黑瓜子立體晾曬機的設計研究

楊學澤 吳勁鋒 黃曉鵬

摘要：針對黑瓜子平面晾曬占地面積大，干燥箱干燥使其品質極易受破壞，使得黑瓜子易出現“翹板”現象等問題，設計了一種黑瓜子立體晾曬機，運用Solid works軟件繪制虛擬樣機，進行模型驗證，各零部件之間不存在干涉現象，并利用曬盤與水泥地進行了黑瓜子自然晾曬對比試驗。結果表明：（1）該機充分地利用了空間位置，使有效晾曬面積提高2.83倍;（2）黑瓜子自然晾曬過程中“翹板”現象的出現率降低了10%～15%，保持了黑瓜子原有的品質。

關鍵詞：黑瓜子;干燥;立體晾曬機;設計

中圖分類號：S226.6文獻標識碼：A

文章編碼：1672—7053（2019）05—0152—02

Abstract ： For the flat drying covers an area of big black melon seeds ，and drying oven dry seed quality easy to damage ，make the black melon seeds is easy to appear"become warped board" phenomenon， we design a stereo drying machine ，black melon seeds using Solid works software rendering virtual prototype ，model validation ，there is no interference between parts phenomenon， and use the drying plate and concrete black melon seeds natural drying contrast test.The results show that： 1）the machine makes full use of the space position to increase the effective drying area by2.83 times;2）the occurrence rate of "warped plate" phenomenon in the natural drying process of black melon seeds was reduced by 10% ～ 15%，maintaining the original quality of black melon seeds.

Key Words ： Black melon seed; Dry; Stereo drying machine; Design

籽瓜，又名打瓜，全國有三大產區，最大的產區為西北產區，籽瓜總產量占全國90%，主要分布在甘肅、新疆、寧夏4。甘肅產區，位于北緯36°～38°62，平均海拔2000m以上，氣候干旱，光熱資源豐富，屬西北半干旱與干旱農業氣候大區，年均降雨量為240mm，年蒸發量1634mm，年均日照時數2696小時，8—10月份白天平均氣溫20.9°C31。獨特的地理位置與氣候，為自然晾曬提供了良好的條件。籽瓜的收獲加工期一般為60-70天，這段時間內產生大量黑瓜子，必須要完成這些瓜子的干燥工作，否則濕瓜子會霉變，影響其品質。以年加工量為5000t的生產企業為例，生產加工期為60天，平均每天需要完成8.4t瓜籽的晾曬工作，若采用自然晾曬方式，晾曬占地面積達1.1公頃，占地面積較大;若采用干燥箱烘干方式，能耗高，成本投資高，且干燥過程中黑瓜子殼與水、溫度之間產生復雜的變化，使之易出現“翹板”現象，影響了黑瓜子的品質。

目前，國內外尚無對黑瓜子自然晾曬和設備干燥實驗的研究，存在對白瓜子干燥試驗的研究，僅有學者紀勛光、衣淑娟等對白瓜子干燥試驗的研究。在自然條件下，對黑瓜子的水分蒸發特性的研究國內外未見報道。本文針對黑瓜子蒸發特性進行研究，得出黑瓜子的水分蒸發特性，以此為理論依據，設計了一種黑瓜子立體晾曬機，滿足了自然晾曬的要求，使有效晾曬面積利用率提高2.83倍，降低了干燥投入成本，減輕了勞作強度。

1 晾曬試驗設計與分析

1.1 試驗設計

在露天自然環境條件下（風速、晾曬面積、晾曬厚度一定），黑瓜子分別置于晾曬曬盤與水泥地上晾曬。試驗中，晾曬面積、晾曬厚度（10～15mm）、風速一定（0～0.9m/s），空氣介質的濕度在短時間、小范圍內基本保持不變，可得出黑瓜子含水率與連續晾曬時間t的干燥曲線，呈指數遞減。Y1曲線表示在晾曬機曬盤上黑瓜子含水率與連續晾曬時間t的干燥曲線，Y2曲線則表示在水泥地上含水率與連續晾曬時間t的干燥曲線。

1.2 實驗分析

1） 在同一時間段內，相同介質環境中，曬盤自然晾曬，水分散失要比在水泥地上快，即相同晾曬條件下，黑瓜子在曬盤上晾曬時，干燥效率比水泥地晾曬高;風速越大，水分散失越快，一般為0～2m/s，風速超過一定值，水分散失率不再提高，而瓜籽的穩定性降低。

2） 試驗中，曬盤與水泥地兩種不同的晾曬場地，晾曬的黑瓜子上下層存在明顯的溫度差，水泥地黑瓜子上下層溫度差明顯高于曬盤內黑瓜子上下層溫度差，原因在于水泥地上的瓜籽表面的吸附水下滲到水泥地表面，吸收了水泥地釋放的熱量，而此部分熱能不足以使得下滲的水分蒸發，因而下層瓜籽表面未脫離的吸附水并未得到水泥地釋放的更多熱量，溫度顯得較低;曬盤底部是由網格構成，下滲的吸附水完全脫離曬盤，底部與空氣充分接觸，可加速水分的散失。

3） 與平面晾曬相比，該晾曬方式利用空間位置將平面晾曬立體化，可提高2.83倍的有效晾曬面積。曬盤最底下的物料與空氣充分接觸，加快底層物料水分的逸散，使晾曬效率提高，避免了翻曬不及時所造成的底層物料長時間堆積而產生霉變的現象。

2 整機結構與工作原理

2.1 整機結構

黑瓜子立體晾曬機結構如圖2，主要由底座、曬盤架、曬盤、平鋪——翻曬——卸料裝置、類法蘭盤、萬向輪等部件組成。

2.2 工作原理

當黑瓜子立體晾曬機正常工作時，先用銷軸將曬盤架與底座固定，然后將籽瓜破碎取籽機取出的濕瓜子傾倒在曬盤中，在曬盤軌道上放置平鋪——翻曬——卸料裝置，調整刮板的高度（刮板底邊距離曬盤曬網為0.8～1.2cm），調整完成后用緊定螺釘將升降機構固定。手動將平鋪裝置沿曬盤軌道來回刮動，直至曬盤內瓜籽表面平整為止，拿出銷軸并轉動曬盤架至下一個固定位置，插入銷軸，重復之前的動作，直至六個曬盤都完成上料平鋪工作。每隔30分鐘對曬盤進行翻曬，翻曬時先將刮板通過升降機構升到一定高度，不影響翻曬板工作為止，用緊定螺釘固定。

3 關鍵部件的設計

3.1 外形設計

該機結構參照摩天輪的設計結構。曬盤旋轉架采用正六邊形對稱結構，在旋轉采光時，上升曬盤與物料重力所做功與下降曬盤與物料重力所做功方向相反，大小基本相等，因此操作者在轉動旋轉架時大大的節省了體力，減輕了勞作強度。曬盤底面采用鐵絲曬網，一方面減少了曬盤的質量，另一方面增加了底面物料與空氣介質的接觸面積，間接地提高了晾曬效率，避免了因翻曬不及時所造成的物料霉變。在旋轉架尺寸確定的情況下，當兩曬盤轉至最低或最高位置且在同一平面內時，盡可能縮小此兩曬盤的距離，可以使單個曬盤晾曬面積最大化。

3.2 平鋪——翻曬——卸料裝置的設計

平鋪——翻曬——卸料裝置主要是由刮板、升降機構、操作桿、導軌、翻曬板組成。刮板和翻曬板的長度根據曬盤寬度來確定，翻曬板的長度要比刮板長度小11cm，翻曬板采用正三角鋸齒形，工作時可使曬盤內瓜籽的表面積達到最大值，增大物料與空氣的接觸面積來提高晾曬效率。

3.3 曬盤旋轉架及類法蘭的設計

曬盤旋轉架結構以播禾輪結構為參照，正六邊形結構，外接圓直徑為2m。盡可能提升空間距離，便于采光均勻，旋轉過程中對曬盤而言，空氣介質為流動的，可以帶走物料表面逸散出的水汽，加速干燥。

類法蘭盤的設計，主要是為了解決曬盤旋轉架與主軸的連接問題，使得旋轉架與主軸既安裝方便，又能實現剛性連接，且在正常工作時，兩部件接觸處還要承受一定的轉矩。類法蘭盤的主要設計參數：直徑為300mm，中間主軸套外徑為50mm，內徑為25mm，長為40mm，與主軸為普通平鍵連接。

3.4 主軸設計

主軸為兩個，分別位于機架底座兩側，單個主軸是支撐跨距為200mm的懸臂軸，懸臂長50mm，該軸主要是連接曬盤旋轉架與機架底座，要求較高。它主要承受曬盤架、曬盤及物料的重力，總重約為7KN，因此單軸懸臂端所承受的重力為3.5KN，校核時按4KN進行計算，求得主軸最小直徑為25mm。

3.5 曬網的安裝設計

曬盤架構上有螺栓孔，安裝曬網時可用帶螺栓孔的壓條通過螺栓連接，壓緊壓條，以此來固定曬網。這種安裝方式，既便于曬網的安裝、清洗，又易于更換曬網。

4 結語

本研究合理的設計了一種黑瓜子立體晾曬機，解決了翻曬卸料問題，空間利用率提高2.83倍。自然晾曬試驗表明：黑瓜子自然晾曬時的晾曬干燥曲線為典型的指數曲線;采用自然晾曬的干燥方式，使得黑瓜子干燥過程中“翹板”率降低10%～15%。本文系國家自然科學基金項目（項目編號：51765002）。

參考文獻

[1]我國籽瓜的主要產區有哪些[Z].籽瓜網，2014.

[2]牛長河.基于籽瓜力學特性的籽瓜收獲機優化設計[D].新疆農業大學，2014：5—6.

[3]王銀花，石光普，王將，陳少勇，王仁奎.靖遠縣近60年來農業氣候資源變化特征[J].中國農學通報，2014，30（2）：302—308.

[4]楊永忠.紅瓜籽的采收與晾曬技術[J].寧夏農業科技，1982.

[5]李昊宇，李偉，徐小波.基于光度立體法的翹板黑瓜子識別方法研究[J].農業工程學報，2007，23（5）：159—163.

[6]紀勛光;車剛，杜雪亭.白瓜子微波真空干燥的試驗研究[J].農產品加工（學刊），2011（7）：118—121.

[7]衣淑娟，周桂霞，劉天祥，張秀芹.白瓜子薄層干燥試驗研究[J].農機化研究，2000，10（2）：76—79.