花生荚果及花生仁物理特性研究

刘姗姗 杨亚洲 杨立权

摘 要：为了研究花生荚果及花生仁的物理特性，提高花生脱壳机的脱壳效果，以白沙花生为研究对象，对花生荚果及花生仁进行三轴尺寸、壳厚、百粒重的测量；采用物性分析仪对花生荚果及花生仁进行弹性模量的测量试验。结果表明：花生荚果长度主要分布在32～48mm之间，宽度主要分布在15～22mm之间，厚度主要分布在14～18mm之间。花生仁长度主要分布在16～26mm之间，宽度主要分布在8.5～15.5mm之间，厚度主要分布在9～13mm之间。花生荚果及花生仁的百粒重随含水率的增加而增加；花生荚果及花生仁的弹性模量随含水率的增加而减小。这些数据对花生脱壳机筛网大小、及其与打杆的距离、转速、风机等的设计有很大的帮助。

关键词：三轴尺寸；弹性模量；花生荚果；花生仁

中图分类号：S565.2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160431021

在农业生产方面，我国在世界上占有重要地位，随着花生的种植面积和产量的不断增加，国内对花生脱壳的效率和质量也更加关注。花生脱壳机的生产效率要比人工多10%～40%[1-3]，降低了作业者的劳动强度和生产成本、提高了花生的生产率、促进了花生加工业的发展，花生脱壳机脱壳质量的高低直接影响产品的后续加工以及花生的利用率、花生的品质、花生的价格。设备特性、脱壳工艺和加工对象等是花生脱壳质量的主要影响因素。脱壳设备的主要影响因素有花生脱壳机脱壳部件的结构形式、关键零部件材质的选用、结构的参数、关键零部件间的组配参数以及运动参数[4-5]；脱壳工艺主要包括脱壳前花生荚果的分级、花生荚果的干湿调配处理等。为了设计出更高质量的花生脱壳机，本研究对花生荚果及花生仁的外形尺寸及弹性模量进行测量，以期降低花生仁的破损率，为新型花生脱壳机的研制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设备

带壳的白沙花生作为试验材料，主要设备有物性分析仪（RTC-3020D，南京欧熙科贸有限公司）、电热恒温干燥箱（KH-35AS，康恒仪器有限公司）及电子天平（JA-5003，上海良平仪器仪表有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 花生荚果及花生仁三轴尺寸及花生荚果壳厚的测量

花生品种虽然相同，但是其外形尺寸也有很大的差异，对花生荚果和花生仁进行三轴尺寸的测量，三轴尺寸定义为：长度（x）、宽度（y）、厚度（z）。花生荚果长度是指沿花生棱线方向的最大尺寸，即x轴方向的尺寸；宽度是指与花生棱线平行方向的尺寸，即y轴方向的尺寸；厚度是指与花生棱线垂直方向的尺寸，即z轴方向的尺寸（见图1）。同理，花生仁的长度是指两子叶结合面方向的最大尺寸即x轴方向的尺寸；宽度是指与两子叶结合面平面的尺寸即y轴；厚度是指与两子叶结合面垂直方向的尺寸即z轴方向的尺寸，花生荚果和花生仁三轴尺寸坐标系如图所示。再用游标卡尺对花生壳的厚度进行测量，选择不用位置进行壳厚的测量，进行统计分析。

1.2 花生荚果及花生仁百粒重的测量

含水率对于花生脱壳效果及花生仁的破损有很大影响，所以研究百粒重时应研究不同含水率下的百粒重，随机选取白沙花生500粒分为5组进行调湿处理，用测量精度为0.001g的电子天平进行测量，测量出不同含水率下花生荚果及花生仁的百粒重，重复5次取平均值。

1.3 花生弹性模量的测定

含水率选定5个水平，用物性分析仪对花生荚果及花生仁进行静态压缩试验，记录下花生荚果及花生仁的加载力及弹性变形量，用电热恒温干燥箱进行含水率的测量，试验目的是测量不同含水率下花生荚果及花生仁的弹性模量。

2 结果与分析

2.1 花生荚果及花生仁三轴尺寸的测定与统计

由脱壳原理可以知道，三轴尺寸中影响花生脱壳的主要是花生荚果和果仁的宽度和厚度，花生荚果的宽度和厚度决定了栅条间隙和打杆与凹板筛的距离，主要影响花生脱壳机的脱净率；花生果仁的宽度和厚度主要影响的是花生仁的破损率。从花生荚果及花生仁的直方图（见图2）和统计分析表（见表1）可以看出，花生荚果和果仁的长度分布、宽度分布和厚度分布主要呈正态分布，荚果的平均长度为39.85mm，主要分布在32～48mm之间，约占荚果总数的94%，；荚果的平均宽度为17.95mm，主要分布在15～22mm之间，约占荚果总数的92%；荚果的平均厚度为16.09mm，主要分布在14～18mm之间，约占荚果总数的93%。花生果仁的平均长度为20.56mm，主要分布在16～26mm之间，约占荚果总数的95%；果仁的平均宽度为9.92mm，主要分布在8.5～15.5mm之间，约占荚果总数的95%；果仁的平均厚度为10.70mm，主要分布在9～13mm之间，约占荚果总数的95%。

由表2可以看到，花生荚果的壳厚主要在1.2～1.3mm之间，白沙花生属于大粒花生，所以要选择一个相对合适的风机进行果壳分离。

2.2 花生荚果及花生仁百粒重测定与统计

含水率对于花生脱壳效果及花生仁的破损有很大影响，所以研究百粒重时应研究不同含水率下的百粒重，随机选取4粒红花生和白沙花生各500粒分别分为5组进行调湿处理，用测量精度为0.001g的电子天平进行测量，测量出不同含水率下花生荚果及花生仁的百粒重，重复5次取平均值（见

2.3 花生弹性模量的测定

农业物料学现已成为农业工程方面的重要的应用基础理论学科，是一门在国际上发展较快的新兴学科，使得农业工程得到了深入发展，开拓了新的研究领域。其中农产品力学，即流变力学特性是有关加工机械、工艺设计的理论依据，可减少在收获、加工、储存、装运等环节的机械损伤，为新产品提供最佳途径和参数[6-7]。所以，弹性模量对花生的收获、加工、储存和运输过程中的作用也很大，特别是对花生脱壳过程对花生的剥净率和损伤率。

花生的弹性模量是由花生静载下的加载力与变形关系得到的。

花生荚果破裂应力σ的计算公式：

—发生的应变。

选择白沙花生若干进行弹性模量的测量，用KH-35AS电热恒温干燥箱进行含水率的测量，用物性分析仪进行弹性模量的测量，根据脱壳效果选择5个水平的含水率，试验目的是测量不同含水率下花生荚果及花生仁的弹性模量。可以看到，随着含水率的增加花生荚果及花生仁的弹性模量越小，所以，含水率越大，花生荚果及花生仁破裂破损需要的应力就越大。

3 结论

花生脱壳设计主要与花生荚果及花生仁的厚度有直接联系，花生荚果宽度主要分布在15～22mm之间，厚度主要分布在14～18mm之间。花生仁宽度主要分布在8.5～15.5mm之间，厚度主要分布在9～13mm之间。其百粒重随含水率的增加而增加。

花生荚果及花生仁的弹性模量随着含水率的增加而减小，含水率越高，花生脱壳需要的应力就越大。

参考文献

[1]高学梅. 打击揉搓式花生脱壳试验研究与关键部件优化设计[D].中国农业科学院，2012.

[2]易克传，张新伟，沈永哲，高连兴. 含水率对花生脱壳及花生仁破损力学性质的 影响[J]. 扬州大学学报（农业与生命科学版），2013（03）：65-69.

[3]刘明国. 花生脱壳与损伤机理及立锥式脱壳机研究[D].沈阳农业大学，2011.

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[5] 吕小莲，刘敏基，王海鸥，等.花生膜上播种技术及其设备研发进展[J].中国农机化，2012（1）：89-92.

[6]张黎华，张文，秦文，等。花生脱壳力学特性试验研究[J].视频科学，2010，31（13）：52-55.

[7]马学良，张海军，李素平。现代实验设计优化方法应用[M].郑州：郑州大学出版社，2007：121-159.