欠成熟板栗脫蒲機影響脫蒲性能的試驗分析

畢海軍， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽農業大學 工學院,合肥 230036)

?

欠成熟板栗脫蒲機影響脫蒲性能的試驗分析

畢海軍， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽農業大學 工學院,合肥 230036)

利用自制板栗脫蒲機試驗臺，通過單因素試驗，分析了參數性能指標試驗臺脫蒲部件轉速對欠成熟板栗脫蒲率及損傷率的影響規律。通過正交試驗，得出了欠成熟板栗放置時間、試驗臺脫蒲部件轉速、試驗臺脫蒲部件與柵欄之間間距等參數的最優組合，從而對欠成熟板栗脫蒲裝置的優化設計提供了依據。

板栗脫蒲機；性能指標；優化設計

0 引言

板栗樹上生長的欠成熟的板栗球呈大球形，在每個板栗球內部有2～3個板栗的堅果，欠成熟板栗球大小不等且外表長有密集的長刺，果實與板栗蒲的內壁黏合緊密。長期以來，一直靠人手工脫蒲，極易扎手，脫蒲效率低下，耗時費力[1]。目前，市場上存在的板栗脫蒲機針對成熟度高的板栗效果明顯，但針對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器適應性差等問題。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，對試驗臺脫蒲部件轉速做了16水平單因素試驗；同時，選取欠成熟板栗放置時間、試驗臺脫蒲部件轉速、試驗臺脫蒲部件與柵欄之間間距等3項因素進行正交試驗，分析了各因素對欠成熟板栗脫蒲性能的影響規律，得出了最優的參數組合，為欠成熟板栗脫蒲裝置的優化設計提供了依據[2-3]。

1 試驗臺及試驗方法

1.1 試驗臺

欠成熟板栗脫蒲及試驗臺由進料口、脫蒲輥子、軸承座、電動機、機架、柵欄及可調式螺栓等組成，如圖1所示。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，在脫蒲輥子的帶動下進入其與柵欄之間的間隙；七成熟的板栗蒲在脫蒲輥子與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.進料斗 2.脫蒲輥子 3.軸承座 4.電動機 5.機架 6.柵欄 7.可調式螺栓

2 單因素試驗

2.1 試驗的目的及內容

通過對欠成熟板栗脫蒲機重要參數進行單因素試驗，分析研究脫蒲輥子轉速對剝凈率和破損率的影響。

2.2 試驗樣品

試驗所用欠成熟板栗采摘自安徽省金寨縣六、七成熟板栗。

2.3 試驗儀器

1)本研究中設計的試驗臺。

2)電子稱。

3)mm440SIMENS變頻器。

2.4 試驗因素

影響欠成熟板栗脫蒲機試驗臺的工藝參數有很多，如欠成熟板栗放置時間、輥子轉速、試驗臺脫蒲部件與柵欄之間間距等對脫蒲效果都有影響；但由于受到實驗條件的限制，本試驗只研究輥子轉速對欠成熟板栗脫蒲機剝凈率和破損率的影響[4-6]。

2.5 試驗安排

以欠成熟板栗放置時間、試驗臺脫蒲部件與柵欄之間間距為不同的試驗條件，安排在不同的輥子轉速下，通過控制連接著三相電動機的mm440SIMENS變頻器頻率，三相電動機與輥子通過皮帶傳動，傳動比為1，調整輥子的轉速，轉速分別取280、420、560、700r/min,進而得出剝凈率和破損率與輥子轉速之間的關系，試驗安排如表1所示。

表1 試驗安排

2.6 試驗結果分析

根據試驗的安排，考慮在不同的放置時間和間距的條件下，分別以剝凈率和損傷率為指標，以輥子的轉速為因素做單因素試驗。試驗結果如圖2所示。隨著試驗條件的不同，各組的試驗結果差距比較大，試驗6中的剝凈率為85%，試驗5中的剝凈率為73%。但從整體的影響趨勢來看，剝凈率都是隨著輥子轉速的增加而增加；當輥子轉速增加到一定時，剝凈率維持在某個水平上，損傷率都是隨著轉速增加而逐漸降低，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。當輥子轉速在560r/min時脫蒲效果最好。

試驗1 試驗2

試驗3 試驗4

試驗5 試驗6

試驗7 試驗8

試驗9 試驗10

試驗11 試驗12

試驗13 試驗14

試驗15 試驗16

3 正交試驗與結果分析

3.1 試驗目的及內容

通過對嫩板栗脫蒲機重要參數進行正交試驗，得出嫩板栗脫蒲機工作的最佳工藝參數，最終確定傳動機構的傳動比。

3.2 試驗樣品

試驗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 試驗儀器

1)本研究中設計的嫩板栗脫蒲機。

2)電子稱。

3)mm440SIMENS變頻器。

3.4 試驗因素

影響嫩板栗脫蒲機的工藝參數很多，如嫩板栗放置時間、輥子轉速、輥子與柵欄之間間距、輥子上葉片傾斜角度，以及脫蒲力等都對脫蒲效果有影響；但由于條件限制，本試驗只研究嫩板栗放置時間、輥子轉速及輥子與柵欄之間間距對脫蒲機的剝凈率和破損率的影響。

1)嫩板栗放置時間：基于前面的單因素試驗結果，剝凈率隨著嫩板栗放置時間的增加而增加，而破損率雖然一直在減小，但數值變化并不大。因此，此次試驗分別取嫩板栗的放置時間為剛采摘的、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)輥子轉速：同樣基于前面的單因素試驗結果，剝凈率隨著輥子轉速的增加而減小，破損率隨著輥子轉速的增加而減小。因此，本次試驗分別取輥子轉速為280、420、560、700r/min，分別用B1、B2、B3、B4表示。試驗時將輥子主軸通過皮帶傳動直接與電動機相聯接，并通過調節mm440SIMENS變頻器頻率來獲得試驗所需的轉速。

3)輥子與柵欄之間間距：同樣基于前面的單因素試驗結果，剝凈率隨著輥子與柵欄之間間距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減小后增加。因此，本試驗分別取輥子與柵欄之間的間距為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 試驗方法

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

表3 試驗結果

3.7 結果分析

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，B、C、A、D。A因素的4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4水平當中，剝殼率B3的指標均值最高，破損率B3的指標均值最小；C因素的4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；綜合分析因素的結果，最優的因素水平組合是A3B3C4。根據分析結果在A3B3C4組合下再次進行試驗，測得剝凈率為98.8%,破損率為1%，因此最優的因素組合是A3B3C4[7-10]。

3.8 方差分析結果

剝凈率、破損率數據進行方差分析，結果如表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，輥子轉速B的顯著值為9.28(<10.00),七、八成熟板栗放置時間A顯著值為29.46(>10.00)，柵欄與輥子間間距C的顯著值為15.44(>10.00)，因此輥子轉速對剝凈率影響顯著；七、八成熟板栗放置時間與柵欄與輥子間間距影響不顯著。其顯著值得的大小順序為BA>C[11]。

4 結論

1)通過單因素試驗得出了輥子轉速參數對欠成熟板栗蒲剝凈率和損傷率的影響規律，當輥子轉速在560r/min時脫蒲效果最好。

2)通過正交試驗和分析，得出了影響欠成熟板栗脫蒲性能的最優水平組合因素是A3B3C4，即欠成熟板栗放置時間為2天后，輥子轉速為560r/min，輥子與柵欄之間間距為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研究[J].農業工程學報,2007,23(5):177-179.

[2] 郭貴生,呂新民,郭康權,等.油菜籽脫殼機脫殼性能試驗研究[J].農業機械學報,2005,36(l):148-154.

[3] 劉少達,朱立學,劉清生.銀杏(白果)脫殼機工作部件重要參數的分析[J].農機化研究,2005(2):87-89.

[4] 史建新,趙海軍,辛動軍.基于有限元分析的核桃脫殼技術研究[J].農業工程學報,2005,21(3):185-188.

[5] 宋衛堂,封俊,胡鴻烈.北京地區夏玉米聯合收獲的試驗研究[J].農業機械學報,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與開口即食板栗加工試驗研究[J].糧油加工與食品機械,2003(5):55-56.

[7] 孫靖民.機械優化設計[M].北京:機械工業出版社,2005:176-190.

[8] 高學梅,胡志超,謝煥雄,等. 打擊揉搓式花生脫殼機脫殼性能影響因素探析[J].花生學報，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.蓮子機械特性的測試研究(英文)[J].農業工程學報,2005(7) :11-14.

[11] 余群,易啟偉.鮮蓮子自動化剝殼技術與設備[J].農機化研究,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

國家自然科學基金面上項目(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，博士，博士生導師，(E-mail)caochengmao@sina.com。

S226.4

A

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