5bf-3型辊-带水果分级机分级精度的影响因素分析

5bf-3型辊-带水果分级机分级精度的影响因素分析

0果实色泽分级机分类现代水果分类机械包括在线、清洗、蜡、干燥、分类、包装等一系列流程和流程。其中，分级作业是核心，是影响分级机性能的主要因素。水果分级机械按工作原理可分为大小分级机、重量分级机、果实色泽分级机以及果实色泽重量分级机。果实大小分级机选出的果实大小和形状基本一致，有利于包装贮存和加工处理，故在果实分级机中应用最为广泛。广西农业机械研究院研制的5BF-3型辊-带分级机是果实大小分级机，分级精度不够理想，且其工作参数对工作性能的影响机理尚未完全清楚，所以针对该分级机进行试验研究，分析各单因素及其交互作用对分级精度的影响，优化分级机的结构和工作参数，以提高该机的分级精度。1水果输送与分级5BF-3型水果分级机试验台由辊-带水果分级机构和人工分拣输送装置和控制装置组成，其原理如图1所示。控制装置采用电控系统。人工分拣输送装置(3)由与水平面成25°的一系列输送辊轴构成，其宽为700mm，长为1415mm，工作面为敞开式。在输送过程中，敞开式有利于人工拣选出有损伤的水果。该辊-带分级机构有上下两层工作面，上层为传动链(13)与水果输送辊轴(14)，下层由倒V面(12)、水果输送带(10)及分级木辊轴(9)组成。其根据水果直径大小进行分级，分级级数为6，相邻分级轴直径相差5mm，从而保证木辊轴(9)与水果输送带(10)之间的分级间隙自靠近斗形斜面水果接引装置的一端起依次增大。水果由输送装置(3)输送至辊-带分级机构上层的水果输送辊轴(14)后，经输送轴尾端的斗形斜面接引落入下层分级机构，在水果输送带(10)及分级木辊轴(9)共同作用下沿倒V面(12)运动，当水果到达分级间隙等于或大于水果直径的位置时，在重力作用下穿过间隙滚落到果篮里，实现分级。实验时，人工分拣输送装置(3)的输送速度通过电机(5)无级调速；水果输送带(10)的速度通过更换5个不同齿数的链轮（分别为11齿、13齿、15齿、17齿和19齿）来调节；分级木辊轴(9)的转速由驱动电机(7)调节；通过更换不同材料的水果输送带来获得不同的摩擦系数。测量仪器为SHTS02智能磁感应式转速表、游标卡尺和托盘天平。2因素和水平的确定采用四因素二次通用旋转组合设计安排试验，选取人工拣选阶段输送链速度X1、水果输送带速度X2、分级木辊轴转速X3和水果输送带的摩擦系数X4作为试验因素。其中，水果输送带的摩擦系数X4是结构参数，其它是工作参数。试验指标为分级精度(分级精度（%）=正确分级的水果数/水果总数×100%)，每个试验号重复试验3次，取其平均值作为该试验号对应的分级精度y值。试验对象为640个新鲜柑橘，清洗后用小标签将游标卡尺人工分级的结果标示在果皮表面。根据现有样机数据、前期简单试验数据及有关资料，确定各因素的上下水平值、零水平值及星号臂值。因素水平编码表如表1所示。试验方案和数据如表2示。3试验结果的分析与优化3.1．回归数学模型及其系数f检验运用SPSS软件处理试验数据，得到试验指标与因素之间的回归数学模型如下回归方程及其系数的F检验结果如表3所示。由表3可知，回归数学模型在0.000水平上高度显著，且回归数学模型的各项系数都达到不同程度的显著水平。表明数学模型具有较高的精度。3.2模拟结果分析3.2.1水果携带速度、转速、分级精度与速率的关系为考察人工拣选阶段输送链速度、水果输送带速度、分级木辊轴转速及水果输送带摩擦系数各单因素对分级精度的影响，用MathCAD软件对数学模型进行模拟计算(除需考虑的主因素外，其他因素均取零水平值)，结果如图2所示。1)图2(a)表明，人工拣选阶段输送链速度与分级精度呈非线性关系，分级精度随输送链速度增大而降低，且变化明显。原因是分级装置的倒V面宽度只为人工拣选输送装置宽度700mm的1/2，当输送链速度增大、单位时间内输送到分级机构上层的水果数量增多时，待分级水果剧增，易出现堆积现象。堆积过高时，堆积在上层的水果会越过分级木辊轴，直接滚落到果篮中，出现分级错误，使得分级精度降低，而且还会导致水果被输送到相应的分级间隙，使其尚未能与该级的木辊轴接触就被输送到下一级，从而出现分级错误，使分级精度降低。2)图2(b)表明，水果输送带速度与分级精度呈非线性关系，且随着速度的增大，分级精度减小。当水果输送带速度低至单个果分级的极限状态时，水果之间不会因相互作用而影响分级效果，此时分级精度最理想。故随着水果输送带速度的增大，待分级的果数之间的相互影响增大，分级精度降低。但水果输送带速度过低会影响工作效率，故其速度取值不能太小。3)图2(c)表明，分级木辊轴转速与分级精度呈线性关系，分级精度随着分级木辊轴转速的增大而提高，且变化趋势显著。其原因是木辊轴转速变化趋势与单位时间分级木辊轴处理的水果数量变化趋势相同。4)图2(d)表明，水果输送带摩擦系数与分级精度呈抛物线关系，分级精度先随输送带摩擦系数的增大而增大，达到最大值后，则变化相反。由以上单因素对试验性能指标(分级精度)的影响图形分析可知，人工拣选阶段输送链速度和分级木辊轴转速对分级精度有极显著的影响。3.2.2输送链速度对分级精度的影响因素的交互作用对性能指标的影响曲线如图3所示(作图时，除考虑的因素外，其他因素取零水平值)。图3(a)和(b)分别为人工拣选阶段输送链速度与水果输送带速度、人工拣选阶段输送链速度与分1)由图3(a)可知，当人工拣选阶段输送链速度和水果输送带速度都取最小值时，分级精度最高；当输送链速度增大时，分级精度随水果输送带速度增大而降至最小值后，再随之略微提高。在两者的交互作用中，水果输送带速度是分级精度的主要影响因素。2)由图3(b)可知，当人工拣选阶段输送链速度低、分级木辊轴转速较高时，分级精度高；当输送链速度增大时，分级精度随分级木辊轴转速的增大而减小。这说明，在此交互作用中，输送链速度对分级精度起主要作用。交互作用原因与单因素分析相同。3.3优化模型为使分级机的分级精度达到最大，本文采用Matlab软件优化得到较优的因素组合为：人工拣选阶段输送链速度1x=45mm/s，水果输送带速度2x=275mm/s，分级木辊轴转速3x=90r/min，水果输送带摩擦系数4x=0.45，优化后的分级精度ˆy1=98%；其可靠性为95%的置信区间为（95%，100%），分级精度最小值大于96%。这表明，因素优化后分级机的分级效果较好。在上述较优因素组合下进行验证试验，其结果为分级精度均在96%以上。这表明，优化后的因素组合可以作为5BF-3型辊-带水果分级机的设计依据。4输送链速度与水果携带速度的交互作用1)人工拣选阶段输送链速度和水果输送带速度对分级精度有显著影响，分级精度明显随其增大而降低。2)人工拣选