核桃剥壳机导向机构的设计

核桃剥壳机导向机构的设计

在保证空间内，坚果进入破裂壳机的姿态对破壳率和高速核率有重大影响。在本研究中，对坚果的引导和指挥器进行了测试和研究。由于目前国内核桃品种繁杂、形状、大小各异,既有椭球形的,也有球形的,但总的说来,外形近似为球形,近似度用球度来表示(球度=近似球体直径/最大直径=(abc)1/3/a)。对于大部分核桃,由于挤压方向、挤压速度及其品种对压缩刚度K(K=压力P/压缩量δ)无显著性影响,所以从理论上讲,进入固定间隙破壳装置的核桃都能很好的破壳,不存在进入方向问题,但对于球度小即近似呈椭球形的核桃来说,当其长轴P1P2方向与挤压辊轴线平行或呈较小角度时,核桃可随挤压辊一起转动,核桃破壳完全,取仁容易,破碎少;反之,核桃不能随挤压辊转动而造成沿核桃长轴方向的剪切破裂,出现两半破裂,造成仁壳分离困难和仁的破碎,从而降低了高路仁率。因此有必要在破壳前对球度小的核桃进行导向。1核桃直径测试研究核桃导向的目的就在于通过对核桃物理机械性能的研究,使其长轴P1P2能与挤压辊轴线平行或有一个较小的导向摆角α。其分布统计特征值为核桃可导向性指标(图1)。对静态导向摆角α测试处理见(1)式。{σ∂静=0.6009°D+26.408°Ur=0.024D+0.4842(1){σ∂静=0.6009°D+26.408°Ur=0.024D+0.4842(1)式中:σ∂静为静态导向摆角方差;D为核桃最大直径;Ur为直径比ri(Dmax/Dmin)的均值。由(1)式可以看出,Ur随核桃直径变大而增大,即核桃由球形向椭球形变化,而σ∂静则随直径增大而减小。说明直径较大的核桃(即球度小的核桃)导向性好,直径较小的核桃导向性差。由于球度接近1的核桃无须导向,所以对于球度小的核桃来说具有可导向性。2导向定位装置的设计导向定位装置的合适与否是影响导向率的主要因素,通过对核桃进行物理机械特性的分析并结合对其它坚果导向装置的研究,我们设计了导向定位试验装置(图2),该装置主要由两级导向槽、导向滚轴和调速电机组成。3坚果定位分析3.1=0情形下,核桃自然导向分析为了保证核桃有一个高的导向率,一级导向槽与水平面夹角γ应小于或等于导向辊对核桃的支持力与水平面的夹角β,支持力N1就形成了主动力矩而不是阻力矩(图3)。核桃在与导向辊接触的瞬时姿态是随机的,即长轴P1P2与辊轴的夹角在0°～90°范围内变化,但根据导向特性可把其大体归为3类,导向摆角α=0°,α=90°,0°<α<90°或90°<α<180°。对于α=0°的情况已经实现了自然导向,在此不再对其进行分析。①若α=90°,其受力状态见图3。在导向辊静止时有:N1=G(sinβ-cosβtg(β-γ))当辊轴转动时将对核桃产生一滑动摩擦力F,在核桃与辊轴接触的瞬间F=μN1=μG[sinβ-cosβtg(β-γ)],此力与支持力N1一起形成了使核桃向上转动的主动力矩,重力G产生一个使核桃向下转动的力矩,而且γ越小N1所产生的主动力矩越大,即越易于导向。此时若核桃的重力线与两支点连线(导向槽5及导向辊3对核桃的支撑点)不在同一竖直面上的话,两力矩就会形成一对扭转力矩,使核桃产生侧滑,直到P1P2与辊轴线平行后进入二级导向槽。否则,一级导向时就可能出现核桃两端不在同一水平面上同时下落,造成一级导向失败的情况,为此还需进行二级导向。②若0°<α<90°或90°<α<180°,意味着核桃的一端先与辊轴接触,这样辊轴对核桃的支持力N2与核桃自身重力G在导向槽方向上就形成了一对扭转力矩,在此力矩的作用下使核桃的另一端向下滚动,从而使核桃的长轴方向与辊轴线平行,完成调向动作。3.2次导向的设置尽管一级调向后实现了α=0°,但如果核桃的重力线与两支点连线不在同一竖直面上的话,重力G就会形成以两支点连线为转动轴线的转动力矩,出现核桃倾翻现象,因此对一级导向后的核桃还有必要进行二次导向。经一级导向后的核桃,其一端(设为O端)首先触及二级导向槽,此时核桃以O为转动中心,在重力G形成的主动力矩和摩擦力F形成的旋转力矩共同作用下,核桃另一端下落至两端在同一水平面上后进入破壳装置。为了防止已调向的核桃在二级导向槽内滚动时改变方向,二级导向槽的长度应尽可能的短;二级导向槽与水平面夹角不能过大,否则将引起核桃来不及调向而沿导向槽下滑,不进行第二次调向直接进入破壳装置。4主测试与结果分析4.1正交试验设计从影响导向率的因素中选择一、二级导向槽水平导向角角度φ,ψ和导向辊的转速ω作为试验因素,设计了L16(45)三因素四水平正交试验。由表1可知各因素最佳组合为A2,B1,E1;因素主次排列顺序是A,B,E。4.2级导向槽水平导向角的确定各因素的最佳组合是:一级导向槽水平导向角φ=21°,二级导向槽水平导向角ψ=37°,导向辊转速ω=32r·min-1。一级导向角φ越小,越易导向。但如果φ过小,则使得核桃在一级导向槽内下滑的速度减小,降低了生产率。为了提高核桃的下滑速度,需让一级导向槽在一定范围内作往复运动,但这样做会加大设计难度以及增大生产成本,为此我们选取φ=21°作为一级导向槽水平导向角的下限。对于导向辊轴,若辊轴转速高,进入导向机构的单个核桃就会被辊轴带动而弹起,降低导向率。在实际生产中,由于采用的喂入方式是群体喂入而不是单个喂入,为了提高生产率,辊轴转速可取比32r·min-1略大些。影响导向率大小的主要因素是一级导向槽水平导向角φ;而对导向率影响最小的因素是导向辊轴的转速ω。由于核桃与转动的导向辊轴之