移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)

楊會民，郭兆峰，王學(xué)農(nóng)，劉向東，孫小麗，喬園園，吳政國

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆烏魯木齊　830091）

移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)

楊會民，郭兆峰，王學(xué)農(nóng)，劉向東，孫小麗，喬園園，吳政國

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆烏魯木齊830091）

摘要：文中通過對5TYY- 40型田間移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使其預(yù)冷降溫過程由直接降溫變?yōu)殡A梯式降溫，實(shí)現(xiàn)了庫內(nèi)物料的平滑降溫，提高了預(yù)冷機(jī)的預(yù)冷效果；同時(shí)對預(yù)冷機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改進(jìn)，將溫濕度傳感器由原來的2個(gè)增加到12個(gè)，并對其位置進(jìn)行了合理布置，使系統(tǒng)功率消耗降低，可靠性得到明顯提高。我們于2014年7月、8月分別在英吉沙縣果品蔬菜供銷社和吐魯番新疆果業(yè)集團(tuán)吐魯番基地對該機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)測試，試驗(yàn)證明該機(jī)預(yù)冷效果明顯，整機(jī)性能得到提高。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)式；差壓預(yù)冷機(jī)；控制系統(tǒng)；優(yōu)化

新疆維吾爾自治區(qū)科技重大專項(xiàng)：《新疆特色果品田間預(yù)冷及高質(zhì)化加工關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》（201130102- 4）；自治區(qū)農(nóng)機(jī)化新技術(shù)新機(jī)具研制開發(fā)項(xiàng)目《移動(dòng)式瓜果田間差壓式預(yù)冷裝置研制開發(fā)》

新疆是我國重要的瓜果生產(chǎn)基地，大部分瓜果都要運(yùn)往內(nèi)地銷售。因運(yùn)輸路距離較遠(yuǎn)，使得新疆瓜果到達(dá)內(nèi)地市場后品質(zhì)降低，貨架期縮短，嚴(yán)重影響了新疆瓜果行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家為了獲得高質(zhì)量的新鮮果蔬產(chǎn)品，已把預(yù)冷作為果蔬采后的第一道工序，即在果蔬原料采收后的最短時(shí)間內(nèi)，在果蔬原產(chǎn)地，用人工方法將其預(yù)冷到規(guī)定溫度[2]。預(yù)冷的方式有很多種，選擇適宜的預(yù)冷方法應(yīng)該考慮很多影響因素[3]。

差壓預(yù)冷是在冷庫預(yù)冷的基礎(chǔ)上彌補(bǔ)了其預(yù)冷時(shí)間長、不均勻等不足而研究發(fā)展起來的預(yù)冷技術(shù)，其成本與冷庫預(yù)冷相當(dāng)，但預(yù)冷效果比冷庫預(yù)冷提高2～6倍，預(yù)冷時(shí)間僅為冷庫預(yù)冷的1/4～1/10。5TYY-40型田間移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)的降溫方式為直接降溫，果品無法與冷風(fēng)及時(shí)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，預(yù)冷效率低，功率消耗大，預(yù)冷機(jī)的工作可靠性和安全性也有待提高。筆者針對此型預(yù)冷機(jī)現(xiàn)存在的問題進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)[4]。

1　工作原理及改進(jìn)方案

1.1工作原理

（1）當(dāng)外部啟動(dòng)/停止旋鈕轉(zhuǎn)到啟動(dòng)位置，在庫溫高于設(shè)定溫度上限值且無系統(tǒng)故障時(shí)供液閥經(jīng)設(shè)定延時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)庫溫低于設(shè)定溫度下限值時(shí)供液閥關(guān)閉。供液閥啟動(dòng)后經(jīng)設(shè)定延時(shí)壓縮機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)庫溫低于設(shè)定溫度下限時(shí)，關(guān)閉供液閥后經(jīng)系統(tǒng)延時(shí)停止壓縮機(jī)運(yùn)行。供液閥啟動(dòng)后經(jīng)設(shè)定延時(shí)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)庫溫低于設(shè)定溫度下限時(shí)，關(guān)閉供液閥后經(jīng)系統(tǒng)延時(shí)停止冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行。壓縮機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)高壓達(dá)到壓力控制器設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)冷凝器，當(dāng)高壓低于壓力控制器設(shè)定值時(shí)停止冷凝器運(yùn)行。化霜為手動(dòng)化霜，根據(jù)實(shí)際控制需要在用戶參數(shù)中設(shè)置化霜周期參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到化霜周期設(shè)置時(shí)間開始自動(dòng)化霜，是根據(jù)實(shí)際情況而進(jìn)行的強(qiáng)制化霜，經(jīng)化霜時(shí)間或到達(dá)化霜時(shí)庫溫上限，化霜結(jié)束停止化霜。圖1為預(yù)冷機(jī)制冷機(jī)組組成。

圖1　預(yù)冷機(jī)制冷機(jī)組組成

（2）制冷工作流程如下：

通過冷凍油在壓縮機(jī)和油分離器之間循環(huán)，對壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻，冷媒通過冷凝器散熱后回到儲液瓶，再通過過濾器、電磁閥、膨脹閥吸熱降溫，再通過冷風(fēng)機(jī)在預(yù)冷間形成冷風(fēng)氣流。

1.2改進(jìn)方案

（1）優(yōu)化預(yù)冷機(jī)降溫方式，使其由原來的直接降溫改為階梯式降溫，每個(gè)階梯時(shí)間段，階梯溫度值都根據(jù)預(yù)冷果品不同、包裝方式不同、預(yù)冷果品數(shù)量不同而設(shè)定，采用這種降溫方式，使預(yù)冷機(jī)預(yù)冷效果達(dá)到最佳。

（2）對控制系統(tǒng)電氣及控制儀進(jìn)行改進(jìn)，使其系統(tǒng)可靠性得到提高，預(yù)冷機(jī)整機(jī)功率消耗降低。溫濕度傳感器由原來的2個(gè)增加到現(xiàn)在的12組，均勻分布在預(yù)冷間的兩側(cè)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地檢測到庫內(nèi)溫度的變化，使制冷機(jī)組效率大大提高。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)電氣改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了使預(yù)冷機(jī)系統(tǒng)低功耗、安全可靠地運(yùn)行，我們對其電氣部分做了改進(jìn)。本系統(tǒng)采用了丹佛斯FYC-15H風(fēng)冷制冷機(jī)組，設(shè)置了高低壓保護(hù)電路和急停開關(guān)，根據(jù)系統(tǒng)工作情況設(shè)置高壓限制值為25KG，低壓限制值為1KG，這樣可以保證制冷機(jī)組的安全運(yùn)行。為了使系統(tǒng)的可靠性更高，避免機(jī)組短時(shí)間內(nèi)頻繁啟停，我們在壓縮機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、冷凝器電路中加入了延時(shí)動(dòng)作電路?？紤]到本預(yù)冷機(jī)工作過程需要融霜的情況極少出現(xiàn)，為了降低系統(tǒng)功率消耗，把融霜啟停改為手動(dòng)。如圖2為系統(tǒng)主電路圖，其余控制電路（電源指示、壓縮機(jī)控制、冷凝器控制、電磁閥控制、冷風(fēng)機(jī)控制、高低壓保護(hù)、融霜等控制電路）未在圖中顯示。

圖2　系統(tǒng)主電路圖

2.2控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述改進(jìn)方案中預(yù)冷瓜果溫度的平滑下降及預(yù)冷工作間冷風(fēng)溫度的階梯式下降，本系統(tǒng)采用了廣州科力智能儀器有限公司的ACR-700多路巡檢控制儀，包括12組溫濕度傳感器和ACR-700控制器。此控制儀能根據(jù)溫濕度值的變化控制制冷機(jī)組啟停，實(shí)現(xiàn)工作間冷風(fēng)溫度的階梯式下降。通過設(shè)定目標(biāo)值、階梯溫度值和階梯溫度保持時(shí)間，能夠靈活根據(jù)不同預(yù)冷物料特性實(shí)現(xiàn)預(yù)冷最佳效果。12組傳感器均勻分布在預(yù)冷間兩側(cè)，使控制儀能根據(jù)預(yù)冷間溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制。本控制儀還具有系統(tǒng)故障報(bào)警及緊急關(guān)閉制冷機(jī)組的功能。圖3所示為預(yù)冷間溫濕度傳感器布置示意圖。

圖3　傳感器布置示意圖

3　試驗(yàn)及結(jié)果

3.1試驗(yàn)測試

2014年7月在英吉沙縣果品蔬菜供銷社對優(yōu)化改進(jìn)后的預(yù)冷機(jī)進(jìn)行了色實(shí)提杏預(yù)冷試驗(yàn)測試，試驗(yàn)選用采摘后2～3 h的色買提杏，按每框10 kg裝好，按要求將裝好的塑料筐堆碼在預(yù)冷間兩側(cè)，蓋好帆布，其余出風(fēng)口做好密封。溫度從27℃開始階梯式降溫至5℃，除了控制器溫濕度傳感器外，為了測量果心溫度變化，筆者在杏子果實(shí)內(nèi)部均勻放置了4個(gè)無線溫度記錄儀。2014年8月在吐魯番新疆果業(yè)集團(tuán)吐魯番基地進(jìn)行無核白葡萄試驗(yàn)測試，物料選用采摘后2～3 h的無核白葡萄3 t，按每框4 kg裝入塑料筐，按試驗(yàn)要求堆碼在預(yù)冷間兩側(cè)，蓋好帆布，放置好無線溫度記錄儀，打開電源開始預(yù)冷，檢測設(shè)備的使用性能和不同物料預(yù)冷所需時(shí)間。

3.2測試結(jié)果

試驗(yàn)證明預(yù)冷機(jī)可以安全穩(wěn)定地工作。試驗(yàn)人員分別對出風(fēng)口溫度、庫溫、果心溫度進(jìn)行跟蹤記錄，結(jié)果表明預(yù)冷機(jī)預(yù)冷效果明顯提高。

（1）杏子的適宜預(yù)冷溫度為5℃左右，設(shè)定預(yù)冷溫度為3℃，杏子的初始溫度為26～27℃，圖4所示為預(yù)冷間不同部位溫度變化曲線。由圖可以看出，出風(fēng)口溫度降到15℃的時(shí)候保持1.5 h，制冷機(jī)組啟動(dòng)，繼續(xù)降溫，溫度降到5℃左右，繼續(xù)保持0.5 h，形成階梯式降溫。我們可以發(fā)現(xiàn)預(yù)冷間溫度在前1 h內(nèi)溫度降低3℃左右，2～3 h溫度降低14℃左右，降溫較快。隨著果實(shí)溫度下降，降溫幅度越來越小，6 h后果實(shí)溫度達(dá)到預(yù)冷設(shè)定值。

（2）葡萄的適宜預(yù)冷溫度為3℃左右，預(yù)冷機(jī)設(shè)定溫度為1℃，葡萄的初始溫度為32～33℃，圖5所示為葡萄預(yù)冷的溫度變化曲線。由圖可以看出，在7 h的時(shí)候達(dá)到預(yù)冷所需溫度值，庫溫接近0℃不再變化；同樣在15℃和5℃的時(shí)候關(guān)停制冷機(jī)組，出風(fēng)口溫度分別保持了不同長的時(shí)間段。

（3）與直接降溫相比，優(yōu)化改進(jìn)后的預(yù)冷機(jī)采用階梯式降溫，預(yù)冷物料可以充分與冷風(fēng)進(jìn)行能量交換，降溫效率更高，功率消耗更低；同時(shí)整機(jī)的工作可靠性、安全性也得到提高。

圖4　杏子預(yù)冷溫度變化曲線

圖5　葡萄預(yù)冷溫度變化曲線

4　結(jié)論

對5TYY-40型田間移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)的降溫方式改進(jìn)后，預(yù)冷過程中預(yù)冷工作間的冷風(fēng)氣流均勻平穩(wěn)，降溫過程更加平滑，預(yù)冷效果明顯；對預(yù)冷機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，系統(tǒng)的可靠性更好，操作更加簡便，同時(shí)降低了整個(gè)預(yù)冷機(jī)的功率消耗，整機(jī)性能大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉向東，郭兆峰，牛長河等.5TYY-40型田間移動(dòng)式瓜果差壓預(yù)冷機(jī)的研制[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2014，（3）：5～6.

[2]彭苗，陳華，杜建通等.果蔬差壓預(yù)冷技術(shù)[J].保鮮與加工，2000（1）：15～17.

[3]高麗樸，鄭淑芳，李武等.果蔬差壓預(yù)冷設(shè)備及預(yù)冷技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19（6）：185～189.

[4]鄭淑芳，高麗樸，李武.移動(dòng)式差壓預(yù)冷機(jī)的研制與示范初報(bào)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21(10)：389～392.

通訊作者：王學(xué)農(nóng)

基金項(xiàng)目：科學(xué)技術(shù)部國家“十二五”科技支撐計(jì)劃：《新疆特色林果精深加工關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究與示范》（2011BAD27B01）；

收稿日期：2014-12-15

文章編號：1007-7782（2015）01-0018-03

中圖分類號：S229+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.01.008