振动式加工番茄果秧分离装置设计与试验

振动式加工番茄果秧分离装置设计与试验

0加工番茄接收点分离机构的应用现状新疆以其独特的亚热带和气候条件为特色，成为中国加工生姜的优质和较高的矿区。近年来,新疆加工番茄种植面积一直稳定在6.7×104hm2以上,产量占全国的90%,番茄酱出口量占全球贸易总量的25%。但目前加工番茄主要依靠人工收获,劳动强度大、生产效率低,严重影响了番茄产业的发展,这对加工番茄机械化收获提出了迫切要求。实现加工番茄机械化的核心技术之一就是番茄果实与茎秆的有效分离技术。在加工番茄收获机的发展历程中,针对其关键部位—果茎分离机构的研究从分离原理上分为以下两种:强制性分离和非强制性分离。强制性分离主要有梳齿式、偏心辊轴式和机械手采摘式。梳齿式容易造成泥土和茎秆堵塞梳齿,且对番茄损伤较大。机械手采收主要是对鲜食番茄单体的精确采摘,不适用于加工番茄大规模机械化采收作业。针对加工番茄的机械化采收,早在20世纪60年代,美国等国家就进行了加工番茄果茎分离机构的研究,并取得了诸多成果。其中,Fluck等通过对6种不同品种的番茄进行分离试验认为番茄果秧分离力在19～48N。目前,国内对加工番茄果秧分离机构的研究还处于起步阶段。主要有贵航研发的4FZ-2型番茄收获机,其果秧分离机构采用振动带式结构,其抖动分离输送带较长,工作时液压系统受到冲击较大。因此,设计了一种回转滚筒式果秧分离机构。该机构具有结构简单、动力损失小及振动频率和振幅调节便利化的优点。1果实和甘蔗分离装置的结构和操作原则1.1基本结构果秧分离装置主要由回转滚筒、凸轮盘、拨杆和回位弹簧等部分组成。其结构简图,如图1所示。1.2地表系没有动起的驱动装置工作时,果秧分离机构回转滚筒与凸轮盘相向转动。当回转滚筒上横向安装的横杆一端的挡块未与凸轮接触时,拨杆随滚筒转动起向后输送果秧的作用;当横杆一端的挡块被凸轮盘上的凸轮顶起时,与横杆刚性连接的拨杆绕横杆的转动中心摆动。当挡块离开凸轮后,在回位弹簧的作用下拨杆回位,拨杆完成一次振动。当回转滚筒与凸轮盘连续不断旋转时,实现回转滚筒上的拨杆依次振动,进而将连续不断的振动力施加给番茄果秧,实现番茄果实与果秧的分离。滚筒转速和凸轮盘转速由变频器控制。2试验设备和方法2.1单柱立式试验台试验用番茄品种为里格尔87-5,数显称重仪1台,数显游标卡尺1个,电动单柱立式试验台1台,HF-50N拉力计1个。实测加工番茄部分物理力学特性,如表1所示。2.2拨杆振幅对分离率和破损率影响在控制生产率的情况下,对凸轮盘转速x1和拨杆摆振振幅x2两因素进行单因素试验,了解拨杆振动频率和振幅对分离率、破损率和含杂率的影响。试验水平编码如表2所示,共进行6组试验。在6组试验中,每组重复3次,每次测10株。试验结果取平均值,试验指标为分离率y1、破损率y2和含杂率y3。x1凸轮盘转速,x2拨杆摆振振幅。3试验结果与分析3.1试验结果试验结果,如表3所示。3.2单因素试验的结果分析3.2.1u3000数学模型运用SPSS软件对单因素试验数据进行了回归分析处理(除考虑因素外,其余因素取水平值),得番茄果实分离率y1、果实破损率y2、含杂率y3与凸轮盘转速x1、拨杆摆振振幅x2关系的数学模型为y1=56.971+1.906x1-0.023x12(1)y2=2.134-0.008x1+0.001x12(2)y3=0.564+0.046x1(3)y1=56.012+0.632x2-0.003x22(4)y2=0.644+0.022x2(5)y3=0.351+0.017x2(6)式(1)～式(3)是凸轮盘转速与果实分离率y1、果实破损率y2、含杂率y3的数学模型;式(4)～式(6)是拨杆摆振振幅与果实分离率y1、果实破损率y2、含杂率y3的数学模型。对回归数学模型进行显著性检验,结果表明,回归系数显著性水平在0～0.013之间,数学模型回归拟合很好。3.2.2超声温度和转速对番茄破碎率的影响应用MathCAD软件对式(1)～式(6)进行计算,得出各回归数学模型所对应的曲线,如图2所示。由图2(a)可知,随着凸轮盘转速的增大,加工番茄分离率先增大后略有减小趋势。其原因是当凸轮盘转速增加,拨杆的振动频率相应增加,果实的分离率逐渐增加;但凸轮盘转速过大,导致振动频率过高,使得部分番茄以带柄形式分离。由图2(b)可知,果实破损率随着凸轮盘转速的增大而增大。其原因是当凸轮盘转速增大,拨杆振动频率增大,对果秧的冲击次数增多,部分果实在分离落到集果箱过程中再次受到拨杆的撞击,形成破损。由图2(c)可知,含杂率随着凸轮盘转速的增大呈线性增大。其原因是当凸轮盘转速增大,拨杆振动频率增大,多次撞击导致少量番茄枝叶被打断。由图2(d)可知,随着拨杆摆振振幅的增大,加工番茄分离率先增大后趋于平缓不再增大。其原因是当振幅较小时,拨杆对果秧的冲击适中,使得番茄能有效分离;但振幅过大时,部分果实产生拥挤夹杂在拨杆中,不能被充分分离,使得分离率下降。由图2(e)可知,果实破损率随着振幅的增大而增大。其原因是在果实分离过程中,拨杆在弹簧带动下回程过程中对已分离的果实进行二次撞击,还有较少部分果实由于拥挤被果秧划破造成破损。由图2(f)可知,果实含杂率随着振幅的增大。其原因是拨杆回程中对部分果秧产生拉扯作用导致的部分茎叶杂质。4番茄分离和果实破损率变化1)设计了一种可便利化调节振动频率和振幅的果秧分离装置。2)对分离装置进行了单因素试验。由单因素试验可知:凸轮盘转速增大,番茄分离率先增大后减小,果实破