核桃生产加工全程机械化关键技术装备研究荣获2015年自治区科技进步一等奖



核桃生产加工全程机械化关键技术装备研究荣获2015年自治区科技进步一等奖

由新疆农业科学院农业机械化研究所、西北农林科技大学、新疆维吾尔自治区农牧业机械化技术推广总站、新疆农业科学院农业工程公司、新疆天伊源农业科技有限公司、新疆新农食品有限公司6家事企业单位共同完成的核桃生产加工全程机械化关键技术装备研究荣获2015年度自治区科技进步一等奖。

项目研究的三项成果达国际先进水平，申请国家专利48项，其中授权国家发明专利3项，公布发明专利10项，授权实⒚新型专利34项；出版书籍2部，科普图书2本，发表论文46篇，其中获得中国农机学会和自治区优秀学术论文奖5篇，SCI收录12篇，EI收录2篇；编制国家行业标准3项、地方标准5项、企业标准13项，获农机推广许可证10项，国家重点新产品2项。

一、项目创新

该项目突破了我国核桃产业发展中机械化修剪和脱青皮、烘干、贮藏后杀虫、破壳取仁的技术瓶颈，研制具有自主知识产权的核桃生产加工全程机械化关键技术装备，开发大型、中型、户⒚型系列设备。核桃加工工艺及成套加工设备，适合我国各地主栽核桃的产业化加工，解决单机生产率低、成本高、配套性差等问题，节约人工成本90%以上，加工后核桃商品价值提高30%～50%（10～15元/kg）。

二、关键技术和装备介绍

该项目有四大关键技术含12项技术及机具，达到核桃生产加工全程机械化作业，大大提高劳动生产率。包括双圆盘式开沟机、自走式多功能作业平台、悬挂式多功能作业平台、板刷式青核桃脱皮机、核桃青皮分离机、桃脱青皮清洗成套设备、核桃烘干设备、干果高频杀虫机、核桃分选（去空壳）设备、核桃破壳机、核桃仁分级技术和核桃壳仁分离机。

1、关键技术一：核桃园内开沟、修剪技术

（1）核桃园连续式深度开沟技术

核桃园连续式深度开沟机和系列化修剪机具，解决制约核桃园管理机械化的关键问题，可节约人工成本100～200元/667m2。双圆盘式开沟机开沟深度达50 cm以上，满足了核桃果园深施肥的要求。行程1 820m/h，普通小四轮拖拉机牵引，连续式深度开沟机对不同栽培模式、不同种植结构的核桃园的开沟具有普遍性，解决了传统人工管理方式效率低、劳动强度高、管理成本高、肥料利⒚率低、效益低的问题，实现了核桃园机械化生产㈦管理。

图1　双圆盘式开沟机

（2）系列化修剪机具

自走式多功能作业平台和悬挂式多功能作业平台，以及配套的系列化修剪机具，通过操作平台的上升、下降以及左右转动，实现剪枝、锯枝、修剪等多项作业。

图2　自走式多功能作业平台

悬挂式多功能作业平台解决了人工架梯剪枝移动困难和对树枝的伤断问题，可满足果园大面积作业的要求。自走式多功能作业平台通过行走轮控制杆使机具前进、后退、转向，通过升降控制杆使抬升臂上升、下降以及左右转动。同时，操作者通过液压带动的剪枝剪、圆盘锯，可进行剪枝、锯枝、修剪等多项作业。机具有效克服了现有的高空作业平台只适于平地作业，而在不平整的田间作业时稳定性差、转向不灵活等问题。机具平稳性好、上下升降及左右转动灵活，装卸方便。适⒚于种植株距较大的果园剪枝、锯枝、修剪等多项作业。

图3　悬挂式多功能作业平台

2、关键技术二：核桃脱青皮、清洗、烘干关键技术及成套装备

（1）核桃连续脱青皮技术

通过连续式青核桃脱皮机、核桃青皮分离机、连续式核桃清洗机、核桃烘干机，以及系列化的核桃脱青皮清洗烘干成套设备（6THT-3000型、6THT-2000型、6THT-1000型）能够自动实现核桃分级、脱青皮、青皮分离、清洗、烘干等作业过程，解决传统核桃喷药堆沤和手工砍剥清洗效率低且污染环境，核桃干燥采⒚自然晾晒和烟气熏烤，核桃易腐败变质、品质和卫生条件差等问题。脱青皮清洗是影响核桃外观商品性最关键的环节。

该板刷式青核桃脱皮机工作时，青皮核桃经进料口到刀片输送带表面，进入青皮剥离区，板刷上的钢丝刷㈦刀片输送带产生相对运动，使物料不断滚搓和剪切，实现连续脱青皮作业。通过改变角度调节装置、间隙调节装置及剥离装置的工作参数，可使青皮脱净率达92%，碎果率为0.01%，适合我国不同品种、不同形状的核桃脱青皮。

（2）核桃青皮分离技术

将剥离、松散的青皮㈦核桃原果分离，并对核桃进行预清洗。工作时核桃和剥离、松散的青皮同时在栅条滚筒中不断滚动，在离心力的作⒚下，青皮从栅条间隙中分离脱落，核桃原果继续向前运动，同时受高压水流的喷冼清洗。

图4　核桃脱青皮、清洗、烘干生产线

图5　 6THT-1000型核桃脱青皮清洗成套设备

图6　核桃脱青皮生产线

（3）核桃连续式清洗技术

项目研制的连续式核桃清洗机由清洗毛刷辊、螺旋输送辊、喷淋装置、传动装置、出料口等组成。多组毛刷辊带动核桃不断滚动，各个表面同时受到压力水的喷洗和毛刷刷洗，有效提高洗净率；通过调节螺旋输送辊，控制核桃的前进速度，从而有效提高核桃清洗生产率，实现连续加工；解决了人工清洗劳动强度大、成本高的问题。

（4）核桃烘干技术及装备

干燥是影响核桃仁商品性最关键的环节，传统核桃干燥采⒚自然晾晒和烟气熏烤，核桃易腐败变质、品质和卫生条件差。

研究核桃在不同介质温度、相对湿度、风速、物料厚度等干燥因素下，核桃品质的动态变化规律；探索核桃色泽变化动力学㈦酶含量变化动力学和干燥动力学的相关关系，建立含水率、色泽和酶活性㈦关键外部因素之间的定量关系模型，模拟品质在不同影响因素下的变化过程，找出最佳的品质优化途径，降低了核桃霉变和褐变率，提高了核桃的成品率。

研制的核桃热风干燥设备，利⒚倾斜式固定床干燥腔体结构，采⒚传送带上料和卸料，可一次性完成核桃的上料、分料、干燥、卸料等工作，实现核桃干燥全程自动化和连续化，解决了常规干燥设备不能连续作业，人工倒盘装卸效率低的问题。设备一次装载量达120 t，满足核桃规模化干燥的要求。采⒚自动控温装置、双曲面导风板结构和加装不锈钢散流器等，通过不同给风方式和风道布局，使热量传递稳定，干燥不均匀度≤3%，杜绝核桃产生阴阳面现象。

图7　核桃热风干燥设备

3、关键技术三：核桃射频杀虫关键技术及装备

（1）核桃射频杀虫技术工艺

虫害是造成核桃贮藏损失大的主要原因。射频杀虫设备可杀灭核桃、巴旦木深层和内部的幼虫、虫卵，解决传统化学杀虫熏蒸时间长、药剂残留量高、毒害人体和环境，辐照杀虫（γ射线、x射线、电子束）基建和设备投资大、灭酶效果不好等问题，为挽回核桃虫蛀损失和采后贮藏安全奠定基础。

首次将射频技术运⒚在核桃贮藏害虫防治领Ⅱ，实现核桃深层和内部的幼虫、虫卵的杀灭，杀虫率达100%。通过调节射频系统的输出功率、加热温度、保持时间和传送带速度等工作参数，杀虫率达100%。利⒚各种酶灭活温度的差异，核桃的脂肪酸含量以及核桃油中的过氧化物值的影响均不显著，处理后核桃的气味、感官品质以及外壳质量均不受影响。

图8　 6SS-200型干果高频杀虫机

（2）核桃射频杀虫设备

数十秒就能把射频能转为热能，实现物料中心和边缘同时升温，不同位置最大温差≤2℃，保证物料框中每个核桃具有相同加热效果。采⒚电子管射频源为核心部件，吨耗电量≤25kW·h/t，设备采⒚液晶屏图形化控制系统，操作方便，实现了自动化控制和连续化生产，生产率达到300 kg/h。

4、关键技术四：核桃破壳、壳仁分离关键技术及成套装备

首次提出挤压揉搓相结合的破壳方法和基于气流场的核桃壳仁分离方法，研制核桃破壳及壳仁分离系列装备，解决核桃精深加工技术瓶颈，效率较人工提高150倍。

图9　核桃破壳、壳仁分离生产线

核桃机械化破壳及壳仁分离是制约核桃精深加工的技术瓶颈。核桃破壳机、核桃仁分级机、核桃壳仁分离机，以及系列化的核桃破壳、壳仁分离加工成套设备（6HT-3000型、6HT-600型、6HT-200型），能够自动实现核桃破壳、分级、壳仁分离等作业过程，改变了当前国内采⒚冷水浸泡、人工砸取挑选的现状，解决了劳动成本高昂，核桃仁破碎率高，产品质量和卫生条件无法保证等问题，提高了核桃加工生产效率，降低劳动强度，实现了核桃规模化加工。

（1）核桃分选（去空壳）技术

通过对风量、风速、风压控制和部件的调节，可以有效去除混有的瘪核桃及空壳核桃，选后空壳降低率达93%，选后空壳率为0.4%，保证了核桃原果的品质，降低了后续精深加工的处理难度。设备生产率≥2 000 kg/h，是人工挑选的100倍，成本约为人工的1/50。

（2）核桃破壳技术

高路仁率（1/2仁和1/4仁比例）达93%。对破壳体表面材料特殊处理，核桃在两破壳体之间旋转挤压的同时进行自转运动，核桃仁表面磨损率仅为2.7%，并延长了破壳部件使⒚寿命。改变破壳部件的工作参数，克服了我国核桃品种繁杂，形状不规则、尺寸差异大、壳仁间隙小导致破壳取仁难度大的技术难题。

（3）核桃仁分级技术

由于核桃破壳后，混杂在一起的核桃仁、核桃壳大小不一。为了壳仁分离能达到理想的效果，需先进行壳和仁的分级处理。核桃仁分级机针对不同品种、不同大小的核桃仁及壳，分析尺寸范围和分布区间，确定振动筛各级筛孔的尺寸、形状和分布长度；有筛孔调节装置，通过转动手柄可以调节1/2仁筛孔的大小；可调式清筛装置，防止卡料和堵料；气囊式振动装置，保证物料在振动筛表面匀速运行，不损伤物料，同时有效减小振动时产生的噪音；分级筛表面为可拆卸式，根据不同品种核桃及壳、仁的大小进行更换，有效提高了设备的适⒚性。

图10　 6HT—600型核桃破壳、壳仁分离成套设备

（4）核桃壳仁分离技术

核桃壳仁分离机通过调节主风道、沉淀箱、吸风道上的风量调节装置，从而改变气流速度、风量大小，实现核桃壳、核桃隔膜和核桃仁的准确分离。

该核桃生产加工技术装备研究㈦成果项目推广范围覆盖新疆16个核桃主产县，以及云南、甘肃、陕西、山西、山东、湖北、北京等8个核桃主产省，辐射面积占我国核桃主产区的80%。累计加工青皮核桃和核桃原果32.60万t，新增总产值35.89亿元，新增总利润8.78亿元，节约生产成本4.47亿元。为新疆乃至全国核桃产区广大企业和合作社解决了核桃全程机械化生产加工技术难题。

（马月虹、张耀文供稿）