空癟核桃風選機風選系統(tǒng)的優(yōu)化設計

劉 佳，楊莉玲，沈曉賀，朱占江，劉 奎，祝兆帥

（新疆農業(yè)科學院農業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

0 引言

我國核桃栽培面積和總產量均居世界首位，據(jù)最新統(tǒng)計，我國核桃種植面積533．33 萬hm2（8000 萬畝），產量200 余萬噸，然而核桃空癟率高的問題嚴重制約了核桃原料的銷售價格，影響了核桃的商品性以及企業(yè)、農戶的信譽。目前新疆核桃種植基本上還處在小農個體經營，而甘肅、陜西、四川、云南以及山西、河北、遼寧等地的核桃?guī)缀醵挤N在山上，田間管理粗放不規(guī)范，由于核桃種植過程中營養(yǎng)、水分供應不足，另外加上農戶為了能盡快將核桃采收了賣掉，往往提前對核桃進行采摘，不能嚴格按照核桃成熟時間進行采摘，使得核桃不成熟、核桃仁不飽滿，空癟核桃較多[1]。據(jù)統(tǒng)計，由于種植、管理及采收不當導致空癟核桃約占15%～20%。經過脫青皮、清洗、烘干后的核桃中不僅含有空癟核桃，還含有一部分破碎的核桃殼。這些雜質嚴重影響了核桃的商品性，核桃風選機成為解決這一問題的關鍵。然而，目前市場上的核桃風選機質量層次不齊，嚴重影響了空癟核桃的清選效果。風選系統(tǒng)是核桃風選機的關鍵部件，風選系統(tǒng)的設計影響整機風選效果、效率和整機能耗。為此，本文以新疆農業(yè)科學院農業(yè)機械化研究所自主研發(fā)的6XG-2000 型空癟核桃風選機為樣機[2]，進行設備風選系統(tǒng)的優(yōu)化試驗，以期得到風選系統(tǒng)最佳參數(shù)，為核桃風選機整機優(yōu)化提供依據(jù)。

1 結構及工作原理

空癟核桃風選機由機架、振動篩、彈簧、振動電機、風機、分選系統(tǒng)組成。分選系統(tǒng)由風機、沉降箱、閉風器、吸風道、進風調節(jié)板、卸風板等組成[3]。工作時，核桃、空殼、干癟的核桃以及雜質從振動篩一端喂入，在振動篩的作用下，物料被均勻分布在篩面上并向前運動，向前運動的過程中經過吸風道，由吸風道中產生的吸入氣流將懸浮的核桃空殼、干癟核桃以及雜質從核桃中分離出來，隨氣流一起上升進入吸風道，當進入沉降箱時，由于沉降箱的面積突然擴大，風速迅速降低，再加上慣性分離隔板的作用，使氣流迅速轉向，空殼、干癟的核桃以及雜質依靠自身的重力與氣流分離開，落在傾斜的滑板上通過閉風器排出機體外，核桃隨著振動篩的振動排出機體外。

2 風選系統(tǒng)主要參數(shù)優(yōu)化

風選系統(tǒng)的主要參數(shù)是調風板開度和卸風板開度[4]。試驗選取主風管道調風板開度α、卸風板開度β開展影響流場風速及誤差率的試驗，研究調風板開度及斜風板開度對風速和風選效果的影響規(guī)律，以期找到最佳參數(shù)。

誤差率的試驗以1 kg 新新2 核桃為一個單元，進行設備風選試驗，將設備風選出的空殼率和人工挑選的空殼率進行對比，從而得出設備風選的誤差率[4]。

試驗設備為新疆農業(yè)科學院農業(yè)機械化研究所自主研發(fā)的空癟核桃風選機，設備配備風機功率5．5 kW，轉速2 900 r/min，風量4 012～7 419 m3/h。振篩風機功率0．25 kW，振頻1 500 r/min，激振力3 000 N，風箱長820 mm，寬82 mm。試驗儀器包括卷尺、風速儀等；試驗材料為新新2 核桃；選取進料口截面中部5 個點測量風速，每個點相距110 mm，數(shù)據(jù)取5 個點的平均值。設備調風板和卸風板參數(shù)示意見圖2。

2.1 調風板開度對進料口風速及誤差率的影響

根據(jù)經驗初步選擇卸風板開度為10°，進料口調風板高度為4 cm，以調風板開度為自變量，進料口風速為應變量開展試驗，試驗結果見圖3?？梢钥闯觯?°～90°范圍內隨著主風板開度的增多，風速逐漸增大，從曲線斜率看30°～75°增速較快，75°～90°增速有所放緩，在75°～90°之間，風速接近最佳的分離風速（18 m/s 左右）[5-6]，說明卸風板開度為10°時，調風板開度最佳參數(shù)為75°～90°?？紤]到對風速的充分利用性，一般在核桃風選過程中將調風板調至85°左右。

同樣，卸風板開度為10°，進料口調風板高度為4 cm 時，以調風板開度為自變量，以風選誤差率為應變量開展試驗，試驗結果見圖4?？梢钥闯?，調風板開度在75°以內時，隨著調風板開度增加，誤差率減小，但當調風板開度75°～90°時，誤差率都為0．7%。

為了確定調風板開度的最佳參數(shù)，再次開展試驗，試驗結果見圖5，隨著調風板開度增加，誤差率先減小后增大，當調風板開度在87°時，誤差率最低為0．4%。為此，可以確定，當卸風板開度為10°，進料口調風板高度為4 cm 時，調風板開度在87°時，誤差率最低，為最佳參數(shù)。

2.2 卸風板開度對進料口風速及誤差率的影響

選定主風管道調風板開度87°，進料口調風板高度4 cm，以卸風板開度為自變量，進料口風速為應變量開展試驗，試驗結果見圖6?？梢钥闯觯S著卸風板開度增大，風速逐漸減小，整體來說，卸風板開度對風速的影響程度小于調風板開度，起到對風速的微調作用。

同樣的，選定主風管道調風板開度87°，進料口調風板高度4 cm，以卸風板開度為自變量，設備風選誤差率為應變量開展試驗，試驗結果見圖7?？梢钥闯?，隨著卸風板開度增大，誤差率整體呈增大的趨勢，卸風板開度為10°時，誤差率最低。

3 結論

通過調風板開度和卸風板開度對風速和誤差率的影響試驗，得到其最佳參數(shù)分別為75°～90°和0°～15°，為了檢驗試驗結果的合理性，開展驗證試驗。結果表明，當調風板開度和卸風板開度分別為87°和10°時，此時清選效果最佳，分離腔進料口風速為18 m/s，誤差率為0．4%。另外，由于在清選分離過程主風管道調節(jié)板開度對分離腔內風速影響較大，所以在進行清選分離時，應先對清選系統(tǒng)主風管道進行調節(jié)，將主風管道調風板開度α 調整為75°～90°之間，再對卸風板進行調節(jié)，一般卸風板開度調節(jié)至0°～15°以內。