花生莢果及花生仁物理特性研究

劉姍姍 楊亞洲 楊立權(quán)

摘 要：為了研究花生莢果及花生仁的物理特性，提高花生脫殼機(jī)的脫殼效果，以白沙花生為研究對(duì)象，對(duì)花生莢果及花生仁進(jìn)行三軸尺寸、殼厚、百粒重的測(cè)量；采用物性分析儀對(duì)花生莢果及花生仁進(jìn)行彈性模量的測(cè)量試驗(yàn)。結(jié)果表明：花生莢果長(zhǎng)度主要分布在32～48mm之間，寬度主要分布在15～22mm之間，厚度主要分布在14～18mm之間。花生仁長(zhǎng)度主要分布在16～26mm之間，寬度主要分布在8.5～15.5mm之間，厚度主要分布在9～13mm之間。花生莢果及花生仁的百粒重隨含水率的增加而增加；花生莢果及花生仁的彈性模量隨含水率的增加而減小。這些數(shù)據(jù)對(duì)花生脫殼機(jī)篩網(wǎng)大小、及其與打桿的距離、轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)等的設(shè)計(jì)有很大的幫助。

關(guān)鍵詞：三軸尺寸；彈性模量；花生莢果；花生仁

中圖分類號(hào)：S565.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431021

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，我國(guó)在世界上占有重要地位，隨著花生的種植面積和產(chǎn)量的不斷增加，國(guó)內(nèi)對(duì)花生脫殼的效率和質(zhì)量也更加關(guān)注。花生脫殼機(jī)的生產(chǎn)效率要比人工多10%～40%[1-3]，降低了作業(yè)者的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本、提高了花生的生產(chǎn)率、促進(jìn)了花生加工業(yè)的發(fā)展，花生脫殼機(jī)脫殼質(zhì)量的高低直接影響產(chǎn)品的后續(xù)加工以及花生的利用率、花生的品質(zhì)、花生的價(jià)格。設(shè)備特性、脫殼工藝和加工對(duì)象等是花生脫殼質(zhì)量的主要影響因素。脫殼設(shè)備的主要影響因素有花生脫殼機(jī)脫殼部件的結(jié)構(gòu)形式、關(guān)鍵零部件材質(zhì)的選用、結(jié)構(gòu)的參數(shù)、關(guān)鍵零部件間的組配參數(shù)以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)[4-5]；脫殼工藝主要包括脫殼前花生莢果的分級(jí)、花生莢果的干濕調(diào)配處理等。為了設(shè)計(jì)出更高質(zhì)量的花生脫殼機(jī)，本研究對(duì)花生莢果及花生仁的外形尺寸及彈性模量進(jìn)行測(cè)量，以期降低花生仁的破損率，為新型花生脫殼機(jī)的研制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

帶殼的白沙花生作為試驗(yàn)材料，主要設(shè)備有物性分析儀（RTC-3020D，南京歐熙科貿(mào)有限公司）、電熱恒溫干燥箱（KH-35AS，康恒儀器有限公司）及電子天平（JA-5003，上海良平儀器儀表有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 花生莢果及花生仁三軸尺寸及花生莢果殼厚的測(cè)量

花生品種雖然相同，但是其外形尺寸也有很大的差異，對(duì)花生莢果和花生仁進(jìn)行三軸尺寸的測(cè)量，三軸尺寸定義為：長(zhǎng)度（x）、寬度（y）、厚度（z）。花生莢果長(zhǎng)度是指沿花生棱線方向的最大尺寸，即x軸方向的尺寸；寬度是指與花生棱線平行方向的尺寸，即y軸方向的尺寸；厚度是指與花生棱線垂直方向的尺寸，即z軸方向的尺寸（見圖1）。同理，花生仁的長(zhǎng)度是指兩子葉結(jié)合面方向的最大尺寸即x軸方向的尺寸；寬度是指與兩子葉結(jié)合面平面的尺寸即y軸；厚度是指與兩子葉結(jié)合面垂直方向的尺寸即z軸方向的尺寸，花生莢果和花生仁三軸尺寸坐標(biāo)系如圖所示。再用游標(biāo)卡尺對(duì)花生殼的厚度進(jìn)行測(cè)量，選擇不用位置進(jìn)行殼厚的測(cè)量，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 花生莢果及花生仁百粒重的測(cè)量

含水率對(duì)于花生脫殼效果及花生仁的破損有很大影響，所以研究百粒重時(shí)應(yīng)研究不同含水率下的百粒重，隨機(jī)選取白沙花生500粒分為5組進(jìn)行調(diào)濕處理，用測(cè)量精度為0.001g的電子天平進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量出不同含水率下花生莢果及花生仁的百粒重，重復(fù)5次取平均值。

1.3 花生彈性模量的測(cè)定

含水率選定5個(gè)水平，用物性分析儀對(duì)花生莢果及花生仁進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，記錄下花生莢果及花生仁的加載力及彈性變形量，用電熱恒溫干燥箱進(jìn)行含水率的測(cè)量，試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量不同含水率下花生莢果及花生仁的彈性模量。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生莢果及花生仁三軸尺寸的測(cè)定與統(tǒng)計(jì)

由脫殼原理可以知道，三軸尺寸中影響花生脫殼的主要是花生莢果和果仁的寬度和厚度，花生莢果的寬度和厚度決定了柵條間隙和打桿與凹板篩的距離，主要影響花生脫殼機(jī)的脫凈率；花生果仁的寬度和厚度主要影響的是花生仁的破損率。從花生莢果及花生仁的直方圖（見圖2）和統(tǒng)計(jì)分析表（見表1）可以看出，花生莢果和果仁的長(zhǎng)度分布、寬度分布和厚度分布主要呈正態(tài)分布，莢果的平均長(zhǎng)度為39.85mm，主要分布在32～48mm之間，約占莢果總數(shù)的94%，；莢果的平均寬度為17.95mm，主要分布在15～22mm之間，約占莢果總數(shù)的92%；莢果的平均厚度為16.09mm，主要分布在14～18mm之間，約占莢果總數(shù)的93%。花生果仁的平均長(zhǎng)度為20.56mm，主要分布在16～26mm之間，約占莢果總數(shù)的95%；果仁的平均寬度為9.92mm，主要分布在8.5～15.5mm之間，約占莢果總數(shù)的95%；果仁的平均厚度為10.70mm，主要分布在9～13mm之間，約占莢果總數(shù)的95%。

由表2可以看到，花生莢果的殼厚主要在1.2～1.3mm之間，白沙花生屬于大粒花生，所以要選擇一個(gè)相對(duì)合適的風(fēng)機(jī)進(jìn)行果殼分離。

2.2 花生莢果及花生仁百粒重測(cè)定與統(tǒng)計(jì)

含水率對(duì)于花生脫殼效果及花生仁的破損有很大影響，所以研究百粒重時(shí)應(yīng)研究不同含水率下的百粒重，隨機(jī)選取4粒紅花生和白沙花生各500粒分別分為5組進(jìn)行調(diào)濕處理，用測(cè)量精度為0.001g的電子天平進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量出不同含水率下花生莢果及花生仁的百粒重，重復(fù)5次取平均值（見

2.3 花生彈性模量的測(cè)定

農(nóng)業(yè)物料學(xué)現(xiàn)已成為農(nóng)業(yè)工程方面的重要的應(yīng)用基礎(chǔ)理論學(xué)科，是一門在國(guó)際上發(fā)展較快的新興學(xué)科，使得農(nóng)業(yè)工程得到了深入發(fā)展，開拓了新的研究領(lǐng)域。其中農(nóng)產(chǎn)品力學(xué)，即流變力學(xué)特性是有關(guān)加工機(jī)械、工藝設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，可減少在收獲、加工、儲(chǔ)存、裝運(yùn)等環(huán)節(jié)的機(jī)械損傷，為新產(chǎn)品提供最佳途徑和參數(shù)[6-7]。所以，彈性模量對(duì)花生的收獲、加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的作用也很大，特別是對(duì)花生脫殼過程對(duì)花生的剝凈率和損傷率。

花生的彈性模量是由花生靜載下的加載力與變形關(guān)系得到的。

花生莢果破裂應(yīng)力σ的計(jì)算公式：

—發(fā)生的應(yīng)變。

選擇白沙花生若干進(jìn)行彈性模量的測(cè)量，用KH-35AS電熱恒溫干燥箱進(jìn)行含水率的測(cè)量，用物性分析儀進(jìn)行彈性模量的測(cè)量，根據(jù)脫殼效果選擇5個(gè)水平的含水率，試驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)量不同含水率下花生莢果及花生仁的彈性模量。可以看到，隨著含水率的增加花生莢果及花生仁的彈性模量越小，所以，含水率越大，花生莢果及花生仁破裂破損需要的應(yīng)力就越大。

3 結(jié)論

花生脫殼設(shè)計(jì)主要與花生莢果及花生仁的厚度有直接聯(lián)系，花生莢果寬度主要分布在15～22mm之間，厚度主要分布在14～18mm之間。花生仁寬度主要分布在8.5～15.5mm之間，厚度主要分布在9～13mm之間。其百粒重隨含水率的增加而增加。

花生莢果及花生仁的彈性模量隨著含水率的增加而減小，含水率越高，花生脫殼需要的應(yīng)力就越大。

參考文獻(xiàn)

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