王槊，潘睿，薛忠, 2，何鳳平，范建新，韓樹(shù)全

(1. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東湛江，524091；2. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東湛江，524091；3. 貴州亞熱帶作物研究所，貴州興義，562400)

0 引言

夏威夷果源自于亞熱帶雨林地區(qū)的澳大利亞?wèn)|南部昆士蘭和東北部新南威爾士沿岸，又稱(chēng)澳洲堅(jiān)果(Macadamia integrifolia)，在我國(guó)主產(chǎn)于南方如云南的西雙版納，以及廣東、廣西、臺(tái)灣、海南等地，屬山龍眼科夏威夷果屬。夏威夷果含有多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以粗脂肪為主，含量高達(dá)70%以上，其中大部分是不飽和脂肪酸，同時(shí)還富含人體必需的8種氨基酸、可溶性總糖、淀粉和Ca、Zn、Mg、Fe、Cu、Mn等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素?，F(xiàn)代藥理研究表明，夏威夷果油具有降血糖、抗衰老、抗氧化等保健功能[1-2]。

國(guó)內(nèi)夏威夷果產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏采后處理、適合小規(guī)模種植、分散加工等需要的小型堅(jiān)果加工機(jī)械，脫皮、脫殼等作業(yè)幾乎全部由手工完成，其效率低、作業(yè)質(zhì)量差和無(wú)法保證衛(wèi)生，若不及時(shí)完成脫皮、脫殼和充分干燥，還會(huì)導(dǎo)致部分果仁變質(zhì)，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品質(zhì)量。目前，脫皮機(jī)械幾乎全部采用先分級(jí)后脫皮的兩步工序技術(shù)，不能連續(xù)地喂料、脫皮和排料，同一時(shí)間只能對(duì)分級(jí)后果徑差異較小的同一級(jí)果實(shí)進(jìn)行脫皮作業(yè)，加工不同等級(jí)的果實(shí)還需同步調(diào)整脫皮機(jī)械的工作參數(shù)或更換部分零件，機(jī)械的操作運(yùn)行尚處于半自動(dòng)水平，達(dá)不到高效率和高安全性，全自動(dòng)脫皮技術(shù)國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道[3-7]。

針對(duì)現(xiàn)有脫皮機(jī)械的上述問(wèn)題或缺陷，以及考慮到夏威夷果的結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度、果徑范圍、果皮質(zhì)脆但果殼堅(jiān)硬等特性，研制出一種螺旋對(duì)輥擠壓式自適應(yīng)新型夏威夷果脫皮裝置，主要采用“擠壓+滾揉”脫皮原理，為適應(yīng)不同果徑自然混合的待加工果實(shí)，取消現(xiàn)有的分級(jí)工序，保障裝置對(duì)不同果徑夏威夷果具有自適應(yīng)性。

1 夏威夷果結(jié)構(gòu)和尺寸

搞清夏威夷果的結(jié)構(gòu)和尺寸及其特征等，為受力分析確定果實(shí)模型，為螺旋對(duì)輥?zhàn)赃m應(yīng)擠壓式脫皮裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1.1 果實(shí)采樣

在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所果園采集夏威夷果樣品。該果園處于豐產(chǎn)期，土壤肥沃且雨水充足，在取樣地四角與中心安放收集布，采集到果實(shí)樣品885枚。

1.2 果實(shí)結(jié)構(gòu)

帶皮夏威夷果由果皮、果殼、果仁等3部分結(jié)構(gòu)組成，最外層的果皮成青色、厚約4 mm，脫皮后的果殼成淺褐色、直徑24 mm左右，破殼后的果仁成蒜型、直徑18 mm左右，如圖1所示。

圖1 夏威夷果結(jié)構(gòu)

1.3 果實(shí)尺寸

定義穿過(guò)果殼中心與果仁尖點(diǎn)的軸線為縱向，穿過(guò)果殼中心垂直于縱向的軸線為橫向，穿過(guò)果殼中心垂直于縱向及橫向的軸線為側(cè)向，參見(jiàn)圖1。用高精度數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)在上述三個(gè)方向上的直徑，分別稱(chēng)作縱向直徑、橫向直徑和側(cè)向直徑(合稱(chēng)三徑)，測(cè)得885個(gè)數(shù)據(jù)樣本，其簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 夏威夷果三徑和剖面圓度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab. 1 Macadamia nut three coordinates roundness parameter values

由圖2可見(jiàn)，帶皮夏威夷果的三徑大部分集中在27.5～38.5 mm范圍內(nèi)，三徑之間呈很強(qiáng)的相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，帶皮果實(shí)三徑間的相關(guān)系數(shù)在0.524 6～0.700 9范圍內(nèi)，脫皮果實(shí)三徑間的相關(guān)系數(shù)在0.757 8～0.841 6范圍內(nèi)，且相關(guān)系數(shù)均在<0.000 1水平上顯著。因此，帶皮及脫皮的夏威夷果均可視作球形，但脫皮果實(shí)更接近于球形。

圖2 帶皮夏威夷果三徑的相關(guān)性

考察三徑的分布特點(diǎn)，縱向直徑小于27.5 mm和大于38.5 mm的帶皮果實(shí)數(shù)量極少，且偏離分布中心較遠(yuǎn)，故這部分?jǐn)?shù)據(jù)視作異常被剔除。剩余數(shù)據(jù)的樣本容量為864，對(duì)此樣本帶皮及脫皮的果實(shí)三徑做正態(tài)分布擬合的Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，其中統(tǒng)計(jì)量D為實(shí)測(cè)累積分布與正態(tài)累積分布之差絕對(duì)值的最大值，統(tǒng)計(jì)量D大于其觀測(cè)值的概率記作P值，參見(jiàn)表2。結(jié)果表明，帶皮及脫皮的果實(shí)三徑在0.05水平上均服從正態(tài)分布。

表2 夏威夷果三徑的正態(tài)分布擬合檢驗(yàn)Tab. 2 Macadamia nut three coordinates roundness parameter values

1.4 果實(shí)剖面圓度

縱向直徑與橫向直徑的比值稱(chēng)作縱橫剖面圓度，其值在0.891 5～1.250 1范圍內(nèi)；縱向直徑與側(cè)向直徑的比值稱(chēng)作縱側(cè)剖面圓度，其值在0.885 5～1.344 1 范圍內(nèi)；橫向直徑與側(cè)向直徑的比值稱(chēng)作橫側(cè)剖面圓度，其值在0.893 4～1.330 3范圍內(nèi)；所有的圓度均值在0.975 3～1.048 6范圍內(nèi)，且脫皮果實(shí)的圓度更接近于1(圓形)；詳見(jiàn)表1。對(duì)帶皮及脫皮的果實(shí)剖面圓度樣本做正態(tài)分布擬合的Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，探明各個(gè)剖面圓度在0.05水平上均服從正態(tài)分布。

綜上所述，后面的受力分析等研究工作采用球形果實(shí)模型是恰當(dāng)合理的，使相關(guān)研究結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和精確性。

2 脫皮裝置結(jié)構(gòu)和原理

螺旋對(duì)輥?zhàn)赃m應(yīng)擠壓式脫皮裝置主要由進(jìn)料口、脫皮輥、彈性壓塊、出料口、動(dòng)力組等構(gòu)成，如圖3所示。核心部件為一對(duì)脫皮輥和彈性壓塊，兩者配合完成擠壓果實(shí)、滾揉果實(shí)、果皮開(kāi)裂、皮殼分離、抓取排皮等脫皮作業(yè)過(guò)程。

圖3 螺旋對(duì)輥?zhàn)赃m應(yīng)擠壓式夏威夷果脫皮裝置

工作時(shí)，從進(jìn)料口倒入不分級(jí)的帶皮夏威夷果，果實(shí)首先落入一對(duì)相向旋轉(zhuǎn)的脫皮輥上，輥表面上有旋向相反且相互嵌入螺距內(nèi)的螺旋凸棱，脫皮輥表面、螺旋凸棱及彈性壓塊對(duì)夏威夷果的聯(lián)合作用使果實(shí)產(chǎn)生軸向流動(dòng)并不斷調(diào)整位姿，排成一隊(duì)沿脫皮輥的軸向被均勻推送。夏威夷果到達(dá)彈性壓塊處，壓塊將果實(shí)緊緊壓在脫皮輥的表面上，合適的彈性壓力既可防止果實(shí)跳離又不損傷果殼。脫皮輥表面、螺旋凸棱、彈性壓塊的聯(lián)合作用，使果實(shí)發(fā)生軸向流動(dòng)、滾動(dòng)、側(cè)擠壓、滾揉(滾動(dòng)中擠壓)、果皮開(kāi)裂、皮殼分離等現(xiàn)象，多級(jí)彈性壓塊是保障所有被加工果實(shí)皮殼的完全分離。與果殼分離或粘連的果皮均被兩脫皮輥不斷地抓取，并在兩脫皮輥的間隙中被壓縮拉拽排出。脫皮后的夏威夷果，則在螺旋凸棱形成的軸向推力作用下越過(guò)彈性壓塊，流動(dòng)到脫皮輥的尾部從出料口排出，此過(guò)程中夏威夷果與脫皮輥表面是滑動(dòng)接觸，與彈性壓塊表面是滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸，且兩脫皮輥滿足不抓取脫皮果實(shí)的條件。

3 脫皮裝置受力分析

3.1 夏威夷果受力

以夏威夷果(球形模型)為脫離體，穩(wěn)定工作時(shí)兩個(gè)脫皮輥、彈性壓塊等對(duì)夏威夷果的作用力有：主動(dòng)脫皮輥的法向作用力N1和切向附著力F1，從動(dòng)脫皮輥的法向作用力N2和切向附著力F2，彈性壓塊的法向作用力N3和切向附著力F3，夏威夷果重力G，如圖4所示。圖4表達(dá)了受力力系在垂直于脫皮輥軸線的橫截面上的投影，其中F3的投影為0。

圖4 脫皮作業(yè)時(shí)夏威夷果的受力

采用靜力平衡分析法，得到夏威夷果靜力平衡方程組。

(1)

式中：μ1、φ1——脫皮裝置主動(dòng)輥對(duì)夏威夷果的附著系數(shù)和附著角；

μ2、φ2——脫皮裝置從動(dòng)輥對(duì)夏威夷果的附著系數(shù)和附著角；

μ3、φ3——脫皮裝置彈性壓塊對(duì)夏威夷果的附著系數(shù)和附著角；

α——脫皮輥對(duì)夏威夷果的抓取角，即法向力N1或N2與垂直方向的夾角。

3.2 夏威夷果受力平衡方程

主動(dòng)輥和從動(dòng)輥采用相同的表面制造材料，故可設(shè)F1=F2=F，N1=N2=N，μ1=μ2=μ，φ1=φ2=φ，代入式(1)可得受力平衡方程。

(2)

其中，抓取角滿足如式(3)所示的抓取角關(guān)系式，其由圖5所示的幾何關(guān)系導(dǎo)出。

(3)

式中：D、R——脫皮輥的直徑和半徑，mm；

d、r——夏威夷果的直徑和半徑，mm；

c——脫皮輥間隙，即兩脫皮輥心軸表面的最小距離，mm。

3.3 脫皮裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)約束

若式(2)所示的夏威夷果受力平衡方程存在，則式(4)必成立

(4)

式(4)與式(3)聯(lián)立求解，得脫皮裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)約束

(5)

滿足設(shè)計(jì)約束，則不考慮破殼損壞的夏威夷果剛性模型的受力會(huì)達(dá)到平衡態(tài)，脫皮功能可實(shí)現(xiàn)，而真實(shí)夏威夷果是否破殼損壞或其受力平衡是否失效，則決定于擠壓力N的大小。

4 脫皮裝置主要參數(shù)設(shè)計(jì)

脫皮裝置的主要參數(shù)有脫皮輥直徑、脫皮輥轉(zhuǎn)速、脫皮輥螺距、脫皮輥間隙、壓塊彈簧的彈簧剛度等。要求在加工不同果徑的果實(shí)時(shí)均能既去凈果皮又不傷及果殼和果仁。

4.1 脫皮輥直徑設(shè)計(jì)

脫皮輥的結(jié)構(gòu)由圓柱形的心軸和軸表面上的螺旋凸棱兩部分組成，心軸的直徑稱(chēng)作脫皮輥直徑(螺旋凸棱內(nèi)徑)。脫皮輥直徑設(shè)計(jì)，先由滿足式(5)的約束設(shè)計(jì)，再考慮脫皮后果實(shí)的不破殼條件校核設(shè)計(jì)值。由式(5)導(dǎo)出式(6)。

(6)

考慮最不利情況，果實(shí)直徑d取脫皮果實(shí)直徑的最小值20.99 mm(表1)，附著系數(shù)μ取較大的可能值0.5，脫皮輥間隙c取試驗(yàn)證實(shí)的可用最大值10 mm，代入式(6)算得脫皮輥直徑D的最大允許值為83.11 mm。脫皮輥直徑D的設(shè)計(jì)值取76 mm。

校核脫皮輥直徑的設(shè)計(jì)值是否合理可用，以不發(fā)生對(duì)夏威夷果的擠壓破殼損壞為標(biāo)準(zhǔn)[8-12]。

果實(shí)重力G相對(duì)壓力N3很小忽略不計(jì)。附著角取26.57°，當(dāng)脫皮果實(shí)直徑取最小值20.99 mm時(shí)(表1)，由式(3)推知脫皮輥?zhàn)ト〗铅翞?2.46°，則由式(2)算得N3與N的比值約0.037 8，則當(dāng)N3取20 N時(shí)，擠壓力N可達(dá)約529.1 N，小于實(shí)測(cè)的最小破殼壓力672 N，直徑設(shè)計(jì)值76 mm合理可用。

當(dāng)脫皮果實(shí)直徑取最大值29.02 mm時(shí)(表1)，由式(3)推知脫皮輥?zhàn)ト〗铅翞?4.97°，則由式(2)算得N3與N的比值約0.329 0，則當(dāng)壓力N3取108 N時(shí)，擠壓力N可達(dá)約328.3 N，遠(yuǎn)小于實(shí)測(cè)的最小破殼壓力672 N。說(shuō)明果實(shí)直徑愈小愈容易發(fā)生破殼損壞，用最小果實(shí)直徑校核脫皮輥直徑設(shè)計(jì)值合理。

4.2 脫皮輥螺距設(shè)計(jì)

一對(duì)等螺距旋向相反的脫皮輥，位于心軸表面上的兩螺旋凸棱相對(duì)時(shí)分別嵌入對(duì)方的螺距中線，它們對(duì)夏威夷果起沿脫皮輥軸向的推送作用。為不妨礙擠壓脫皮過(guò)程且對(duì)每一個(gè)夏威夷果均是強(qiáng)制推送，故兩螺旋凸棱之間(半個(gè)螺距)應(yīng)容下一個(gè)且僅一個(gè)夏威夷果，此要求用式(7)表示。

S≥2d

(7)

式中：S——脫皮輥螺距(螺旋凸棱的螺距)，mm。

果實(shí)直徑取帶皮果實(shí)的最大直徑38.97 mm(見(jiàn)表1)，由式(7)算得螺距S的最小值為77.94 mm?？紤]到大尺寸的夏威夷果占比很少(參見(jiàn)圖3)以及保障強(qiáng)制推送作用，設(shè)計(jì)螺距S取75 mm。

為實(shí)現(xiàn)沿脫皮輥軸向的強(qiáng)制推送作用，還需夏威夷果能在螺旋凸棱接觸面上可滑動(dòng)，即滿足式(8)所示的果實(shí)可滑動(dòng)條件，其中取μ=1是為了讓設(shè)計(jì)結(jié)果更可靠。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)螺距75 mm遠(yuǎn)小于238.76 mm，能有效保障果實(shí)的可滑動(dòng)性。

(8)

4.3 脫皮輥轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)

脫皮裝置與螺旋輸送機(jī)兩者對(duì)物料的作用形態(tài)不同，脫皮裝置中彈性壓塊始終將夏威夷果壓在脫皮輥上，轉(zhuǎn)速較高時(shí)物料的飛濺、跳離等現(xiàn)象基本不存在，故不考慮極限轉(zhuǎn)速的限制。脫皮輥轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，依據(jù)質(zhì)量輸送量的要求取較低值。

脫皮過(guò)程中，球形果實(shí)隨機(jī)地落入脫皮輥，則果實(shí)流的個(gè)體直徑符合正態(tài)分布。夏威夷果排成一隊(duì)沿脫皮輥軸向流動(dòng)，不考慮隊(duì)伍中相鄰夏威夷果的間隙和重疊，則果實(shí)的質(zhì)量輸送量

(9)

式中：Q——脫皮裝置質(zhì)量輸送量，t/h；

n——脫皮輥轉(zhuǎn)速，r/min；

wm——果實(shí)平均質(zhì)量，g/個(gè)；

dm——果實(shí)平均直徑，mm。

實(shí)測(cè)果實(shí)平均質(zhì)量為9.395 3 g/個(gè)，帶皮果實(shí)平均直徑按最不利狀態(tài)取為33.347 2 mm(表1)，質(zhì)量輸送量的設(shè)計(jì)值為0.5 t/h，螺距的設(shè)計(jì)值為75 mm，由式(9)推得脫皮輥轉(zhuǎn)速所需最小值為394 r/min。為保障獲得所需的生產(chǎn)率，脫皮輥轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)值取為400 r/min。

4.4 脫皮輥間隙設(shè)計(jì)

依據(jù)正常抓取并排送果皮的要求，考慮到果皮厚約4 mm左右[13]，抓取的果皮多是2層和3層，脫皮輥間隙設(shè)計(jì)為4～12 mm無(wú)極可調(diào)。

4.5 脫皮輥有效長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

兩個(gè)支承軸承的間距較大，會(huì)使脫皮輥因自重而產(chǎn)生撓屈變形，故設(shè)計(jì)撓度不得超過(guò)5 mm。由式(10)計(jì)算支撐軸承中心距的最大允許值。

(10)

式中：ymax——撓度，mm；

m——脫皮輥?zhàn)灾兀琸g；

L——兩軸承之間的中心距，mm；

E——材料彈性模量，N/cm2；

I——心軸的截面慣性距，cm4。

帶入?yún)?shù)E=209×104N/cm2、I=1.6×106cm4、m=55.5 kg可得L的最大允許值為2 200 mm?？紤]去凈果皮和結(jié)構(gòu)布局的要求，支撐軸承中心距選定1 200 mm，脫皮輥有效長(zhǎng)度約1 100 mm。

4.6 彈簧剛度設(shè)計(jì)

果實(shí)通過(guò)壓塊時(shí)，為保障既有效脫皮又不損傷果殼，果實(shí)直徑不同導(dǎo)致壓塊對(duì)果實(shí)壓力的變化應(yīng)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，涉及壓塊彈簧的剛度參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

如圖4所示，已知果實(shí)半徑r和脫皮輥半徑R，則果實(shí)模型中心O3到兩輥中心連線O1O2的距離O3D可用式(11)計(jì)算。

(11)

脫皮輥半徑R=38 mm，表1中果實(shí)半徑r的最大值19.485 mm和最小值10.495 mm，脫皮輥間隙c分別取最小值4 mm和最大值12 mm，由式(11)算得O3D值的最大值41.285 9 mm和最小值20.390 3 mm，加上果實(shí)半徑可得果實(shí)頂部水平切面的最大高度為60.770 9 mm和最小高度為30.885 3 mm，兩者相減得夏威夷果頂部水平切面的垂直位移量29.885 6 mm，約30 mm。

壓塊的底面位置要比夏威夷果的頂面位置更低，約在壓塊中部開(kāi)始與果實(shí)接觸，故彈簧作用點(diǎn)的位移量大于30 mm，其設(shè)計(jì)值取為40 mm。

選不銹鋼彈簧YB3.5×32×120 mm，由式(12)計(jì)算彈簧剛度

(12)

式中：G1——彈簧線材的切變模量，MPa；

dx——彈簧線徑，mm；

Nc——彈簧有效圈數(shù)；

Dm——彈簧中徑，mm。

查得G1為71 000 MPa，dx為3.5 mm，Nc為15，Dm為32 mm，由式(12)算得k值為2.71 N/mm。

彈簧形變所產(chǎn)生的壓力可由式(13)求得

F=kx

(13)

式中：F——彈簧形變后的壓力，N；

x——彈簧形變位移，mm。

設(shè)最小果實(shí)通過(guò)壓塊底面時(shí)的最大壓縮量(相對(duì)于彈簧自由長(zhǎng)度的彈簧縮短量)為10 mm，忽略壓塊自重的影響，則由式(13)算得果實(shí)所受壓力為27.1 N，最大果實(shí)通過(guò)壓塊底面時(shí)的最大壓縮量可達(dá)40 mm，計(jì)算得果實(shí)所受壓力達(dá)108.4 N。實(shí)測(cè)已知，夏威夷果破殼所需的最小壓力為672 N，所需的最小剪切力為777.96 N[14]。工作時(shí)壓塊對(duì)果實(shí)產(chǎn)生的壓力遠(yuǎn)小于破殼所需的力，不會(huì)造成脫皮過(guò)程中果實(shí)的破殼及果仁損傷，最小果實(shí)也能受到至少27.1 N的壓力，從而可保障擠壓脫皮功能不失效，故所設(shè)計(jì)彈簧可用。

5 脫皮裝置性能試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)指標(biāo)

由于夏威夷果脫皮裝置性能的試驗(yàn)檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)尚屬空白，故定義脫皮合格率Sh和脫皮破損率Sp為評(píng)價(jià)作業(yè)質(zhì)量的指標(biāo)，生產(chǎn)率Q為評(píng)價(jià)作業(yè)能力的指標(biāo)。

(14)

(15)

(16)

式中：Gt——果皮完全脫掉的夏威夷果質(zhì)量，kg；

Gw——果殼及果仁完好無(wú)損的夏威夷果質(zhì)量，kg；

G0——喂入脫皮裝置的夏威夷果質(zhì)量，kg；

T——測(cè)定的質(zhì)量為G0夏威夷果的脫皮所用時(shí)間，s。

5.2 試驗(yàn)方法

為評(píng)價(jià)參數(shù)設(shè)計(jì)的效果與合理性，采用上述參數(shù)設(shè)計(jì)研制的夏威夷果脫皮機(jī)樣機(jī)，并對(duì)其做性能試驗(yàn)。

性能試驗(yàn)于2019年8月在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所實(shí)施。夏威夷果試材采自南亞熱帶植物研究所，在土壤肥沃、雨水充足且正值3～4年生豐產(chǎn)期的夏威夷果種植園設(shè)置采集區(qū)，在采集區(qū)內(nèi)均勻布點(diǎn)抽樣。

性能試驗(yàn)設(shè)6次重復(fù)，每次喂入5 kg夏威夷果試材。每完成一次試驗(yàn)，收集果皮完全脫掉的夏威夷果稱(chēng)重，收集果殼及果仁完好無(wú)損的夏威夷果稱(chēng)重，用式(14)～式(16)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表3。性能試驗(yàn)場(chǎng)景及樣機(jī)如圖5所示。

表3 脫皮裝置性能試驗(yàn)結(jié)果Tab. 3 Main parameters of machine

圖5 脫皮裝置性能試驗(yàn)場(chǎng)景

5.3 結(jié)果與分析

試驗(yàn)過(guò)程中，夏威夷果脫皮機(jī)的振動(dòng)較小，噪音偏大，脫皮裝置能有效分離殼皮且不混雜，未發(fā)現(xiàn)有堵果現(xiàn)象，作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定。

由表3可以看出，脫皮合格率最小值達(dá)97.1%和最大值達(dá)99.1%，均值97.73%，標(biāo)準(zhǔn)差0.917 9%；脫皮破損率最小值達(dá)0.5%和最大值達(dá)2.1%，均值1.13%，標(biāo)準(zhǔn)差0.671 3%；生產(chǎn)率最小值達(dá)428.57 kg/h和最大值達(dá)600 kg/h，均值495.54 kg/h，標(biāo)準(zhǔn)差65.79 kg/h。結(jié)果表明，脫皮裝置的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)能力均達(dá)到較高水平，實(shí)際生產(chǎn)率與設(shè)計(jì)生產(chǎn)率高度吻合，證實(shí)脫皮裝置關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)果及思路具有合理性，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

采用方差分析考察實(shí)際生產(chǎn)率對(duì)脫皮合格率及脫皮破損率的影響，發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)率的差異對(duì)作業(yè)質(zhì)量的影響在0.05水平上不顯著。這表明，生產(chǎn)率值在428.57～600 kg/h范圍內(nèi)時(shí)，作業(yè)質(zhì)量對(duì)生產(chǎn)率波動(dòng)不敏感具有穩(wěn)定性，這一良好特性亦說(shuō)明夏威夷果脫皮裝置關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)合理有效。

6 結(jié)論

1) 檢測(cè)885個(gè)夏威夷果的縱向直徑、橫向直徑和側(cè)向直徑，帶皮三徑均值在31.83～33.35 mm范圍，脫皮三徑均值在25.12～25.76 mm范圍，圓度在0.975 3～1.048 6范圍。檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)證實(shí)，三徑在0.05水平上均服從正態(tài)分布且相互之間在<0.000 1 水平上均顯著相關(guān)，夏威夷果的外觀為球形。

2) 脫皮裝置設(shè)計(jì)成螺旋對(duì)輥彈性壓塊結(jié)構(gòu)，受力分析、參數(shù)設(shè)計(jì)等工作均采用球形果實(shí)模型，獲得脫皮裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)約束和受力平衡方程，結(jié)果具備較高的準(zhǔn)確性和精確性。設(shè)計(jì)獲得脫皮輥的直徑76 mm、螺距75 mm、有效長(zhǎng)度1 100 mm、轉(zhuǎn)速400 r/min和間隙4～12 mm，以及彈簧剛度2.71 N/mm。

3) 性能試驗(yàn)表明，脫皮合格率均值達(dá)97.73%，脫皮破損率均值僅為1.13%，生產(chǎn)率均值達(dá)495.54 kg/h，試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期高度吻合，皮殼有效分離且不混雜，作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定，證實(shí)結(jié)構(gòu)選型和參數(shù)設(shè)計(jì)合理。所研制的新型脫皮裝置適合對(duì)帶皮果徑在24.21～38.97 mm范圍的夏威夷果進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)喂料的脫皮作業(yè)。