1振動分選裝置結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1復(fù)式花生脫殼機(jī)工作過程
復(fù)式花生脫殼機(jī)由機(jī)架、進(jìn)料斗、一次脫殼滾筒與凹板篩、復(fù)脫滾筒與凹板篩、振動分選裝置、去雜風(fēng)機(jī)等組成。脫殼機(jī)工作時(shí)，花生莢果由進(jìn)料斗進(jìn)入一次脫殼倉，在脫殼滾筒作用下進(jìn)行脫殼；脫殼后的花生果殼經(jīng)去雜風(fēng)機(jī)吹出，果仁及未脫莢果混合物落在振動分選裝置上，在振動篩及一定風(fēng)力作用下，在篩面上分層并形成雙向運(yùn)動，花生果仁由右端出料口出料，未脫莢果向分選裝置尾部運(yùn)動，并經(jīng)氣力提升裝置進(jìn)入復(fù)脫倉實(shí)現(xiàn)復(fù)脫(圖1)。
1.2振動分選裝置工作原理
振動分選裝置由魚鱗篩、振動臂、偏心驅(qū)振裝置組成(圖1)。莢果及果仁混合物落在魚鱗篩上時(shí)，由于二者比重有差異，比重較大的花生果仁在風(fēng)力與振動的作用下與魚鱗篩保持接觸，受到魚鱗篩的推送沿篩面前行；反之比重較小的花生莢果在風(fēng)力作用下未與篩面接觸，在振動的作用下向篩尾運(yùn)動。振動臂與垂直方向安裝角度α影響物料在篩面上的拋擲高度(圖2)，為實(shí)現(xiàn)花生較佳的運(yùn)動狀態(tài)，果仁需與魚鱗篩篩面保持較好的接觸，果仁在篩面受力情況應(yīng)滿足[9]：Gcosδ≥mω2Asinβ，式中，G為物料重力(N)；m為物料顆粒的質(zhì)量(kg)；δ為篩面安裝角(°)；ω為振動圓頻率(s-1)；A為振幅(m)；β為激振角(°)。
1.3振動分選裝置分選過程及影響因素分析
由圖2可知，影響花生在篩面運(yùn)動的主要參數(shù)有振幅(2r)、驅(qū)振頻率f、振動臂與垂直方向傾角α。在花生脫殼機(jī)工作過程中，如振幅過小，將導(dǎo)致花生莢果及果仁在輸送過程中不易分層，使花生莢果、果仁難以分開；反之，則會造成物料在篩片跳動過大，甚至跳出篩面，造成損失。如驅(qū)振頻率選擇不當(dāng)，會導(dǎo)致花生莢果及果仁在輸送過程中過快，分選效果差。
2材料與方法
2.1試驗(yàn)儀器設(shè)備
試驗(yàn)所需儀器設(shè)備見表1。
2.2試驗(yàn)原料
為考核振動分選裝置分選特性，選用白沙花生品種的莢果及果仁混合物為原料。莢果尺寸范圍集中在長20～45 cm、寬10～15 cm、厚10～15 mm，自然曬干后含水率為743%；果仁尺寸集中范圍在12.6～16.8 mm、寬6～10 mm、厚8.1～10.3 mm。
2.3試驗(yàn)參數(shù)
以花生出料端含雜率R1和損失率R2為振動分選裝置作業(yè)性能考核指標(biāo)，每次試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。計(jì)算公式為：R1=m2/(m1+m2+m3)；R2=m3/(m1+m2+m3)，式中，m1為出料端果仁凈質(zhì)量；m2為出料端莢果凈質(zhì)量；m3為振動過程中損失的莢果及果仁總質(zhì)量。
2.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)
將同一批花生莢果及果仁混合物在振動分選試驗(yàn)臺，以振幅、頻率、振動擺臂角度為試驗(yàn)因子，進(jìn)行單因素分選試驗(yàn)，待物料在篩面上形成一定料層厚度后從出料端出料，穩(wěn)態(tài)情況下取料15 s，對取料進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)測試。運(yùn)用中心組合設(shè)計(jì)理論，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取振幅A、頻率B、振動擺臂角度C為影響因子進(jìn)行二次回歸正交試驗(yàn)，以含雜率R1、損失率R2為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面分析，按照方程xi=(zi-zi0)/Δzi對自變量真實(shí)值進(jìn)行編碼，式中，xi為自變量編碼值，zi為自變量真實(shí)值，zi0為試驗(yàn)中心點(diǎn)處自變量的真實(shí)值，Δzi為自變量的變化步長。各因素自變量編碼及水平[10-14]見表2。
3結(jié)果與分析
3.1單因素試驗(yàn)
3.1.1不同振幅對分選效果的影響振動篩頻率設(shè)定為 480 Hz，振動臂與垂直方向夾角α設(shè)定在35°，分別在振幅為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 mm條件下，對復(fù)式花生脫殼機(jī)分選裝置進(jìn)行試驗(yàn)。由圖3可見，花生輸送裝置含雜率與振幅呈現(xiàn)非線性關(guān)系，當(dāng)振幅大于4.5 mm時(shí)，輸送裝置含雜率急劇上升，主要是由于振幅過大，造成篩面振動劇烈，花生莢果及果仁在篩面跳動明顯，難以實(shí)現(xiàn)有效分層；振幅與損失率也呈非線性關(guān)系，主要是由于振幅越大，越易使花生莢果及果仁跳出篩面，從而造成損失。綜合考慮含雜率、損失率等因素，振幅以3.0～5.0 mm為宜。
3.1.2不同振動頻率對分選效果的影響振動篩振幅設(shè)定為3.5 mm，振動臂與垂直方向夾角設(shè)定在35°，在振動頻率分別為480、490、500、510、520 Hz條件下，對復(fù)式花生脫殼機(jī)振動分選裝置進(jìn)行試驗(yàn)。由圖4可見，花生輸送裝置含雜率與振動頻率呈現(xiàn)非線性關(guān)系，當(dāng)振動頻率為500 Hz時(shí)，輸送裝置含雜率zui低，當(dāng)大于500 Hz時(shí)，振動篩對物料輸送過快，分選效果變差；損失率隨振動頻率增加而增加。綜合考慮含雜率、損失率等因素，振動頻率以480～520 Hz為宜。
3.1.3不同振動臂傾角α對分選效果的影響將振動篩振幅設(shè)定為3.5 mm，振動頻率設(shè)定為480 Hz，在α分別為28°、30°、32°、34°、36°、38°、40°、42°條件下，分別對復(fù)式花生脫殼機(jī)分選裝置進(jìn)行試驗(yàn)。由圖5可見，含雜率與α呈現(xiàn)非線性關(guān)系，在34°時(shí)含雜率zui低；損失率與α呈線性關(guān)系，隨α增大，損失率逐漸增大。綜合考慮含雜率、損失率等因素，振動臂角度α以30°～40°為宜。
3.2二次回歸正交試驗(yàn)
3.2.1含雜率數(shù)學(xué)模型及方差分析采用逐步回歸法對表3結(jié)果進(jìn)行三元二次回歸擬合，得到含雜率編碼值簡化回歸方程為：R1=96.60-2.2-2.62B-0.13C-0.7B-02C-3.8A2-1.05B2-3.55C2，振幅、頻率、振動臂傾角與
含雜率存在二次非線性關(guān)系。由方差分析結(jié)果(表4)可見，模型顯著性檢驗(yàn)F=25.27，P=0.0001，Quadratic回歸方程檢驗(yàn)達(dá)極顯著，失擬檢驗(yàn)不顯著，這說明殘差由隨機(jī)誤差引起；R2=0.972 4，擬合度>95%，這說明模型能反映響應(yīng)值變化，試驗(yàn)誤差小，可用含雜率數(shù)學(xué)模型對含雜率進(jìn)行分析和預(yù)測；振幅、頻率及振動臂傾角的交互項(xiàng)對含雜率影響較為顯著。
3.2.2含雜率響應(yīng)曲面分析響應(yīng)面等高線形狀可反映因子間交互效應(yīng)強(qiáng)弱，橢圓形表示兩因子交互作用顯著，而圓形則與之相反。由圖6至圖8可見，振幅和頻率、頻率和傾角的交互作用顯著，其他因素交互作用較小。由圖6可見，當(dāng)振動臂角度α一定時(shí)，降低振動頻率和振幅可以降低含雜率。由圖7可見，當(dāng)振動頻率一定時(shí)，隨著振幅及振動臂傾角α增大，含雜減小后增大。由圖8可見，當(dāng)振幅一定時(shí)，隨著頻率的增加含雜率增加。
3.2.3損失率數(shù)學(xué)模型及方差分析對表4結(jié)果進(jìn)行三元二次回歸擬合，得到含雜率編碼值簡化回歸方程為：
模型P值小于0.000 1，Quadratic回歸方程檢驗(yàn)達(dá)到極顯著，失擬檢驗(yàn)為不顯著，殘差由隨機(jī)誤差引起；R2=0.979 5，擬合度>95%，模型能夠反映響應(yīng)值變化，試驗(yàn)誤差小，可以對損失率進(jìn)行分析和預(yù)測；振幅、頻率及振動臂傾角的交互項(xiàng)對損失率影響較為顯著。
3.2.4損失率的響應(yīng)曲面分析由圖9至圖11可見，振幅和頻率、頻率和傾角α的交互作用對損失率影響明顯，其他交互作用影響不顯著，這與其數(shù)學(xué)模型表達(dá)式相符；在一定試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)其中1個因子保持在一定值時(shí)，損失率隨其他2個因子的增大而先增大后減小。
4參數(shù)優(yōu)化
由含雜率和損失率2個目標(biāo)參數(shù)響應(yīng)面分析可知 降低振動頻率雖可降低損失率，但含雜率存在先降后增的現(xiàn)象；增加振動臂傾角α雖可降低損失率，但卻導(dǎo)致含雜率升高。因此，對2個目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，探析同時(shí)滿足這2個目標(biāo)函數(shù)的*參數(shù)組合，目標(biāo)函數(shù)為[15-17]：
5驗(yàn)證試驗(yàn)
將脫殼設(shè)備設(shè)置為振幅3.8 mm、振動頻率485 Hz、振動臂角度35°，進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)。由表6可見 含雜率相對誤差為4.83%，損失率相對誤差為3.23%，與理論值相差較小，這說明優(yōu)化脫殼機(jī)振動分選裝置運(yùn)動參數(shù)是切實(shí)可行的。
