巴旦木低损伤破壳机理及装置研究

Almond is the specialty nut and an important part of the developing characteristic fruit industry in Xinjiang. There is about 1.3 million mu almond planted in southern Xinjiang. Almond hulling processing is first step for process after harvest. The almond hulling depends on handwork completely in local almond plant industry right now. The almond process mechanization can reduce the kernel damage, improve the hulling rate and work efficiency greatly, even what's more is that it provides an important way to improve the appearance and internal quality for almond in a low cost. Almond biological characteristics of almond hull and kernel, hulling force characteristics, hull crack and kernel damage mechanism, and their relationship will be studied based on the unique material and structure of almond in this study. The hulling force model will be established based upon research data. With the help of high speed camera and electronic test machine，hulling device, the hulling force，force position and potential damage rate-hulling characteristic will be studied. The mechanism of minimum kernel damage and best hulling method will be revealed and the force model will be verified which based on different hulling principle and experiment. The main factors which affecting the hulling rate will be revealed. It will provide design basis for a high efficiency almond hulling device. If those research goal has being achieved, it will improve the hulling rate and production efficiency and decrease the kernel damage rate greatly for future almond procession.

巴旦木是新疆特色干果，面积约有130万亩, 是新疆特色林果产业发展中的重要组成部分。巴旦木产后加工可为新疆带来数亿元的经济收入，破壳是巴旦木深加工的首道加工工序，目前采用人工完成。以机械化作业提高巴旦木破壳效率、降低果仁破损，是提高品质、降低生产成本的重要途径。本研究针对巴旦木独特的物料特征，对巴旦木外壳和果仁的生物学特征、物理机械特性、外壳破裂、果仁损伤机理及其之间的规律进行研究，建立巴旦木破壳和果仁损伤力学模型，借助高速摄影机和电子拉力试验机、破壳试验装置，研究不同品种巴旦木破壳力规律和破壳时果仁的损伤规律。通过不同破壳原理的破壳装置进行试验研究，揭示机械破壳的最佳破壳机理与最小果仁损伤机理，验证力学模型，获得影响巴旦木破壳和果仁损伤的主要影响因素，为高效巴旦木破壳装置提供设计依据。若实现研究目标，可提高巴旦木破壳率、生产效率，降低果仁损伤率，为后续的巴旦木商品化加工提供理论依据。

新疆巴旦木加工技术及装备远滞后于巴旦木的种植生产规模，已成为严重影响农民收入、限制巴旦木产业进一步发展的瓶颈问题，从巴旦木核的物理特性、壳仁间隙和含水率的物料学特性作为研究的切入点，开展了从工作原理、运动分析、结构参数等应用基础理论研究到关键技术与工作部件研究。研制出巴旦木机破壳装置，为实现新疆巴旦木加工全程机械化起到了关键作用，提高了巴旦木品质，降低了劳动强度，促进了新疆巴旦木加工及种植产业的快速发展，本项目主要研究内容包括以下部分：.本项目针对适合加工的三个主要品种米桑、双果和晚丰进行了试验研究，设计了巴旦木低损伤的破壳装置并进行了试验。.（1）巴旦木物理特性测量：根据外形测定结果，将巴旦木样品按照厚度大小分为3个等级，测量不同品种、不同尺寸的巴旦木的物理特性，为后期研发低损伤破壳机做准备。.（2）含水率对破壳力学性能的影响研究：巴旦木破壳作业时需考虑含水率因素对巴旦木破壳的影响，选择最适合破壳的含水率。通过试验研究表明，含水率在5.3%时,破壳时碎仁率小于3%；.（3）巴旦木壳厚度尺寸对破壳力学特性的影响研究：研究表明，破壳力、变形量、能耗、弹性模量和功率随着厚度的增加而变大。.（4）研究巴旦木低损伤的破壳装置机理：一是通过巴旦木核的物料学特性，确定破壳辊之间的间隙，3级破壳间隙为13mm，12mm,11mm, 设计出破壳辊的直径为700mm，主破壳辊的转速为960r/s,被动破壳辊转速为850r/s,二是设计了均匀喂料机构，提高了破壳率，将低了巴旦木仁的损伤，三设计破壳辊下带两层分离筛，避免仁二次损伤，实现巴旦木在破壳过程中的低损伤。 .（5）巴旦木破壳的有限元受力分析：巴旦木壳是木质化的粗纤维，在外力作用下破坏方式表现为脆性破坏，分析时采用脆性断裂破坏强度准则。米桑在集中力处最大应力分别为21.45、36.75、和49.82 N/mm²，双果在集中力处最大应力分别为8.51、14.47、和15.07 N/mm²，晚丰在集中力处最大应力分别为26.59、39.85和46.66 N/mm²。