空瘪核桃风选机风选系统的优化设计

刘 佳，杨莉玲，沈晓贺，朱占江，刘 奎，祝兆帅

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

0 引言

我国核桃栽培面积和总产量均居世界首位，据最新统计，我国核桃种植面积533．33 万hm2（8000 万亩），产量200 余万吨，然而核桃空瘪率高的问题严重制约了核桃原料的销售价格，影响了核桃的商品性以及企业、农户的信誉。目前新疆核桃种植基本上还处在小农个体经营，而甘肃、陕西、四川、云南以及山西、河北、辽宁等地的核桃几乎都种在山上，田间管理粗放不规范，由于核桃种植过程中营养、水分供应不足，另外加上农户为了能尽快将核桃采收了卖掉，往往提前对核桃进行采摘，不能严格按照核桃成熟时间进行采摘，使得核桃不成熟、核桃仁不饱满，空瘪核桃较多[1]。据统计，由于种植、管理及采收不当导致空瘪核桃约占15%～20%。经过脱青皮、清洗、烘干后的核桃中不仅含有空瘪核桃，还含有一部分破碎的核桃壳。这些杂质严重影响了核桃的商品性，核桃风选机成为解决这一问题的关键。然而，目前市场上的核桃风选机质量层次不齐，严重影响了空瘪核桃的清选效果。风选系统是核桃风选机的关键部件，风选系统的设计影响整机风选效果、效率和整机能耗。为此，本文以新疆农业科学院农业机械化研究所自主研发的6XG-2000 型空瘪核桃风选机为样机[2]，进行设备风选系统的优化试验，以期得到风选系统最佳参数，为核桃风选机整机优化提供依据。

1 结构及工作原理

空瘪核桃风选机由机架、振动筛、弹簧、振动电机、风机、分选系统组成。分选系统由风机、沉降箱、闭风器、吸风道、进风调节板、卸风板等组成[3]。工作时，核桃、空壳、干瘪的核桃以及杂质从振动筛一端喂入，在振动筛的作用下，物料被均匀分布在筛面上并向前运动，向前运动的过程中经过吸风道，由吸风道中产生的吸入气流将悬浮的核桃空壳、干瘪核桃以及杂质从核桃中分离出来，随气流一起上升进入吸风道，当进入沉降箱时，由于沉降箱的面积突然扩大，风速迅速降低，再加上惯性分离隔板的作用，使气流迅速转向，空壳、干瘪的核桃以及杂质依靠自身的重力与气流分离开，落在倾斜的滑板上通过闭风器排出机体外，核桃随着振动筛的振动排出机体外。

2 风选系统主要参数优化

风选系统的主要参数是调风板开度和卸风板开度[4]。试验选取主风管道调风板开度α、卸风板开度β开展影响流场风速及误差率的试验，研究调风板开度及斜风板开度对风速和风选效果的影响规律，以期找到最佳参数。

误差率的试验以1 kg 新新2 核桃为一个单元，进行设备风选试验，将设备风选出的空壳率和人工挑选的空壳率进行对比，从而得出设备风选的误差率[4]。

试验设备为新疆农业科学院农业机械化研究所自主研发的空瘪核桃风选机，设备配备风机功率5．5 kW，转速2 900 r/min，风量4 012～7 419 m3/h。振筛风机功率0．25 kW，振频1 500 r/min，激振力3 000 N，风箱长820 mm，宽82 mm。试验仪器包括卷尺、风速仪等；试验材料为新新2 核桃；选取进料口截面中部5 个点测量风速，每个点相距110 mm，数据取5 个点的平均值。设备调风板和卸风板参数示意见图2。

2.1 调风板开度对进料口风速及误差率的影响

根据经验初步选择卸风板开度为10°，进料口调风板高度为4 cm，以调风板开度为自变量，进料口风速为应变量开展试验，试验结果见图3。可以看出，0°～90°范围内随着主风板开度的增多，风速逐渐增大，从曲线斜率看30°～75°增速较快，75°～90°增速有所放缓，在75°～90°之间，风速接近最佳的分离风速（18 m/s 左右）[5-6]，说明卸风板开度为10°时，调风板开度最佳参数为75°～90°。考虑到对风速的充分利用性，一般在核桃风选过程中将调风板调至85°左右。

同样，卸风板开度为10°，进料口调风板高度为4 cm 时，以调风板开度为自变量，以风选误差率为应变量开展试验，试验结果见图4。可以看出，调风板开度在75°以内时，随着调风板开度增加，误差率减小，但当调风板开度75°～90°时，误差率都为0．7%。

为了确定调风板开度的最佳参数，再次开展试验，试验结果见图5，随着调风板开度增加，误差率先减小后增大，当调风板开度在87°时，误差率最低为0．4%。为此，可以确定，当卸风板开度为10°，进料口调风板高度为4 cm 时，调风板开度在87°时，误差率最低，为最佳参数。

2.2 卸风板开度对进料口风速及误差率的影响

选定主风管道调风板开度87°，进料口调风板高度4 cm，以卸风板开度为自变量，进料口风速为应变量开展试验，试验结果见图6。可以看出，随着卸风板开度增大，风速逐渐减小，整体来说，卸风板开度对风速的影响程度小于调风板开度，起到对风速的微调作用。

同样的，选定主风管道调风板开度87°，进料口调风板高度4 cm，以卸风板开度为自变量，设备风选误差率为应变量开展试验，试验结果见图7。可以看出，随着卸风板开度增大，误差率整体呈增大的趋势，卸风板开度为10°时，误差率最低。

3 结论

通过调风板开度和卸风板开度对风速和误差率的影响试验，得到其最佳参数分别为75°～90°和0°～15°，为了检验试验结果的合理性，开展验证试验。结果表明，当调风板开度和卸风板开度分别为87°和10°时，此时清选效果最佳，分离腔进料口风速为18 m/s，误差率为0．4%。另外，由于在清选分离过程主风管道调节板开度对分离腔内风速影响较大，所以在进行清选分离时，应先对清选系统主风管道进行调节，将主风管道调风板开度α 调整为75°～90°之间，再对卸风板进行调节，一般卸风板开度调节至0°～15°以内。