魏 鵬，杜文亮，陳 偉，陳 震

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引言

蕎麥含有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和對(duì)健康有益的特殊成分(膳食纖維、脂肪和維生素B等)[1-2]，近年來越來越受到人們的重視。目前，我國(guó)蕎麥年產(chǎn)量已超過80萬t，年產(chǎn)值超過40億元，年出口量超過20萬t[3]。剝殼是蕎麥加工過程中重要的環(huán)節(jié)，針對(duì)剝殼機(jī)生產(chǎn)效率低、能耗高的問題，周風(fēng)林[4]、劉天國(guó)[5]和車文春[6]等在蕎麥剝殼機(jī)組的設(shè)計(jì)中探討了機(jī)組的生產(chǎn)效率指標(biāo)和能耗指標(biāo)。邢凱[7]對(duì)剝殼機(jī)、平面回轉(zhuǎn)分離篩的工作參數(shù)分別進(jìn)行了能耗研究。針對(duì)砂盤式剝殼機(jī)，我國(guó)學(xué)者已對(duì)蕎麥剝殼過程中的蕎麥分級(jí)、砂盤、剝殼速度、剝殼間隙和蕎麥剝殼后的物料分離{8-12}等工作參數(shù)對(duì)生產(chǎn)效率的影響進(jìn)行了研究，找到了最佳參數(shù)組合，提高了蕎麥剝殼過程中的生產(chǎn)效率。但剝殼機(jī)組在剝殼參數(shù)優(yōu)化后的生產(chǎn)效率和能耗之間的具體關(guān)系不明確，使得對(duì)提高生產(chǎn)率并降低能耗的研究缺乏具體數(shù)值。對(duì)蕎麥剝殼生產(chǎn)過程中的能耗不能精確的檢測(cè)。因此，設(shè)計(jì)了蕎麥剝殼機(jī)組，并對(duì)該機(jī)組剝殼過程中的能耗進(jìn)行檢測(cè)，研究了料門開度、工作頻率對(duì)剝殼機(jī)組能耗的影響，為提高剝殼效率、降低剝殼機(jī)能耗奠定了理論基礎(chǔ)。

1 蕎麥剝殼機(jī)組

1.1 蕎麥剝殼流程

目前，我國(guó)的蕎麥剝殼設(shè)備基本都是釆用碾搓原理進(jìn)行剝殼，剝殼全過程的流程如圖1所示。

圖1 蕎麥剝殼流程圖

1.2 蕎麥剝殼機(jī)組結(jié)構(gòu)

根據(jù)蕎麥剝殼流程，組裝了一臺(tái)蕎麥剝殼機(jī)組，如圖2所示。機(jī)組裝機(jī)功率為6.95kW。主要組成部分：6QB-150型蕎麥剝殼機(jī)，1.1kW；DZFS750型直線振動(dòng)振動(dòng)篩，2×0.25kW，2 940r/min；依據(jù)常榮試驗(yàn)自制的新規(guī)格篩體和依據(jù)蕎麥生產(chǎn)企業(yè)自制的原規(guī)格篩體；G1R5T4型變頻器，輸出0～400Hz，調(diào)節(jié)振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(振動(dòng)篩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速)；電流量程30(100)A的電能表(已標(biāo)定)。

1.提升機(jī)料斗 2.振動(dòng)篩 3.提升機(jī) 4.振動(dòng)篩篩體 5.剝殼機(jī)料斗 6.剝殼機(jī) 7.吸風(fēng)分離器 8.旋風(fēng)分離器 9.卸料器 10.風(fēng)機(jī)

1.2.1 機(jī)組接線方法

設(shè)備位置確定后將設(shè)備、電線、開關(guān)、電表和變頻器按照三相四線法[13]連接，接線流程圖如圖3所示。

圖3 機(jī)組接線流程圖

1.2.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

剝殼機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(見圖4)：剝殼機(jī)料斗下方有插板調(diào)節(jié)剝殼機(jī)喂入量，插板每隔2.5mm為一個(gè)調(diào)節(jié)單位。吸風(fēng)分離器內(nèi)有風(fēng)量調(diào)節(jié)板，每隔10mm為一個(gè)開度， 共分13個(gè)開度， 可以調(diào)節(jié)吸風(fēng)分離器內(nèi)的風(fēng)速。 振動(dòng)篩連接的變頻器控制振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)工作頻率，控制振動(dòng)篩上物料的運(yùn)動(dòng)速度和分離效率。

(a) 剝殼機(jī)喂入量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

(b) 吸風(fēng)分離器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

1.2.3 分離篩體的設(shè)計(jì)

根據(jù)全亞靜[14]和常榮[15]的研究，制造了區(qū)別于原有規(guī)格篩體的新規(guī)格篩體，如圖5所示。兩種篩體參數(shù)對(duì)比如表1所示。

1.篩面 2.木框 3.托篩 4.鐵條 5.彈球

參數(shù)新規(guī)格篩體原規(guī)格篩體篩體尺寸/mm2000×500×352000×500×35篩板平面尺寸/mm2000×5002000×500篩孔尺寸/mmΦ3.8～5.0Φ3.8～5.0篩孔孔邊距/mm1.22.0彈球有無

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所使用的材料為呼和浩特市五川農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供的甜蕎麥。蕎麥千粒質(zhì)量為24.21～36.80g，含水率為12.11%，容重為577～644g/L；不同粒徑的蕎麥所占比中，4.6～4.8mm所占比最大。

2.2 試驗(yàn)儀器

蕎麥剝殼機(jī)組；電能表，DTS5188型，電流量程30(100)A，一級(jí)測(cè)量精度；電子天平，JB5374-91型，量程2 000g，精度0.01g；試驗(yàn)沖孔篩，2.0～5.0mm，級(jí)差0.1mm；電子臺(tái)秤，TCS-150型，量程0.05～150kg，精度0.05kg。

2.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)過程及指標(biāo)參考JB/T 9813-2013《礱碾組合米機(jī)》中間取樣試驗(yàn)方法[16]。

2.3.1 剝殼機(jī)料門不同開度下噸米耗電量檢測(cè)

試驗(yàn)原料為4.6～4.8mm粒徑蕎麥，剝殼間隙調(diào)整到5.0mm[17]，分離篩內(nèi)安裝孔徑3.0mm和4.4mm的新規(guī)格篩體，吸風(fēng)分離器調(diào)節(jié)板開到70mm，振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到1 764r/min。提升機(jī)料門開到40mm，剝殼機(jī)料門開度開到10mm，并逐步增大，每次增大2.5mm。每個(gè)料門開度下，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，計(jì)時(shí)10min收集振動(dòng)篩出口處蕎麥整半米和碎米，并分別記下計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)的電表示數(shù)，計(jì)算噸米耗電量、碎米率和未分離率。

2.3.2 振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下噸米耗電量檢測(cè)

試驗(yàn)原料為4.6～4.8mm粒徑蕎麥，剝殼機(jī)料門開度開到20mm。振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到1 617r/min，逐漸增大，其他試驗(yàn)過程不變。

2.3.3 不同粒徑蕎麥不同篩體噸米耗電量檢測(cè)

分別以4.8～5.0、4.6～4.8、4.4～4.6、4.2～4.4、4.0～4.2mm粒徑的蕎麥做噸米耗電量試驗(yàn)。下篩體孔徑3.0mm，上篩體孔徑分別為4.6、4.4、4.2、4.0、3.8mm。剝殼機(jī)料門開度設(shè)為20mm，振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為2 058r/min，其他試驗(yàn)過程不變，并做新原兩種規(guī)格篩體對(duì)比試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)指標(biāo)

生產(chǎn)效果指標(biāo)為蕎麥整半米中未剝殼蕎麥占有率(未分離率)<3‰和蕎麥米中碎米占有率(碎米率)<13%；功耗指標(biāo)為噸米耗電量(kW·h/t)。

未分離率計(jì)算公式為

(1)

式中A—未分離率；

M3—蕎麥整半米中未剝殼蕎麥質(zhì)量(kg)；

M1—蕎麥整半米質(zhì)量(kg)。

碎米率計(jì)算公式為

(2)

式中B—碎米率；

M2—蕎麥碎米質(zhì)量(kg)；

M1—蕎麥整半米質(zhì)量(kg)。

耗電量計(jì)算公式為

W=W10-W0

(3)

式中W—機(jī)組10min耗電量(kW·h)；

W10—10min時(shí)電表示數(shù)(kW·h)；

W0—10min前電表示數(shù)(kW·h)。

噸米耗電量計(jì)算公式為

(4)

式中G—噸米耗電量(kW·h/t)；

W—機(jī)組10min耗電量(kW·h)；

M1—機(jī)組10min蕎麥整半米質(zhì)量(kg)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 剝殼機(jī)不同料門開度噸米耗電量檢測(cè)

試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

(a) 料門開度和噸米耗電量關(guān)系

(b) 料門開度和碎米率關(guān)系

(c) 料門開度和未分離率關(guān)系

料門開度增大，出米量增大，噸米耗電量減少；篩面上物料增多，料層加厚，篩孔來不及分離物料，分離效率下降，未分離率增大。料門開度為20mm時(shí)，噸米耗電量為13.40kW·h/t，碎米率為10.84%，未分離率為1.33‰，此為峰值；料門開度繼續(xù)增加，物料過多，分離效率下降，出米量減少，噸米耗電量、碎米率和未分離率開始增大。因此，20mm開度為剝殼機(jī)料門最佳開度。

3.2 振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下噸米耗電量檢測(cè)

試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 617r/min時(shí)，振動(dòng)篩上的物料與篩面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，在篩面上停留時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致篩面上物料過多堆積；頻率過小篩體內(nèi)的彈球無法正常工作，使得堵篩嚴(yán)重，因此分離效率低，出米量少，各項(xiàng)指標(biāo)高。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增大，物料與篩面的相對(duì)速度增大，篩面上的物料逐漸變薄；彈球開始正常清理篩面，分離效率提高，出米量增加，各指標(biāo)減小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 058r/min時(shí)，噸米耗電量為12.21kW·h/t，碎米率為9.62%，未分離率為2.11‰，此為峰值；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，物料在篩面上的跳動(dòng)過于頻繁、劇烈，使原本能夠被分離的物料來不及落篩而隨著未剝殼蕎麥直接從上出料口流出，分離效率降低，出米量降低，各項(xiàng)指標(biāo)均升高。因此，2 058r/min為振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)最佳轉(zhuǎn)速。

(a) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噸米耗電量關(guān)系

(b) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和碎米率關(guān)系

(c) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和未分離率關(guān)系

3.3 不同粒徑蕎麥不同篩體下噸米耗電量檢測(cè)

試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

(a) 蕎麥粒徑和噸米耗電量關(guān)系

(b) 蕎麥粒徑和碎米率關(guān)系

(c) 蕎麥粒徑和未分離率關(guān)系

隨蕎麥粒徑增大，噸米耗電量、碎米率呈減小的趨勢(shì)，未分離率呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)蕎麥粒徑在4.8～5.0mm時(shí)，噸米耗電量、碎米率最小，未分離率最大；在同一粒徑下，使用新篩體噸米耗電量比原篩體下降4.30%，碎米率下降1.36%，未分離率下降0.72‰。

由圖9可知：原規(guī)格篩體工作一段時(shí)間后，嚴(yán)重堵篩，影響分離效率，新規(guī)格篩體則保持了很好的清篩功能。

新篩體 原篩體

4 結(jié)論

1)剝殼機(jī)料斗料門開度為20mm，振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 058r/min，噸米耗電量最小，生產(chǎn)效率高。

2)剝殼機(jī)料斗料門開度為20mm，振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 058r/min，蕎麥噸米耗電量和碎米率隨粒徑的增大而減小，未分離率隨粒徑增大而增大。

3)剝殼機(jī)料斗料門開度為20mm、振動(dòng)篩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 058r/min時(shí)，同樣粒徑蕎麥在使用新規(guī)格篩體時(shí)比用原規(guī)格篩體噸米耗電量降低4.3%，碎米率降低1.36%，未分離率降低0.72‰，且工作穩(wěn)定，不易堵篩。

本試驗(yàn)的剝殼間隙是根據(jù)前人研究得出的，不同粒徑蕎麥的最佳剝殼間隙略有不同，建議在今后試驗(yàn)中對(duì)不同粒徑蕎麥采用不同剝殼間隙。

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