油茶果破殼機(jī)破殼效率的優(yōu)化

胡一飛 王焱清 皇甫思思

摘要：對(duì)油荼果破殼機(jī)性能指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)影響油茶果脫殼機(jī)的參數(shù)，即輥筒轉(zhuǎn)速、軌道夾角、氣缸壓力進(jìn)行了單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)。結(jié)果表明，對(duì)破殼機(jī)性能指標(biāo)影響強(qiáng)弱依次為氣缸壓力>棍子轉(zhuǎn)速>軌道夾角，并最終確立油茶果破殼機(jī)的最佳工作情況為軌道夾角40度，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速80 r/min，氣缸壓力3bar，該奈件下破殼率為94.5%，破子率為1.8%，子中含殼率為17.1%，滿足工作要求。

關(guān)鍵詞：油茶果;破殼機(jī);破殼效率;正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TP249;TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（ 2020） 08-0151-03

DOI：IO.140 88/j.cnki.issn0439- 8114.2020.08.034

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)場(chǎng)地為湖北省陽新縣三元實(shí)業(yè)有限公司，試驗(yàn)所用的油茶果從該公司油茶果林采摘，所有油茶果含水率均在55%，直徑在26-48 mm。試驗(yàn)前，先將油茶果自然堆放4d，隨即攤曬1-2 d，試驗(yàn)時(shí)，果實(shí)已有部分輕微開裂。

試驗(yàn)采用的樣機(jī)功率為2.3 kW，轉(zhuǎn)速為1 600r/min，壓剝指數(shù)量為16個(gè)，電機(jī)則采用浙江六安電機(jī)，型號(hào)為Y1-100-3;減速機(jī)則采用減速比為17的擺線針輪減速機(jī);給料機(jī)[1]則采用GZ型號(hào)給料機(jī)，雙振幅1.75 mm，振動(dòng)頻率3 000 r/min，功率35W;手動(dòng)方形孔篩的邊長(zhǎng)分別為10、20 mm。

1.2試驗(yàn)指標(biāo)及影響因素

根據(jù)破殼機(jī)的設(shè)計(jì)要求[2]，將脫殼率η1、破子率η2、子中含殼率叩3作為驗(yàn)證壓剝式油茶破殼機(jī)加工性能的指標(biāo)。破殼率η1、破子率η2、子中含殼率η3的計(jì)算公式如下所示：

破殼率：η1=m0/m1 ×100% （1）

式中，m0為果殼與茶子完全分離后的總質(zhì)量，kg;m1為油茶果樣品總質(zhì)量，kg;

破子率：η2=m2/m3×100% （2）

式中，m2為脫殼過程中破損茶子的質(zhì)量，kg;m3為完整茶子的總質(zhì)量，kg。

子中含殼率：η3=m4/m5×100% （3）

式中，m4為二次篩分后方形孔篩上層碎殼的質(zhì)量，kg;m5為二次篩分后方形孔篩上層果殼和茶子的總質(zhì)量，kg。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單因素試驗(yàn) 為提高破殼機(jī)的破殼效率[3]，樣機(jī)參數(shù)的選擇非常重要，而其中影響破殼機(jī)效率的重要因素為氣缸壓力P、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速n、軌道夾角ω。通過依次調(diào)整軌道夾角ω、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速n、氣缸壓力P，同時(shí)保持另外兩項(xiàng)因素不變，進(jìn)行單因素試驗(yàn)[4]。固定給料機(jī)的振幅和頻率，通過人工將油茶果物料送人振動(dòng)給料機(jī)中，實(shí)現(xiàn)給料機(jī)的定量給料。破殼完成后，將破殼后的碎料物料倒人不同的方形孔篩進(jìn)行篩選，對(duì)篩分后的物料進(jìn)行人工分揀，統(tǒng)計(jì)各部分物料的質(zhì)量。

1.3.2正交試驗(yàn) 以破殼率（η1）、破子率（η2）、子中含殼率（η3）為試驗(yàn)性能指標(biāo)，選擇軌道夾角（A）、棍子轉(zhuǎn)速（B、氣缸壓力（C）3個(gè)因素進(jìn)行L9（3⁴）正交試驗(yàn)，因素與水平如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 軌道夾角對(duì)油茶果破殼機(jī)破殼性能的影響

軌道夾角[5]是指破殼機(jī)中兩梯形軌道側(cè)面所夾的角度，油茶果中心與梯形軌道底端間的距離由夾角的大小決定，距離越大則果實(shí)越容易被彈出。在輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速60 r/min、氣缸壓力3 bra的條件下，調(diào)整軌道傾角，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。隨著軌道夾角的增大，油茶果破殼率減小，逐步穩(wěn)定在88%，子中含殼率由18.7%下降到17.8%，破子率由2.05%下降到1.85%，幅度變化不大。油茶果破殼機(jī)破殼性能與軌道夾角ω呈負(fù)相關(guān)性，各指標(biāo)隨軌道夾角的增大而減小。

2.2輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速對(duì)油茶果破殼機(jī)破殼性能的影響

在軌道夾角40度、氣缸壓力為3 bra條件下，改變帶輪傳動(dòng)比來改變輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。剝輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速對(duì)破殼效率影響較為明顯，破殼率隨著棍子轉(zhuǎn)速的增加而上升，當(dāng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速為120r/min時(shí)，破殼率達(dá)到94.5%;同時(shí)破子率和子中含殼率也逐漸上升，子中含殼率由18.7%增加到20.7%，而破子率則由2.05%增加到2.82%，增幅明顯。

2.3 氣缸壓力對(duì)油茶果破殼機(jī)破殼性能的影響

油茶果破殼的力來自于破殼機(jī)壓剝指施加在油茶果上的擠壓力，壓剝指直接作用在油茶果上。在軌道夾角40度、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速60 r/min的條件下，調(diào)節(jié)氣缸的壓力值來改變氣缸壓力，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。隨著氣缸壓力的逐漸增大，破殼率逐漸上升，由88.4%逐漸上升到94.5%，增幅較大;同時(shí)破子率和含殼率也相應(yīng)增加，破子率增加到2.55%，含殼率達(dá)到21.9%。因此，氣缸壓力值的變化對(duì)破殼機(jī)的破殼性能影響較大。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

以破殼率（η1）、破子率（η2）、子中含殼率（η3）為試驗(yàn)性能指標(biāo)，選擇軌道夾角（A）、棍子轉(zhuǎn)速（B）、氣缸壓力（C）3個(gè)因素進(jìn)行L9（ 3⁴）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，3個(gè)因素對(duì)破殼率、破子率、子中含殼率影響程度的順序依次是氣缸壓力>棍子轉(zhuǎn)速>軌道夾角，即氣缸壓力對(duì)破殼效果的影響最大，軌道夾角影響最小，棍子轉(zhuǎn)速次之。3個(gè)因素中對(duì)破殼率的最優(yōu)組合是C3BA2，破子率的最佳組合是C1B1A1，子中含殼率的最佳組合是C1B1A1。

對(duì)于破殼率而言，取軌道夾角為50度可以獲得較高的破殼率，要獲得較低的破子率和含殼率，軌道夾角為40度最佳。其中軌道夾角對(duì)試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)影響較小，綜合考慮后取40度。

對(duì)棍子轉(zhuǎn)速而言，破殼率隨著棍子轉(zhuǎn)速的增大而增大。但在實(shí)際生產(chǎn)中，首要考慮的是破子率的大小，綜合考慮后取棍子轉(zhuǎn)速為90 r/min。

氣缸壓力是整個(gè)試驗(yàn)樣機(jī)破殼效率中最重要的因素，較低的氣缸壓力可以降低破子率和含殼率，但同時(shí)破殼率也下降，故綜合考慮后取3 bra。

最優(yōu)組合是C2BA，，即軌道夾角40。，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速80 r/min，氣缸壓力3 bar。進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)選取C2BA，組合時(shí)破殼率為94.5%，破子率為1.8%，子中含殼率為17.1%，滿足工作要求。

3 小結(jié)

針對(duì)油茶破殼機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，并確立了油茶果破殼機(jī)的最佳工作參數(shù)，同時(shí)在后續(xù)的研究工作中還將從外部因素進(jìn)行分析，如天氣情況、果子大小等因素，研究如何讓破殼機(jī)工作性能更加優(yōu)良。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊坤國(guó).茶皂素提取與精制方法的改進(jìn)研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2001，21（2）：44-48.

[2]程軍永，程德鋒，梅濟(jì)發(fā)，等.湖北省油茶生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策[J].湖北林業(yè)科技，2007，148（6）：54-56.

[3]王忠，我國(guó)谷物色選機(jī)應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006（4）：23-25.

[4]李立君，周健.油茶果微波爆殼的特性研究[J]中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（11）：49-52.

[5]朱廣飛，任嘉嘉，王振，等.油茶果脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)與工作參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，34（7）：19-27.

基金項(xiàng)目：湖北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（ 2015BBA211）

作者簡(jiǎn)介：胡一飛（1995-），男，湖北松滋人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及其自動(dòng)化，（電話）13296659083（電子信箱）1589119045@qq.com;通信作者，王焱清（1963-），男，湖北鄂州人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械及自動(dòng)化研究。