基于自循环水的红枣清洗装置设计与优化控制

张洪洲，王宪磊，刘媛杰，李 勇，周 丹，侯宝华，肖豪杰，郑 浩

(塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300)

0 引言

红枣，别名大枣，富含维生素，属于温带鼠李目植物。新疆地区是红枣的主产区之一，目前南疆地区红枣种植面积已经超过5.3万hm2，红枣种植业迅速发展。红枣农业已经成为新疆生产建设兵团辖区内农民的主要收入之一，是红枣企业创收的重要来源及兵团税收的主要来源[1-3]。红枣加工的主要形式有制干加工、塑封加工、枣夹葡萄干加工和枣夹核桃加工等。因此，红枣的清洗是红枣加工之前必不可少的工序。随着新疆生产建设兵团内农业产业结构的调整，红枣农业迅猛发展，矮化密植红枣被大面积种植，红枣的产量大幅度增加。另外，南疆地区邻近沙漠地带，由于沙尘暴气候的影响，红枣表面浮沉等污浊物较多，这些因素给红枣的清洗带来了一定的困难。

新疆地区红枣加工企业多采用滚动毛刷式、喷雾式、超声波空化技术等对产地红枣进行清洗。王莉等对将蔬菜淹没于水中的清洗方法进行了研究；高英武等利用振动原理研发了振动式蔬菜清洗机；丁小明等利用气泡清洗原理对蔬菜进行了清洗研究与试验；李云飞等研究了蔬菜清洗中气流对蔬菜清洗的影响；刘晓娟等对爆气式蔬菜清洗技术进行了研究；马少辉、裴玖玲等利用超声波空化作用原理对红枣清洗设备进行了研制与试验研究；王海鸥等设计了超声清洗槽[4-13]。以上清洗技术多是针对带叶蔬菜等物料，清洗效果较好；但对于红枣表面污浊物的清洗，效率不高，清洗效果一般。

针对红枣表面污浊物清洗效果不佳、红枣清洗工作量大、效率低下，以及现有的清洗设备自动化水平不高的现状，本文融合农机技术和自动化技术，研发了一款红枣清洗装置，解决了原有红枣清洗机存在的问题，达到了节水、高清洗率的效果，减少了生产成本[14-30]。红枣清洗试验表明：该红枣清洗机具有较强的实用性，清洗效果符合红枣初加工的要求，为南疆地区红枣清洗作业提供了可行性参考。

1 红枣清洗装置的设计原理及机构

1.1 设计原理

针对我国新疆南部地区浮尘天气较多、红枣的清洗工作量比较大，以及覆盖在红枣表面的灰尘、泥土等不易被清洗等问题，设计开发了红枣清洗装置。红枣清洗装置结构，如图1所示。该装置主要由红枣清洗部分、自循环水部分和滚筒控制部分组成。

工作时，将水槽中注入水槽体积1/2的水，通过键盘设定水温，将红枣从进/出料口装入滚筒，确保装入的红枣体积不大于滚筒体积的2/3，将进/出料口闭合；装置启动，CPU初始化，控制升降机使滚筒悬于水槽正上方，升降机开始下降至滚筒完全侵入水面以下，升降机停止；步进电机转动，带动滚筒转动，水通过滚筒表面的孔洞进入滚筒，清洗滚筒内的红枣，滚筒转动5min后，升降机将滚筒升起，将进/出料口打开，取出清洗后的红枣；在水槽下端有一个细过滤网，将滤掉污浊物，水泵启动，使水槽内的水循环，利于净化。

1.支架 2.水温控制部件 3.粗孔 4.水槽 5.中央控制器 6.升降机 7.电机 8.进/出料口 9.桥臂 10.滚筒 11.水管 12.水泵 13.细质过滤网

1.2 红枣清洗槽部分

红枣清洗槽部分包含支架、水槽和水温控制部件。水温控制由温度传感器18B20实时检测水槽内水温，送至中央控制器，中央控制器对水温信号进行处理，与预设的温度值进行对比，确定电阻丝加热的步进量，控制热电阻加热，使水槽内水温达到预设值。

1.3 循环水部分

循环水部分包含喷头、水管、水泵和细质过滤网。在水槽的左下端位置装有出水管，在出水管内装有细质过滤网，在中央控制器部分设定水泵工作时间和工作周期。清洗工作时，当达到设定的水泵工作时间时，中央控制器发出命令，控制水泵进行抽水工作，污水经细质过滤网后，重新进入水槽；当水泵一个工作周期时间到时，中央控制器发出命令，使水泵停止工作；如此反复循环，实现自循环水。

1.4 滚筒控制部分

滚筒部分由带粗孔和进/出料口的滚筒、电机、桥臂、升降机、传送带、转轮和中央控制器等组成。控制部分是以单片机为核心的升降、旋转、速度调整控制器，主要由单片机、键盘、显示屏、电源变换电路、电机驱动器、位置传感器、电机以及角速度传感器等组成。中央控制器系统框图，如图2所示。系统软件采用汇编语言编程，软件流程图如图3所示。

图2 中央控制器系统框图

2 试验结果与分析

2.1 试验条件及依据

试验地点为新疆生产建设兵团农一师聚天红红枣加工厂。试验时，以清洗率和破损率为考核指标，进行红枣清洗试验，试验因素为水槽水温T、滚筒转速W和红枣加载量M。3个参数的详细指标，如表1所示。

表1 主要参数指标

2.2 正交试验与数据分析

进行组合试验，每次清洗5min，测定其清洗率和破损率。将试验结果指标依次填入正交表中，如表2所示。

表2 正交试验数据表

由表2中可以看出：当水槽水温为303K、滚筒转速为100r/min、红枣加载量为60%时，红枣清洗效果最佳。

3 结论

通过试验验证了所设计的红枣清洗装置的有效性，为红枣的清洗机及其加工提供了参考。

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