巴旦木核分級機的試驗研究

吐魯洪·吐爾迪，阿依木妮莎·拜克熱

（新疆農業科學院農業機械化研究所,新疆　烏魯木齊　830091）

0　引言

巴旦木又稱扁桃，巴旦木是世界四大著名干果之一，其果仁營養價值比同重量的牛肉高6倍，營養價值極高，為不可多得的滋補佳品。在中亞和歐洲一些國家被譽為圣果，巴旦木市場上的價格位居各經濟林果之首。目前國內市場上出售的巴旦木仁大部分是靠手工或簡易機具砸取，存在勞動強度大、工作效率低、仁破損率高等問題，因此急需先進的巴旦木機加工設備。根據巴旦木的物理特性，采取先分級后破殼，可降低巴旦木破仁率，提高破殼率。

目前堅果分級主要有：振動分級篩和滾筒分級篩，振動篩分機是利用激振器（偏心塊或偏心軸）產生的激振力，使篩體沿激振力方向作周期性往復振動，物料在篩面上跳動，通過不同的篩孔把不同規格的物料分級規整到所要求的篩面，以達到分級的目的。振動分級機對堅果仁容易造成機械損傷，分級效率低，噪音大，在堅果分級時應用較少。滾筒分級機利用多節不同孔徑滾筒篩的旋轉，對直徑大小不同的堅果進行尺寸分級，整體工作平穩，且對堅果不會造成機械損傷，分級效率高，噪音小，應用較為廣泛。項目組設計了兩種不同形式的機具進行對比試驗，并通過試驗驗證其分級效果。

1　結構及工作原理

滾筒分級機的關鍵部件為滾筒，結構分2種，（1）柵欄式轉筒；（2）篩網式轉筒。轉筒按分級的需要設計成幾段，各段的孔徑不同，進口端的孔徑最小，出口端最大。

1．1　柵欄式滾筒

1.1.1結構

該圓環式柵欄滾筒分級機主要有機架、進料口、軸承座、軸、法蘭盤、出料口、電機等組成。進料口一端安裝在機架上，一端伸進滾筒內并保持一定的距離，不妨礙滾筒的轉動，每個柵欄條都用直徑相同的圓鋼組成圓環形，均勻排列，每節滾筒有法蘭盤、加強筋和多個圓環式柵欄組成，滾筒間隙依次增大。第一節圓環式柵欄分離出尺寸最小的堅果，較大堅果從最后一節分離出來。

圖1　柵欄式滾筒分級機

1.1.2工作原理

工作時，電機通過鏈輪帶動滾筒軸轉動，滾筒軸帶動滾筒旋轉，巴旦木通過進料口進入滾筒內，巴旦木核沿著旋轉篩筒的內壁旋轉，在滾筒的離心力的作用下，將厚度尺寸小的巴旦木從第一節滾筒篩柵欄間隙中分離出來，厚度尺寸較大的巴旦木在滾筒的帶動下運動到下一級繼續篩分，如此重復到第四級，厚度最大的從出料口分離為止，達到分離目的。

1.2　篩片式滾筒

1.2.1結構

該篩片滾筒分級機主要有機架、進料口、軸承座、軸、篩片、法蘭盤、出料口、電機等組成。進料口一端安裝在機架上，一端伸進滾筒內并保持一定的距離，不妨礙滾筒的轉動，每節滾筒用大小孔不同的篩片焊接在法蘭盤上，每節滾筒有法蘭盤、加強筋組成滾筒篩片間隙依次增大。第一節滾筒分離出尺寸最小的堅果，較大堅果從最后一節分離出來。

圖2　篩片式滾筒分級機

1.2.2工作原理

工作時，電機通過鏈輪帶動滾筒軸轉動，滾筒軸帶動滾筒旋轉，巴旦木通過進料口進入滾筒內，沿著旋轉滾筒的內壁旋轉，在滾筒的離心力的作用下，將厚度尺寸最小的巴旦木從第一節滾筒篩間隙中分離出來，厚度尺寸較大的巴旦木在滾筒的帶動下運動到下一級繼續篩分，如此重復到第四級，厚度最大的從出料口分離，達到分離目的。

2　主要工作部件參數的確定

2.1　滾筒的設計

目前新疆巴旦木主要有紙皮巴旦木、薄皮巴旦木、鷹嘴巴旦木（厚皮）和雙仁巴旦木4個品種。巴旦木的品種不同其理特性也會有些差別,本試驗采用新疆莎車縣產的莎車3#巴旦木。莎車3#大小不一，使用游標卡尺對莎車3#長度L、寬度W、厚度T進行測量，根據尺寸大小，由小到大將其分為3個等級，分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，Ⅳ。

表1　莎車3#的分級

由表1可以看出巴旦木品種差異較大，按巴旦木厚度進行分級，可將巴旦木分級滾筒分成4節，物料分成5級。

2.2　滾筒篩篩孔的確定

由表1可以看出，根據巴旦木的厚度大小，設定滾筒第一級篩孔的直徑大小為10.08 mm＜d＜12.22 mm，滾筒第二級篩孔的直徑大小為12.22 mm＜d＜14.34 mm，滾筒第三級篩孔的直徑大小為14.34mm＜d＜16.28 mm，滾筒第四級篩孔的直徑大小為16.28 mm＜d＜18.94 mm，篩孔的排列方式采用三角形排列。

2.3　滾筒轉速的確定

滾筒的轉速直接影響生產率和分級效果。滾筒的最高轉速不能使物料在達到滾筒頂部時所產生的離心力大于物料的重力，以確保物料靠自身的重力自由落下，否則物料會貼緊在滾筒內壁上無法分離，其他物料也無法進入篩孔，從而減少了篩分面積，甚至造成篩孔完全堵塞，影響巴旦木分離效果。根據試驗柵欄式滾筒分級機分級機轉速取值范圍在25～50 r/min，篩片式滾筒分級機分級時轉速取值范圍在15～25 r/min效果較好。

2.4　滾筒傾角的確定

物料在滾筒內向出口處的運動是靠滾筒與水平面的傾角與轉速來實現的。傾角過大，容易造成物料在滾筒中運動速度過快，使物料來不及分級就被送至下一級；反之，傾角過小，生產率就會降低。由于巴旦木核形狀不規則，流動性較差，初步確定傾角取值3°～5°。

3　分級機的性能試驗

分級機工作時，滾筒的轉速、傾角和喂入量直接影響生產率和分級效果，采用三因素三水平的正交試驗。通過試驗分析滾筒傾角（A）、滾筒轉速（B）、加料速度（C），優選出較為合適的工作參數。滾筒傾角3°～5°，滾筒轉速 15～35 r/min，喂入量 100～300 kg/h。滾筒傾角通過調節機架支腿高低來實現，滾筒轉速通過變頻器控制器調節。試驗因素、水平及試驗結果如表2、表3和表4所示。

表2　試驗因素水平

在巴旦木核的分級過程中，當巴旦木核的喂入量加大時，明顯可以提高生產率；但當喂入量過大時，巴旦木會在滾筒內堆積，增加分級誤差，降低分級精度。分級滾筒的傾角加大時，巴旦木核在分級滾筒中運動過快，來不及分級便沿著滾筒傾斜方向向下運動，易造成串級，降低分級精度。如果傾角變小，巴旦木核在分級滾筒中運動變慢，會造成分級滾筒堵塞，降低分級精度。分級滾筒轉速過高，使得巴旦木核的運動加快，導致串級嚴重，降低分級精度，分級滾筒的轉速過低，使得巴旦木核的運動不均勻，巴旦木核的分級作用減弱，降低分級精度。通過進行巴旦木核分級的試驗，找出影響巴旦木核分級機分級精度的因素主次和較佳的參數組合，即滾筒傾角4°，滾筒轉速為 25 r/min，喂入 200 kg/h。

表3　試驗方法及結果

表4　試驗結果極差分析

4　結論

柵欄式滾筒分級機比篩片式滾筒分級機分級合格率低，因柵欄式滾筒分級機由人工焊接，分級間隙焊接不均勻，導致分級合格率低，篩片式滾筒分級篩孔由數控機床切割，分級間隙均勻，因此分級合格率較高。

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