偏心击打式核桃破壳机的参数优化

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摘要：为确定偏心击打式核桃（Juglans regia L.）破壳机的最佳工作参数，首先进行了核桃含水率单因素试验，然后选择击打行程、核桃含水率、核桃尺寸3个因素进行了L9（33）正交试验。结果表明，当核桃含水率为14.5%时，核桃破壳综合效果最佳。影响核桃破壳综合效果的因素从大到小为核桃含水率、击打行程、核桃尺寸。最佳的工作参数为核桃含水率15%，击打行程5 mm，核桃尺寸40 mm左右。对于不同尺寸的核桃，适当改变击打行程有利于提高综合破壳效果。

关键词：核桃；正交试验；破壳机；含水率

中图分类号：S664.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）11-2905-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.050

核桃（Juglans regia L.）在中国有着悠久的种植历史，核桃也是世界四大干果之一。核桃破壳是核桃深加工的一道重要工序。目前，中国依然是人工核桃破壳现状，不仅劳动量大、效率低，而且对核桃有污染，使核桃品质不达标[1-8]。针对现有的核桃破壳问题，设计了偏心击打式核桃破壳机，并进行了含水率单因素和三因素三水平正交试验，以期确定核桃破壳机的最优工作参数，为核桃破壳提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

图1为偏心击打式核桃破壳机[9]示意图，主要包括机架、进料口、击打装置、滚子等。

试验用新疆薄皮核桃购于西安苏席农贸市场。仪器设备主要包括偏心击打式核桃破壳机（设计自制）、红外线快速水分测试仪（SFY-60型）、电子天平（精度为0.001 g）、游标卡尺等。

1.2 方法

1.2.1 破壳等级分级 将核桃壳破裂情况为5等级：完全打开、大部分打开、小部分打开、打裂未打开、未打裂；破壳后的核桃仁分为整仁、二分之一仁、四分之一仁、八分之一仁、其他等5个等级。每个等级有不同的评分（表1）。

采用加权分评分法进行结果评定，用最终分数St为判断好坏的指标。每组试验中第n级别核桃的加权分Sn、每组试验所得结果最终分数St[10，11]表示为

Wn=mn/mt，Sn=Mn×Wn，St=ΣSn

式中，Mn为第n级别核桃（仁）所对应的评分值；Wn为每组样品中第n级核桃（仁）个数（质量）占核桃仁总个数（质量）的比重；mn为每组样品中第n级别核桃（仁）的个数（质量）；mt为每组样品中核桃（仁）的总个数（质量）。

Sn介于0～1之间，所以St介于0～8之间。当n越小、St越大时，破壳效果越好，St说明核桃综合破壳效果越好，所以将St的值作为判定核桃综合破壳效果的指标。

1.2.2 含水率单因素试验 核桃含水率对破壳影响较大[12-15]，故选取核桃含水率进行单因素试验。设定含水率8.5%、10.5%、12.5%、14.5%、16.5%、18.5%、20.5%等7个等级。

1.2.3 L9（33）正交试验 结合含水率单因素试验的结果和击打式核桃破壳机的设计参数，进行了L9（33）正交试验，因素水平表如表2所示。

2 结果与分析

2.1 核桃含水率单因素试验结果

当核桃为中等大小即尺寸为40 mm左右，击打行程为5 mm时，进行破壳试验。从图2可以看出，破壳状况和高路仁状况在含水率低于14.5%时，两者得分随核桃含水率增大而增大；含水率超过14.5%时，两者得分随含水率增加不断降低。所以在含水率为14.5%左右时，破壳效果和破壳后的高路仁量都达到了峰值。

2.2 正交试验结果

2.2.1 正交试验结果直观分析 L9（33）正交试验结果如表3。从表3可以看出，最优方案为击打行程5 mm，核桃含水率15%，核桃尺寸40 mm。对于不同尺寸的核桃，在保证含水率的情况下，可以适当调整击打行程，以获得更好的综合破壳效果。

2.2.2 各因素水平效应趋势 通过对试验结果的直观分析，得出各因素与各指标的效应趋势如图3所示。由图3可以看出，含水率是关键因素，合适的含水率可以提高综合破壳效果。提高击打行程和核桃尺寸对破壳效果和高路仁效果影响不大。

2.2.3 方差分析结果 在不考虑交互作用的情况下，方差分析结果如表4。通过表4中的F值与F临界值[16，17]的比较可以看出，核桃含水率对试验结果的影响极显著，击打行程对试验结果影响显著，核桃尺寸对试验结果的影响不显著。影响核桃破壳综合效果的因素排序从大到小为核桃含水率、击打行程、核桃尺寸。

2.2.4 验证试验结果 根据正交试验直观分析结果所选的最优工作方案进行了验证试验，核桃含水率为15%，尺寸为36 mm左右的核桃，选用击打行程6 mm；尺寸为44 mm左右的核桃，选用击打行程为4 mm，如表5所示。通过比较表3和表5，可知相同的破壳参数下破壳得分相近，对于尺寸较大的核桃适当提高击打行程可以提高综合破壳效果。

3 小结

从含水率单因素试验可知，在核桃含水率为14.5%左右时，破壳效果和破壳后的高路仁得分都达到了峰值。

通过L9（33）正交试验结果可知，影响核桃破壳综合效果的因素从大到小为核桃含水率、击打行程、核桃尺寸。核桃含水率对于两个指标影响最大，提高核桃含水率有利于破壳，但是核桃含水率过高也会降低破壳效果。

在保证核桃含水率为15%的情况下，尺寸36 mm左右的核桃，选择击打行程为6 mm；尺寸40 mm左右的核桃，选择击打行程为5 mm；尺寸44 mm左右的核桃，选择击打行程为4 mm。其中最优方案为选择击打行程为5 mm，核桃含水率为15%，核桃尺寸为40 mm。通过核桃破壳试验，找出了提高破壳质量的破壳机较佳参数，为破壳装置的改进设计与使用提供了一定的理论依据。

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