綿核桃機(jī)械剝殼取仁的參數(shù)選取及實(shí)驗(yàn)分析

綿核桃機(jī)械剝殼取仁的參數(shù)選取及實(shí)驗(yàn)分析

堅(jiān)果是富含營(yíng)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(huì)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(shí)驗(yàn)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(cè)量了100個(gè)綿核桃的三維尺寸(縱徑、橫徑、棱徑,如圖1所示).對(duì)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)化為球體.筆者又隨機(jī)測(cè)量了20個(gè)綿核桃4個(gè)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(duì)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(duì)綿核構(gòu)的幾何特性測(cè)定,筆者將綿核桃簡(jiǎn)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(jiǎn)化為各項(xiàng)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(duì)法向集中力P(外力)作用在均勻薄球殼上,球殼的每一個(gè)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(duì)法向集中力作用時(shí),在遠(yuǎn)離集中力作用點(diǎn)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(diǎn)附近區(qū)域(區(qū)域Ⅱ)彎曲力矩很大,不能忽略.因此,整個(gè)球殼分兩個(gè)區(qū)域計(jì)算內(nèi)力.對(duì)于區(qū)域Ⅰ采用無矩理論計(jì)算NⅠφ、NⅠθ,即NⅠφ=-NⅠθ=-P/(2πrsin2φ),NⅠφθ=0;對(duì)于區(qū)域Ⅱ采用彎矩理論計(jì)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(duì)法向集中力作用下的位移與內(nèi)力計(jì)算一樣,整個(gè)球殼上的位移也應(yīng)分兩個(gè)區(qū)域加以計(jì)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(shí)的C值見表1.在集中力作用處(φ=0),W→∞,這是因?yàn)闆]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(shí),W=0,即薄殼在這一點(diǎn)既不產(chǎn)生壓縮位移也不產(chǎn)生外伸位移.當(dāng)φ>51.4°時(shí),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(shí),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?chǔ)泞颚?、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(shí)的W與WⅡ的比值B=W/WⅡ=(PC/(Eh))/(-2.205P/(Eh)).表2給出了幾個(gè)特殊的φ角下的B值.2核桃受力點(diǎn)和裂紋是受彎能力強(qiáng)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(qiáng).根據(jù)斷裂理論,應(yīng)力集中點(diǎn)和裂紋處是斷裂源.因此,綿核桃受力點(diǎn)和裂紋越多,越容易剝殼.2.1對(duì)集中力的影響對(duì)薄殼施加外力,殼在作用點(diǎn)的實(shí)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(duì)集中力時(shí),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(duì)法向集中力時(shí),位移與壓縮變形量是不相等的,這是因?yàn)楦鲗?duì)集中力之間有相互影響.為了簡(jiǎn)化計(jì)算,計(jì)算二、三、四對(duì)集中力時(shí),采用線性疊加的方法,據(jù)此法得出不同對(duì)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(duì)法向集中力作用下,殼上的位移最大;集中力個(gè)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(jì)算,筆者分別對(duì)綿核桃施加一對(duì)、二對(duì)、三對(duì)集中力的實(shí)驗(yàn),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(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理見表3,從表中可知二對(duì)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(duì)力所需的壓縮量最小;對(duì)統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)性,選擇二對(duì)集中作用力為機(jī)械設(shè)計(jì)的一參數(shù).2.2滾動(dòng)軸承的統(tǒng)計(jì)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(duì)綿核桃施加一對(duì)滾動(dòng)擠壓力和一對(duì)靜擠壓力的實(shí)驗(yàn),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(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理(見表4).從中可知滾動(dòng)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(dòng)擠壓所需的壓縮量小,同時(shí),滾動(dòng)擠壓作用下裂紋數(shù)和碎塊多,說明滾動(dòng)擠壓易剝殼.對(duì)統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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(shí)際上綿核桃受的是交變應(yīng)力.2.3齒紋對(duì)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