欠成熟板栗脱蒲机影响脱蒲性能的试验分析

毕海军， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽农业大学 工学院,合肥 230036)



欠成熟板栗脱蒲机影响脱蒲性能的试验分析

毕海军， 曹成茂， 周 敏，范雅魁

(安徽农业大学 工学院,合肥 230036)

利用自制板栗脱蒲机试验台，通过单因素试验，分析了参数性能指标试验台脱蒲部件转速对欠成熟板栗脱蒲率及损伤率的影响规律。通过正交试验，得出了欠成熟板栗放置时间、试验台脱蒲部件转速、试验台脱蒲部件与栅栏之间间距等参数的最优组合，从而对欠成熟板栗脱蒲装置的优化设计提供了依据。

板栗脱蒲机；性能指标；优化设计

0 引言

板栗树上生长的欠成熟的板栗球呈大球形，在每个板栗球内部有2～3个板栗的坚果，欠成熟板栗球大小不等且外表长有密集的长刺，果实与板栗蒲的内壁黏合紧密。长期以来，一直靠人手工脱蒲，极易扎手，脱蒲效率低下，耗时费力[1]。目前，市场上存在的板栗脱蒲机针对成熟度高的板栗效果明显，但针对欠成熟的板栗蒲存在脱蒲分离率低、板栗果肉破损率高及机器适应性差等问题。为了提高欠成熟板栗脱蒲性能,本文以欠成熟板栗的脱蒲率和损伤率为脱蒲性能指标，对试验台脱蒲部件转速做了16水平单因素试验；同时，选取欠成熟板栗放置时间、试验台脱蒲部件转速、试验台脱蒲部件与栅栏之间间距等3项因素进行正交试验，分析了各因素对欠成熟板栗脱蒲性能的影响规律，得出了最优的参数组合，为欠成熟板栗脱蒲装置的优化设计提供了依据[2-3]。

1 试验台及试验方法

1.1 试验台

欠成熟板栗脱蒲及试验台由进料口、脱蒲辊子、轴承座、电动机、机架、栅栏及可调式螺栓等组成，如图1所示。板栗由人工喂入进料口之后，通过重力作用运动到脱蒲室内，在脱蒲辊子的带动下进入其与栅栏之间的间隙；七成熟的板栗蒲在脱蒲辊子与栅栏的揉搓与挤压下，板栗子与外部的蒲分开，分离的板栗蒲与板栗子从栅栏的间隙中掉落。

1.进料斗 2.脱蒲辊子 3.轴承座 4.电动机 5.机架 6.栅栏 7.可调式螺栓

2 单因素试验

2.1 试验的目的及内容

通过对欠成熟板栗脱蒲机重要参数进行单因素试验，分析研究脱蒲辊子转速对剥净率和破损率的影响。

2.2 试验样品

试验所用欠成熟板栗采摘自安徽省金寨县六、七成熟板栗。

2.3 试验仪器

1)本研究中设计的试验台。

2)电子称。

3)mm440SIMENS变频器。

2.4 试验因素

影响欠成熟板栗脱蒲机试验台的工艺参数有很多，如欠成熟板栗放置时间、辊子转速、试验台脱蒲部件与栅栏之间间距等对脱蒲效果都有影响；但由于受到实验条件的限制，本试验只研究辊子转速对欠成熟板栗脱蒲机剥净率和破损率的影响[4-6]。

2.5 试验安排

以欠成熟板栗放置时间、试验台脱蒲部件与栅栏之间间距为不同的试验条件，安排在不同的辊子转速下，通过控制连接着三相电动机的mm440SIMENS变频器频率，三相电动机与辊子通过皮带传动，传动比为1，调整辊子的转速，转速分别取280、420、560、700r/min,进而得出剥净率和破损率与辊子转速之间的关系，试验安排如表1所示。

表1 试验安排

2.6 试验结果分析

根据试验的安排，考虑在不同的放置时间和间距的条件下，分别以剥净率和损伤率为指标，以辊子的转速为因素做单因素试验。试验结果如图2所示。随着试验条件的不同，各组的试验结果差距比较大，试验6中的剥净率为85%，试验5中的剥净率为73%。但从整体的影响趋势来看，剥净率都是随着辊子转速的增加而增加；当辊子转速增加到一定时，剥净率维持在某个水平上，损伤率都是随着转速增加而逐渐降低，之后又缓慢地上升。在不同的试验条件下，因素水平的变化对指标的影响较小。当辊子转速在560r/min时脱蒲效果最好。

试验1 试验2

试验3 试验4

试验5 试验6

试验7 试验8

试验9 试验10

试验11 试验12

试验13 试验14

试验15 试验16

3 正交试验与结果分析

3.1 试验目的及内容

通过对嫩板栗脱蒲机重要参数进行正交试验，得出嫩板栗脱蒲机工作的最佳工艺参数，最终确定传动机构的传动比。

3.2 试验样品

试验所用的欠成熟板栗采摘自安徽省金寨县，分别分为刚采摘过后的、放置1天后的、放置2天后的和放置1周以后的，剔除袋中夹杂的石子和树叶。

3.3 试验仪器

1)本研究中设计的嫩板栗脱蒲机。

2)电子称。

3)mm440SIMENS变频器。

3.4 试验因素

影响嫩板栗脱蒲机的工艺参数很多，如嫩板栗放置时间、辊子转速、辊子与栅栏之间间距、辊子上叶片倾斜角度，以及脱蒲力等都对脱蒲效果有影响；但由于条件限制，本试验只研究嫩板栗放置时间、辊子转速及辊子与栅栏之间间距对脱蒲机的剥净率和破损率的影响。

1)嫩板栗放置时间：基于前面的单因素试验结果，剥净率随着嫩板栗放置时间的增加而增加，而破损率虽然一直在减小，但数值变化并不大。因此，此次试验分别取嫩板栗的放置时间为刚采摘的、放置1天后、放置2天后、放置3天后，分别用A1、A2、A3、A4表示。

2)辊子转速：同样基于前面的单因素试验结果，剥净率随着辊子转速的增加而减小，破损率随着辊子转速的增加而减小。因此，本次试验分别取辊子转速为280、420、560、700r/min，分别用B1、B2、B3、B4表示。试验时将辊子主轴通过皮带传动直接与电动机相联接，并通过调节mm440SIMENS变频器频率来获得试验所需的转速。

3)辊子与栅栏之间间距：同样基于前面的单因素试验结果，剥净率随着辊子与栅栏之间间距的增加先增加后减小，损伤率随着辊子与栅栏之间间距的增加先减小后增加。因此，本试验分别取辊子与栅栏之间的间距为30、40、50、60cm，分别用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 试验方法

根据试验因素及水平的选取，本试验选择标准正交表L16(44),4底数表示因素的水平数，上标4表示列数，表头设计及其试验结果如表3所示。

表3 试验结果

3.7 结果分析

通过直观分析，从剥净率、破损率极差的比较可以看出：两个指标的各因素的主次顺序依次为B、A、C、D，B、C、A、D。A因素的4水平当中，剥净率A3的指标均值最高，破损率A3的指标均值最小；B因素的4水平当中，剥壳率B3的指标均值最高，破损率B3的指标均值最小；C因素的4水平当中，脱蒲率C4的指标均值最高，破损率C4的指标均值最小；综合分析因素的结果，最优的因素水平组合是A3B3C4。根据分析结果在A3B3C4组合下再次进行试验，测得剥净率为98.8%,破损率为1%，因此最优的因素组合是A3B3C4[7-10]。

3.8 方差分析结果

剥净率、破损率数据进行方差分析，结果如表4、表5所示。

表4 剥净率方差分析表

表5 破损率的方差分析表

由表4、表5可以看出：在显著性水平为10.00下，辊子转速B的显著值为9.28(<10.00),七、八成熟板栗放置时间A显著值为29.46(>10.00)，栅栏与辊子间间距C的显著值为15.44(>10.00)，因此辊子转速对剥净率影响显著；七、八成熟板栗放置时间与栅栏与辊子间间距影响不显著。其显著值得的大小顺序为BA>C[11]。

4 结论

1)通过单因素试验得出了辊子转速参数对欠成熟板栗蒲剥净率和损伤率的影响规律，当辊子转速在560r/min时脱蒲效果最好。

2)通过正交试验和分析，得出了影响欠成熟板栗脱蒲性能的最优水平组合因素是A3B3C4，即欠成熟板栗放置时间为2天后，辊子转速为560r/min，辊子与栅栏之间间距为60cm。

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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

国家自然科学基金面上项目(51475002)

毕海军(1989-)，男，合肥人，硕士研究生，(E-mail)839985020@qq.com。

曹成茂(1964-)，男，安徽六安人，教授，博士，博士生导师，(E-mail)caochengmao@sina.com。

S226.4

A

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