空癟核桃風選機風選系統的優化設計

劉 佳，楊莉玲，沈曉賀，朱占江，劉 奎，祝兆帥

（新疆農業科學院農業機械化研究所，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，據最新統計，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、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、遼寧等地的核桃幾乎都種在山上，田間管理粗放不規范，由于核桃種植過程中營養、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]。據統計，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。風選系統是核桃風選機的關鍵部件，風選系統的設計影響整機風選效果、效率和整機能耗。為此，本文以新疆農業科學院農業機械化研究所自主研發的6XG-2000 型空癟核桃風選機為樣機[2]，進行設備風選系統的優化試驗，以期得到風選系統最佳參數，為核桃風選機整機優化提供依據。

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、分選系統組成。分選系統由風機、沉降箱、閉風器、吸風道、進風調節板、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 風選系統主要參數優化

風選系統的主要參數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律，以期找到最佳參數。

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科學院農業機械化研究所自主研發的空癟核桃風選機，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，數據取5 個點的平均值。設備調風板和卸風板參數示意見圖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。可以看出，0°～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為75°～90°。考慮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。可以看出，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，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。

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。可以看出，隨著卸風板開度增大，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。可以看出，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，應先對清選系統主風管道進行調節，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，一般卸風板開度調節至0°～15°以內。