脱壳设备的优化提升和创新设计提供参考。
1、主要结构与工作原理
打击揉搓式花生脱壳机主要由进料斗、脱壳滚筒（包括打杆、旋转支架等）、凹板筛、倾斜振动筛、风机、机架等组成�；咦饕凳�，花生荚果由进料斗进入脱壳室，在高速旋转打杆的反复打击、碰撞以及打杆与凹板筛共同产生的摩擦、揉搓作用下，果壳不断破碎，花生果仁、果壳在打杆旋转风压及打击下穿过凹板筛，果壳下落时受到风机吹力作用，被吹出机体外，而果仁及重杂则落到振动筛上完成初步清选后由出仁口排出。
剥净率和果仁破伤率是花生脱壳设备的最重要性能指标，直接影响到果仁品质及商品性，其影响因素很多，主要涉及设备本身的结构及作业参数、脱壳工艺以及物料品种特性等方面。现对市场上使用最广泛的打击揉搓式花生脱壳机脱壳性能影响因素进行具体分析。
2、设备特性对脱壳性能的影响
2.1脱壳关键部件结构形式与结构参数
2.1.1脱壳滚筒结构
打击揉搓式花生脱壳机的脱壳滚筒结构主要有封闭式和开式滚筒2种形式。由于开式滚筒较封闭滚筒耗材少、成本低、整机轻便，所以脱壳机多采用开式脱壳滚筒结构。
脱壳时，对花生荚果产生作用的脱壳滚筒部位是脱壳打杆，打杆的形状及数量对脱壳机脱壳性能有很大影响。在同等进料速度和旋转滚筒转速的条件下，打杆数目越多，荚果在脱壳室中受到的打击次数越多，有利于提高生产率和剥净率，同时也会增加果仁破损的机会，但打杆数目过多又会使荚果来不及脱壳被挤出脱壳室造成漏剥而降低剥净率，目前现有花生脱壳滚筒的打杆数目一般为2～4个。打杆有纹杆、钢管2种结构形式，纹杆表面粗糙，有利于花生破壳，提高剥净率和生产率，但会增加对果仁的破损。旋转打杆也可做成扁条钢板的形式，在打板上焊接钢筋或细钢管，可增加旋转打板与荚果的接触面积，有利于脱壳，打板数目一般为3个。
2.1.2 凹板筛结构
花生脱壳机的凹板筛通常有编织筛、圆孔筛、栅条凹板筛3种形式，其中栅条凹板筛使用最为广泛。
脱壳时，编织筛和圆孔筛相对栅条凹板筛更有利于防止果仁多的荚果漏剥，且荚果在脱壳室内停留时间更长，有利于提高机具的剥净率，但也会降低机具的生产率，并会增加果仁破损，同时还易因堵筛而导致机器故障。采用栅条凹板筛，脱出的果仁及果壳能及时排出脱壳室，破伤率相对较低，堵筛故障少，脱壳生产率高，但栅条凹板筛易受花生品种限制，对于尺寸差异较大的花生荚果容易造成漏剥现象，降低了剥净率。
2.1.3 脱壳滚筒～凹板筛的组配结构
脱壳滚筒与凹板筛的结构配置如图4所示，脱壳滚筒固定在机架上，与其下部的凹板筛之间形成一定间隙，花生荚果就在脱壳滚筒以及滚筒一凹板筛的打击揉搓作用下脱壳。因花生品种和尺寸不同，对脱壳滚筒一凹板筛间隙要求也应不同，间隙小，果仁不能及时排出脱壳室，会造成果仁破损；间隙过大，凹板筛上的滞留荚果层过厚，滚筒不能对其进行有效击打，又会造成漏剥问题，并影响生产率。因此，脱壳滚筒一凹板筛间隙配置影响脱壳机的脱壳性能。
为提高花生脱壳机具对花生不同品种与尺寸的适应性，脱壳滚筒一凹板筛间隙应设计成可调，可通过固定凹板筛调节脱壳滚筒或固定脱壳滚筒调节凹板筛两种方式来实现。各打杆不与旋转架固定焊接，可通过安装调节径向间距的垫片来调节脱壳滚筒一凹板筛间隙；凹板筛一端定点铰接，使凹板筛相对该定点转动，或采用螺纹副调整凹板筛的整体高度，以调节脱壳滚筒一凹板筛间隙，用以满足不同大小花生脱壳要求。
2.2运动参数
2.2.1 脱壳滚筒转速
James等人对机械脱壳的花生种子进行发芽试验，结果表明脱壳滚筒转速是影响种子发芽率的最显著因素，由此可见，脱壳滚筒转速对果仁破伤率有很大的影响。滚筒转速越快，打杆线速度越大，其作用于花生壳上击打力就越大，且对花生壳的击打次数也越多，果壳容易破碎，但其对未排出脱壳室的果仁作用效果也相同，即会增加果仁的破伤率，故应针对不同花生品种调整合适的滚筒转速以提高脱壳设备的脱壳性能。
2.2.2进料速度 采用机械脱壳时，大量荚果无规则地进入脱壳室，打杆和凹板筛对荚果产生的作用力随机性较大，无法实现精确控制，果仁受损的几率较高�；底饕凳苯纤俣戎苯泳龆嘶叩纳�，但进料速度应与脱壳能力相匹配，若进料速度过快，进入脱壳室的荚果不能及时全部破壳，荚果会不断堆挤在凹板筛上，不仅会降低凹板筛的筛分能力，使得果仁不能及时排出脱壳室，同时凹板筛与脱壳滚筒之间的空隙也变小，剥离出来的果仁在脱壳室内受到的打击揉搓作用更强烈，导致出现更高的果仁破伤率。因此，确定适宜的进料方式及进料速度是提高机具脱壳性能的重要措施之一。
3、脱壳工艺对脱壳性能的影响
我国花生脱壳机具生产企业规模小，产品单一，配套设备缺乏，生产中多以单机加工为主，成套设备少。目前，我国在花生脱壳加工工艺方面还缺乏系统研究，导致国内花生脱壳加工非常粗放，远未达到标准化、精细化生产，致使花生脱壳加工质量大打折扣。打击揉搓式花生脱壳机脱壳前分级、水分调节等预处理措施，是该机具剥净率和果仁破伤率的重要影响因素。
3.1分级处理
脱前分级是提高脱壳机具作业性能的重要措施。如果脱壳前不进行分级处理，大小不一的荚果同时进入脱壳室后，一方面小尺寸荚果会未经破壳而直接从栅条凹板筛上漏出造成漏剥，同时由于荚果尺寸不同，破壳所需的作用强度也不同，在脱壳滚筒与凹板筛的打击揉搓作用下，一同进入的大小荚果可能先后不同时间破壳，先脱出的果仁在凹板筛上会受到荚果的阻滞作用而不能及时排出脱壳室，从而造成果仁破损。因此，脱壳前先对花生荚果进行分级，再根据分级选用相应规格的凹板筛，并调整旋转打杆一凹板筛间隙进行脱壳，可降低果仁破伤率，提高剥净率。
3.2水分调节
花生荚果含水率一定程度上影响着果壳和果仁的力学特性。果壳含水率高，则果壳韧性大、脆性差，不利于破壳和脱壳，但是果壳含水率过低，则果壳的硬度偏大，破脱下的果壳碎片等则易对果仁造成破损。因此，荚果含水率既不能太高，也不能太低，实践证明脱壳加工时果壳含水量高于贮藏含水率对控制果仁破损较为有利。
生产中通常采用脱前调湿处理，水分调节的一般做法为：冬季脱壳，脱壳前用10kg左右的温水均匀喷洒在50kg花生荚果上，并用塑料薄膜覆盖10h左右，然后再在阳光下晾晒1h左右即可开始脱壳，其它季节用塑料薄膜覆盖的时间为6h左右，其余相同。也可将较干的花生果浸水，浸后立即捞出并用塑料薄膜覆盖1d左右，再在阳光下晾晒，待干湿适宜后开始脱壳。
4、物料品种特性对脱壳性能的影响
由于各地气候条件、土壤状况、生产水平和栽培习惯差异，不同地域种植的花生品种不同，机械脱壳效果也会表现出较大差异。因此，不同花生品种机械脱壳时要求有不同的脱壳滚筒转速、凹板筛尺寸、旋转打杆一凹板筛间隙等参数。以辽北花生主要品种四粒红与花育23号为例，四粒红花生的果壳较薄、强度小，容易脱壳，籽粒多，而果仁体积相对花育23号小，且果仁在脱壳室中承受的冲击力大于花育23，故相同条件下脱壳时，四粒红果仁损伤率要明显低于花育23号。通过试验研究可知，品种对果仁破损力的影响明显，故对脱壳效果影响显著。
5、提升作业性能的思考与建议
实际生产和研发设备中，不能独立、割裂地考虑上述几个方面对花生脱壳性能的影响，应全面系统考虑设备结构及运动参数、脱壳工艺以及花生品种特性等各种因素。现提出提升打击揉搓式花生脱壳设备作业性能对策和建议。
(1)该类型脱壳机的脱壳滚筒和凹板筛多采用金属材料，脱壳强度大，虽有利于破壳，但同时也相应增加果仁破损，而橡胶（塑）材料塑性好，脱壳作用较为柔和，设计机具时，脱壳部件可以考虑同时采用金属、橡胶两种材料相组配，在确保脱壳能力的同时，减少果仁破损。
(2)可以考虑增大凹板筛的有效面积并提高筛分效率、增加喂料控制机构以实现进料速度与脱壳能力匹配、采用复脱工艺以减少一次脱壳负荷等措施，均可减少花生仁在脱壳间隙中的停留时间和脱壳强度，有效减少果仁破损。
(3)借鉴其他坚果带壳物料采用的前处理方法，尝试采用冷冻或干燥处理，以改变果壳与果仁的力学特性，提高脱壳效果；或对果壳进行化学腐蚀处理，将果壳软化并部分溶去，再进行机械脱壳，以减轻一次脱壳的负荷和作用强度。
(4)充分考虑脱壳机具对花生品种的适应性，脱壳加工时需采用脱前分级处理，或集成研制脱前分级、脱壳一体机，脱壳部件应能实现滚筒转速可调节、滚筒一凹板间隙可调节、凹板筛可换，并综合各种影响因素对机具结构和运动参数进行系统优化研究，为现有脱壳设备的性能提升和创新研发提供理论基础。
