3FJ_001型核桃分级机的设计与试验_王维

2014年5月农机化研究第5期·155·3FJ－001型核桃分级机的设计与试验王维，贺功民，王亚妮(陕西省农业机械研究所，陕西咸阳712000)摘要:根据原核桃不以品种而以果核大小定价的销售特点，设计开发了高效的3FJ－001型核桃分级机。同时，阐述了其结构特点及工作原理，合理确定了主要部件的运动参数，并通过正交试验得出3FJ－001型核桃分级机的主要因素的最佳水平组合。试验表明:当其它因素不变的情况下，筛面倾角α=4°，振动次数n=500r/min，筛面振幅A=5mm时，分级精度最高;并且通过更换筛网规格，可用于机械、建筑、医药以及食品等其它物料的筛分。关键词:分级机;3层振动式;核桃中图分类号:S226．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2014)05－0155－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2014.05.0350引言近年来，国务院及各地方政府将核桃树种植列为大力实施退耕还林工程的首选树种。作为各地经济建设和群众脱贫致富的主导产业，我国的核桃种植已成规模，并且还在大幅度增加。据统计:2010年，全国核桃栽植总面积已达240万hm2，产量128万t，产量及面积均居世界第一;在销售市场上，无论是原核桃还是果仁的价格均以果核的大小级别定价，分级结果对分级后销售价格及后续加工都有极大的影响［1］。为此，根据核桃的基本物理参数，设计一种3层振动式、高精度、高效率核桃分级机，为原核桃销售获得最大的经济效益，同时改善破壳的质量。1主要结构特点及工作原理1．1结构特点3FJ－001型分级机的结构简图，如图1所示。主要由喂料斗、分级筛网、电机、带传动、连杆Ⅰ、机架、连杆Ⅱ、振动箱体及出料斗等组成，主要部件是机架及振动箱体。机架出料口方向上装有升降杆，可调节分级筛网的筛面倾角;电机作为动力源驱动曲柄摇杆机构，实现物料在筛网上被抛起并向前做直线运动;通过专用变频器调节电机频率，确定振动箱体的最佳转速;筛网架底部装数只橡胶球，使之在振动时产生撞击，达到清网的作用，解决了物料塞眼现象。收稿日期:2013－05－17基金项目:陕西省科技统筹创新工程计划项目(2012KTZB02－02－05)作者简介:王维(1982－)，女，陕西泾阳人，工程师，硕士，(E－mail)[e-mail]。通讯作者:贺功民(1960－)，男，陕西武功人，正高级工程师，(E－mail)[e-mail]。1．出料斗2．螺旋升降装置3．连杆Ⅱ4．连杆Ⅰ5．V带传动机构6．电机7．机架8．分级筛网9．喂料斗图13FJ－001型核桃分级机结构简图Fig．1Structuraldiagramof3FJ－001typewalnutclassifier1．2工作原理调节机架出料口的螺旋升降装置，将分级筛网调节至适当角度，启动电机待转速稳定后进行投料;核桃从喂料斗进入振动箱体，电机经带传动减速后将动力传递给曲轴，以曲柄摇杆机构［2］作为振动源，使物料在筛网上抛起，不断地跳跃全面铺开同时向前做直线运动。当核桃的最小直径小于筛网间距时，在重力作用下核桃掉入下一级筛网，最终各级核桃运动至相应的出料口落料。2主要部件参数的确定核桃分级是以其外形尺寸为标准，按大小进行分级。对不同品种核桃的纵径、横径和棱径尺寸进行测量，并对测量结果统计分析。结合坚果果实现行评价标准，将横径大于35mm的定为优级果，横径大于30mm的定为一级果，横径大于27mm的定为二级果。3FJ－1型核桃分级机的运动学参数主要包括筛面倾角α、振动方向角β、筛面振幅A、振动次数n及物料速度v，以上运动参数直接影响振动筛的筛分效率及效果［3］，故需合理选择。2014年5月农机化研究第5期·156·p2．1筛面倾角α筛面倾角α即筛面与水平面之间的夹角。筛面倾角主要受筛分处理量及筛分效率的影响。筛面倾角愈大，物料在筛面上的运动速度愈快，处理量随之增加;但物料在筛面上滞留时间缩短，筛分效率随之降低。由于核桃的直径一般小于50mm，取筛面倾角为3°～5°。2．2振动方向角β振动方向线与筛面之间的夹角称为振动方向角β。振动方向角β影响物料的筛分性能及效率，振动方向角β值越大，物料运动速度相应变慢，物料得到充分筛分，适应于难筛物料;振动方向角β值越小，物料运动速度相应变快，分级机的处理能力增加，适应于易筛物料。目前，国内生产的振动筛方向角均为45°，既能保证具有很好的筛分效果又能获取较高的筛表1和表2所示;结果分析如表3所示。图2Kv与np的关系曲线Fig．2TherelationshipcurveofKvandnp表1试验因素及水平Table1Factorsandleveloftheexperiment分效率。2．3筛面振幅AA水平筛面倾角/(°)B筛面振幅/mmC振动次数/r·min－1筛面振幅受被筛物料的粒度及性质影响，对于粒度较大物料应选用较大振幅，反之亦然。由于核桃属于粒度较大的物料，故筛面振幅A=4～6mm。2．4振动次数n振动次数n的计算公式为900Kvgncosα134450245500356550表2试验方法及结果Table2Schemeandresultsoftheexperimentn=槡π2Asinβ(1)式中gn—重力加速度法向分量;Kv—抛射强度，一般取值2．2～3。2．5物料运动速度v物料运动速度v的表达式为30gn2v=K0式中g—重力加速度;ncotβ(2)K0—速度修正系数，一般取值0．6～0．8;np—跳跃系数即物料跳动时间与振动周期之比。Kv与np的关系如图2所示。3试验及结果分析在不考虑交互作用的情况下，采用L9(34)正交表安排试验，采用三因素三水平的正交试验［4］。通过试验分析筛面倾角(A)、筛面振幅(B)、振动次数(C)对分级效果的影响，并优选出最佳的参数值。筛面倾角为3°～5°，筛面振幅为4～6mm，振动次数为450～550r/min。振动次数通过专用变频控制器来调节。因素实验号AB空列C分级合格率/%11(3)1(4)11(450)89212(5)22(500)92313(6)33(550)9042(4)123895223191623129373(5)1329083213889332187表3结果分析Table3AnalysisoftheexperimentalresultsAB空列CK1271268270267K2273271268273K3265270271267k190．389．390．089．0k291．090．389．391．0k383．390．090．389．0极差Ｒ7．71．01．02．02014年5月农机化研究第5期·157·的水平随机排列。因素水平和实验结果分别如2014年5月农机化研究第5期·158·在核桃的分级过程中［5－6］，当投料量等其他因素相同的情况下:筛面倾角过大，核桃在分级筛网上下落运动变快，核桃来不及导向和分级便沿着筛面倾斜方向向下运动，降低分级精度;若筛面倾角过小，相应核桃在分级筛面上运动变慢，易造成堵眼现象，分级精度降低。筛面振幅增加，有利于核桃分层，筛孔堵塞的现象减少，但振幅过大，设备的破坏性也更大;振幅太小，标准的遮蔽效应减小，并会出现堵塞筛孔的现象。振动次数增加，核桃的抛射频率增加，核桃在筛面上的运动速度变快，有利于提高效率。振动次数过快易造成核桃来不及下落到下一层便运动至出料口，但振动次数过慢易造成核桃滞留于筛面停止不前，分级效率大大降低。综上所述，影响分级精度的因素主次及最佳参数组合为:筛面倾角α=4°，振动次数n=500r/min，筛面振幅A=5mm。即优选方案为A2C2B2组合。4结论1)3FJ－001型核桃分级机与普通分级机比较具有高效、运转可靠、使用方便及成本低等优点，满足了售前分级的需要，同时通过破壳实验发现，可显著提高破壳率、降低碎仁率。2)通过正交试验得出3FJ－001型核桃分级机的主要因素的最佳水平组合。实验表明:当其它因素不变的情况下，筛面倾角α=4°，振动次数n=500r/min，筛面振A=5mm，时，分级精度最高;并且通过更换筛网规格，调整筛面倾角等，该机可用于机械、建筑、医药以及食品等其它物料的筛分。参考文献:［1］袁巧霞，陈红，刘清生，等．三层滚筒式银杏分级机的设计［J］．华中农业大学，2004，23(3):359－362．［2］孙恒，陈作模．机械原理［M］．北京:高等教育出版社，2002．［3］夏欢．直线振动筛的工作原理与运动学参数选择［J］．机械工程与自动化，2012，12(6):164－165．［4］李云雁，胡传荣．实验设计与实验数据(2版)［M］．北京:化学工业出版社，2008．［5］周健华，史建新．红枣分级机的设计与试验［J］．农机化研究，2012，34(5):147－150．［6］何鑫，史建新．6FG－600型核桃分级机的原理与试验［J］．新疆农业大学学报，2010，33(3):268－271．DesignandExperimentsof3FJ－001WalnutClassifierWangWei，HeGongmin，WangYani(ShaanxiInstitutionofAgriculturalMechanism，Xianyang712000，China)Abstract:AccordingtosellingCharacteristicsoftheoriginalwalnutbasedonsizenottovarieties．Therefore，designanddevelopmentthe3FJ－001walnutclassifiermachine．Thepaperdescribesthestructuralfeaturesandworkingprincipleofthemachine．Ｒeasonablydeterminethemaincomponentsofthemotionparameters，themainfactorsandthebestcombi-nationoflevelswasalsoobtainedthroughorthogonaltests．Experimentsshowthat:whenotherfactorsremainunchanged，thescreensurfaceamplitudeA=6mm，screenanglealpha=4°thevibrationfrequencyn=500r/min，theclassifi-cationaccuracyisthehighest．Andbyreplacingthescreensize，themachinecanbeusedforscreeningmachinery，ar-chitecture，medicine，foodandothermaterials．Keywords:classifiermachine;threelayervibrating;walnut