基于物理特性的花生脱壳装置优化方法分析

◎ 陆 荣

（辽宁生态工程职业学院电气工程学院，辽宁 沈阳 110122）

花生脱壳是花生加工的关键步骤之一，现有的脱壳设备普遍存在生产效率低、花生果仁破损率高、成本较高等问题。本文基于花生的物理特性，对花生脱壳装置的优化方法进行分析，以期提高脱壳效率和质量。通过对花生脱壳装置优化进行的研究和创新性思考，希望为花生加工行业提供更可行、高效和可持续的解决方案。

1 花生的物理特性及对脱壳过程的影响

花生的物理性能在其脱壳过程中起着至关重要的作用。为了深入理解这一点，我们需要探讨花生的基本结构特性。①花生荚果由果壳和果仁构成，它的果壳与果仁之间有一定间隙，不同品种的花生间隙量不尽相同。这种结构特性对脱壳过程产生了复杂的影响，在设计脱壳工具或机械时，既要有效地剥离果壳，又要尽可能减少对果仁的损害。②花生果壳和果仁的强度、刚性等物理特性是必须考虑的因素。其中，强度决定了果壳和果仁在受到外力时的抵抗程度；刚性是指材料的抗弯曲和抗形变能力。③花生壳中的纤维素和木质素使其具有一定的韧性和刚性[1]。这意味着在脱壳过程中，当施加的作用超过了果壳的压应力，果壳就会破损，但较小的位移不一定能够使果壳纤维完全断裂，导致果仁不能从果壳中顺利脱出；增大对果壳作用力又易使果仁受损。这一特性对于脱壳方法的选择至关重要，会对机械脱壳装置的设计产生直接影响。

此外，影响脱壳效果的物理因素还包括花生果仁的形状、大小等几何特性，以及壳与果仁之间的附着力等，这些因素都可能影响脱壳效果。例如，形状不规则的果仁可能会在脱壳过程中更容易被损坏，壳与果仁之间的附着力过大可能导致脱壳不彻底。因此，在选择脱壳方法时，我们需要全面考虑这些物理因素。这些特性决定了脱壳装置性能参数的选择和确定，会对脱壳效果产生直接的影响。

2 现有的花生脱壳方法及其问题

花生脱壳方式有人工脱壳和机械化脱壳。最传统的脱壳方法是人工手动脱壳。这是人类历史中最早的脱壳方式，几乎每一个地方的家庭或者小型农场都会使用。人工脱壳优点在于其简单且不需要额外的设备或能源投入，得到的花生果仁质量好，可用作育种或其他用途，但劳动强度大、效率低，对花生种植规模较大的农户来说负担很大。随着科技的发展，机械脱壳方法应运而生。采用机械脱壳，工作效率是人工作业的40倍以上甚至更高，不仅大大提高了效率，而且降低了人力投入，可以有效地缓解工人的劳动强度。因此，目前机械脱壳已经成为花生脱壳的主要方式。基于不同的花生脱壳原理，也形成了多种花生脱壳机械。然而，现有的机械脱壳装置与花生物理特性的合理匹配及有效应用还在探索阶段，仍存在脱净率低、损伤率高等问题，影响脱壳质量[2]。同时，在脱壳过程中，对果仁造成的损伤与破碎，使花生米易脱脂、霉变并易遭到黄曲霉毒素的侵染。因为关系到食品安全及质量，花生脱壳机械的优化对花生果仁的加工、出口和资源利用，都有十分重要的影响。

除了手动和传统挤压、揉搓式机械脱壳方法，还有一些其他的脱壳尝试。例如，一些研究已经探索了气爆式或者真空法脱壳和激光切割等方法。然而，气爆和真空脱壳方法需要特定的条件，例如，特定的温度、湿度、压力、材料等。用激光来逐个切割果实，试验显示几乎能够达到 100%的整仁率，但因其费用昂贵、效率低很难得以推广。这些都给其实际应用带来了挑战。这说明无论是手动的，还是机械的，或者其他的脱壳方法，都有各自的优点和限制，我们需要从全局的角度去审视这些方法，理解它们在实际应用中的效果，寻找更为优化的脱壳方法，或者在现有脱壳机械基础上进行设备参数的优化。在深入研究这些方法的问题和限制的同时，我们需要理解，任何一种脱壳方法都无法完全解决所有问题，每一种方法在特定的条件和环境下都有其优势和应用场景。因此，优化脱壳方法并不仅仅是寻找一种最好的脱壳方法，而是要根据不同的条件和需求，找到最适合的方法。同时要形成开放的思维，尝试和接受新的可能性，探索更优化的脱壳方法，提高脱壳效率，改善脱壳质量，降低成本，并减少对环境的影响。

3 花生脱壳技术优化路径分析

优化花生脱壳技术应以理解并适应花生的物理特性为基础，针对花生脱壳装置的关键部件进行参数优化，以获得更高的脱壳质量和效率。

3.1 基于几何特性优化

不同品种的花生形状尺寸有一定差异，脱壳机主要脱壳装置部件的间隙多为定值，难以适应多品种花生或多种作物的脱壳。脱壳机厂商多采用同一脱壳设备配有多个不同缝隙尺寸凹板筛的方式，操作烦琐、适应性差。因此，要想提高通用性和适应性，还需对脱壳机具关键部件的结构深入研究，探索新结构。例如，要考虑花生果仁形状和大小的差异，以及果壳与果仁间的附着力，尝试可调间隙脱壳装置，以适应不同品种花生脱壳，实现最优的脱壳效果。

3.2 基于力学特性优化

目前，脱壳机械的凹板筛栅条间隙和角度为固定不变的，其适应性不强，更换花生品种的同时需要更换筛和滚筒，否则将对果仁造成严重损伤。尝试设计可调栅条角度脱壳装置，能在保持高效率的同时，通过微调作用力度和方向，有效避免对果仁造成不必要的损害。

3.3 物料条件优化

利用先进的控制技术和设备，尝试调整物料条件，控制花生荚果含水率，通过精确调控脱壳过程中的温度和湿度，使其达到最佳状态，从而提高脱壳效率。

3.4 工作流程优化

目前，大部分花生脱壳机需要手工上料，手动调节流量，劳动量大，脱壳粉尘量大，操作环境恶劣，能够自动上料、更清洁、更人性化的花生脱壳机是未来的发展方向。

3.5 试验方法优化

在理论研究的基础上，需要设计并进行试验，将理论应用到实践中，通过实践来检验和改进理论与方法。这种理论与实践的结合，不仅可以帮助更好地理解和掌握花生的脱壳过程，而且可以帮助发现和解决实际操作中可能出现的问题，进一步优化脱壳方法[3-4]。

4 优化方法的效果评估

在探索基于物理特性的花生脱壳方法优化之后，我们需要评估这些优化方法的效果。在进行效果评估时，可以从多个角度进行全面分析，包括脱壳效率的提升、脱壳质量的改善、成本效益分析以及环境影响等方面进行评估。

改善脱壳质量是首要目标。高质量的脱壳不仅意味着保持果仁的完整性，还包括花生壳的完全去除。通过优化的脱壳方法，能够最大限度地减少花生果仁破损，提高整体花生的产出。为了评估脱壳质量，可以通过比较优化前后的脱净率和果仁损伤率来进行量化。此外，也可以利用统计学的方法，例如回归分析，确定各种因素对脱壳效率的影响程度，从而指导进一步优化脱壳方法[5]。

提升脱壳效率是脱壳机械重要的评价指标。借助先进的脱壳机械和精细的环境控制，能在最短的时间内处理最大数量的花生。为了量化脱壳效率的提升，可以设计试验来比较优化前后的脱壳速度和处理能力。

分析成本效益是优化工作的关键环节，它直接关系到优化方法是否具有实际的应用价值。在分析成本效益时，我们需要计算优化方法的实施成本，包括新型脱壳机械的研发和制造成本、环境控制设备的安装和运行成本，以及新技术的学习和培训成本。然后，需要比较这些成本与通过提高脱壳效率和改善脱壳质量所带来的经济收益，以确定优化方法是否具有经济效益。

评估环境影响是不容忽视的一个环节。在追求脱壳效率和质量的同时，必须确保对环境不会造成影响，包括考虑脱壳过程中的能源消耗、噪声污染、废弃物处理等环境问题。为此，我们需要借助环境科学的理论和方法，评估优化后的方法对环境产生的影响，并尝试找到减小这些影响的途径。

5 结语

本文基于物理特性的花生脱壳装置优化方法分析，以花生物理特性为基础，分析了当前花生机械脱壳方法的优势与不足，探索了对花生脱壳装置进行优化的方法，为进一步推动农业生产效率的提高和经济效益的增长，提供了宝贵的实践经验和理论依据。未来，随着研究的不断深入，技术的不断优化和成熟，将为农业发展注入更强的动力，对农业生产和农业经济产生深远影响。