核桃剝殼機導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計

核桃剝殼機導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計

在保證空間內(nèi)，堅果進入破裂殼機的姿態(tài)對破殼率和高速核率有重大影響。在本研究中，對堅果的引導(dǎo)和指揮器進行了測試和研究。由于目前國內(nèi)核桃品種繁雜、形狀、大小各異,既有橢球形的,也有球形的,但總的說來,外形近似為球形,近似度用球度來表示(球度=近似球體直徑/最大直徑=(abc)1/3/a)。對于大部分核桃,由于擠壓方向、擠壓速度及其品種對壓縮剛度K(K=壓力P/壓縮量δ)無顯著性影響,所以從理論上講,進入固定間隙破殼裝置的核桃都能很好的破殼,不存在進入方向問題,但對于球度小即近似呈橢球形的核桃來說,當(dāng)其長軸P1P2方向與擠壓輥軸線平行或呈較小角度時,核桃可隨擠壓輥一起轉(zhuǎn)動,核桃破殼完全,取仁容易,破碎少;反之,核桃不能隨擠壓輥轉(zhuǎn)動而造成沿核桃長軸方向的剪切破裂,出現(xiàn)兩半破裂,造成仁殼分離困難和仁的破碎,從而降低了高路仁率。因此有必要在破殼前對球度小的核桃進行導(dǎo)向。1核桃直徑測試研究核桃導(dǎo)向的目的就在于通過對核桃物理機械性能的研究,使其長軸P1P2能與擠壓輥軸線平行或有一個較小的導(dǎo)向擺角α。其分布統(tǒng)計特征值為核桃可導(dǎo)向性指標(biāo)(圖1)。對靜態(tài)導(dǎo)向擺角α測試處理見(1)式。{σ?靜=0.6009°D+26.408°Ur=0.024D+0.4842(1){σ?靜=0.6009°D+26.408°Ur=0.024D+0.4842(1)式中:σ?靜為靜態(tài)導(dǎo)向擺角方差;D為核桃最大直徑;Ur為直徑比ri(Dmax/Dmin)的均值。由(1)式可以看出,Ur隨核桃直徑變大而增大,即核桃由球形向橢球形變化,而σ?靜則隨直徑增大而減小。說明直徑較大的核桃(即球度小的核桃)導(dǎo)向性好,直徑較小的核桃導(dǎo)向性差。由于球度接近1的核桃無須導(dǎo)向,所以對于球度小的核桃來說具有可導(dǎo)向性。2導(dǎo)向定位裝置的設(shè)計導(dǎo)向定位裝置的合適與否是影響導(dǎo)向率的主要因素,通過對核桃進行物理機械特性的分析并結(jié)合對其它堅果導(dǎo)向裝置的研究,我們設(shè)計了導(dǎo)向定位試驗裝置(圖2),該裝置主要由兩級導(dǎo)向槽、導(dǎo)向滾軸和調(diào)速電機組成。3堅果定位分析3.1=0情形下,核桃自然導(dǎo)向分析為了保證核桃有一個高的導(dǎo)向率,一級導(dǎo)向槽與水平面夾角γ應(yīng)小于或等于導(dǎo)向輥對核桃的支持力與水平面的夾角β,支持力N1就形成了主動力矩而不是阻力矩(圖3)。核桃在與導(dǎo)向輥接觸的瞬時姿態(tài)是隨機的,即長軸P1P2與輥軸的夾角在0°～90°范圍內(nèi)變化,但根據(jù)導(dǎo)向特性可把其大體歸為3類,導(dǎo)向擺角α=0°,α=90°,0°<α<90°或90°<α<180°。對于α=0°的情況已經(jīng)實現(xiàn)了自然導(dǎo)向,在此不再對其進行分析。①若α=90°,其受力狀態(tài)見圖3。在導(dǎo)向輥靜止時有:N1=G(sinβ-cosβtg(β-γ))當(dāng)輥軸轉(zhuǎn)動時將對核桃產(chǎn)生一滑動摩擦力F,在核桃與輥軸接觸的瞬間F=μN1=μG[sinβ-cosβtg(β-γ)],此力與支持力N1一起形成了使核桃向上轉(zhuǎn)動的主動力矩,重力G產(chǎn)生一個使核桃向下轉(zhuǎn)動的力矩,而且γ越小N1所產(chǎn)生的主動力矩越大,即越易于導(dǎo)向。此時若核桃的重力線與兩支點連線(導(dǎo)向槽5及導(dǎo)向輥3對核桃的支撐點)不在同一豎直面上的話,兩力矩就會形成一對扭轉(zhuǎn)力矩,使核桃產(chǎn)生側(cè)滑,直到P1P2與輥軸線平行后進入二級導(dǎo)向槽。否則,一級導(dǎo)向時就可能出現(xiàn)核桃兩端不在同一水平面上同時下落,造成一級導(dǎo)向失敗的情況,為此還需進行二級導(dǎo)向。②若0°<α<90°或90°<α<180°,意味著核桃的一端先與輥軸接觸,這樣輥軸對核桃的支持力N2與核桃自身重力G在導(dǎo)向槽方向上就形成了一對扭轉(zhuǎn)力矩,在此力矩的作用下使核桃的另一端向下滾動,從而使核桃的長軸方向與輥軸線平行,完成調(diào)向動作。3.2次導(dǎo)向的設(shè)置盡管一級調(diào)向后實現(xiàn)了α=0°,但如果核桃的重力線與兩支點連線不在同一豎直面上的話,重力G就會形成以兩支點連線為轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動力矩,出現(xiàn)核桃傾翻現(xiàn)象,因此對一級導(dǎo)向后的核桃還有必要進行二次導(dǎo)向。經(jīng)一級導(dǎo)向后的核桃,其一端(設(shè)為O端)首先觸及二級導(dǎo)向槽,此時核桃以O(shè)為轉(zhuǎn)動中心,在重力G形成的主動力矩和摩擦力F形成的旋轉(zhuǎn)力矩共同作用下,核桃另一端下落至兩端在同一水平面上后進入破殼裝置。為了防止已調(diào)向的核桃在二級導(dǎo)向槽內(nèi)滾動時改變方向,二級導(dǎo)向槽的長度應(yīng)盡可能的短;二級導(dǎo)向槽與水平面夾角不能過大,否則將引起核桃來不及調(diào)向而沿導(dǎo)向槽下滑,不進行第二次調(diào)向直接進入破殼裝置。4主測試與結(jié)果分析4.1正交試驗設(shè)計從影響導(dǎo)向率的因素中選擇一、二級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角角度φ,ψ和導(dǎo)向輥的轉(zhuǎn)速ω作為試驗因素,設(shè)計了L16(45)三因素四水平正交試驗。由表1可知各因素最佳組合為A2,B1,E1;因素主次排列順序是A,B,E。4.2級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角的確定各因素的最佳組合是:一級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角φ=21°,二級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角ψ=37°,導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)速ω=32r·min-1。一級導(dǎo)向角φ越小,越易導(dǎo)向。但如果φ過小,則使得核桃在一級導(dǎo)向槽內(nèi)下滑的速度減小,降低了生產(chǎn)率。為了提高核桃的下滑速度,需讓一級導(dǎo)向槽在一定范圍內(nèi)作往復(fù)運動,但這樣做會加大設(shè)計難度以及增大生產(chǎn)成本,為此我們選取φ=21°作為一級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角的下限。對于導(dǎo)向輥軸,若輥軸轉(zhuǎn)速高,進入導(dǎo)向機構(gòu)的單個核桃就會被輥軸帶動而彈起,降低導(dǎo)向率。在實際生產(chǎn)中,由于采用的喂入方式是群體喂入而不是單個喂入,為了提高生產(chǎn)率,輥軸轉(zhuǎn)速可取比32r·min-1略大些。影響導(dǎo)向率大小的主要因素是一級導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角φ;而對導(dǎo)向率影響最小的因素是導(dǎo)向輥軸的轉(zhuǎn)速ω。由于核桃與轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向輥軸之