立錐式小區花生脫殼機氣吸清選裝置研制

陸 榮，劉志俠，高連興，楊德旭

立錐式小區花生脫殼機氣吸清選裝置研制

陸 榮1,2，劉志俠1，高連興3※，楊德旭1

（1. 沈陽農業大學工程學院，沈陽 110866；2. 遼寧生態工程職業學院，沈陽 110122；3.吉林農業大學工程技術學院，長春 130118）

在花生育種栽培和植保等科研實踐中，需要進行大量的小區試驗，每個試驗小區花生均需進行獨立收獲、脫殼和清選。由于沒有相應的小區花生脫殼與清選設備，僅人工作業效率低下且容易出現“混雜”問題。為此該研究在已研制的立錐式小區花生脫殼機及脫殼裝置基礎上，設計了三通道橫流氣吸清選裝置。通過試驗獲得了花生脫殼后物料主要成分的漂浮速度和空氣動力因數，分析了花生脫出物在水平橫吸氣流場中的受力和運動軌跡分析，并據此進行清選裝置關鍵部件結構、參數設計和樣機研制。以四粒紅花生為試驗對象，進行了花生脫殼與清選裝置性能試驗。性能試驗結果表明，當轉速為1 200 r/min、喂入量為15 kg/min時，吸風口高度為80 mm時的綜合清選性能較好，損失率為2.01%、含雜率為0.98%，優于行業標準。該研究填補了國內小區花生脫殼清選裝置的空白，對進一步開展花生科研和檢驗等小型專用花生脫殼清選設備研究具有一定參考價值。

農業機械；收獲；脫殼機；花生；小區；氣吸清選；立錐式

0 引 言

花生是世界重要的糧油與經濟作物。中國是花生生產大國，常年種植面積約4.6×106hm2，總產量1.75×107t，花生也是中國重要出口創匯農產品[1-3]?；ㄉN、栽培和植保等技術研究對促進花生生產發展、提高花生及其制品國際競爭力十分重要?；ㄉ蒲行枰M行大量的小區試驗，每個小區的花生需要單獨收獲、晾曬、脫殼和清選。其中，脫殼和清選是2個關系密切的重要環節。脫殼容易造成花生果仁損傷、損失和脫不凈等問題，清選容易造成果仁損失和含雜率高等問題，不僅影響小區試驗結果的準確性，也造成了試驗材料的浪費。同時，脫殼和清選效率影響每個環節作業后的清種時間，進而影響總體作業時間，也增大了小區花生之間混雜的幾率。由于沒有令人滿意的小區花生脫殼和清選設備，目前國內主要靠人工進行小區花生脫殼和清選處理，操作環節多、效率低、周期長且容易造成區間混雜和損失等問題。

目前用于榨油和食品加工的商用花生脫殼、清選等機械技術已比較成熟，以大型高效為特點，脫殼后的花生脫出物通過振動篩和上吸式氣力清選組合裝置進行清選[4-5]。關于小區花生脫殼與清選設備，美國起步于20世紀60年代。美國州政府作為第三方檢驗機構，進行花生稱量、取樣和驗質定級，實時取樣。要求快速除雜、脫殼、清選以便進行脫出物成分分析。為滿足上述需求，美國研制了小型樣本花生脫殼清選設備，并應用于花生科研的小區脫殼和清選[6-7]。目前，美國主要有2種小區花生脫殼清選設備，一種是由各自獨立的往復式脫殼裝置和上吸式風篩組合清選裝置構成，另一種是由并列三滾筒式花生脫殼裝置和獨立的上吸式氣力清選裝置組合而成[8-10]。中國與美國國情不同，國內尚未開展花生收購環節的質量檢驗，因而沒有樣本花生脫殼清選機需求。由于應用范圍有限，而且其功能需滿足小區作業的要求，使得小區花生脫殼與清選設備外形結構尺寸有限，脫殼與清選一體化結構相對復雜，相關研究起步較晚。但隨著國內對小區花生科研裝備的逐步重視，對小區花生脫殼清選設備的研究陸續開展。其中，高連興等研究了三滾式小區花生脫殼清選機，采用與脫殼分體的上吸式氣力清選裝置[11]，劉明國等研究了不進行清選的立錐式小型花生脫殼機[12]，陸榮等進行了立錐式小區花生脫殼機總體設計及脫殼裝置優化等[13-14]，但未對清選裝置進行深入研究與試驗。農業物料的空氣動力特性[15-19]、基于上吸和氣吹風力清選原理的風篩組合式清選技術正廣泛應用于生產實踐[20-23]，然而并不適用于空間有限的小區花生果仁的清選。針對花生果仁的基于橫流氣吸分離原理的清選裝置理論分析、參數設計以及花生脫殼機試驗方面的研究目前也未有相關報道。本文針對國內花生科研試驗的需要，在立錐式小區花生脫殼機初步研究基礎上，進行了花生脫出物的橫流氣吸清選特性試驗、臨界條件和參數分析，基于小區花生脫殼與清選一體化設想，進行了橫流三通道氣吸清選裝置設計與性能試驗，以期為小區脫殼清選機的研制提供一種有效的方案，促進小區花生科研發展。

1 小區花生脫殼機總體結構與工作原理

立錐式小區花生脫殼機總體結構如圖1所示，主要由喂料裝置、錐滾筒脫殼裝置、氣吸清選裝置、減速傳動裝置、電機、機架等構成。脫殼機各工作裝置沿同一鉛垂軸、自上而下同軸布置，使物料借助自身重力自上而下完成喂入、脫殼和清選作業過程，主要結構及作業參數見表1。

1.喂料斗 2.喂入量調節板 3.上蓋 4.間隙調整連接盤 5錐凹板 6.錐滾筒 7.輸出軸 8.聯軸器 9.減速器 10.出料口 11.風機箱 12.排雜口 13.傳動帶 14.機座 15.電機 16.分離倉 17.導流盤 18.集料倉 19.脫殼倉 20.均布錐

表1 立錐式小區花生脫殼機主要參數

清選裝置是脫殼機的核心部件，主要由離心風機、集料倉、分離倉、出料口及下方的吸風口和出料槽等構成（圖2），其中脫殼倉、集料倉、分離倉和風機箱自上而下同軸排列。集料倉內設有三向導流盤，在倉壁下部沿圓周均勻開有3個出料口，將透過脫殼錐凹板的花生脫出物匯集并分3路流向3個出料口；分離倉安裝于風機殼上，底部與風機上端蓋的進風口相通，其倉壁沿圓周對應出料口下方開有3個吸風口，與風機進風口相通形成3個吸風通道。當電機經傳動裝置帶動風機軸及葉輪、減速器和脫殼滾筒一起旋轉時，來自脫殼裝置的花生脫出物落入集料倉并沿導流盤從3個出料口流出，流經3個吸風口處時，花生殼等輕質物料經分離倉被風機吸入并從排雜口排出，較重的花生果仁等沿出料槽流出，實現橫流三通道氣吸清選，主要結構和作業參數見表2。

1.減速器 2.出料口 3.吸風口 4.調節螺栓 5.出料槽（吸風口調節板） 6.風機葉片 7.風機殼 8.帶輪 9.排雜口 10.花生殼 11.花生果仁

表2 三通道氣吸清選裝置主要結構參數

2 臨界氣流速度和吸風口高度的確定

本研究的小區花生脫殼機清選裝置采用橫流氣吸清選原理，花生脫出物從出料口向下流經分離倉吸風口過程中，恰好與吸風口處的水平吸氣流（橫流）交匯，氣流吸力作用將花生殼等較輕雜質經過分離倉吸入清選風機并隨一起排出。吸風口的氣流速度和吸風口的高度是影響橫流氣吸清選效果的關鍵參數。若吸風口處的氣流速度過小，花生殼等輕雜質會隨花生果仁等密度較大成分一起流下，不能實現清選；相反，如果氣流速度過大，花生果仁等將會隨花生殼一起經分離倉吸入清選風機而排出。吸風口高度決定了花生脫出物經歷吸風口的時間，即受氣流吸力作用的時間長短，若吸風口高度過小，花生脫出物受氣流作用時間過短，花生殼與花生果仁等橫向（水平）位差過小，難以將花生殼從花生果仁等成分中分離；相反，吸風口高度越大，脫出物受氣流作用時間越長，花生殼與花生果仁等水平位移差異越大，花生殼越容易被氣流吸入分離倉。在氣流速度和吸風口寬度不變情況下，吸風口高度越大則通過吸風口的氣流流量越大。因此分析花生脫出物各成分在橫吸氣流作用下的受力與運動規律，求解其在不同氣流速度作用下水平位移與吸風口高度的關系，確定滿足氣吸清選的最小氣流速度（臨界氣流速度）和吸風口高度，是清選風機參數選擇和其他關鍵部件設計的依據。

2.1 橫吸氣流對花生脫出物的吸力

為了分析花生脫出物在氣流作用下的運動規律，首先需知道其所受的氣流吸力大小。根據空氣動力學基本原理，物料在氣流中作相對運動時，受到的氣流吸力為

=(v?)2（1）

式中為物料的空氣阻力系數，與物料形狀、表面性質和雷諾數有關；為空氣密度，kg/m3；為物料迎風面積，即物料在氣流方向的投影面積，m2；v為氣流絕對速度，m/s；為物料絕對速度，m/s。

引入空氣動力因數R，即R=RρS，則物料受到的氣流吸力為

=R(v?)2（2）

根據物料漂浮速度定義[24]，當氣流作用力與物料自身重力相同時，物料在氣流中的相對速度即為物料的漂浮速度v，即

式中k為漂浮系數，將R=RρS引入公式（3），有：

R=/v2（4）

即

R=mk（5）

可見，物料在氣流場中的動力因數R與漂浮系數k成正比，而與漂浮速度v2成反比。據此，可通過花生脫出物各成分（完整果仁、破損半仁、花生殼和未脫莢果）的漂浮速度試驗求得相應的空氣動力因數。

漂浮速度試驗在沈陽農業大學工程學院的PS-20型物料漂浮速度試驗臺（如圖3所示）上進行，試驗樣本為四粒紅品種，脫殼后物料包含完整果仁、破損半仁、花生殼和未脫莢果，物料來自脫殼作業現場，分別按尺寸大小分成3組（花生殼不分組）[24]。試驗前試空載運行PS-20型物料漂浮速度試驗臺，待運轉正常后將試驗樣本分批放入試驗臺物料入口，接通風機電源并重新開啟PS-20型物料漂浮速度試驗臺，此時試驗臺頂部風機產生一定吸力，將試驗樣本吸入試驗區。通過調整葉片（風門）開度角的旋鈕，使試驗樣本集中在漂浮物料可視區的某一刻度范圍內，讀取試驗樣本較為集中的區間值、葉片開度指針刻度和壓力計讀數。

圖3 PS-20型物料漂浮速度試驗臺

將試驗得到的葉片開度角和相應的可視區內壓強數值，對照物料在可視區間內的分布曲線（即L-K曲線[24]），根據PS-20型物料漂浮速度試驗臺使用說明書上標定的漂浮速度計算公式，計算出漂浮速度。試驗方法、過程和步驟等參見文獻[24]。根據公式（3）和公式（5），計算得到漂浮速度轉換為空氣動力因數。通過試驗和計算，獲得花生脫出物主要成分的漂浮速度和空氣動力因數，如表3。由表3可知，花生殼的空氣動力因數最高，為0.483～1.331 g/m，其次為飽滿花生莢果，為0.131～0.376，其余成分的空氣動力因數依次為花生半仁0.038～0.116 g/m和花生整仁0.037～0.088 g/m。

表3 花生脫出物主要成分的漂浮速度和空氣動力因數

2.2 花生脫出物的運動規律分析

花生脫出物各成分（完整果仁、兩瓣果仁（半仁）、花生殼和未脫花生莢果）在氣流吸力作用下運動時，物料之間存在碰撞、摩擦等。為了便于深入分析主要影響因素，對下落的脫出物作如下假設：作用于花生脫出物各成分的氣流方向水平且速度不變；忽略物料之間的相互碰撞和摩擦等影響；各種成分物料為相互獨立的自由質點。

如圖4a所示，花生脫出物在橫吸氣流場中僅受到自身重力和水平氣流吸力作用，合力使其向下運動過程中隨水平氣流向吸風口內運動以花生脫殼機分離倉的吸風口上端為坐標原點建立直角坐標系（圖4b），軸代表物料水平位移、軸為物料的垂直位移（下落高度）；設物料質量為，氣流速度為v，花生脫出物各成分運動到某一點時的速度為(m/s)，在軸和軸的速度分量分別為v和v，分析花生脫出物各成分在水平氣流中的受力和運動軌跡。

注：G為物料自身重力，N；F為水平氣流吸力，N；P為合力，N；va為氣流速度，m·s-1；v為物料運動速度，m·s-1；vx為物料水平方向分速度，m·s-1；vy物料垂直方向分速度，m·s-1。

根據質點動力學原理，花生脫出物各成分沿方向的質點運動微分方程為

由于出料口和吸風口上下相連，物料經過吸風口上端時的v非常小，為方便計算忽略v2，則式（6）變為

同時，由于集料倉高度小且錐形導流盤具有收集物料作用，花生脫出物料流出出料口的初速度可忽略不計，即當=0時，0=0，即v0=0，v0=0，此時位移=0，則花生脫出物的質點速度方程為

質點位移方程為

2.3 橫吸氣流作用下花生脫出物的水平位移

分析和比較橫吸氣流場中花生脫出物各成分運動軌跡，掌握橫吸氣流速度、物料水平位移和垂直位移三者關系，是確定氣吸清選裝置吸風口的氣流速度和高度的重要依據。參照各物料漂浮速度試驗結果，首先選取花生半仁和花生殼漂浮速度中間值即3 m/s作為初始氣流速度，將花生脫出物各成分質量和空氣動力因數帶入質點位移方程式（9），獲得相應成分的水平和垂直位移，繪制運動軌跡曲線（圖5a）。

從圖5a中可知，當氣流速度為3 m/s時，花生殼因質量輕、空氣動力因數大，其運動軌跡近似一條拋物線；花生果仁、半仁和未脫莢果因質量相對較大、空氣動力因數相對較小，運動軌跡近似直線且幾乎重合；當下落高度分別為4和10 cm時，花生殼水平位移量分別是8.421和15.8 cm，而花生半仁為0.854和2.00 cm、花生果仁和莢果同為0.284和0.365 cm，花生殼水平位移遠超過花生莢果、果仁和花生半仁的水平位移，表明花生殼等輕雜質下落初始即可被氣流吸入分離室并隨氣流排出。

吸風口處氣流速度直接決定了清選風機流量的選擇，不同流量的風機結構和能耗不同。為確定吸風口臨界氣流速度，將氣流速度v分別降至2.5、2.0和1.5 m/s，比較花生殼和其他3種成分運動軌跡和水平位移。由于氣流速度減小后，花生果仁、半仁和未脫莢果水平位移量將更小，因此只分析花生殼的運動軌跡和水平位移（圖5b）。從不同氣流速度下的花生殼運動軌跡看出，當氣流速度v降至2.5、2和1.5 m/s時，花生殼下落至6 cm時水平位移分別為8.5、6和4 cm，下落至10 cm時水平位移分別為12.5、9和5.8 cm。由于小區花生脫殼機屬小型設備，整機結構有一定限定，作業空間有限，為此，分析了物料下落高度為10 cm時，花生殼水平位移與氣流速度的變化關系（圖5c）。由圖5c可知，氣流速度增大，物料的水平位移持續增大。

圖5 花生脫出物在水平氣流中的位移

分析結果表明，在花生脫出物下落高度為10 cm情況下，花生殼水平位移為6～8 cm時可基本滿足清選要求，對應的吸風口臨界氣流速度范圍為1.5～2.0 m/s。

3 氣吸清選裝置關鍵部件設計

3.1 吸風口、出料槽及分離倉

吸風口是實現氣吸清選的關鍵部位，根據上述花生脫出物各成分水平位移分析結果，當在花生脫出物下落高度為10 cm時，花生殼水平位移為6～8 cm，對應的臨界氣流速度范圍為1.5～2.0 m/s，考慮到花生品種和含水率等差異，確定吸風口高度為(10±4) cm，即可在6～14 cm范圍內調節。吸風口寬度主要根據脫殼裝置脫殼效率設計，基于已有脫殼裝置的結構尺寸[14]并保持集料倉出料口和分離倉吸風口寬度相等，設計出風口寬度為10 cm（圖6）。

出料槽具由可上下滑動的風量調節板和一定傾斜角的接料槽構成，其位于吸風口下端，其作用一是用來接取花生果仁等較重物料并將其引導至接料筒，二是可實現上下滑動及轉動，調節吸風口高度從而調節氣流速度。根據花生脫出物各成分在氣吸作用下的水平位移，出料槽上端需伸入吸風口內3 cm水平距離，傾角為30°～45°。

3個吸風口按圓周均布開設在分離倉筒壁上，根據吸風口最大高度即14 cm，設計分離倉高度為16 cm。分離倉外圓直徑和集料倉、脫殼倉相等為45 cm（圖6）。

1.集料倉 2.導流盤 3.吸風口 4.分離倉 5.風機箱 6.出料槽（吸風口調節板）

1. Collecting bin 2.Guide plate 3.Suction outlet 4.Separating bin 5.Fan case 6. Discharge chute (Adjustable plate of suction outlet)

注：為吸風口高度，mm；為吸風口寬度，mm。

Note:is height of suction outlet, mm;is width of suction outlet, mm.

圖6 分離倉與吸風口結構示意圖

Fig.6 Schematic diagram of separating bin and suction outlet

3.2 清選風機選型

清選風機是氣吸清選裝置的空氣動力來源。根據小區花生脫殼機整體結構布局，清選風機置于花生脫殼機最底部，風機上端蓋與分離倉相連，進風口通過分離倉與周向均布的3個吸風口相通。

根據吸風口臨界氣流速度范圍，考慮到不同品種花生脫出物和含水率差異等因素，確定吸風口最大氣流速度為2.0 m/s?；谠O計的3個吸風口面積變化范圍和氣流速度，計算風機流量為2.16～5.04 m3/m?？紤]到實際脫殼清選作業時的氣流速度調節余量，選取風機流量為6 m3/min。據此，本文選用整體徑向直葉片葉輪的單吸氣口小型離心風機，風機轉速1 200 r/min、流量6 m3/min。

3.3 集料倉與導流盤

花生脫殼后的物料落入集料倉內，通過三通道導流盤均勻流至3個出料口。相比單通道導流盤，不會出現花生脫出物堵塞和流動不暢問題，也有利于在吸風口處形成薄層流動；導流盤下部空間安裝行星輪式減速器，實現風機葉輪和脫殼滾筒繞同軸差速傳動。導流盤的傾角將直接影響物料下落的效果，需要通過脫出物在導流盤上的力學分析確定導流盤傾角的合理范圍。

花生脫出物在導流盤上的受力如圖7，包括物料自身重力、導流盤對物料的支持力，物料在下滑過程中受到的導流盤摩擦力F。以導流盤面方向為軸，垂直導流盤面方向為軸建立坐標系，為導流盤與軸線夾角，則物料受力方程為

F、F分別為物料在軸和軸方向所受合力，物料在導流盤表面的摩擦力F=，為物料在導流盤上的滑動摩擦系數，=tan，為物料摩擦角。則物料下滑條件為

由式（10）～（11）可得>，花生脫出物從導流盤自由流至出料口的條件為導流盤的傾斜角度大于花生脫出物的滑動摩擦角。根據文獻[13]，花生果仁和花生殼與鋼制導流板之間的滑動摩擦角分別為12°和24°，同時考慮整機結構及尺寸，初步設計導流盤傾角為50°，其邊緣與集料倉內壁相貫。

注：G為物料自身重力，N；Ff為物料在導流板上受到的摩擦力，N；N為導流板對物料的支持力，N；α為導流盤與豎直方向的夾角，(°)。

4 氣吸清選裝置性能試驗

4.1 試驗材料與方法

根據設計結果試制樣機，為了檢驗橫流三通道清選裝置的清選性能，同時驗證其與脫殼裝置的脫殼效率匹配情況，為進一步改進設計奠定基礎，進行了清選性能試驗。當滾筒轉速一定時，吸風口高度的變化決定氣流速度，直接影響花生脫出物的位移，因此以吸風口高度為試驗因素進行單因素試驗。

試驗在沈陽農業大學工程學院學科試驗室進行，主要試驗儀器有SFY60型紅外線快速水分測定儀（深圳市冠亞電子科技有限公司，水份測定范圍為0.01%～100%，稱量范圍0～60 g，精度0.01 g）、雙杰牌電子秤（量程15 kg，精度0.5 g）等，檢測花生含水率和物料質量等。選取遼寧省鐵嶺市主栽花生四粒紅為試驗對象，脫殼前進行尺寸分級，選取長度為32～34 mm，直徑為8～12 mm的花生莢果，果仁含水率為9%～11%。按照清選裝置設計功能要求，結合GB/T 5262—2008《農業機械試驗條件測定方法的一般規定》[25]進行作業性能試驗（圖8）。選取花生清選損失率、含雜率為清選性能測試指標，同時考察集料倉出料口是否堵塞、排雜口是否堵塞。

試驗前莢果裝袋備用，機器空載運行穩定后從喂料斗喂入花生莢果，調整喂入量調節板控制喂入量。根據經驗喂入量按15 kg/min保持喂入、連續作業3 min，試驗重復5次，結果取平均值。每組試驗完成后立刻收集未脫凈花生莢果、花生果仁、半仁和花生殼等各種脫出物成分并進行稱量，根據式（12）計算花生清選損失率1和清選含雜率2。

式中W1為排雜口接料袋中花生果仁的質量，g；W2為出料槽接料袋中花生果仁的質量，g；N1為為出料槽接料袋中雜質的質量，g；N2為出料槽接料袋中物料的總質量，g。

4.2 試驗結果及分析

調節出料槽（即吸風口調節板）改變吸風口高度，使脫殼物料受到的氣流速度發生變化。試驗結果如表4。

表4 不同吸風口高度的清選性能試驗結果

試驗結果表明，在試驗水平范圍內，隨著吸風口高度增大，吸風口面積增大，導致吸風口氣流速度減小，部分較大果殼和空癟果未能吸出，造成含雜率上升，當吸風口高度增大至140 mm時，花生清選損失率降低至約0.93%，但含雜率上升至約1.32%；當吸風口高度減小時，進入吸風口的氣流速度增大，部分較小的花生果仁隨同花生碎殼和空癟果一同吸出，使花生清選損失率上升，吸風口高度減小至60 mm時，花生清選含雜率降至約0.53%，清選損失率相應地增至2.87%。吸風口高度為80 mm時，清選損失率為2.01%、含雜率為0.98%，能夠較好地實現對小區花生脫殼的清選分離，優于行業標準。清選裝置與脫殼裝置匹配良好，能夠完成花生脫出物的清選，無堵塞現象。

5 結 論

1）提出了橫流氣吸清選原理和立錐式小區花生脫殼機的三通道氣吸清選方案，根據物料漂浮特性試驗提出了物料空氣動力因數概念，并探尋了其與物料漂浮速度的關系，得到了“四粒紅”品種花生脫出物的空氣動力因數，其花生莢果、飽滿果仁、破損果仁和花生殼的動力因數分別為0.131～0.369、0.37～0.88、0.038～0.116、0.483～1.331，為花生清選裝置的設計和研究提供理論依據。

2）根據花生脫出物自動下滑條件設計了集料倉三向導流盤，確定導流盤傾角為50°；基于物料空氣動力因數，建立了花生脫出物空氣的橫流氣吸過程的力學及運動學方程，分析了分離倉吸風口處各物料成分在水平氣流中的運動軌跡和規律，建立了橫流氣吸臨界條件，即臨界氣流速度取2 m/s、吸風口臨界高度為100 mm，確定了吸風口高度及調節范圍為(100±40) mm、寬度100 mm，分離倉的高度為160 mm；根據臨界氣流速度及調節余量，選擇徑向直葉片葉輪的單吸氣口小型離心風機，風機轉速1 200 r/min、流量6 m3/min。

3）以脫殼機整機為基礎進行了橫流三通道氣吸清選裝置的性能試驗，初步試驗結果表明，橫流三通道氣吸清選裝置工作性能穩定，與整機一體化的錐滾筒脫殼裝置基本匹配。清選損失率和清選含雜率與吸風口高度有關，隨著吸風口高度的增加，清選損失率降低，含雜率升高。當轉速為1 200 r/min、喂入量為15 kg/min時，吸風口高度為80 mm時有較好的綜合清選性能，損失率為2.01%、含雜率為0.98%，優于行業標準。

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Development of air suction cleaning device of vertical conical peanut sheller for plot planting

Lu Rong1,2, Liu Zhixia1, Gao Lianxing3※, Yang Dexu1

(1,,110866,; 2.,110122,; 3.,,130118,)

Peanut shelling for scientific research and sample inspection presents the special characteristics: small amount, multiple varieties, treatments and batches. A separate shelling is required, where the shelled peanuts cannot be mixed. After shelling, the seeds are also required to be quickly cleaned. At present, manual operations are still used to shell and separate the peanuts in the absence of shelling and separating equipment, leading to the low efficiency and the problem of “mixing”. A kind of special peanut shelling equipped with the separating equipment is highly demanding in small scale to meet the above requirements. Compared with the commercial peanut shellers, the study on the special peanut sheller with a separating device is lacking, particularly for the peanut scientific research and sample inspection. In this study, the cross-flow air-suction separating was proposed to establish a three-channel air-suction cleaning scheme in a vertical peanut sheller, in order to improve the separation performance of special peanut sheller. Taking “four red” variety of peanuts as an example, the aerodynamic factor of material was proposed, according to the floating characteristic test, thereby to explore the relationship with the floating speed of material. According to the automatic sliding condition of materials after peanut shelling, three guide plates were designed in the collection bin, where the inclination angle of guide plates was set as 50°. The mechanics and kinematics equations were established for the cross-flow air-suction process after peanut shelling, using the aerodynamic factor of materials. The movement trajectories and laws of material components were established at the suction port of separation bin in the horizontal airflow, with emphasis on the criticality of cross-flow suction. The optimal condition was that the critical air velocity was 2 m/s, and the critical height of suction port was 100mm, where the adjustment range for the height of suction port was determined to be (100±40) mm, the width was 100 mm, and the height of separation bin was 160 mm. According to the critical air velocity and its adjustment, a single-intake small centrifugal fan was chosen with a radial straight blade impeller, where the fan speed was 1 200 r/min, and the flow rate was 6 m3/min. In the performance test, the results show that a stable working performance was achieved in the cross-flow three-channel air suction separating device, matching with the tapered drum shelling device in an integrated whole machine. The separating loss rate and impurity rate were related to the height of suction port. Specifically, the separating loss rate decreased, while, the impurity rate increased, as the height of suction port increased. When the speed was 1 200 r/min, and the feed rate was 15 kg/min, the comprehensive separating performance was the best, where the height of suction port was 80 mm, the loss rate was 2.01%, and the impurity rate was 0.98%, indicating that better performance than that of the industry standard. The finding can offer a certain reference for the further development of small-scale peanut shelling and separating equipment, particularly for the scientific research and insection on peanut products.

agricultural machinery; harvest; sheller; peanut; plot; air suction cleaning; vertical conical

陸榮，劉志俠，高連興，等. 立錐式小區花生脫殼機氣吸清選裝置研制[J]. 農業工程學報，2020，36(21)：23-30. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.003 http://www.tcsae.org

Lu Rong, Liu Zhixia, Gao Lianxing, et al. Development of air suction cleaning device of vertical conical peanut sheller for plot planting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(21): 23-30. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.003 http://www.tcsae.org

2020-09-19

2020-10-18

國家重點研發計劃項目（2016YFD0702102）；國家自然科學基金項目（51575367、50775151）

陸榮，博士生，講師，主要從事農產品收獲與加工機械研究。Email：lurong1025@126.com

高連興，特聘教授，博士生導師，主要從事農產品收獲與加工機械研究。Email：lianxing_gao@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.003

S225.7+3; S226

A

1002-6819(2020)-21-0023-08