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1、1【摘 要】 本报告用 INSTRON 压力机分别对不同含水率的香榧壳的两个不同位置（壳与壳眼各为 15 颗）受载的破坏载荷、变形、裂壳方式等力学特性进行实验测量；又用INSTRON 压力机分别对不同含水率的香榧仁受载的破坏载荷、变形、裂壳方式等力学特性进行实验测量；并测定了不同含水率的香榧壳与仁的悬浮速度等参数，最终获得了各含水率下的香榧壳与仁相对应的最大破坏力及其对应的最大位移，各含水率下的香榧壳与仁的悬浮速度，并制作成相应的图表，完成了对香榧主要物理特性的分析。关键词 香榧 物理特性 力学特性 Research on Physical Property of Chinese Torrey
2、aAbstractIn this paper, the experimental results on physical property of Chinese torreya was introduced and analyzed. The measured data included the outer size of Chinese torreya and its nutlet, the thickness of shell, the clearance between shell and nutlet,and also measured the compressive crushing
3、 loads , deformation, typical crack congurations in a nutshell and so on. To analyze the relationship between physical and mechanical .The test results showed that Chinese torreya should be ruptured at the least diameter of the biggest section. at the same time, that simulated linearity equation bet
4、ween rupture force ,deformation and physical property of Chinese torreya.Key words : Chinese torreya ,physical property , mechanical property2香 榧 脱 壳 的 物 理 特 性 分 析第一章 总论1-1、引言（一） 、香榧概述、香榧的成分及功效香榧种子胚乳含油 40%，蛋白质 10%，碳水化合物 28%，榨出油为淡黄色，有香味，营养价值高于花生右，是纯天然绿色食品。炒食干果松脆可口，营养丰富，香味独特，深受消费者的欢迎，目前市场每公斤高达 160 元。香
5、榧的假种皮含柠檬醛 1.43%，芳樟脂 1.7%,可提取芳香油.香榧果衣可驱蛔虫，故食用时不必细加去衣。据本草纲目记载，香榧具有“治五痔，去三虫蛊毒，鬼痔恶毒” ， “疗寸白虫，消古，助筋骨，行营卫，明目轻身，令人能食” ， “治咳嗽白浊， 助阳道” ， “止咳、润肺、消痔、明目，治小儿遗尿”等功能。、国内种植范围及产销现状香榧系第三遗植物，为我国特产。分布于长江流域以南的浙江、江苏、安徽、江西、湖南、湖北、四川、云南、贵州 10 个省区，分布于10001600 米的林区，多与杉木，马尾松，金钱松混生。作为人工栽培，目前以浙江，安徽最多。据近年统计，浙江全省约有 2.1 万亩，年产量 1404
6、90 吨，占全国产量的 70以上，其中诸暨最多，占全省产量的 6070，品质也最3佳。其他新登，孝丰也有生产。诸暨以枫桥区东溪乡，陈蔡区斯宅乡最集中。尤其东溪乡，200 米以上至 1000 米以下山地种植的最多。 （二）、开发利用现状及市场前景香榧是果用、油用、材用、绿化、观赏等多用途的优良经济树种，具有寿命长、栽培易、市场俏、收益高的特点。一直来市场紧俏，价格居高不下，是产地农民的“摇钱树”，发展香榧生产是山区农民脱贫致富奔小康的重要途径之一。香榧的种仁可入药或榨油食用。其仁含油率达 45，以不饱和脂肪酸为主，是优质保健食用油。入药具有化痰、止咳、润肺、驱虫、通便、解积、强身等疗效。目前，我
7、国香 榧 的 加 工 主要是传统的炒制成各式美味的干果。品种单一，食用不便，不 卫 生 ， 已 不 能 满 足 消 费 者 、 特 别 是 出 口 的 需 要 。研 究 开 发 香榧脱壳去种衣成套设备就成为香 榧 特 色 产 业 进 一 步 发 展 的关 键 性 技 术 。 为了设计出性能优良的香 榧 加工设备，首先必须对香 榧 、榧 仁和榧 壳的有关物理特性，如外形尺寸、榧 壳的厚度、榧 仁和榧 壳的间隙、破坏载荷及变形等作大量的测定和研究，以确定香 榧 加工时所需的分级数，及破壳和壳仁分离的最佳方案。从以上的工艺看出，对于工业化生产香榧食品，脱壳工序是不可缺少的，而作为菜肴食品的香榧无不需
8、要脱壳，因此研究有效的脱壳方法具有很重要的意义。随着香榧研究和开发的日益深入，科研与生产中的问题也日益突出。香榧深加工开发严重滞后于市场需求。虽然对香榧的利用有了长足进展，但是香榧加工的产业化还很不足，香榧开发利用中关键的脱壳工序还主要由手工来完成，不仅费时费力，而且严重影响了质量和效率以及香榧的综合利用4能力。随着我国香榧种植面积不断扩大，香榧采后保鲜和减少损失的问题日益突出。贮藏过程中存在种仁、中种皮的霉变及种仁硬化等主要问题。种子采收后，随贮藏时间延长，胚不断发育，导致苦味增加，所有这些都会使香榧特有的糯香味减少，复水性差，营养物质减少，甚至产生有毒物质，降低或丧失食用或药用品质。香榧的
9、不耐储藏性也要求采取更加高效的加工方式来减少损失， 。综上所述，无论是从提高香榧综合利用能力方面还是从香榧深加工产品不可或缺的工序来看，提高香榧脱壳的效率和质量，都有重要的现实意义。另一方面，香榧脱壳机械至今在国内外都还是一个空白。由于香榧的几何和物理特性，香榧的高效率机械化脱壳困难很大，香榧脱壳机制和脱壳机构原理研究也还是个空白。因此，这方面的研究也极具学术意义。1-2坚果脱壳研究的国内外现状(一)坚果物理特性研究进展2002 年张昌松.的板栗脱壳技术与设备的研究，通过实验研究指出在对板栗外壳特点及传统脱壳方法进行分析后，提出了真空爆壳的脱壳新技术2003 年王灵军研究白果破壳的有限元受力分
10、析及其脱壳设备调试与改进，杏仁的果壳和果仁是不同的材料，其弹性模量是参考木材的弹性模量的出的，将果壳作为线弹性正交各向异性材料研究对象，实验指出白果的果壳在受力破坏时呈脆性，没有延展性，在各种加载方式下裂痕的产生部位和扩展方式是不同，同时采用不同的加载方式，是果壳开裂5的平均压力不同，并与加载速度有关。采用不同形状和材质的型槽，白果所受到挤压力，切割力和摩檫力发生变化，对应产生不同的破壳和脱壳效果。在适当的工艺条件下，白果壳被破坏成多片并与果仁分离，从而获得较好的脱壳效果。2004 年郭瑞琴、刘竹丽的新型食用杏核脱壳装置中,分析杏核的几何特征,杏核沿厚度方向有上下对称的结合面,杏仁与外壳间有较
11、大的间隙,厚度方向尺寸较小,长度和宽度方向尺寸较大,外形呈扁平状态,外壳在长度宽度平面内两边厚中心薄,从力学上来讲,扁平状的物体在扁平平面内定位容易,具有结合面特征的物体在结合面处最易分离.得到杏仁在扁平状的长宽平面内定位容易,杏核在厚度方向最高处核杏核两结合结合面处强度交低的结论.满足脱壳率和整仁率为目的,设计了侧边挤压破壳方式的新型杏核脱壳机。香榧作为中国的特产，目前国内有较多的研究。在国外结构与香榧类似的如：杏仁、酪脂果、孜然芹果、西非牛油树烃果有较多的研究。由于其在结构与性能上有很大的相似性。其加工脱壳方面涉及的问题具有某些相似性。1999 年 RongLiu;C.H.Wang;R.G
12、.Bathgate 在两块刚性平板的接触载荷作用下的断裂的澳洲坚果的裂痕分析中，在理论上和数值上对由两块刚性平板压紧下的断裂的坚果壳的裂痕情况进行研究。根据由线形薄壳原理发展而来的断裂闭合原理：裂壳的应力强度因素由断裂长度决定。壳上的两种典型的断裂形状，分别根据载荷面定义为垂直断裂和水平断裂。理论解释同有限元分析证明了应力强度随着壳厚度的变化而变化62000年R.K. Gupta和S.K. Das的瓜子在压力载荷作用下的破坏阻力,研究指出在不同的湿度条件下,载荷方向的改变,形变,破坏阻力之间的关系。2005 年 K. VURSAVUS和 F.OXGUVEN研究松果在两块平板作用产生的压力载荷下
13、开始碎裂.实验在五种湿度条件下进行,两种方向(水平和垂直).松果垂直放置,在主轴上作用水平方向的载荷.在水平载荷下,松果水平放置受载.松果壳的物理特性如:质量.尺寸.直径.形状.表面积.壳的厚度.在湿度条件逐渐增加条件下,坚果的压力在水平和垂直方向上都减少.作用点的形变及水平和垂直方向压力的大小随着湿度的增加减小,在水平方向上固定值随着湿度的增加而减少,但垂直方向上当湿度条件达到 23.53%时停止减少.特别地,在所有的湿度条件下,总是有核的破损趋势随着水平载荷变化.结果为工程师设计破壳机提供了有用的数据.（二）坚果的脱壳加工现状现有的坚果脱壳方法主要包括化学方法脱壳、物理方法脱壳和机械方式脱
14、壳等。机械方式脱壳:这是目前坚果的最常见的脱壳方式。采用机械来施加机械力，使果实的外壳在外力的作用下破坏，并采用机械方式来实现滚、搓、碾等动作从而脱去果实的外壳。目前开发出的绝大部分设备都是采用机械方式来脱壳的，如花生、沙棘籽、咖啡豆、瓜子等的脱壳设备。常用的机械脱壳方式又可以分成:对辊碾压方式、平磨方式、挤压方式、平板碾压方式、刀片切割方式等。7对辊碾压方式:采用相向运动的2个或多个辊子来实现果实的分级和破壳。如中国农业大学研制的杏核破壳机，利用3对分级锥辊和一对轧辊，可同时实现杏核的分级和破壳。加工时，首先按杏核厚度采用一对反向转动的圆锥辊进行分级。锥辊轴线与水平面有一定的倾角，便于杏核向
15、下运动。锥辊的间隙由小到大，以便分级。分级后的杏核进入阶梯形(以适应不同级别的杏核)的轧辊破壳。北京工业大学也研制了杏核破壳机，其利用5道筛板组成分级筛，再由2根直径相同的辊子组成对辊破壳机来破壳。东北重型工业学院研制的SZ-1型松籽脱壳机也是这方面的代表。平磨方式:采用2个平行的相对运动的磨片来实现果实的脱壳。如吉平等采用平磨法研制的沙棘籽脱壳装置，沙棘籽喂入后处于自然放置的平躺状态，两磨片作相对转动时使沙棘籽壳受方向相反的两个摩捺力作用，因力沿果壳纵向长轴方向，故易于沙棘籽脱壳，吴子岳研制的绵核桃脱壳装置，利用的是一种变形的平磨脱壳方式，采用双齿盘齿板方法脱壳，齿盘和弧齿板的斜面角度为45
16、度，长度为8mm ，在倒角面上分布着一定尺寸的小齿。当绵核桃喂入到啧剥装置时齿盘的旋转带动绵核桃边旋转边向里挤入，一定间距的齿尖不断地沿着壳表面磕压，使得裂纹不断扩展部分壳和仁掉离出来，最后壳完全破碎，壳和仁通过最小间隙向下掉出来。此外还有郭明康研制的油菜籽脱壳机等也属于这一类。挤压方式:单纯利用挤压力来破壳，犹如岩石粉碎机。平板碾压方式:让待脱壳的果实在两平板之间运动，两平板之间有一定的夹角，果实在运动过程中受到碾压、揉、搓等作用，从而实现脱壳。8还有一种碾压的变形方式，就是将其中一个平板改成辊子，如张嘉玉等研制的橡胶滚筒橡胶直板脱壳装置网。刀片切割方式:一种是利用刀片在待脱壳的果实表面划上很多刀痕而切割外壳，果仁同时运用揉、搓等作用来完成脱壳。一种是直接利用刀片来切割开果壳得果仁。前一种切割方式中，浙江大学郑传祥研制的板栗脱壳机就是很好的代表。该脱壳机是一种利用高速刀具不断切除板栗外壳的机械。首先将板栗破壳，板栗在不断行进中壳被不断切削掉或打掉，其切割量可据板栗
