綿核桃機(jī)械剝殼取仁的參數(shù)選取及實驗分析

綿核桃機(jī)械剝殼取仁的參數(shù)選取及實驗分析

堅果是富含營養(yǎng)的干果，具有良好的保健和服藥作用。然而，將殼放入食用的綿桃中很容易霉，人工剝皮提取效率低，不符合健康要求。因此，高效優(yōu)質(zhì)的綿桃提取機(jī)具有很大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹了綿桃提取參數(shù)的選擇和實驗分析。1基礎(chǔ)學(xué)習(xí)1.1x-ctd-pcr的殼厚為了便于分析問題,筆者隨機(jī)測量了100個綿核桃的三維尺寸(縱徑、橫徑、棱徑,如圖1所示).對測量值進(jìn)行統(tǒng)計處理及方差分析,90%的綿核桃三維尺寸都在(27～37)mm之間.在α=0.001水平下,綿核桃的三維尺寸沒有顯著性變化,故可簡化為球體.筆者又隨機(jī)測量了20個綿核桃4個位置的殼厚,即頂端1、底部2、結(jié)合線附近3及最凸出處4(如圖2),對測量值進(jìn)行統(tǒng)計處理及方差分析,當(dāng)α=0.05水平下,不同位置間的殼厚差異不是顯著性的,因此,可以認(rèn)為綿核桃殼的厚度是均勻的.基于對綿核構(gòu)的幾何特性測定,筆者將綿核桃簡化為各向同性均勻厚度的薄球殼.1.2均勻薄球殼的位移由于筆者將綿核桃簡化為各項同性均勻厚度的薄球殼,故可應(yīng)用薄殼理論分析其受力情況.圖3表示一對法向集中力P(外力)作用在均勻薄球殼上,球殼的每一個微小截面上都存在著薄膜力Nφ、Nθ,彎曲力矩Mφ、Mθ及橫向剪力Qφ.其力的正方向示于圖4.當(dāng)均勻薄球殼受到一對法向集中力作用時,在遠(yuǎn)離集中力作用點的區(qū)域(區(qū)域Ⅰ)主要存在的是薄膜力,彎曲力矩很小,可不加考慮.但在集中力作用點附近區(qū)域(區(qū)域Ⅱ)彎曲力矩很大,不能忽略.因此,整個球殼分兩個區(qū)域計算內(nèi)力.對于區(qū)域Ⅰ采用無矩理論計算NⅠφ、NⅠθ,即NⅠφ=-NⅠθ=-P/(2πrsin2φ),NⅠφθ=0;對于區(qū)域Ⅱ采用彎矩理論計算NⅡθ、NⅡφ、MⅡθ、MⅡφ、QⅡφθ,即NⅡθ=NⅡφ=?3√P/(8h)?MⅡθ=?∞?MⅡφ=?∞?QⅡφ=?∞.ΝθⅡ=ΝφⅡ=-3Ρ/(8h)?ΜθⅡ=-∞?ΜφⅡ=-∞?QφⅡ=-∞.均勻薄球殼在一對法向集中力作用下的位移與內(nèi)力計算一樣,整個球殼上的位移也應(yīng)分兩個區(qū)域加以計算.區(qū)域Ⅰ的位移由于集中力是沿法線方向作用的,法線方向的位移W要比切線方向的位移U大得多.因此,主要討論W與P之間的關(guān)系.其關(guān)系為W=PC/(Eh),(1)W=ΡC/(Eh),(1)式中,C=[4-(1-αthα)-ch2α]/(2π)(chα=1/sinφ);E為彈性模量.由式(1)可求出不同的φ時的C值見表1.在集中力作用處(φ=0),W→∞,這是因為沒有考慮彎矩作用的緣故.隨著φ角增大,法向壓縮位移W很快衰減,當(dāng)φ=51.4°時,W=0,即薄殼在這一點既不產(chǎn)生壓縮位移也不產(chǎn)生外伸位移.當(dāng)φ>51.4°時,位移的方向由向內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲?向外拉伸薄球殼.當(dāng)φ=90°時,外拉伸位移達(dá)到最大值,即Wmax=3P/(2πEh).在區(qū)域Ⅱ內(nèi),NⅡφ、NⅡθ是有限值,根據(jù)虎克定律可知,應(yīng)變εⅡφ、εⅡθ的性質(zhì)是與NⅡφ、NⅡθ相似的,而位移是應(yīng)變的積分,因此,位移WⅡ都是有限值,即WⅡ=?3√Pr/(8h2E).(2)WⅡ=-3Ρr/(8h2E).(2)取r=15.93mm,h=1.56mm,則WⅡ=-2.205P/(Eh).不同φ角時的W與WⅡ的比值B=W/WⅡ=(PC/(Eh))/(-2.205P/(Eh)).表2給出了幾個特殊的φ角下的B值.2核桃受力點和裂紋是受彎能力強的多通道核桃根據(jù)薄殼理論,球形薄殼受壓能力弱,受彎能力強.根據(jù)斷裂理論,應(yīng)力集中點和裂紋處是斷裂源.因此,綿核桃受力點和裂紋越多,越容易剝殼.2.1對集中力的影響對薄殼施加外力,殼在作用點的實際壓縮變形量稱為位移,外力與位移成正比.當(dāng)殼上作用著一對集中力時,壓縮變形量為δ,則位移也為δ.但當(dāng)殼上作用均勻的二、三、四對法向集中力時,位移與壓縮變形量是不相等的,這是因為各對集中力之間有相互影響.為了簡化計算,計算二、三、四對集中力時,采用線性疊加的方法,據(jù)此法得出不同對數(shù)的法向集中力作用下位移分布曲線如圖5.從圖5中知在二對法向集中力作用下,殼上的位移最大;集中力個數(shù)越多,分布曲線越陡,彎曲應(yīng)力越大,位移則越來越小.根據(jù)上述計算,筆者分別對綿核桃施加一對、二對、三對集中力的實驗,記錄其產(chǎn)生初始裂紋所需的變形量、裂紋斷開所需的變形量等,并對其進(jìn)行統(tǒng)計處理見表3,從表中可知二對集中力作用下變形量的均值最小,說明在位移(核桃破裂)一定的情況下,二對力所需的壓縮量最小;對統(tǒng)計量進(jìn)行方差分析,在α=0.01水平下,有高度顯著性變化,并考慮機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)性,選擇二對集中作用力為機(jī)械設(shè)計的一參數(shù).2.2滾動軸承的統(tǒng)計特征根據(jù)斷裂理論,交變應(yīng)力有利于裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展.依據(jù)該理論,筆者分別對綿核桃施加一對滾動擠壓力和一對靜擠壓力的實驗,記錄其產(chǎn)生初始裂紋所需的變形量、裂紋斷開所需的變形量、裂紋數(shù)等,并對其進(jìn)行統(tǒng)計處理(見表4).從中可知滾動擠壓作用下變形量的均值小,說明在位移(核桃破裂)一定的情況下,滾動擠壓所需的壓縮量小,同時,滾動擠壓作用下裂紋數(shù)和碎塊多,說明滾動擠壓易剝殼.對統(tǒng)計量進(jìn)行方差分析,在α=0.01水平下,有高度顯著性變化.為了使機(jī)械的作用力成為交變力,筆者提出了讓綿核桃旋轉(zhuǎn)的構(gòu)想,由于綿核桃的旋轉(zhuǎn),綿核桃任一點將由壓縮應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力,或者由拉伸應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s應(yīng)力,所以,實際上綿核桃受的是交變應(yīng)力.2.3齒紋對土壤有力的影響在作用面上銑齒紋,增加其表面粗糙度,齒紋一方面使剝殼機(jī)構(gòu)與綿核桃的接觸部