振動式加工番茄果秧分離裝置設計與試驗

振動式加工番茄果秧分離裝置設計與試驗

0加工番茄接收點分離機構的應用現狀新疆以其獨特的亞熱帶和氣候條件為特色，成為中國加工生姜的優(yōu)質和較高的礦區(qū)。近年來,新疆加工番茄種植面積一直穩(wěn)定在6.7×104hm2以上,產量占全國的90%,番茄醬出口量占全球貿易總量的25%。但目前加工番茄主要依靠人工收獲,勞動強度大、生產效率低,嚴重影響了番茄產業(yè)的發(fā)展,這對加工番茄機械化收獲提出了迫切要求。實現加工番茄機械化的核心技術之一就是番茄果實與莖稈的有效分離技術。在加工番茄收獲機的發(fā)展歷程中,針對其關鍵部位—果莖分離機構的研究從分離原理上分為以下兩種:強制性分離和非強制性分離。強制性分離主要有梳齒式、偏心輥軸式和機械手采摘式。梳齒式容易造成泥土和莖稈堵塞梳齒,且對番茄損傷較大。機械手采收主要是對鮮食番茄單體的精確采摘,不適用于加工番茄大規(guī)模機械化采收作業(yè)。針對加工番茄的機械化采收,早在20世紀60年代,美國等國家就進行了加工番茄果莖分離機構的研究,并取得了諸多成果。其中,Fluck等通過對6種不同品種的番茄進行分離試驗認為番茄果秧分離力在19～48N。目前,國內對加工番茄果秧分離機構的研究還處于起步階段。主要有貴航研發(fā)的4FZ-2型番茄收獲機,其果秧分離機構采用振動帶式結構,其抖動分離輸送帶較長,工作時液壓系統(tǒng)受到沖擊較大。因此,設計了一種回轉滾筒式果秧分離機構。該機構具有結構簡單、動力損失小及振動頻率和振幅調節(jié)便利化的優(yōu)點。1果實和甘蔗分離裝置的結構和操作原則1.1基本結構果秧分離裝置主要由回轉滾筒、凸輪盤、撥桿和回位彈簧等部分組成。其結構簡圖,如圖1所示。1.2地表系沒有動起的驅動裝置工作時,果秧分離機構回轉滾筒與凸輪盤相向轉動。當回轉滾筒上橫向安裝的橫桿一端的擋塊未與凸輪接觸時,撥桿隨滾筒轉動起向后輸送果秧的作用;當橫桿一端的擋塊被凸輪盤上的凸輪頂起時,與橫桿剛性連接的撥桿繞橫桿的轉動中心擺動。當擋塊離開凸輪后,在回位彈簧的作用下撥桿回位,撥桿完成一次振動。當回轉滾筒與凸輪盤連續(xù)不斷旋轉時,實現回轉滾筒上的撥桿依次振動,進而將連續(xù)不斷的振動力施加給番茄果秧,實現番茄果實與果秧的分離。滾筒轉速和凸輪盤轉速由變頻器控制。2試驗設備和方法2.1單柱立式試驗臺試驗用番茄品種為里格爾87-5,數顯稱重儀1臺,數顯游標卡尺1個,電動單柱立式試驗臺1臺,HF-50N拉力計1個。實測加工番茄部分物理力學特性,如表1所示。2.2撥桿振幅對分離率和破損率影響在控制生產率的情況下,對凸輪盤轉速x1和撥桿擺振振幅x2兩因素進行單因素試驗,了解撥桿振動頻率和振幅對分離率、破損率和含雜率的影響。試驗水平編碼如表2所示,共進行6組試驗。在6組試驗中,每組重復3次,每次測10株。試驗結果取平均值,試驗指標為分離率y1、破損率y2和含雜率y3。x1凸輪盤轉速,x2撥桿擺振振幅。3試驗結果與分析3.1試驗結果試驗結果,如表3所示。3.2單因素試驗的結果分析3.2.1u3000數學模型運用SPSS軟件對單因素試驗數據進行了回歸分析處理(除考慮因素外,其余因素取水平值),得番茄果實分離率y1、果實破損率y2、含雜率y3與凸輪盤轉速x1、撥桿擺振振幅x2關系的數學模型為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)是凸輪盤轉速與果實分離率y1、果實破損率y2、含雜率y3的數學模型;式(4)～式(6)是撥桿擺振振幅與果實分離率y1、果實破損率y2、含雜率y3的數學模型。對回歸數學模型進行顯著性檢驗,結果表明,回歸系數顯著性水平在0～0.013之間,數學模型回歸擬合很好。3.2.2超聲溫度和轉速對番茄破碎率的影響應用MathCAD軟件對式(1)～式(6)進行計算,得出各回歸數學模型所對應的曲線,如圖2所示。由圖2(a)可知,隨著凸輪盤轉速的增大,加工番茄分離率先增大后略有減小趨勢。其原因是當凸輪盤轉速增加,撥桿的振動頻率相應增加,果實的分離率逐漸增加;但凸輪盤轉速過大,導致振動頻率過高,使得部分番茄以帶柄形式分離。由圖2(b)可知,果實破損率隨著凸輪盤轉速的增大而增大。其原因是當凸輪盤轉速增大,撥桿振動頻率增大,對果秧的沖擊次數增多,部分果實在分離落到集果箱過程中再次受到撥桿的撞擊,形成破損。由圖2(c)可知,含雜率隨著凸輪盤轉速的增大呈線性增大。其原因是當凸輪盤轉速增大,撥桿振動頻率增大,多次撞擊導致少量番茄枝葉被打斷。由圖2(d)可知,隨著撥桿擺振振幅的增大,加工番茄分離率先增大后趨于平緩不再增大。其原因是當振幅較小時,撥桿對果秧的沖擊適中,使得番茄能有效分離;但振幅過大時,部分果實產生擁擠夾雜在撥桿中,不能被充分分離,使得分離率下降。由圖2(e)可知,果實破損率隨著振幅的增大而增大。其原因是在果實分離過程中,撥桿在彈簧帶動下回程過程中對已分離的果實進行二次撞擊,還有較少部分果實由于擁擠被果秧劃破造成破損。由圖2(f)可知,果實含雜率隨著振幅的增大。其原因是撥桿回程中對部分果秧產生拉扯作用導致的部分莖葉雜質。4番茄分離和果實破損率變化1)設計了一種可便利化調節(jié)振動頻率和振幅的果秧分離裝置。2)對分離裝置進行了單因素試驗。由單因素試驗可知:凸輪盤轉速增大,番茄分離率先增大后減小,果實破