畢海軍， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,合肥 230036)

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欠成熟板栗脫蒲機(jī)影響脫蒲性能的試驗(yàn)分析

畢海軍， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院,合肥 230036)

利用自制板栗脫蒲機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，通過單因素試驗(yàn)，分析了參數(shù)性能指標(biāo)試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件轉(zhuǎn)速對(duì)欠成熟板栗脫蒲率及損傷率的影響規(guī)律。通過正交試驗(yàn)，得出了欠成熟板栗放置時(shí)間、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件轉(zhuǎn)速、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件與柵欄之間間距等參數(shù)的最優(yōu)組合，從而對(duì)欠成熟板栗脫蒲裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

板栗脫蒲機(jī)；性能指標(biāo)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

板栗樹上生長(zhǎng)的欠成熟的板栗球呈大球形，在每個(gè)板栗球內(nèi)部有2～3個(gè)板栗的堅(jiān)果，欠成熟板栗球大小不等且外表長(zhǎng)有密集的長(zhǎng)刺，果實(shí)與板栗蒲的內(nèi)壁黏合緊密。長(zhǎng)期以來(lái)，一直靠人手工脫蒲，極易扎手，脫蒲效率低下，耗時(shí)費(fèi)力[1]。目前，市場(chǎng)上存在的板栗脫蒲機(jī)針對(duì)成熟度高的板栗效果明顯，但針對(duì)欠成熟的板栗蒲存在脫蒲分離率低、板栗果肉破損率高及機(jī)器適應(yīng)性差等問題。為了提高欠成熟板栗脫蒲性能,本文以欠成熟板栗的脫蒲率和損傷率為脫蒲性能指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件轉(zhuǎn)速做了16水平單因素試驗(yàn)；同時(shí)，選取欠成熟板栗放置時(shí)間、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件轉(zhuǎn)速、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件與柵欄之間間距等3項(xiàng)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，分析了各因素對(duì)欠成熟板栗脫蒲性能的影響規(guī)律，得出了最優(yōu)的參數(shù)組合，為欠成熟板栗脫蒲裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)[2-3]。

1 試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)臺(tái)

欠成熟板栗脫蒲及試驗(yàn)臺(tái)由進(jìn)料口、脫蒲輥?zhàn)?、軸承座、電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、柵欄及可調(diào)式螺栓等組成，如圖1所示。板栗由人工喂入進(jìn)料口之后，通過重力作用運(yùn)動(dòng)到脫蒲室內(nèi)，在脫蒲輥?zhàn)拥膸?dòng)下進(jìn)入其與柵欄之間的間隙；七成熟的板栗蒲在脫蒲輥?zhàn)优c柵欄的揉搓與擠壓下，板栗子與外部的蒲分開，分離的板栗蒲與板栗子從柵欄的間隙中掉落。

1.進(jìn)料斗 2.脫蒲輥?zhàn)?3.軸承座 4.電動(dòng)機(jī) 5.機(jī)架 6.柵欄 7.可調(diào)式螺栓

2 單因素試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)的目的及內(nèi)容

通過對(duì)欠成熟板栗脫蒲機(jī)重要參數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分析研究脫蒲輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速對(duì)剝凈率和破損率的影響。

2.2 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)所用欠成熟板栗采摘自安徽省金寨縣六、七成熟板栗。

2.3 試驗(yàn)儀器

1)本研究中設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)。

2)電子稱。

3)mm440SIMENS變頻器。

2.4 試驗(yàn)因素

影響欠成熟板栗脫蒲機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的工藝參數(shù)有很多，如欠成熟板栗放置時(shí)間、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件與柵欄之間間距等對(duì)脫蒲效果都有影響；但由于受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，本試驗(yàn)只研究輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速對(duì)欠成熟板栗脫蒲機(jī)剝凈率和破損率的影響[4-6]。

2.5 試驗(yàn)安排

以欠成熟板栗放置時(shí)間、試驗(yàn)臺(tái)脫蒲部件與柵欄之間間距為不同的試驗(yàn)條件，安排在不同的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速下，通過控制連接著三相電動(dòng)機(jī)的mm440SIMENS變頻器頻率，三相電動(dòng)機(jī)與輥?zhàn)油ㄟ^皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1，調(diào)整輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速分別取280、420、560、700r/min,進(jìn)而得出剝凈率和破損率與輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速之間的關(guān)系，試驗(yàn)安排如表1所示。

表1 試驗(yàn)安排

2.6 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)的安排，考慮在不同的放置時(shí)間和間距的條件下，分別以剝凈率和損傷率為指標(biāo)，以輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速為因素做單因素試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。隨著試驗(yàn)條件的不同，各組的試驗(yàn)結(jié)果差距比較大，試驗(yàn)6中的剝凈率為85%，試驗(yàn)5中的剝凈率為73%。但從整體的影響趨勢(shì)來(lái)看，剝凈率都是隨著輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速的增加而增加；當(dāng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速增加到一定時(shí)，剝凈率維持在某個(gè)水平上，損傷率都是隨著轉(zhuǎn)速增加而逐漸降低，之后又緩慢地上升。在不同的試驗(yàn)條件下，因素水平的變化對(duì)指標(biāo)的影響較小。當(dāng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速在560r/min時(shí)脫蒲效果最好。

試驗(yàn)1 試驗(yàn)2

試驗(yàn)3 試驗(yàn)4

試驗(yàn)5 試驗(yàn)6

試驗(yàn)7 試驗(yàn)8

試驗(yàn)9 試驗(yàn)10

試驗(yàn)11 試驗(yàn)12

試驗(yàn)13 試驗(yàn)14

試驗(yàn)15 試驗(yàn)16

3 正交試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

通過對(duì)嫩板栗脫蒲機(jī)重要參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出嫩板栗脫蒲機(jī)工作的最佳工藝參數(shù)，最終確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。

3.2 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)所用的欠成熟板栗采摘自安徽省金寨縣，分別分為剛采摘過后的、放置1天后的、放置2天后的和放置1周以后的，剔除袋中夾雜的石子和樹葉。

3.3 試驗(yàn)儀器

1)本研究中設(shè)計(jì)的嫩板栗脫蒲機(jī)。

2)電子稱。

3)mm440SIMENS變頻器。

3.4 試驗(yàn)因素

影響嫩板栗脫蒲機(jī)的工藝參數(shù)很多，如嫩板栗放置時(shí)間、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、輥?zhàn)优c柵欄之間間距、輥?zhàn)由先~片傾斜角度，以及脫蒲力等都對(duì)脫蒲效果有影響；但由于條件限制，本試驗(yàn)只研究嫩板栗放置時(shí)間、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速及輥?zhàn)优c柵欄之間間距對(duì)脫蒲機(jī)的剝凈率和破損率的影響。

1)嫩板栗放置時(shí)間：基于前面的單因素試驗(yàn)結(jié)果，剝凈率隨著嫩板栗放置時(shí)間的增加而增加，而破損率雖然一直在減小，但數(shù)值變化并不大。因此，此次試驗(yàn)分別取嫩板栗的放置時(shí)間為剛采摘的、放置1天后、放置2天后、放置3天后，分別用A1、A2、A3、A4表示。

2)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速：同樣基于前面的單因素試驗(yàn)結(jié)果，剝凈率隨著輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速的增加而減小，破損率隨著輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速的增加而減小。因此，本次試驗(yàn)分別取輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為280、420、560、700r/min，分別用B1、B2、B3、B4表示。試驗(yàn)時(shí)將輥?zhàn)又鬏S通過皮帶傳動(dòng)直接與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)接，并通過調(diào)節(jié)mm440SIMENS變頻器頻率來(lái)獲得試驗(yàn)所需的轉(zhuǎn)速。

3)輥?zhàn)优c柵欄之間間距：同樣基于前面的單因素試驗(yàn)結(jié)果，剝凈率隨著輥?zhàn)优c柵欄之間間距的增加先增加后減小，損傷率隨著輥?zhàn)优c柵欄之間間距的增加先減小后增加。因此，本試驗(yàn)分別取輥?zhàn)优c柵欄之間的間距為30、40、50、60cm，分別用C1、C2、C3、C4表示。

3.5 正交因素水平表

正交因素水平如表2所示。

表2 正交因素水平表

3.6 試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)因素及水平的選取，本試驗(yàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)正交表L16(44),4底數(shù)表示因素的水平數(shù)，上標(biāo)4表示列數(shù)，表頭設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

3.7 結(jié)果分析

通過直觀分析，從剝凈率、破損率極差的比較可以看出：兩個(gè)指標(biāo)的各因素的主次順序依次為B、A、C、D，B、C、A、D。A因素的4水平當(dāng)中，剝凈率A3的指標(biāo)均值最高，破損率A3的指標(biāo)均值最??；B因素的4水平當(dāng)中，剝殼率B3的指標(biāo)均值最高，破損率B3的指標(biāo)均值最??；C因素的4水平當(dāng)中，脫蒲率C4的指標(biāo)均值最高，破損率C4的指標(biāo)均值最?。痪C合分析因素的結(jié)果，最優(yōu)的因素水平組合是A3B3C4。根據(jù)分析結(jié)果在A3B3C4組合下再次進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得剝凈率為98.8%,破損率為1%，因此最優(yōu)的因素組合是A3B3C4[7-10]。

3.8 方差分析結(jié)果

剝凈率、破損率數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4、表5所示。

表4 剝凈率方差分析表

表5 破損率的方差分析表

由表4、表5可以看出：在顯著性水平為10.00下，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速B的顯著值為9.28(<10.00),七、八成熟板栗放置時(shí)間A顯著值為29.46(>10.00)，柵欄與輥?zhàn)娱g間距C的顯著值為15.44(>10.00)，因此輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速對(duì)剝凈率影響顯著；七、八成熟板栗放置時(shí)間與柵欄與輥?zhàn)娱g間距影響不顯著。其顯著值得的大小順序?yàn)锽A>C[11]。

4 結(jié)論

1)通過單因素試驗(yàn)得出了輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)欠成熟板栗蒲剝凈率和損傷率的影響規(guī)律，當(dāng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速在560r/min時(shí)脫蒲效果最好。

2)通過正交試驗(yàn)和分析，得出了影響欠成熟板栗脫蒲性能的最優(yōu)水平組合因素是A3B3C4，即欠成熟板栗放置時(shí)間為2天后，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為560r/min，輥?zhàn)优c柵欄之間間距為60cm。

[1] 張榮榮,李小昱，王為. 基于揉搓方法的板栗破殼性能的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(5):177-179.

[2] 郭貴生,呂新民,郭康權(quán),等.油菜籽脫殼機(jī)脫殼性能試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005,36(l):148-154.

[3] 劉少達(dá),朱立學(xué),劉清生.銀杏(白果)脫殼機(jī)工作部件重要參數(shù)的分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2005(2):87-89.

[4] 史建新,趙海軍,辛動(dòng)軍.基于有限元分析的核桃脫殼技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(3):185-188.

[5] 宋衛(wèi)堂,封俊,胡鴻烈.北京地區(qū)夏玉米聯(lián)合收獲的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005(5):45-48.

[6] 魏秀青,高振江,吳薇.氣體射流沖擊板栗破殼技術(shù)與開口即食板栗加工試驗(yàn)研究[J].糧油加工與食品機(jī)械,2003(5):55-56.

[7] 孫靖民.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:176-190.

[8] 高學(xué)梅,胡志超,謝煥雄,等. 打擊揉搓式花生脫殼機(jī)脫殼性能影響因素探析[J].花生學(xué)報(bào)，2011,40(3):30-34.

[9] Gezer I,Haciseferogullari H,Demir F.Some physical properties of Hacihalilou apricot Pit and its kernel[J].Journal of food Engineering,2002, 56: 49 -57.

[10] 謝麗娟,宗力,李小吳.蓮子機(jī)械特性的測(cè)試研究(英文)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005(7) :11-14.

[11] 余群,易啟偉.鮮蓮子自動(dòng)化剝殼技術(shù)與設(shè)備[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,32(6) :140-142.

Experimental Analysis of Husker Performance for the Effect of Less Mature Chestnut Husker

Bi Haijun, Cao Chengmao, Zhou Min, Fan Yakui

(Anhui Agricultural University School of Technology, Hefei 230036, China)

By using the chestnut husker platform which we made by ourselves and experiment of single factor, we analyzed the influence law of the rotating speed of husker for less mature chestnut removal rate and injury rate. By orthogonal test, we got the optimal parameter combination of less mature chestnut standing time, rotating speed of husker, components of husker and spacing between bars, and therefore, provided evidence for the design optimization of less mature chestnut husker.

chestnut husker； performance parameters； design optimization

2016-04-13

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51475002)

畢海軍(1989-)，男，合肥人，碩士研究生，(E-mail)839985020@qq.com。

曹成茂(1964-)，男，安徽六安人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，(E-mail)caochengmao@sina.com。

S226.4

A

1003-188X(2017)05-0187-05