全 文 ：第 29卷 第 1期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.1
26 2013年 1月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2013

刀豆脱壳机构的设计与试验
李 君 1,2，陆华忠 1,2※，杨 洲 1,2，陈梓良 1，黄洁聪 1
（1. 华南农业大学工程学院，广州 510642； 2. 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术
教育部重点实验室，广州 510642）

摘 要：为实现刀豆的机械化脱壳，设计了一种齿形轧辊式脱壳机构。该机构利用挤压和剪切复合产生撕搓效应
的原理进行脱壳，通过调整脱壳轧辊对的轴心距，可适应不同品种、形状和尺寸荚果的加工。为确定脱壳机构的
最佳工作参数，在分析其结构特点和脱壳工作原理的基础上，对研制样机进行了四因素混合水平的正交试验研究。
根据因素的不同搭配对脱净率和损伤率的综合影响效果，采用综合评分法得出影响指标的主次因素排列顺序为刀
豆品种、双辊间隙、双辊转速、辊面材料。试验结果表明，最佳作业参数条件：刀豆品种为矮生刀豆、双辊转速
为 25 r/min、双辊间隙为 18 mm、辊面材料为橡胶。研究结果可为刀豆脱壳机的整体设计与优化提供重要依据。
关键词：农业机械，设计，试验，刀豆，脱壳机构，脱净率，损伤率
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.01.004
中图分类号：S226.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-01-0026-07
李 君，陆华忠，杨 洲，等. 刀豆脱壳机构的设计与试验[J]. 农业工程学报，2013，29(1)：26－32.
Li Jun, Lu Huazhong, Yang Zhou, et al. Design and experiment of Canavalia shelling mechanism[J]. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 26－32. (in Chinese with English
abstract)

0 引 言
在不影响主作物前期生长的前提下，选择适用
豆类品种进行间套种，可提高土地的利用率、促进
间作作物生长、增加复种指数、降低病虫害的危害
和提高土壤肥力。间套作技术的推广促进了南方豆
类作物种植面积和产量的增加。刀豆为豆科刀豆属
的栽培亚种，外形呈长条型，硬荚且截面扁平。目
前刀豆脱壳处理靠人工完成，劳动强度大，实际生
产效率低下，难以满足产业发展的要求。
按物料脱壳方法分类，现有的脱壳加工设备
可分为碾搓法、撞击法、剪切法和挤压法等几种
类型[1]。高连兴等[2-4]采用双滚筒气力循环式结构
设计了花生脱壳机，并研究了脱出物的漂浮系数、
花生仁损伤特征及规律。Oluwole等[5]研究了离心
式脱壳机的叶轮槽角度和数量对花生脱壳性能的
影响。吴英思等[6-7]采用蒸汽润湿方式对橡胶盘式
荞麦脱壳机进行了优化研究，并设计了侧吸风分

收稿日期：2012-06-01 修订日期：2012-12-27
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目
（CARS-33-13）
作者简介：李 君（1978－），男，湖南祁阳人，博士，副教授，研究
方向现代农业装备与机械化。广州 华南农业大学工程学院，510642。
Email: autojunli@ scau.edu.cn
※通信作者：陆华忠（1963－），男，浙江天台人，教授，博士生导师，
主要从事农业工程和车辆工程研究。广州 华南农业大学工程学院，
510642。Email: huazlu@scau.edu.cn
离装置。张永林、吴传宇等[8-10]针对干壳莲子的破
壳取仁难度大的问题，设计了多联辊刀式、挤压
式莲子脱壳机。林海、杨双晓等[11-12]研究了气体
射流冲击脱壳和灼烧脱壳技术，为板栗脱壳提供
了新思路和新方法。黄凤洪、郭贵生等[13-14]采用
挤压碾磨和两次撞击脱壳技术对油茶籽脱壳机进
行了设计。阮竞兰、刘忠义等[15-16]研究了稻谷、
辣木籽的胶辊摩擦脱壳技术，并进行参数试验与
优化设计。朱立学、刘平等[17-18]采用轧辊-轧板碾
搓式结构进行了银杏、葵花籽脱壳机的设计与试验
研究。朱德泉等[19]研究了山核桃冲击破壳机的工
作参数优化问题。张黎骅等[20]采用辊筒-轧板-筛板
式复合结构设计了麻风果脱壳机。Nkakini 等[21]优
化研究了动平盘-双定凹盘式玉米脱壳机的工作
参数。Ozdemir 等[22]对比了平盘碾磨和锥盘碾磨
结构对榛子脱壳质量的影响。针对刀豆脱壳的研
究目前尚未见有文献报道。
适用于软荚豆类的脱壳机多数是针对新鲜荚
果进行挤压法脱壳，通过一对等径圆柱轧辊以等速
或差速方式反向旋转，使籽粒通过轧辊对间隙时受
到挤压而破壳[23]。虽然刀豆籽粒在荚壳内斜纵向排
列且籽粒间有空隙，但是籽粒外层的绒衣包裹紧，
荚壳坚韧，纵脊面结合力大[24]。如沿厚度方向垂直
挤压，籽粒很难发生移动和撑开荚壳，挤压法脱壳
技术并不适用刀豆脱壳。为此，在研究刀豆脱壳性
状及损伤机理的基础上，本文设计了一种利用挤
第 1期 李 君等：刀豆脱壳机构的设计与试验

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压、剪切复合作用进行脱粒的刀豆脱壳机构，并针
对研制的样机进行正交试验研究，以脱净率和损伤
率为指标，得出辊面材料、刀豆品种、双辊间隙、
双辊转速之间的优化组合，为后续生产应用提供参
考依据。
1 机构工作原理与主要参数
1.1 主要结构与工作原理
刀豆脱壳机构由机架、电动机、减速机、传动
链套件、主从动齿轮、轧辊对、导料板等构成。关
键部件结构如图 1所示[25]。

1.传动链轮 2.传动轴 3.轴承座 4.轧辊对 5.脱壳腔 6.直线槽
注：A为弧面槽宽度；B为齿顶宽度；C为弧面槽深度；θ为齿廓面夹角

图 1 脱壳关键部件结构
Fig.1 Structure of key shelling mechanism

工作时，轧辊对在电动机、主从齿轮对、主
从链轮对和链条的带动下，反向转动并相互啮
合，齿顶面、齿廓面与齿槽表面共同形成一个由
外到里逐渐缩小的脱壳腔，进入脱壳腔的荚果在
挤压、剪切的作用下实现脱壳，荚壳和籽粒同侧
从轧辊对正下方的倾斜导料板落入接料箱内。轧
辊对的齿顶面、齿廓面与齿槽表面作增加粗糙度
处理以加大表面摩擦系数。由于对刀豆的力学特
性试验表明，沿荚果纵脊面（横截面最宽处）平行
方向施压的脱壳效果理想，因此将轧辊的齿顶面和
齿槽面均设计为弧形面，以保证荚果的纵脊面能有
效接触轧辊面且不发生滑移。机架上方、下方分别
开设直线槽、弧线型槽，作用是通过调节轴承座的
位置来改变轧辊对的轴心距，并可微调传动链条张
紧度，从而适应不同品种、不同宽度的荚果。
1.2 主要参数确定
对实验室栽培的矮生刀豆和蔓生刀豆 2个品种
进行批量取样统计，实测矮生刀豆（Canavalia
ensiformis）籽粒宽度 W0范围为 12.60～14.76 mm，
厚度 H0范围 8.58～11.92 mm；矮生刀豆荚壳宽度
W1范围 20.70～22.72 mm，厚度 H1范围为 15.36～
17.24 mm；蔓生刀豆（Canavalia gladiata）籽粒宽
度 W0范围 14.10～16.40 mm，厚度 H0范围 10.20～
13.72 mm；蔓生刀豆荚壳宽度 W1 范围 26.20～
28.36 mm，厚度 H1范围 17.52～20.21 mm。
为防止籽粒在脱壳过程中被轧辊挤压变形发
生损伤和破裂，脱壳腔弧面槽宽度 A 应满足：A≥
max[H0]。籽粒和荚壳的极值尺寸范围应稍宽于标
本实测值，取尺寸系数 k=1.1，则弧面槽宽度值：
A=k·max[H0]≈15.1mm。
前期已开展的 2 种刀豆脱壳力学试验结果表
明，荚壳纵脊面的整体破壳变形量 dr范围为 1.37～
9.58 mm。弧面槽深度 C 应满足：k·max[dr]≤2C≤
k·max[W1-W0]。计算后取弧面槽深度C值为 6.0 mm。
如图 1 所示，3 个脱壳腔形状尺寸相同。为使
不同品种荚果都能在脱壳腔处于夹持状态，脱壳腔
的两齿廓面间距极大值应小于荚壳的最大厚度，脱
壳腔的两弧面槽的间距极大值应小于荚壳的最大
宽度，且间距极大值应分别大于籽粒的最大厚度和
宽度值。因此，齿廓面夹角 θ 按照式（1）计算取
值。
1 1max[ ] max[ ] 2tan ( ) /( )
2 2 2
k H A k W C     （1）
计算得齿廓面夹角 θ为 40.8°。
同样，为使荚果处于夹持状态，齿顶宽度 B应
满足：(B−A)/2≤(min[W1]/k−2C)·tan(θ/2)。计算后取
齿顶宽度 B值为 20.1 mm。
为确保良好的脱壳效果，双辊间隙 d应满足：
d≤(min[W1]-min[dr])/k，计算后确定 dmax=18.0 mm。
前期预试验结果也证明，当双辊间隙 d大于 dmax后，
统计的矮生刀豆平均脱净率非常低。由于刀豆破壳
变形量总体上随荚壳宽度、扁平率（厚度与宽度的
比值）的增大而减小，因此脱壳过程中双辊间隙（脱
壳腔的两弧面槽间距）应作相应的调整变化。
2 脱壳受力分析
当荚果进入两脱壳轧辊之间的间隙时，荚壳的
两条纵脊边分别与左侧轧辊、右侧轧辊表面接触，
接触点称轧入点，轧入点和接触轧辊轴心的连线与
两轧辊轴心连线之间的夹角称轧入角。
荚果被夹持时受到轧辊径向压力、摩擦力以及
自身重力的作用。按刚性体分析，欲使荚果能顺利
轧入两轧辊之间的脱壳腔工作区，应保证左、右轧
辊对荚果的法向压力及摩擦力的合力方向均向下
指向工作区，则各作用力之间应满足下列关系
农业工程学报 2013年

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1 1 2 2,
,
f N f NF f F F f F
   
    ≥ ≥
（2）
式中，α、β 为左、右轧辊的轧入角，°；FN1、FN2
为左、右轧辊对荚果的法向压力，N；Ff1、Ff2为左、
右轧辊对荚果的摩擦力，N；f为荚果与轧辊表面之
间摩擦系数，f = tan φ；φ为摩擦角，°。
荚果进入工作区后，尽管双辊转速相同，但由
于齿顶和齿槽接触圆的直径不同，所以线速度不
同。如图 2所示，轧辊对等速旋转时，左侧齿顶圆
线速度大，右侧齿槽圆线速度小，在线速差的作用
下，Ff1、Ff2在 y轴的投影方向相反，形成一对剪力，
起到撕搓荚壳作用。荚果 x轴方向的受力平衡，故
左、右轧辊对荚果的法向压力与摩擦力的合力 P1、
P2在 x轴的分量相等而方向相反，可得
   1 2cos cos P P      （3）
移项整理为
 
 12
cos

cos
P
P
 
 
  （4）
由式（4）可知 P1＜P2。线速差越大，撕搓效
应越强。工作区的荚果沿齿顶圆表面的滑动趋势
大，与齿槽圆表面基本没有速差，保持相对静止。

注：FN1，FN2分别为左、右轧辊对荚果的法向压力；Ff1，Ff2分别为左、
右轧辊对荚果的摩擦力；α、β 分别为左、右轧辊的轧入角；G 为荚果
重力；P1，P2分别为左、右轧辊对荚果法向压力与摩擦力的合力
图 2 荚果进入脱壳腔受力分析
Fig.2 Force analysis of a pod into shelling chamber

3 脱壳性能试验
3.1 试验材料与条件
本试验采用的两个品种刀豆荚果均来自华南
农业大学实验田，同一批储存样本，含水率约为
17.21%，剔除杂质及破裂的荚果后，整齐度较高。
将荚果按种类和宽度进行分级，同品种荚果宽度
级差为 2 mm。试验用刀豆脱壳机构有关参数见
表 1。
表 1 刀豆脱壳机构配置参数
Table 1 Parameters of canavalia shelling mechanism
参数 数值
电动机型号 VGO Y2-90L-4
电动机功率/kW 1.5
电动机额定转速/(r·min-1) 1400
电压/V 380
减速机减速比 10
主从齿轮对啮合比 1
链传动减速比 3
变频器 YQ3000

3.2 试验方法
本试验选取双辊间隙、双辊转速、辊面材料和
刀豆品种作为试验因素。试验因素和水平见表 2。
不考察因素间的交互作用，根据试验考察的因素及
水平选用 L16(32×23)混合水平的正交表来安排试验，
每个处理重复 20 次，试验样本共 320 条，取脱净
率和损伤率的平均值。
在一定的双辊间隙或辊间压力下，荚果离开喂
料机构进入脱壳腔的初始速度与接触轧辊的线速
度之间的差值对于脱壳效果、生产率有直接影响。
为消除物料初始速度带来的影响，试验采用手动送
料方式，使荚果喂入脱壳腔时保持垂直或近似垂直
取向，自由落入脱壳腔的初始速度接近为 0，即轧
入点线速差约为接触轧辊线速度值（与双辊转速、
接触点半径有关）。
双辊转速通过改变变频器的工作频率来调节，
双辊间隙的调节通过移动轴承座在直线槽的位置
来实现。每处理前称量荚果总质量，重复试验完成
后将试验区内荚果和籽粒进行整理，分别称量未脱
壳荚果质量、已脱壳籽粒总质量和损伤籽粒质量。
试验指标为脱净率和损伤率，分别定义如下：
1 2
1
1
100%W WC
W
  （5）
4
2
3
100%WC
W
  （6）
式中，C1为脱净率，%；C2为损伤率，%；W1为荚
果总质量，g；W2 为未脱壳荚果质量，g；W3 为已
脱壳籽粒总质量，g；W4为损伤籽粒质量，g。
表 2 试验因素与水平
Table 2 Factors and levels of test
因素
水平 双辊间隙 A/
mm
双辊转速 B /
(r·min-1) 辊面材料 C 刀豆品种 D
1 15 15 金属(铝) 矮生刀豆
2 16 20 橡胶 蔓生刀豆
3 17 25
4 18 30

第 1期 李 君等：刀豆脱壳机构的设计与试验

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3.3 试验结果与分析
试验结果如表 3所示。分别对脱净率和损伤率
进行极差分析，结果如表 4所示。
1 2 1 2 ( )max( , , , ) min( , , , )j jj j j jm j j jmR d rk k k k k k    
（7）
式中， jR为第 j 个因素的折算后极差；dj为第 j 个
因素的折算系数，2 水平因素取 0.71，4 水平因素
取 0.45；kji为第 j 个因素第 i 个水平的试验指标和
的平均值（i=1，2，⋯，m）；rj为第 j个因素每水
平的重复次数。
表 3 试验结果
Table 3 Test results
%
因素 试验指标
试验号 双辊
间隙 A
双辊
转速 B
辊面
材料 C
刀豆
种类 D 空列 E 脱净率/%损伤率/%
1 1 1 1 1 1 67.48 6.79
2 1 2 1 1 1 80.07 8.77
3 1 3 2 2 2 72.38 2.93
4 1 4 2 2 2 51.73 8.14
5 2 1 1 2 2 73.83 27.10
6 2 2 1 2 2 78.17 27.61
7 2 3 2 1 1 58.53 0.49
8 2 4 2 1 1 52.85 1.30
9 3 1 2 1 2 72.07 0.43
10 3 2 2 1 2 76.91 0
11 3 3 1 2 1 85.61 18.16
12 3 4 1 2 1 71.59 15.35
13 4 1 2 2 1 47.39 0
14 4 2 2 2 1 21.70 0.56
15 4 3 1 1 2 93.04 0
16 4 4 1 1 2 64.21 1.67
表 4 极差分析
Table 4 Results of range analysis
试验指标 双辊 间隙 A
双辊
转速 B
辊面
材料 C
刀豆
种类 D 空列 E
k1 67.92 65.19 76.75 70.65 60.65
k2 65.85 64.21 56.70 62.80 72.79
k3 76.55 77.39
k4 56.59 60.10
调整 R′ 17.96 15.57 40.27 15.75 24.38
脱净率/%
优组合 3 3 1 1
k1 6.66 8.58 13.18 2.43 6.43
k2 14.13 9.24 1.73 12.48 8.49
k3 8.49 5.40
k4 0.56 6.62
调整 R′ 12.21 3.46 22.99 20.18 4.13
损伤率/%
优组合 4 3 2 1

根据脱净率各试验因素水平的 k值确定优组合
为 A3B3C1D1，根据 R 值大小确定因素作用的主次
顺序是 C→A→D→B。损伤率的各试验因素水平的
优组合为 A4B3C2D1，主次因素作用的顺序是
C→D→A→B。
表 5给出模型整体方差显著性检验结果。
表 5 方差分析结果
Table 5 Results of variance analysis
试验
指标
方差
来源
偏差
平方和 自由度 方差 F值 临界值 Fα 显著性
A 805.77 3 268.59 1.62 F0.05(3,7)=4.35
B 665.44 3 221.81 1.34 F0.05(3,7)=4.35
C 1 608.81 1 1 608.81 9.68 F0.05(1,7)=5.59 **
D 246.18 1 246.18 1.48 F0.05(1,7)=5.59
模型 3 326.20 8 415.77 2.50 *
误差 1 162.94 7 166.13
脱净率
/%
总和 4 489.14 15
A 375.05 3 125.02 25.23 F0.01(3,7)=8.45 ***
B 37.53 3 12.51 2.53 F0.01(3,7)=8.45
C 524.41 1 524.41 105.85 F0.01(1,7)=12.25 ***
D 404.01 1 404.01 81.55 F0.01(1,7)=12.25 ***
模型 1 341.00 8 167.62 33.83 ***
损伤率
/%
误差 34.68 7 4.95
总和 1 375.68 15
注：***代表极显著；**代表显著，下同。

在 95%的置信度下，辊面材料对脱净率的影响
具有高度的显著性，在同品种荚果宽度级差范围较
小前提下，刀豆品种、双辊间隙和双辊转速影响不
大。整体模型 R2为 0.74，拟合程度较高，统计量 F
值大于选定显著性水平，说明有一定的影响。
在 99%置信度下，辊面材料、刀豆品种、双辊
间隙 3个因素对损伤率的影响极显著，双辊转速没
有影响。整体模型 R2值为 0.97，拟合程度高，统计
量F值远大于选定显著性水平，说明有极显著影响。
由于各个试验指标的因素水平优组合各不相
同，为兼顾平衡各项指标的得失，因此采用综合评
分法进行分析，以选出各项指标都尽可能达到最优
的组合。考虑到各因素对衡量指标脱净率和损伤率
影响的重要程度，规定各指标的评分依据：脱净率
≥95%，得 10 分；≤60%得 0 分，其余按（脱净
率-60%）×（10/35%）作线性插值评分。损伤率
≥15%，得 0分，≤5%得 10分，其余按 10-（损伤
率-5%）×（10/10%）作线性插值评分。认为脱净
率和损伤率同等重要，故综合评分＝脱净率得分＋
损伤率得分。综合评分结果如表 6所示。
根据综合评分法的极差分析结果，影响综合指
标的主次因素排列顺序为 D→A→B→C，最佳水平
农业工程学报 2013年

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组合为 A4B3C2D1，即双辊间隙 18 mm，双辊转速
25 r/min，辊面材料为橡胶，刀豆品种为矮生刀豆。
表 6 综合评分结果
Table 6 Results of comprehensive evaluation
试验号 脱净率/% 损伤率/% 脱净率得分 损伤率得分 综合得分
1 67.48 6.79 2.14 8.21 10.35
2 80.07 8.77 5.73 6.23 11.96
3 72.38 2.93 3.54 10.00 13.54
4 51.73 8.14 0 6.86 6.86
5 73.83 27.10 3.95 0 3.95
6 78.17 27.61 5.19 0 5.19
7 58.53 0.49 0 10.00 10.00
8 52.85 1.30 0 10.00 10.00
9 72.07 0.43 3.45 10.00 13.45
10 76.91 0 4.83 10.00 14.83
11 85.61 18.16 7.32 0.00 7.32
12 71.59 15.35 3.31 0.00 3.31
13 47.39 0 0 10.00 10.00
14 21.70 0.56 0 10.00 10.00
15 93.04 0 9.44 10.00 19.44
16 64.21 1.67 1.20 10.00 11.20
表 7 综合评分的极差分析
Table 7 Range analysis of comprehensive evaluation
A B C D E
k1 10.68 9.44 9.09 12.65 9.12
k2 7.29 10.50 11.08 7.52 11.06
k3 9.73 12.57
k4 12.66 7.84
调整 R′ 4.84 4.26 4.00 10.31 3.90
优组合 4 3 2 1
表 8 综合评分的方差分析
Table 8 Variance analysis of comprehensive evaluation
方差来源 平方和 自由度 方差 F值 临界值 Fα 显著性
A 59.80 3 19.93 3.95 F0.10(3,7)=3.07 *
B 47.23 3 15.74 3.12 F0.10(3,7)=3.07 *
C 15.90 1 15.90 3.15 F0.10(1,7)=3.59
D 105.40 1 105.40 20.88 F0.10(1,7)= 3.59 ***
模型 228.33 8 28.54 5.65 **
误差 35.34 7 5.05
总和 263.67 15

对模型进行整体方差显著性检验，R2值为0.87，
拟合程度较高，统计量 F 值大于选定显著性水平
（α=0.10），说明影响显著。刀豆品种有极显著影响，
双辊间隙和双辊转速影响显著，辊面材料有一定的
影响。
4 结论与讨论
1）齿形轧辊式脱壳机构利用挤压和剪切力复
合产生撕搓效应的原理进行脱壳，并通过调整轧辊
对的轴心距以适应不同品种、形状和尺寸荚果的加
工，可以满足刀豆机械化脱壳加工的性能要求。
2）以脱净率、损伤率为试验指标，对样机进
行脱壳性能试验和综合评分法分析。结果表明：在
同品种试验荚果宽度级差范围较小前提下，刀豆品
种有极显著影响，原因在于蔓生刀豆比矮生刀豆扁
平且外形尺寸、荚壳韧性更大，使脱壳加工的难度
增加。双辊间隙和双辊转速影响显著，辊面材料有
一定影响。影响综合指标的主次因素排列顺序为刀
豆品种、双辊间隙、双辊转速、辊面材料。最佳作
业参数条件：刀豆品种为矮生刀豆、双辊转速为
25 r/min、双辊间隙为 18 mm、辊面材料为橡胶。
[参 考 文 献]
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Design and experiment of Canavalia shelling mechanism

Li Jun1,2, Lu Huazhong1,2※, Yang Zhou1,2, Chen Ziliang1, Huang Jiecong1
(1. College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Key Laboratory of Key Technology
on Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Abstract: The traditional method of shelling of Canavalia pods is manually, labour intensive and tedious. To
realize the mechanized shelling operation and improve the shelling efficiency in pod processing, a prototype
machine of mechanical cracker was developed in this study. The shelling unit comprises a pair of shelling rollers
which are gear shaped structure. The pods to be shelled fall into the shelling unit by gravity and are shelled by
impact action. The shelled kernels and the broken pods drop to the conveyor to be collected. The shelling
principle of the proposed mechanism is based on the ripping and rubbing effects by compressing and shearing
action together. The shelling machine is easy to operate and maintain, cost-effective and environmentally friendly.
With a roller clearance adjustment device, the proposed shelling machine for Canavalia pods is able to meet the
wide range of shelling requirements such as different varieties, shapes and sizes. The shelling unit was presented
in terms of structural features, work principle and parameter determination. Mathematic models describing the
motion of pods were developed to study the equivalent force and friction angle to break whole pods in the shelling
chamber. For the actual motion of the processing pod may differ from what in theory, it is essential to perform
experimental verification. To determine the parametric combinations that would yield the optimum machine
performance, the four-factor mixed-level orthogonal experiments for the prototype were carried out with two
varieties of Canavalia, namely ensiformis and gladiate. Statistical analysis showed that the contact material of
shelling roller related to the friction coefficient had highly significant effects on the shelling efficiency. It was
found that the rotational speed of shelling roller did not show a significant difference for the percent damage. The
comprehensive performance evaluation was used for analyzing the results to determine the effects of technical
parameters on the shelling efficiency and percent damage. The results showed that the varieties of Canavalia
made the strongest unique contribution to the integrative index, followed by the tip clearance between shelling
rollers, rotational speed of shelling roller and contact material of shelling roller, respectively. It was found that the
best operation conditions are at rotational speed of shelling roller of 25 r/min, tip clearance between shelling
rollers of 18 mm with rubber as contact material of shelling roller and Canavalia ensiformis as the variety to be
shelled. The research results can provide references for the overall design and optimization of Canavalia crackers
to improve the product quality.
Key words: agricultural machinery, design, experiments, Canavalia, shelling mechanism, shelling efficiency,
percentage damage