撕扯振動式嫩板栗脫蒲機試驗研究

畢海軍，曹成茂,范雅魁，徐良旭

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學 工學院,合肥 230036；2.金寨縣農(nóng)業(yè)機械推廣站，安徽 金寨 237300)

?

撕扯振動式嫩板栗脫蒲機試驗研究

畢海軍1，曹成茂1,范雅魁1，徐良旭2

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學 工學院,合肥 230036；2.金寨縣農(nóng)業(yè)機械推廣站，安徽 金寨 237300)

撕扯振動式嫩板栗脫蒲機脫蒲的剝凈率和損傷率受各種因素的影響,為了得到較高的剝凈率和較低的損傷率,需要根據(jù)不同的工藝參數(shù)進行優(yōu)化。以撕扯振動式嫩板栗脫蒲機為研究對象，研究鋸齒式輥子與溝槽式輥子之間間距、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速及倒入嫩板栗個數(shù)對脫蒲率的影響，采用單因素試驗和正交試驗方法安排撕扯振動式嫩板栗脫蒲機脫蒲試驗。結(jié)果表明：單因素試驗中鋸齒形輥子與溝槽式輥子間間距為50mm時脫蒲效果最好；在正交試驗中，鋸齒形輥子與溝槽式輥子間間距為50mm、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速為560r/min、脫蒲時倒入嫩板栗個數(shù)為40個時效果最好。

嫩板栗脫蒲機；撕扯振動式；單因素試驗；正交試驗

0 引言

目前，市場上板栗脫蒲機械在脫蒲時對板栗成熟度要求高，尚不能適應七八成熟板脫蒲，表現(xiàn)在脫凈率低、損傷率高，遠遠達不到生產(chǎn)要求。七八成熟的板栗脫蒲，只能依靠手工脫蒲，其效率低、勞動強度大，嚴重制約了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，影響了栗農(nóng)收入和生產(chǎn)積極性[1]。為此，設計了一種撕扯振動式嫩板栗脫蒲機。此款機器在脫蒲時，為了提高脫蒲率，必須根據(jù)喂料的多少，選擇不同的鋸齒式輥子與溝槽式輥子之間的間距及錐齒輪軸轉(zhuǎn)速。脫蒲過程中影響脫蒲脫凈率和損傷率的因素眾多，不考慮因素之間相互影響和相互制約，采用單因素法對影響脫蒲的要素進行優(yōu)選。正交試驗設計是尋求最優(yōu)化方案的一種統(tǒng)計方法，其特點是針對各因素取定幾個水平，按均勻搭配的原則安排試驗并對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得到最優(yōu)化的水平搭配[2]。

1 撕扯振動式嫩板栗脫蒲機

撕扯振動式嫩板栗脫蒲機由進料斗、撕扯室、可移動擋板、機架、振動室、接料斗、電動機、錐齒輪軸、鋸齒式輥子及溝槽式輥子等組成，如圖1和圖2所示。

1.進料斗 2.撕扯室 3.可移動擋板 4.機架 5.振動室 6.接料斗 7.電動機 8.錐齒輪軸

圖2 撕扯振動式嫩板栗板栗脫蒲機樣機結(jié)構(gòu)圖

嫩板栗由人工喂入進料口之后，通過重力作用運動到脫蒲室內(nèi)。工作時，由鋸齒形輥子上的鋸齒在嫩板栗球上撕扯，再由溝槽式輥子對板栗球輕微搓揉；隨后，板栗球落入振動室內(nèi)，在揉性振動輥子的旋轉(zhuǎn)振動和揉性振動尼龍棒與揉性橡膠棒之間的擠壓作用下，實現(xiàn)板栗子與板栗蒲分離并落入到接料斗中。

2 單因素試驗

2.1 試驗目的及內(nèi)容

通過對撕扯振動式嫩板栗脫蒲機重要參數(shù)進行單因素試驗，分析研究柔性振動輥子轉(zhuǎn)速對剝凈率和損傷率率的影響[3]。

2.2 試驗樣品

試驗所用嫩板栗采摘自安徽省大別山地區(qū)六七成熟板栗。

2.3 試驗儀器設備

1)本研究中設計的撕扯振動式嫩板栗脫蒲機。

2)變頻器。

2.4 試驗因素

影響撕扯振動式嫩板栗脫蒲機的工藝參數(shù)有很多，如嫩板栗放置時間、每次倒入嫩板栗的量、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速、鋸齒式輥子與溝槽式輥子之間間距等對脫蒲效果都有影響；但由于受到試驗條件的限制，本試驗只研究溝槽式輥子與鋸齒式輥子之間間距對撕扯振動式嫩板栗脫蒲機剝凈率和損傷率的影響。

2.5 試驗安排

以嫩板栗倒入的量、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速為不同的試驗條件，控制連接著三相電動機的變頻器頻率，三相電動機與錐齒輪軸通過皮帶傳動，傳動比為1：2，調(diào)整輥子的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速分別取280、420、560、700r/min, 安排在不同的間距下，進而得出剝凈率和損傷率與溝槽式輥子與鋸齒式輥子之間間距的關(guān)系。試驗安排如表1所示。

表1 試驗安排

續(xù)表1

2.6 試驗結(jié)果分析

考慮在不同的嫩板栗倒入個數(shù)和鋸齒式輥子與溝槽式輥子間間距的條件下，分別以剝凈率和損傷率為指標，以柔性振動輥子轉(zhuǎn)速為因素做單因素試驗，結(jié)果如圖3所示。

圖3 試驗結(jié)果

根據(jù)表1的安排，在不同的嫩板栗倒入個數(shù)和柔性振動輥子轉(zhuǎn)速條件下，分別以剝凈率和損傷率為指標，以鋸齒式輥子與溝槽式輥子間間距為因素做單因素試驗。隨著試驗條件不同，各組的試驗結(jié)果差距比較大，試驗11中的剝凈率為95%，試驗1中的剝凈率為61%；但從整體的影響趨勢來看，剝凈率都是隨著溝槽式輥子與鋸齒式輥子間間距的增加而增加。當間距增加到一定時，剝凈率維持在某個水平上，損傷率都是隨著間距增加而逐漸降低，之后又緩慢地上升。在不同的試驗條件下，因素水平的變化對指標的影響較小。當鋸齒式輥子與溝槽式輥子間距為50mm時脫蒲效果最好[4-7]。

3 正交試驗與結(jié)果分析

3.1 試驗目的及內(nèi)容

通過對撕扯振動式嫩板栗脫蒲機重要參數(shù)進行正交試驗，得出撕扯振動式嫩板栗脫蒲機工作的最佳工藝參數(shù)，最終確定最佳參數(shù)組合。

3.2 試驗樣品

試驗所用的嫩板栗采摘自安徽省大別山地區(qū)，剔除袋中夾雜的石子和樹葉。

3.3 試驗設備

1)本研究中設計的撕扯振動式嫩板栗脫蒲機。

2)變頻器。

3.4 試驗因素

影響嫩板栗脫蒲機的工藝參數(shù)很多，如嫩板栗放置時間、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速、鋸齒式輥子與溝槽式輥子之間間距、鋸齒式輥子上鋸齒傾斜角度、溝槽式輥子溝槽的高度，以及脫蒲力、脫蒲時倒入板栗個數(shù)等都對脫蒲效果有影響；但由于試驗條件限制，本試驗只研究脫蒲時倒入板栗個數(shù)、柔性振動輥子轉(zhuǎn)速、鋸齒式輥子與溝槽式輥子之間間距、對撕扯振動式嫩板栗脫蒲機的剝凈率和破損率的影響。

1)溝槽式輥子與鋸齒式輥子間間距：基于前面的單因素試驗結(jié)果，剝凈率隨著間距的增加而增加，而破損率雖然一直在減小，但數(shù)值變化并不大。因此，此次試驗分別取溝槽式輥子與鋸齒式輥子間間距分別為30、40、50、60mm，分別用A1、A2、A3、A4表示。

2)柔性振動輥子轉(zhuǎn)速：同樣基于前面的單因素試驗結(jié)果，剝凈率隨著輥子轉(zhuǎn)速的增加而增加，破損率反而是隨著輥子轉(zhuǎn)速的增加而減小。因此，本次試驗分別取輥子轉(zhuǎn)速為280、420、560、700r/min，分別用B1、B2、B3、B4表示。試驗時，將錐齒輪主軸通過皮帶傳動直接與電動機相聯(lián)接，錐齒輪軸與柔性振動輥子通過錐齒輪傳動，齒數(shù)比為1，傳動比為1，并通過調(diào)節(jié)變頻器頻率來獲得試驗所需的轉(zhuǎn)速。

(3)脫蒲時候倒入板栗的個數(shù)：同樣基于前面的單因素試驗結(jié)果，剝凈率倒入嫩板栗個數(shù)的增加先增加后減小，損傷率隨著輥子與柵欄之間間距的增加先增加后減小。因此，本次試驗每次倒入嫩板栗個數(shù)為10、20、30、40，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 試驗方法

根據(jù)試驗因素及水平的選取，本試驗選擇標準正交表L16(44),4底數(shù)表示因素的水平數(shù)，上標4表示列數(shù)。表頭設計及其試驗結(jié)果如表3所示。

表3 試驗結(jié)果

續(xù)表3

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：兩個指標的各因素的主次順序依次為B、A、C、D和C、B、A、D。A因素的四水平當中，剝凈率A3的指標均值最高，破損率A3的指標均值最小。B因素的四水平當中，剝殼率B3的指標均值最高，破損率B3的指標均值最??；C因素的四水平當中，脫蒲率C4的指標均值最高，破損率C4的指標均值最小。綜合分析因素的結(jié)果，最優(yōu)的因素水平組合是A3B3C4。根據(jù)分析結(jié)果在A3B3C4組合下再次進行試驗，測得剝凈率為97.6%,破損率為1%。因此，最優(yōu)的因素組合是A3B3C4[8-9]。

3.8 方差分析結(jié)果

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

表4 剝凈率方差分析表

表5 損傷率的方差分析表

從表4、表5可以看出：當顯著性水平為10.00時，柔性輥子轉(zhuǎn)速B的顯著值為9.03(<10.00),鋸齒式輥子與溝槽式輥子間間距A顯著值為28.76(>10.00)，倒入個數(shù)C的顯著值為13.86(>10.00)。因此，輥子與溝槽式輥子間間距對剝凈率影響顯著，脫蒲時候嫩板栗倒入個數(shù)與柔性輥子轉(zhuǎn)速影響不顯著；顯著值的大小順序為BC>A[10]。

4 結(jié)論

1)通過單因素試驗，得出了鋸齒形輥子與溝槽式輥子間間距對嫩板栗蒲剝凈率和損傷率的影響規(guī)律。當鋸齒形輥子與溝槽式輥子間間距為50mm時，脫蒲效果最好。

2)通過正交試驗分析，得出了撕扯振動式嫩板栗脫蒲機脫蒲性能的最優(yōu)水平組合因素是A3B3C4，即鋸齒形輥子與溝槽式輥子間間距為50mm，柔性振動輥子轉(zhuǎn)速為560r/min，脫蒲時倒入嫩板栗個數(shù)為40個[10-11]。

[1] 韓志仁,孫偉大.基于正交試驗鈦合金激光切割工藝參數(shù)優(yōu)化[J].機械設計與制造,2010,23(2):211-213.

[2] 羅海峰，官春云，湯楚宙，等．旋耕開溝機橫向拋土性能試驗[J].湖南農(nóng)業(yè)大學學報: 自然科學版,2006，32(4) :441-444.

[3] 王新坤，李俊紅，李亞飛， 等．基于正交試驗的三角環(huán)流流道灌水器數(shù)值模擬[J]．排 灌 機 械 工 程 學 報，2010，28(5):444-448．

[4] 高允彥.正交及回歸試驗設計方法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988：17-42.

[5] 曾小華,王慶安.正交優(yōu)化設計理論在混合動設計中的應用[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2006,37(5):26-28.

[6] 陳魁.試驗設計與分析[M].北京:清華大學出版社,2005.

[7] 孫靖民.機械優(yōu)化設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:176-190.

[8] 袁壽其,張玉臻.離心泵分流葉片偏置設計的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報, 1995, 26(4):79-83.

[9] HON G S S, K AN G S H. Flow at the centrifugal pump impeller ex it with circumferential distortion of the outlet static pressure [J].J Fluids Engin, Trans ASM E, 2004,126(1):81-86.

[10] 齊學義,倪永燕.復合式離心泵葉輪短葉片偏置設計分析[J].甘肅工業(yè)大學學報,2003, 29(4):60-63.

[11] SAN K A RL A L SA H J K. Performances of very low specific speed impeller[J].Turbomach,1997, 25( 7):1-9.Abstract ID:1003-188X(2017)10-0169-EA

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

Bi Haijun1, Cao Chengmao1, Fan Yakui1, Xu Liangxu2

(1.Anhui Agricultural University School of Technology, Hefei 230036,China； 2.Jinzhai County Administration of Agricultural Machinery， Jinzhai 237300, China)

Vibrating tear tender chestnut peeling off the net rate and injury rate REMOVAL Po Po is affected by various factors, in order to obtain a higher stripping ratio and lower net rate of injury , we need to be optimized depending on the process parameters. Use tear off vibrating tender chestnut Pu machine as the research object, rolled-up between the roller and the grooved roller spacing , flexible vibrating roller speed , into the impact of the number of quality of tender chestnut Po removal rate , single- factor test and orthogonal test schedule tear off vibrating tender chestnut Po Po test machine off . The results showed that among single-factor test serrated rollers and trench roller spacing 50mm off when Po best .In optimum between serrated rollers and trench roller spacing 50mm , flexible vibrating roller speed 560r/min, when the tender was poured off Po chestnut number 40 when the best.

less mature chestnut husker; tear vibrating; single-factor test; orthogonal test

2016-08-03

國家自然資金面上項目(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，碩士生導師，博士，(E-mail)caochengmao@sina.com。

S226.4

A

1003-188X(2017)10-0169-05