核桃破殼后各級(jí)物料懸浮速度的試驗(yàn)研究

王 維，王亞妮，盧軍黨，賀功民

（陜西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，陜西 咸陽 712000）

懸浮速度是指某物料在垂直氣流的作用下，當(dāng)氣流對(duì)物料的作用力等于該物料本身的重力而使物料保持平衡狀態(tài)時(shí)氣流的速度[1]。

核桃破殼后的殼仁分離是核桃深加工的關(guān)鍵工序。在生產(chǎn)加工過程中，核桃經(jīng)過破殼后，產(chǎn)生的混合物料經(jīng)分級(jí)分為：殼仁嵌合體、1/2 混合物料、1/4 混合物料、1/8 混合物料、1/16 混合物料及碎末混合物料。目前多數(shù)機(jī)型采用的分離技術(shù)為風(fēng)力分離[2-4]，測(cè)定各級(jí)殼、仁的懸浮速度，可以為各級(jí)混合物料分離的氣流參數(shù)提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。

1 測(cè)試裝置及工作原理

1.1 測(cè)試裝置

采用陜西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所自制的物料懸浮速度測(cè)試臺(tái)，結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要由管道風(fēng)速儀、腳輪、機(jī)架、集流罩、下穩(wěn)流管、可視錐管、上穩(wěn)流管、隔物網(wǎng)、過渡彎管、風(fēng)機(jī)、變頻器等部件組成。管道風(fēng)速儀采用TES-1341 熱線式風(fēng)速計(jì)，風(fēng)速反應(yīng)范圍在0～30 m/s，且可記錄最大、最小及平均值[5]。

1.2 工作原理

接通電源啟動(dòng)變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小。物料從集流罩處送入測(cè)試管中，將頻率從小到大調(diào)節(jié)，直至物料吸入可視錐管中，且恰好在管道風(fēng)速儀測(cè)試口高度位置處呈懸浮狀態(tài)。關(guān)閉變頻器電源，使物料從測(cè)試管中落下。再次啟動(dòng)變頻器開始鍵，待氣流風(fēng)速穩(wěn)定后，讀取管道風(fēng)速儀的最大和最小值。此數(shù)據(jù)即為該種物料的懸浮速度范圍。

2 試驗(yàn)材料及儀器

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用物料為陜西黃龍地區(qū)出產(chǎn)的香玲核桃，經(jīng)破殼機(jī)破殼、混合物料分級(jí)篩分級(jí)，篩網(wǎng)規(guī)格如表1 所示，各級(jí)物料如圖2 所示，再經(jīng)手工分離混合物料收集所得，如圖3 所示，然后分別測(cè)出殼、仁的懸浮速度[6-7]。

表1 混合物料分級(jí)機(jī)篩網(wǎng)規(guī)格Tab.1 The screen specification of mixed material classifier

2.2 試驗(yàn)儀器

熱線式風(fēng)速儀TES-1341、游標(biāo)卡尺0.02 mm、AIC-21001常州天之平0.1 g。

3 試驗(yàn)方案及結(jié)果

3.1 試驗(yàn)方案

將陜西黃龍地區(qū)出產(chǎn)的香玲核桃，經(jīng)破殼、分級(jí)、分離所得物收集。隨機(jī)抽取個(gè)1/2 殼、仁，1/4 殼、仁，1/8 殼、仁，1/16 殼、仁，碎末殼、仁，分別抽取10 個(gè)作為試驗(yàn)樣本，測(cè)量每個(gè)樣本質(zhì)量和對(duì)應(yīng)的尺寸，并計(jì)算其平均值并將各級(jí)分離物料每次取樣不少于50，共取3 次，分別測(cè)試其懸浮速度范圍。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表2 各級(jí)物料的平均質(zhì)量、平均尺寸及懸浮速度Tab.2 The quality and size of materials at all levels

根據(jù)表1 繪制了同規(guī)格核桃殼、仁平均質(zhì)量對(duì)比趨勢(shì)圖和近似迎風(fēng)面積對(duì)比圖，分別如圖4 和圖5 所示，其中面積近似為長(zhǎng)方形。從殼、仁質(zhì)量趨勢(shì)對(duì)比圖可以看出，從1/2，1/4，1/8，1/16 到碎末，平均仁質(zhì)量均大于同規(guī)格的平均殼質(zhì)量，殼和仁平均質(zhì)量依次降低，其平均質(zhì)量差分別為1.11，0.63，0.27，0.15，0.02，隨著桃仁規(guī)格減小平均質(zhì)量差依次減小。從殼、仁近似迎風(fēng)面積對(duì)比圖可以看出，從1/2，1/4，1/8，1/16 到碎末，平均殼的迎風(fēng)面積均大于同規(guī)格的平均仁的迎風(fēng)面積，殼和仁平均迎風(fēng)面積依次降低，且同規(guī)格的迎風(fēng)面積差分別為89.34，65.94，60.75，15.27，22.41。隨著桃仁規(guī)格減小，平均迎風(fēng)面積先降低后增加。平均質(zhì)量差和平均迎風(fēng)面積差越大越有利于風(fēng)選分離，這說明1/2，1/4，1/8 的殼仁采用風(fēng)選分離是可行的，而1/16 和碎末在風(fēng)選分離過程中會(huì)出現(xiàn)混雜率高的現(xiàn)象。懸浮速度是一個(gè)范圍值，但總體趨勢(shì)是隨著殼仁規(guī)格的減小，懸浮速度是依次減小的，可根據(jù)懸浮速度范圍對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行初步選型及設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）隨著桃仁規(guī)格減小平均質(zhì)量差依次減??；平均迎風(fēng)面積先降低后增加。平均質(zhì)量差和平均迎風(fēng)面積差越大越有利于風(fēng)選分離，這說明1/2，1/4，1/8 的殼仁采用風(fēng)選分離是可行的，而1/16 和碎末在風(fēng)選分離過程中會(huì)出現(xiàn)混雜率高的現(xiàn)象。

（2）核桃經(jīng)破殼后產(chǎn)物分別為1/2、1/4、1/8、1/16 及碎末的殼仁混合物料，經(jīng)手工分離后，分別測(cè)得核桃殼的懸浮速度分別為13.03～14.19，15.93～19.26，15.39～16.62，14.47～16.20，10.22～14.18，仁的懸浮速度為分別12.43～13.91，11.12～12.44，12.23～13.66，11.08～12.59，4.39～7.45。可根據(jù)懸浮速度范圍對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行初步選型及設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。