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核桃生產(chǎn)加工全程機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究榮獲2015年自治區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)

由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、西北農(nóng)林科技大學(xué)、新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站、新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程公司、新疆天伊源農(nóng)業(yè)科技有限公司、新疆新農(nóng)食品有限公司6家事企業(yè)單位共同完成的核桃生產(chǎn)加工全程機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究榮獲2015年度自治區(qū)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目研究的三項(xiàng)成果達(dá)國際先進(jìn)水平，申請(qǐng)國家專利48項(xiàng)，其中授權(quán)國家發(fā)明專利3項(xiàng)，公布發(fā)明專利10項(xiàng)，授權(quán)實(shí)⒚新型專利34項(xiàng)；出版書籍2部，科普?qǐng)D書2本，發(fā)表論文46篇，其中獲得中國農(nóng)機(jī)學(xué)會(huì)和自治區(qū)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)5篇，SCI收錄12篇，EI收錄2篇；編制國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)、地方標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)，獲農(nóng)機(jī)推廣許可證10項(xiàng)，國家重點(diǎn)新產(chǎn)品2項(xiàng)。

一、項(xiàng)目創(chuàng)新

該項(xiàng)目突破了我國核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展中機(jī)械化修剪和脫青皮、烘干、貯藏后殺蟲、破殼取仁的技術(shù)瓶頸，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核桃生產(chǎn)加工全程機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)裝備，開發(fā)大型、中型、戶⒚型系列設(shè)備。核桃加工工藝及成套加工設(shè)備，適合我國各地主栽核桃的產(chǎn)業(yè)化加工，解決單機(jī)生產(chǎn)率低、成本高、配套性差等問題，節(jié)約人工成本90%以上，加工后核桃商品價(jià)值提高30%～50%（10～15元/kg）。

二、關(guān)鍵技術(shù)和裝備介紹

該項(xiàng)目有四大關(guān)鍵技術(shù)含12項(xiàng)技術(shù)及機(jī)具，達(dá)到核桃生產(chǎn)加工全程機(jī)械化作業(yè)，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。包括雙圓盤式開溝機(jī)、自走式多功能作業(yè)平臺(tái)、懸掛式多功能作業(yè)平臺(tái)、板刷式青核桃脫皮機(jī)、核桃青皮分離機(jī)、桃脫青皮清洗成套設(shè)備、核桃烘干設(shè)備、干果高頻殺蟲機(jī)、核桃分選（去空殼）設(shè)備、核桃破殼機(jī)、核桃仁分級(jí)技術(shù)和核桃殼仁分離機(jī)。

1、關(guān)鍵技術(shù)一：核桃園內(nèi)開溝、修剪技術(shù)

（1）核桃園連續(xù)式深度開溝技術(shù)

核桃園連續(xù)式深度開溝機(jī)和系列化修剪機(jī)具，解決制約核桃園管理機(jī)械化的關(guān)鍵問題，可節(jié)約人工成本100～200元/667m2。雙圓盤式開溝機(jī)開溝深度達(dá)50 cm以上，滿足了核桃果園深施肥的要求。行程1 820m/h，普通小四輪拖拉機(jī)牽引，連續(xù)式深度開溝機(jī)對(duì)不同栽培模式、不同種植結(jié)構(gòu)的核桃園的開溝具有普遍性，解決了傳統(tǒng)人工管理方式效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度高、管理成本高、肥料利⒚率低、效益低的問題，實(shí)現(xiàn)了核桃園機(jī)械化生產(chǎn)㈦管理。

圖1　雙圓盤式開溝機(jī)

（2）系列化修剪機(jī)具

自走式多功能作業(yè)平臺(tái)和懸掛式多功能作業(yè)平臺(tái)，以及配套的系列化修剪機(jī)具，通過操作平臺(tái)的上升、下降以及左右轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪枝、鋸枝、修剪等多項(xiàng)作業(yè)。

圖2　自走式多功能作業(yè)平臺(tái)

懸掛式多功能作業(yè)平臺(tái)解決了人工架梯剪枝移動(dòng)困難和對(duì)樹枝的傷斷問題，可滿足果園大面積作業(yè)的要求。自走式多功能作業(yè)平臺(tái)通過行走輪控制桿使機(jī)具前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向，通過升降控制桿使抬升臂上升、下降以及左右轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，操作者通過液壓帶動(dòng)的剪枝剪、圓盤鋸，可進(jìn)行剪枝、鋸枝、修剪等多項(xiàng)作業(yè)。機(jī)具有效克服了現(xiàn)有的高空作業(yè)平臺(tái)只適于平地作業(yè)，而在不平整的田間作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性差、轉(zhuǎn)向不靈活等問題。機(jī)具平穩(wěn)性好、上下升降及左右轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，裝卸方便。適⒚于種植株距較大的果園剪枝、鋸枝、修剪等多項(xiàng)作業(yè)。

圖3　懸掛式多功能作業(yè)平臺(tái)

2、關(guān)鍵技術(shù)二：核桃脫青皮、清洗、烘干關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備

（1）核桃連續(xù)脫青皮技術(shù)

通過連續(xù)式青核桃脫皮機(jī)、核桃青皮分離機(jī)、連續(xù)式核桃清洗機(jī)、核桃烘干機(jī)，以及系列化的核桃脫青皮清洗烘干成套設(shè)備（6THT-3000型、6THT-2000型、6THT-1000型）能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)核桃分級(jí)、脫青皮、青皮分離、清洗、烘干等作業(yè)過程，解決傳統(tǒng)核桃噴藥堆漚和手工砍剝清洗效率低且污染環(huán)境，核桃干燥采⒚自然晾曬和煙氣熏烤，核桃易腐敗變質(zhì)、品質(zhì)和衛(wèi)生條件差等問題。脫青皮清洗是影響核桃外觀商品性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

該板刷式青核桃脫皮機(jī)工作時(shí)，青皮核桃經(jīng)進(jìn)料口到刀片輸送帶表面，進(jìn)入青皮剝離區(qū)，板刷上的鋼絲刷㈦刀片輸送帶產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使物料不斷滾搓和剪切，實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫青皮作業(yè)。通過改變角度調(diào)節(jié)裝置、間隙調(diào)節(jié)裝置及剝離裝置的工作參數(shù)，可使青皮脫凈率達(dá)92%，碎果率為0.01%，適合我國不同品種、不同形狀的核桃脫青皮。

（2）核桃青皮分離技術(shù)

將剝離、松散的青皮㈦核桃原果分離，并對(duì)核桃進(jìn)行預(yù)清洗。工作時(shí)核桃和剝離、松散的青皮同時(shí)在柵條滾筒中不斷滾動(dòng)，在離心力的作⒚下，青皮從柵條間隙中分離脫落，核桃原果繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受高壓水流的噴冼清洗。

圖4　核桃脫青皮、清洗、烘干生產(chǎn)線

圖5　 6THT-1000型核桃脫青皮清洗成套設(shè)備

圖6　核桃脫青皮生產(chǎn)線

（3）核桃連續(xù)式清洗技術(shù)

項(xiàng)目研制的連續(xù)式核桃清洗機(jī)由清洗毛刷輥、螺旋輸送輥、噴淋裝置、傳動(dòng)裝置、出料口等組成。多組毛刷輥帶動(dòng)核桃不斷滾動(dòng)，各個(gè)表面同時(shí)受到壓力水的噴洗和毛刷刷洗，有效提高洗凈率；通過調(diào)節(jié)螺旋輸送輥，控制核桃的前進(jìn)速度，從而有效提高核桃清洗生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工；解決了人工清洗勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高的問題。

（4）核桃烘干技術(shù)及裝備

干燥是影響核桃仁商品性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)核桃干燥采⒚自然晾曬和煙氣熏烤，核桃易腐敗變質(zhì)、品質(zhì)和衛(wèi)生條件差。

研究核桃在不同介質(zhì)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、物料厚度等干燥因素下，核桃品質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；探索核桃色澤變化動(dòng)力學(xué)㈦酶含量變化動(dòng)力學(xué)和干燥動(dòng)力學(xué)的相關(guān)關(guān)系，建立含水率、色澤和酶活性㈦關(guān)鍵外部因素之間的定量關(guān)系模型，模擬品質(zhì)在不同影響因素下的變化過程，找出最佳的品質(zhì)優(yōu)化途徑，降低了核桃霉變和褐變率，提高了核桃的成品率。

研制的核桃熱風(fēng)干燥設(shè)備，利⒚傾斜式固定床干燥腔體結(jié)構(gòu)，采⒚傳送帶上料和卸料，可一次性完成核桃的上料、分料、干燥、卸料等工作，實(shí)現(xiàn)核桃干燥全程自動(dòng)化和連續(xù)化，解決了常規(guī)干燥設(shè)備不能連續(xù)作業(yè)，人工倒盤裝卸效率低的問題。設(shè)備一次裝載量達(dá)120 t，滿足核桃規(guī)?；稍锏囊?。采⒚自動(dòng)控溫裝置、雙曲面導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)和加裝不銹鋼散流器等，通過不同給風(fēng)方式和風(fēng)道布局，使熱量傳遞穩(wěn)定，干燥不均勻度≤3%，杜絕核桃產(chǎn)生陰陽面現(xiàn)象。

圖7　核桃熱風(fēng)干燥設(shè)備

3、關(guān)鍵技術(shù)三：核桃射頻殺蟲關(guān)鍵技術(shù)及裝備

（1）核桃射頻殺蟲技術(shù)工藝

蟲害是造成核桃貯藏?fù)p失大的主要原因。射頻殺蟲設(shè)備可殺滅核桃、巴旦木深層和內(nèi)部的幼蟲、蟲卵，解決傳統(tǒng)化學(xué)殺蟲熏蒸時(shí)間長、藥劑殘留量高、毒害人體和環(huán)境，輻照殺蟲（γ射線、x射線、電子束）基建和設(shè)備投資大、滅酶效果不好等問題，為挽回核桃蟲蛀損失和采后貯藏安全奠定基礎(chǔ)。

首次將射頻技術(shù)運(yùn)⒚在核桃貯藏害蟲防治領(lǐng)Ⅱ，實(shí)現(xiàn)核桃深層和內(nèi)部的幼蟲、蟲卵的殺滅，殺蟲率達(dá)100%。通過調(diào)節(jié)射頻系統(tǒng)的輸出功率、加熱溫度、保持時(shí)間和傳送帶速度等工作參數(shù)，殺蟲率達(dá)100%。利⒚各種酶滅活溫度的差異，核桃的脂肪酸含量以及核桃油中的過氧化物值的影響均不顯著，處理后核桃的氣味、感官品質(zhì)以及外殼質(zhì)量均不受影響。

圖8　 6SS-200型干果高頻殺蟲機(jī)

（2）核桃射頻殺蟲設(shè)備

數(shù)十秒就能把射頻能轉(zhuǎn)為熱能，實(shí)現(xiàn)物料中心和邊緣同時(shí)升溫，不同位置最大溫差≤2℃，保證物料框中每個(gè)核桃具有相同加熱效果。采⒚電子管射頻源為核心部件，噸耗電量≤25kW·h/t，設(shè)備采⒚液晶屏圖形化控制系統(tǒng)，操作方便，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)率達(dá)到300 kg/h。

4、關(guān)鍵技術(shù)四：核桃破殼、殼仁分離關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備

首次提出擠壓揉搓相結(jié)合的破殼方法和基于氣流場的核桃殼仁分離方法，研制核桃破殼及殼仁分離系列裝備，解決核桃精深加工技術(shù)瓶頸，效率較人工提高150倍。

圖9　核桃破殼、殼仁分離生產(chǎn)線

核桃機(jī)械化破殼及殼仁分離是制約核桃精深加工的技術(shù)瓶頸。核桃破殼機(jī)、核桃仁分級(jí)機(jī)、核桃殼仁分離機(jī)，以及系列化的核桃破殼、殼仁分離加工成套設(shè)備（6HT-3000型、6HT-600型、6HT-200型），能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)核桃破殼、分級(jí)、殼仁分離等作業(yè)過程，改變了當(dāng)前國內(nèi)采⒚冷水浸泡、人工砸取挑選的現(xiàn)狀，解決了勞動(dòng)成本高昂，核桃仁破碎率高，產(chǎn)品質(zhì)量和衛(wèi)生條件無法保證等問題，提高了核桃加工生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了核桃規(guī)?；庸?。

（1）核桃分選（去空殼）技術(shù)

通過對(duì)風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓控制和部件的調(diào)節(jié)，可以有效去除混有的癟核桃及空殼核桃，選后空殼降低率達(dá)93%，選后空殼率為0.4%，保證了核桃原果的品質(zhì)，降低了后續(xù)精深加工的處理難度。設(shè)備生產(chǎn)率≥2 000 kg/h，是人工挑選的100倍，成本約為人工的1/50。

（2）核桃破殼技術(shù)

高路仁率（1/2仁和1/4仁比例）達(dá)93%。對(duì)破殼體表面材料特殊處理，核桃在兩破殼體之間旋轉(zhuǎn)擠壓的同時(shí)進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，核桃仁表面磨損率僅為2.7%，并延長了破殼部件使⒚壽命。改變破殼部件的工作參數(shù)，克服了我國核桃品種繁雜，形狀不規(guī)則、尺寸差異大、殼仁間隙小導(dǎo)致破殼取仁難度大的技術(shù)難題。

（3）核桃仁分級(jí)技術(shù)

由于核桃破殼后，混雜在一起的核桃仁、核桃殼大小不一。為了殼仁分離能達(dá)到理想的效果，需先進(jìn)行殼和仁的分級(jí)處理。核桃仁分級(jí)機(jī)針對(duì)不同品種、不同大小的核桃仁及殼，分析尺寸范圍和分布區(qū)間，確定振動(dòng)篩各級(jí)篩孔的尺寸、形狀和分布長度；有篩孔調(diào)節(jié)裝置，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄可以調(diào)節(jié)1/2仁篩孔的大小；可調(diào)式清篩裝置，防止卡料和堵料；氣囊式振動(dòng)裝置，保證物料在振動(dòng)篩表面勻速運(yùn)行，不損傷物料，同時(shí)有效減小振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音；分級(jí)篩表面為可拆卸式，根據(jù)不同品種核桃及殼、仁的大小進(jìn)行更換，有效提高了設(shè)備的適⒚性。

圖10　 6HT—600型核桃破殼、殼仁分離成套設(shè)備

（4）核桃殼仁分離技術(shù)

核桃殼仁分離機(jī)通過調(diào)節(jié)主風(fēng)道、沉淀箱、吸風(fēng)道上的風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置，從而改變氣流速度、風(fēng)量大小，實(shí)現(xiàn)核桃殼、核桃隔膜和核桃仁的準(zhǔn)確分離。

該核桃生產(chǎn)加工技術(shù)裝備研究㈦成果項(xiàng)目推廣范圍覆蓋新疆16個(gè)核桃主產(chǎn)縣，以及云南、甘肅、陜西、山西、山東、湖北、北京等8個(gè)核桃主產(chǎn)省，輻射面積占我國核桃主產(chǎn)區(qū)的80%。累計(jì)加工青皮核桃和核桃原果32.60萬t，新增總產(chǎn)值35.89億元，新增總利潤8.78億元，節(jié)約生產(chǎn)成本4.47億元。為新疆乃至全國核桃產(chǎn)區(qū)廣大企業(yè)和合作社解決了核桃全程機(jī)械化生產(chǎn)加工技術(shù)難題。

（馬月虹、張耀文供稿）