荷藕清洗機設(shè)計及試驗研究-清洗機噴淋結(jié)構(gòu)設(shè)計及清洗試驗研究設(shè)計含12張CAD圖,清洗,設(shè)計,試驗,實驗,研究,鉆研,噴淋,結(jié)構(gòu)設(shè)計,12,十二,cad 蔬菜土豆清洗過程中的特征研究 E. Mulugeta; M. 赫耶爾 農(nóng)業(yè)工程研究所 Bornim e.V., Max-Eyth-Alle 100, D-14469 Potsdam Bornim，德國;電子郵件的通訊作者：geyer@atb-potsdam.de （寫于2003年10月20 ;接受經(jīng)修訂于2005年5月12 ;網(wǎng)上公布2005年7月7） 實驗對不同影響因素低氣壓條件下噴霧洗滌過程相互依存關(guān)系進行了調(diào)查。洗滌效果的影響要素如噴射距離，噴射壓力和噴嘴直徑是考慮到噴霧結(jié)構(gòu)和噴霧洗滌途徑。四個測量系統(tǒng)被用來測定不同噴嘴和洗滌效果的噴霧結(jié)構(gòu)參數(shù)。單液滴形成噴霧被認為是一個積極的方案。噴嘴就其面積洗滌性能z上評價的因素為有效侵蝕面積噴灑面積和有效Es,Ve。為了保護植物流速Q(mào)低于三升每分在壓力p為3巴和噴射角度(高度h=0)αh=0= 90o農(nóng)業(yè)用噴嘴作為其噴霧參數(shù)被發(fā)現(xiàn)是無效的考慮確定區(qū)域洗滌性能（面積比η= 0.10），證明是不適當(dāng)?shù)撵F滴尺寸頻譜，單位面積容積強度，平均脈沖分配。相反，平板風(fēng)扇噴嘴，流速Q(mào)為6.2升每分在壓力p為3巴和噴射角度αh=0= 90o產(chǎn)生的霧滴有令人滿意區(qū)域洗滌性能（面積比η= 0.91），但一個較小的地區(qū)洗滌效力Es,Ve噴霧條件適合本實驗中使用。 2005年Silsoe研究所。保留所有權(quán)利由Elsevier出版有限公司 1.引言 一些不同的原理的清洗設(shè)備被用于洗滌各種不同敏感性的蔬菜（赫耶爾，1999年）。噴嘴清洗設(shè)備都是主要用于葉菜和隆起的蔬菜，如生菜，韭菜，胡蘿卜，蘿卜等。他們清潔蔬菜通過液壓噴嘴。蔬菜清洗噴嘴必須在很短的時間仔細進行以保證不損壞其組織，使用盡可能少的淡水和能源。雖然噴霧清潔已用于奶制品和其他食品行業(yè)多年，但是一直很少有研究分析洗滌性能工作方向的（斯科特等人， 1981年）。關(guān)于清潔噴霧基本方面性能的調(diào)查大多集中在化工和高壓力等方面，并沒有報告或資料可用于蔬菜清洗的情況(Monicke,1971; Sandler,1976; Scottetal., 1981; Schikorr & Louis, 1982; Spillman, 1984;Krautter & Vetter, 1990; Wu & Kim, 1995; Kruger,1998; Ludewig, 1998; Meng et al., 1998; Louis et al.,1999; Liu, 2000; Sivakumar& Tropea, 2002)。Kaye et al. (1995), Rose (1997)和Sawamura and Kanazawa (2001)等進行了低壓噴霧射流清洗實驗。Rose（1997）檢查了選定噴嘴對蔬菜的表面噴霧清洗效果。然而，沒有結(jié)論可以從該文件獲得以應(yīng)用和優(yōu)化于其他噴嘴。 圖1總結(jié)了在蔬菜清洗過程中影響清洗機械噴霧結(jié)構(gòu)和性能各方面的參數(shù)。噴嘴的洗滌效果，主要是看總的有用的噴霧脈沖，它是由使用的水和水壓力組成的（Geyer, 1999; Momber, 1993） 。影響噴霧參數(shù)變化以及噴霧效果的主要輸入是運行狀態(tài)和噴嘴參數(shù)。影響輸 出從而直接影響噴霧結(jié)構(gòu)的是噴霧的規(guī)模和飛沫的速度范圍以及噴霧幾何形狀。這些與噴霧的物理學(xué)特性有關(guān)的有液滴的沖量以及在清 洗過程中影響噴霧的壓力。這些關(guān)于噴霧結(jié)構(gòu)的應(yīng)用技術(shù)要求在清洗過程中應(yīng)當(dāng)?shù)玫綉?yīng)用（參考：Kruger, 1998; Freudig et al.,2003） ： （1）優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，即將噴霧轉(zhuǎn)變成具有最佳規(guī)模和在一定速度范圍內(nèi)具有最優(yōu)平均液滴沖量的液滴; （2）優(yōu)化宏觀結(jié)構(gòu)，即洗滌水均勻地分布在蔬菜表面的最佳循環(huán)噴霧寬度和噴霧效力。 從眾多的關(guān)于觀察研究噴霧脫落外層涂料發(fā)現(xiàn)(Adler,1979;Brunton &Rochester, 1979;Hammitt et al.,1974; Lesser& Field,1983;Obara et al., 1995) ，垂直部分的液滴沖量產(chǎn)生一個非常高的沖擊壓力而造成水錘效應(yīng)。直接變形和機械波的傳播所造成的沖擊壓力是在侵蝕過程中產(chǎn)生裂紋的原因。側(cè)向流出噴霧和液壓滲透擴大了現(xiàn)有裂縫，它導(dǎo)致了在基板上涂層材料的侵蝕分離。這種強度且持續(xù)的表面負荷是基于運動學(xué)液滴的影響，如果是更大的撞擊面與液滴影響的壓縮區(qū)接觸，表面負荷會更大。 研究人員對影響噴霧結(jié)構(gòu)和噴霧洗滌效果的沖擊面不同的因素之間的關(guān)系的進行了分析，以查看是否有可能優(yōu)化噴嘴和它們的經(jīng)營狀況以及洗滌過程。標(biāo)準(zhǔn)的測試方法的提出是用來表示材料去除率作為一個具有一組噴霧條件（噴嘴和運行參數(shù)）的功能和建立在噴霧結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上其他系統(tǒng)參數(shù)。本文所描述的主要是兩個洗滌噴嘴的關(guān)系。 2 .材料與方法 清洗機械的噴嘴的選擇主要是基于流量,通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前的清洗機械中廣泛應(yīng)用的噴嘴直徑是d0。在下面的文章，通過調(diào)查在11個被檢查噴嘴中選取兩個90o平噴嘴，結(jié)果描述為：工業(yè)噴嘴632.726（I-90）和農(nóng)業(yè)噴嘴LU90-04 （A-90），這兩個均由Lechler GmbH, Metzingen, Germany 公司生產(chǎn)的噴嘴（表1）。噴嘴適宜角度αh=0 為90度，與之對比的是通過噴管出口出水后噴射角度αh=x的噴嘴，這是噴嘴制造商推薦使用的噴嘴。 在試驗中使用了3巴，5巴和8巴三種水壓。調(diào)查是將垂直排列的噴嘴固定在距離為10和20厘米不能移動的支架上進行了，對噴霧結(jié)構(gòu)和它們的沖擊效應(yīng)進行了研究。在此背景下，在影響表面?zhèn)€別的液滴大小的群體沖量Id單位為mgms-1被描述為： Id =m ν sinθ (1) 其中m是霧滴的質(zhì)量單位是毫克，ν是液滴的正垂直速度單位是ms-1以及θ是影響表面的角度。 單位面積內(nèi)的有效液滴的沖量（dd＞300毫米）Id,spec單位是gms-2mm-2。它的獲得是通過模擬計算單位面積內(nèi)的噴霧流量質(zhì)量比和與其有關(guān)的液滴的大小和速度范圍相應(yīng)的尺寸。一個關(guān)于液滴形成噴霧的真實有效的分析中是這樣獲得的。于是一個關(guān)于噴霧噴嘴面積洗滌性能和有效性的評估噴霧參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化的程序提出了，這是通過記錄液滴分布在噴霧頭和侵蝕作用沿徑向噴霧方向的位移沖量。關(guān)于這一點，下面的參數(shù)進行了測定。 （1） 液滴容量分布和幾何形狀 液滴的空間分布是通過衡量一排互相靠近的橫向旋轉(zhuǎn)的試管（內(nèi)部直徑為16毫米），它們旋轉(zhuǎn)的時間期限至少為為7秒（Gebhardt,1958; Scott etal.,1981）。通過這種方式，整個區(qū)域內(nèi)的噴霧面積As和噴霧的強度都進行了測定。對于充填高度小于5mm的試管的記錄被忽視了。信息的提出是通過一張圖的形式。整個噴霧區(qū)域被分為256mm2的小面積，顯示相應(yīng)的單位面積內(nèi)噴霧的具體容量強度Cm;spec其單位是mm3 s-1mm-2。它是在假設(shè)的256mm2的集水區(qū)域內(nèi)獲得噴霧量的分布保持不變的情況下進行計算的。 （ 2 ）液滴的大小和速度范圍 實驗同時測量了液滴的大小和速度噴射，目的是以此為基礎(chǔ)能夠有效地查看單個的液滴，它的順利完成是通過完成一個位相雙粒子分析儀（PDA）（Tropea,1999）。這些調(diào)查是在德國的一家噴嘴制造有限公司的實驗室內(nèi)進行的。 在一定上限和下限的鄰近間隔時間內(nèi)液滴的數(shù)目是確定的。測定的原始數(shù)據(jù)進行了處理，通過使用在整個噴霧區(qū)域內(nèi)面積和體積重量因素對液滴的大小及數(shù)目和速度分布進行計算，假設(shè)每一個被選擇的霧滴組都有一個平均大小和速度。從計算出的分布，平均直徑均指向d32（Damaschke,1999）。這些噴霧參數(shù)的空間可變性被認為與噴霧區(qū)域內(nèi)若干范圍的測定有關(guān)。局部的測量出來的液滴的大小和速度范圍在指定噴霧的初始截面平面在約35到40毫米的徑向移動范圍內(nèi)（平均面積0.33mm2）這種情況下能夠進行檢測。 考慮到水泵功率范圍的以及衡量的不準(zhǔn)確度, 霧滴尺寸的變化在相同的噴霧條件下測量從±5直至10％（Lipthal，2002年）。 （3）最大噴霧噴射壓力的分布 在矩陣為基礎(chǔ)的觸覺傳感器（型號為5051 ， 由Tekscan公司生產(chǎn)，波士頓，美國）（埃羅爾德等，2001年）的幫助下，沖擊壓力的分布變化可以測量出來。由于噴霧的沖擊壓力，從而影響到傳感器表面的曝光時間為120秒（ Mulugeta等，2002年）。整個噴霧沖擊的地區(qū)在各自的固定距離讓傳感器以25毫米每次的移動進行掃描。沖擊力的測定值Fmax ， Tekscan在低于0.002N的情況下已被忽略，因為傳感器的工作狀態(tài)的使我們無法確認這些較小的負荷值的來源的條件。兩個采用相同的固定距離的每個一整套系統(tǒng)，噴嘴直徑和噴射壓力被用來作為噴霧特征參數(shù)。為了保護觸覺傳感器，它涵蓋的是聚乙烯薄膜。 （4）標(biāo)準(zhǔn)化砂粘結(jié)劑混合板侵蝕深度的分布 為了獲取在高氣壓區(qū)標(biāo)準(zhǔn)砂板粘結(jié)劑混合后的噴霧分析而制定了一系列程序（Scott et al.,1981; Krautter & Vetter, 1990; Obara et al., 1995; Menget al., 1998） 。砂粘結(jié)劑混合板做成的薄盤（長為300毫米寬為250毫米高為20毫米）作為一個目標(biāo)去觀察由于液滴的侵蝕方式對清洗機械的構(gòu)造和工序產(chǎn)生的影響（見圖6）。它們被安置到噴嘴中央垂直軸的附近。每個樣品的曝光時間為300秒左右。由此在鋼板的表面造成的侵蝕領(lǐng)域和深度通過激光掃描儀進行了記錄。每個參數(shù)設(shè)置的五個測量值被記錄，并且它們的平均值被用來作為它們的代表值。掃描深度值小于0.3mm的記錄用不到而被忽視了。這意味著開始值是通過掃描測量的卸下的薄盤的深度分布獲得的。 通過實驗獲得的數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)工程研究所Bornim進入評估程序（ Mulugeta等，2002年） 。該計劃允許對不同領(lǐng)域空間有關(guān)的數(shù)據(jù)進行了耦合分析。此外，一個額外的描述是這樣的，“區(qū)域洗滌效力”Es ， VE單位是mm3 Nm-1 ，它的提出是針對噴嘴在薄盤上在確定曝光時間內(nèi)每單位能源的耗費噴嘴的輸出容量。 3 .結(jié)果和討論分析 由噴嘴的參數(shù)和運行條件所造成的噴霧的下列的特性變化是已經(jīng)確定： （1）液滴的粒度分布; （2）單位面積內(nèi)的液滴的體積密度分析; （3）噴霧的平均分布脈沖它不僅對噴霧的進一步的噴霧分布以及噴霧的幾何分布產(chǎn)生影響，還對噴射表面的侵蝕過程產(chǎn)生了影響。 3.1 單位時間面積內(nèi)噴射壓力、噴嘴直徑以及噴射距離間的相互影響 3.1.1 .在噴射距離為10厘米時的噴霧的結(jié)構(gòu)變量 相對于一個A-90噴嘴的流量,I-90的流量大約是它的5倍以上。在A–90噴嘴產(chǎn)生的噴霧有較大的寬度但是較小而分散的徑向噴霧的特點相對于I-90 的噴嘴（表1）。例如，在壓力值低于3帕斯卡的情況下，A–90噴嘴所產(chǎn)生的噴霧是分散在一個寬度約8厘米的區(qū)域,大于I-90噴嘴的噴射的寬度。因此，噴嘴A–90的噴霧區(qū)的面積（約71.9平方厘米）大于噴嘴I–90的噴霧面積（約30.4平方厘米）。 對于在這個實驗中使用的一套噴嘴直徑和噴射壓強，記錄的霧滴的平均直徑d的范圍在20到900毫米之內(nèi)，以及記錄的它的平均流速范圍在5到35ms-1之間。體積密度分布q3exT它的單位是mm-1作為霧滴的平均直徑d的一個函數(shù);在噴霧壓力p為3巴噴射距離為10厘米的情況下的測量值在圖2中得到顯示。在霧滴范圍內(nèi)噴嘴A–90的體積含量為49％相對于噴嘴I–90的15％的總的噴霧容量，提供了更精細的液滴（＜300毫米）。 噴嘴之間的索特平均直徑有著明顯的差異（見表2）。這是由于噴嘴I - 90所產(chǎn)生的液滴的載有大量的飛沫（＞700毫米）這樣一個事實，導(dǎo)致了索特平均直徑明顯的增加。另一方面，操作壓力的增加，對于形成液滴的大小粒度略有影響。因此，液滴的大小粒度顯示，在一系列適宜的液滴和索特平均直徑的實用性略有下降的趨勢走向。 液滴噴射的平均流速分布符合早先測量的值（ Ludewig ， 1998年），和正常的分布函數(shù)。比較兩個噴嘴在相同的工作壓力下的實用性，發(fā)現(xiàn)噴嘴I–90噴射的平均液滴速度增加了約14-33％ 。 從Eqn計算出來的關(guān)于I曲線（1）比較是在以噴嘴的直徑d0作為參數(shù)噴射壓力p為3bar的情況下的分析液滴的平均直徑如圖3 。比較這些曲線，它們的同樣的液滴大小的群體的平均沖量有著非常明顯的差異。 液滴在噴射距離為10cm的能量分析 從液滴的體積分布的測量，噴霧分析的結(jié)果，液滴直徑和速度范圍列于表3 ?；跍y量的噴射液滴的體積分布，系統(tǒng)在壓強為3巴的壓力下，單位面積內(nèi)噴射的具體容積強度c對于噴嘴A–90的整個噴射區(qū)域已確定，其值是1.8mm3 s-1mm-2。在同樣的噴射條件下，噴嘴I - 90的噴射面積大約是噴嘴A–90噴射面積Cm,spec的18倍（ ～32.4mm3 s-1mm-2）。所示如圖2，對于整個噴射液滴大于0.3mm的液滴,噴射總量隨著噴嘴直徑的增加而顯著增加。 單位面積內(nèi)的具體有效的液滴沖量率Id,spec，對于由規(guī)格明顯不同的噴嘴直徑所形成的噴霧發(fā)現(xiàn)明顯不同。如圖4所示，在噴射壓力為帕斯卡的情況下，噴嘴I–90所噴射的沖量Id,spec 為0.48 gms-2mm-2 。在相同的工作條件下，噴嘴A–90所噴射的沖量為0.02 gms-2mm-2 ，大約比給定值低了96％以上。 3.1.3.將噴射參數(shù)中的噴射距離提高到20厘米的影響 一些試圖將噴射距離提高到20厘米是為了通過噴射結(jié)構(gòu)的形成找到最佳/關(guān)鍵噴射距離以及每一組最佳的噴射壓力和噴嘴直徑。從表1的這些數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，噴射區(qū)域的噴射距離在大約20厘米 的噴射效率比在距離10厘米的噴射距離的噴射效率高3到4倍。 得到的液滴的尺寸范圍普遍表現(xiàn)出來的趨勢和走向是細微的和中等大小的液滴級別（見圖2）。一些尺寸大的液滴減少了。雖然使用了噴嘴I-90 ，逐漸增加的噴射壓力導(dǎo)致小液滴的產(chǎn)生，從而更小的直徑獲得了（見表2） 。 比較兩種噴射距離下的液滴群體的液滴速度，在噴射距離為20厘米的情況下，應(yīng)用的噴射壓力P的減少對噴嘴I-90意味著速度在2-7％范圍內(nèi)對噴嘴A-90意味著速度在17-33％范圍內(nèi)。 比較這兩個噴射距離作為觀察液滴尺寸一個因素，沖量的差異似乎是微不足道的，但是有一些例外的情況（見圖3）。然而，基于一整套適合噴射的壓力P和噴嘴直徑d的不同的關(guān)系：尤其是在噴射壓力為5巴和8巴的情況下，液滴大小整體的明確的平均損失的沖量對于噴嘴A-90在噴射距離為20mm是明顯的。與此相反，采用了噴嘴I–90的實用性得到了體現(xiàn) 。在直徑大于0.5mm在增加噴射壓力p到5巴和到8巴的在噴射為10厘米的情況下有更高的液滴沖量（沒有給出數(shù)字）。 加強的噴霧地區(qū)由于不斷增加的噴射距離（20厘米）導(dǎo)致單位面積內(nèi)的噴霧的平均比容強度C的下降（見表3）。對于噴嘴A–90在給定大氣壓為3巴的情況下C為0.4mm3s-1mm-2，相當(dāng)于在噴射距離為10厘米情況下的Cm,spec 的22％。Id,spec被計算出為0.005 gms-2mm-2 ，低于噴射距離為10厘米情況下的值大約76％。在相同的運行條件下，噴嘴I - 90平方毫米噴射領(lǐng)域內(nèi)的平均比容強度中為10mm3 s-1 。 Id,spec的值被確定為0.16gs-2mm-2 ，低于噴射距離為10厘米情況下的Id,spec大約67％。 3.2.對于影響噴射效果一系列特性的評估 對噴霧效果至關(guān)重要的影響是在影響表面上產(chǎn)生的最大壓力負荷的規(guī)模和時間（圖5）。砂粘結(jié)劑混合板受噴霧影響而得出的關(guān)于噴霧結(jié)構(gòu)參數(shù)的純物理刪除程序的定量關(guān)系（圖6和7）。 3.2.1噴射距離為10厘米噴霧的變化及侵蝕作用 侵蝕表面的物理差異可以從圖6中看出 。對于使用型號為I - 90 的噴嘴，增加了單位面積內(nèi)有效液滴的沖量導(dǎo)致在同樣的材料的侵蝕率上有顯著增加，由于在有效液滴影響表面較高的噴霧濃度和強度（表4）。在噴射壓為3巴，侵蝕表面的平均深度在I - 90的情況下為1.8mm，在A–90的情況下為0.9mm。I–90的侵蝕面積（ 42.2平方厘米）低于的A–90的侵蝕面積（ 52.1平方厘米）。A - 90所產(chǎn)生的噴霧的侵蝕寬度較大但深度較淺，因為噴霧是不太集中，有效的液滴的影響強度低?？紤]到影響壓力的測量，這引起了噴霧量減少，最大沖擊壓力Pmax ，Tekscan降低，相比噴射更集中I–90。舉例來說，在工作噴射壓力為3巴的情況下的最大平均沖擊壓力從A - 90 的10.7千帕（影響區(qū)域AI,Tekscan=69.5cm2）到I – 90的24.3千帕（AI,Tekscan=104.6 cm2）。 另一方面，增加了兩種噴嘴的工作壓力將導(dǎo)致噴嘴最高平均壓力的增大和擴大影響的深入滲透dpen，由于加強了沖動率和在小面積有效液滴的影響強度。 3.2.2增加噴射距離為20厘米對噴霧參數(shù)及其侵蝕的影響 當(dāng)提供噴嘴I-90的壓力為3巴，噴射的影響區(qū)域AI,Tekscan以及 侵蝕的總面積Ae隨著噴射距離增加至20厘米而增加。在曝光時間300秒內(nèi)使用I–90的噴嘴板樣品顯示的侵蝕痕跡為55.2平方厘米.在噴射平均距離dpen為1.4mm，侵蝕深度隨著噴射距離的增加而減少（表4）。然而，最高平均影響壓力增加了。 對于噴嘴A-90 ，總的侵蝕面積的減少是因為在噴霧的邊界沒有影響效應(yīng)而產(chǎn)生含量高的細小液滴。例如，噴嘴A-90的在壓力為3巴情況下的侵蝕的面積為16.3平方厘米，約68.7％低于在噴射距離為10厘米侵蝕該地區(qū)獲得的。只有輕微的涂層的地區(qū)以去除為主。 對于噴嘴I-90 ，很顯然，提高噴霧的噴射距離只造成板深度的適度減少。因此，空間和時間等噴霧參數(shù)的衰減是由于海拔高度h為20厘米低于較大的噴嘴I-90 。然而，在噴射壓力為3巴下，最高沖擊壓力的平均值隨著噴射距離的上升而增加。 3.2.3評價清洗情況 盡管抽樣表面被安裝在噴嘴的中軸線上，對于一系列噴射角度小于90度大部份表面暴露于侵蝕環(huán)境中。對于噴射角度小于90度，直接影響部分減少。計算霧滴大小團體垂直部分液滴的平均沖量ID隨著噴射雙方的噴霧中心軸的距離的增加徑向距離有明顯的減少。噴霧表面的最大壓力位于噴霧的中心位置而最小壓力在噴霧的邊緣位置。因此，侵蝕深度dpen在靠近噴霧軸附近達到更高的價值，隨徑向距離的增加而減少。 對于現(xiàn)實中的噴嘴/噴霧在基本區(qū)域的清洗能力，板的侵蝕面積是必須有區(qū)別的，同時考慮到獲得的穿透深度的結(jié)果。為了達到一個令人滿意的某一產(chǎn)品的表面去除涂層材料，影響最小的壓力已經(jīng)適用。據(jù)觀察，平均深度為2毫米的板對應(yīng)這一最低沖擊壓力的影響。由此產(chǎn)生的地區(qū)定義為有效的水土侵蝕區(qū)域Ae。 基于上述的假設(shè)，在噴霧壓力為3巴下區(qū)域內(nèi)清洗的性能和成效，如噴嘴直徑以及噴射距離等因素，列于表5。比較有效的區(qū)域侵蝕面積Ae和噴霧面積As，體現(xiàn)在一個地區(qū)比率Z (Ae,eff.: As)，已經(jīng)表明，有效的材料去除寬度/地區(qū)不是噴霧的寬度/地區(qū)。 有效侵蝕面積和侵蝕深度的不同大小與單位面積內(nèi)有效液滴的強度有關(guān)，即沖量/能量密度的分布的影響超過規(guī)定的載入時間。 在噴射壓力為3巴，噴射距離為10cm的情況下， 噴嘴I–90有較大的有效侵蝕面積（27.7平方厘米），超過噴嘴A- 90（7.2平方厘米）以及更深地侵蝕深度（dpen,eff：2.8毫米以及2.1毫米）。噴嘴I-90所能達到的有效地侵蝕寬度經(jīng)測定為約11 .2厘米，相當(dāng)于噴射角度ah=10為58.31時的情況。噴嘴A–90的有效侵蝕深度呈顯著下降（7.4厘米），相當(dāng)于在噴射角度ah=10為40.41時的情況。因此，噴嘴A-90所產(chǎn)生的較少集中噴射的有效的水土侵蝕面積Ae,eff，相對整個液體噴射領(lǐng)域As只有10％。面積比Z是相對較高的（Z= 0 .91）以便噴嘴I-90在板上產(chǎn)生濃密的噴霧。然而，噴霧每侵蝕單位面積所耗費的能量Es,Ve略高于噴嘴A-90的值（例如：0.72/ 0.68mm3Nm-1對于H =10厘米）。雖然可以通過增加噴嘴直徑的方式增強在該地區(qū)的比例，它似乎是在此對峙距離無效的材料侵蝕相對更集中噴射。 在噴射距離為20cm，噴嘴A–90產(chǎn)生微不足道的幾乎沒有有效的侵蝕。噴霧在壓力為3巴的情況下導(dǎo)致了有效侵蝕的面積為0.01cm2。這是由于噴嘴不能產(chǎn)生一個連貫的噴霧這一事實而出現(xiàn)的。這可能是只在較低的噴射距離下噴霧有效侵蝕量的有利的。再另一方面，噴嘴I-90的有效侵蝕面積在3巴壓力平均深度dpen,eff為2.6mm下略有減少（Ae,eff= 25.5平方厘米;Z=0.27）。于是噴嘴I-90產(chǎn)生的噴霧比噴射距離為10cm時具有略小的能量Es,Ve。噴霧所具有的能量Es,Ve和增加的面積Ae隨著噴射距離的增加的趨勢表明，最優(yōu)噴射距離位于10厘米以上，具有更好的清洗效力。 經(jīng)過驗證，材料的侵蝕能力隨著噴嘴I- 90和A–90在限定范圍內(nèi)（見第 3.3.1和3.3.2）噴射壓力的增加而上漲。這些觀察資料表明， 最佳/關(guān)鍵噴射距離與噴嘴/操作參數(shù)如噴嘴直徑和噴射壓力有關(guān)。一般情況下，某區(qū)域的清洗效率，表示為每單位侵蝕體積，噴霧能量的支出Es,Ve，清洗效率降低在噴射壓力和噴嘴直徑的增加的情況下。 3.2.4 . 結(jié)果的討論 實驗結(jié)果表明，為了獲得最好的清洗去除能力的最優(yōu)的噴嘴性能取決于一套噴嘴的直徑和考慮材料特性基礎(chǔ)上的噴射壓力。不過，清洗的效力對噴霧過程中的參數(shù)包括噴霧幾何形狀有極大的依賴性。先前的關(guān)于噴霧結(jié)構(gòu)的調(diào)查分析將噴射距離作為一個因素，將噴霧過程分為三個流動部分：最初，主要和最后區(qū)（Yanaida &Ohashi, 1980; Zou et al. 1985; Himmelreich, 1993） 。以前的實驗數(shù)據(jù)表明，最佳的清洗效力只存在于噴霧的的主要清洗階段（Menget al., 1998; Wu & Kim, 1995） 。從Yanaida和Ohashi (1980)的調(diào)查可以看出，初始階段的噴霧的流動區(qū)域轉(zhuǎn)換為主要階段的流動區(qū)域，涉及到噴嘴的直徑d0 ，如下： hi -73 . . . 135d0. (2) 根據(jù)計算出的Eqn平均值（2），噴嘴A–90的主要噴霧噴射的區(qū)域開始在距離噴嘴出口約7厘米處和噴嘴I–90開始在距離噴嘴出口約17厘米處。相應(yīng)地，對于兩個不同噴嘴直徑，更好清洗能力距離噴嘴出口處的距離不同。 噴射附近的核心區(qū)域的濃密的噴霧產(chǎn)生了可達到有效的材料清除的靜載荷。在中間和邊界噴霧區(qū)域，噴霧執(zhí)行影響表面的動態(tài)的加載，這只是一個淺層完成材料去除。Hammitt（1974年）等根據(jù)清洗條件開展試驗。，損壞率角度小于90影響下降非常的迅速的。其結(jié)果表明，該侵蝕效率曲線在沖擊角度Y為60下降很快。赫利等（ 1983年）發(fā)現(xiàn)，影響角度為30在暴露在大雨的條件下，給定的外套材料的可見侵蝕數(shù)額實際上為零。 農(nóng)業(yè)用噴嘴A-90為了保護植物（流量Q為3升每分鐘，壓力為3巴，噴射角度為90度）是通過增加湍流的方式，通過增加從靜態(tài)到動態(tài)的組成部分的噴霧沖擊載荷的比例的方式擴大噴射角度，。在我們噴霧清洗實驗分析中，對于A-90的噴嘴，保持其噴射距離h為10cm，板的有效的材料去除通過觀察只有噴霧的影響角度高達70度時。這是造成噴霧核心區(qū)域附近垂直影響霧滴所最可能的原因（面積比Z為0.10,噴射高度為10厘米）。當(dāng)保持噴射距離H為20cm時，發(fā)現(xiàn)關(guān)于噴嘴A–90由于不適當(dāng)?shù)膰婌F結(jié)構(gòu)使該區(qū)域噴霧的清洗效率降低。 對于使用的工業(yè)噴嘴I- 90（流量Q為47升每分，在壓力p為3巴，噴射角度為90度），能夠顯著提高該地區(qū)的清洗性能（面積比Z為0.91，壓力P為3巴， 噴射距離h為10厘米）。根據(jù)這一噴霧狀況，確定在暴露的板上產(chǎn)生有效清洗率的噴霧角度高達60度。 噴霧特性的變化導(dǎo)致了噴霧的清洗效率的提高，即霧滴尺寸的大小和單位面積時間內(nèi)影響強度的有效液滴的數(shù)目。雖然增加噴嘴的直徑可以加強區(qū)域清洗的面積的比例，它似乎是由于更集中的噴霧產(chǎn)生了較小的清洗效率在較小的噴射距離的基礎(chǔ)上。然而，一個有效的使用這些噴嘴來進行附著物清除，可能發(fā)生在噴射距離大于10厘米，取決于附著物的特性?？赡苡羞@樣一種情況，在低的噴射距離（ hp為10厘米），最好使用較少集中噴射的噴嘴A–90清洗附著物的效率更高，也許由于它的更好的面積清洗效率的優(yōu)勢，使它比噴霧更集中的噴嘴I - 90有更大的Es,Ve。 4. 結(jié)論 測試程序的開發(fā)提供了評價參照其噴射結(jié)構(gòu)的低壓噴嘴/噴劑和取決于不同的操作參數(shù)的洗滌性能等的可能性。噴嘴應(yīng)產(chǎn)生的最大有效的噴洗區(qū)域（最大面積比Z），給整個清洗區(qū)域提供了足夠的清洗壓力（最大有效滲透深度dpen,eff） 。 確定在低氣壓的條件下清洗過程中不同影響因素間的相互依存關(guān)系對于優(yōu)化清洗性能是具有重大意義。由于對水力機械的更好的了解，關(guān)于選擇清洗噴嘴和適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)的應(yīng)用建議被提出。在實驗室的條件下，清洗性能參數(shù)的定量關(guān)系已經(jīng)通過實驗的方式核實過。 這些試驗提供了制定洗滌過程中噴嘴/操作參數(shù)的有用的信息。以下結(jié)論可得出： （1）在噴射距離可達20厘米，噴射壓力高達8巴噴嘴直徑的影響形成的霧滴的尺寸大小變化就更加明顯和更重要。 （2）一個有效的附著物清洗效率發(fā)生在影響的噴射角度高達60至70取決于在標(biāo)準(zhǔn)清洗條件下使用的噴嘴直徑下。 （3）噴嘴直徑對噴射霧滴大小的平均沖量的影響相對較小。 （4）平穩(wěn)噴霧的清洗性能的變化是由噴射距離、一套噴嘴直徑和噴射壓力決定的。它是由所上述噴嘴/ 結(jié)構(gòu)的清洗參數(shù)的和產(chǎn)生的噴霧的影響壓力造成的。 （5）農(nóng)業(yè)用噴嘴為了植物保護（流速Q(mào)為3升每分在壓力p為3巴，噴射角度ah為80度）被發(fā)現(xiàn)在噴射距離d在10cm以上使用是清洗效率不符合要求。 （6）工業(yè)用噴嘴（流量Q為47升每分在壓力p 為3巴，噴射角度ah為90度）在區(qū)域的清洗性能有顯著的提高。這些噴嘴得到有效使用的噴射距離可能在10cm以上。 5.鳴謝 作者要感謝德國聯(lián)邦教育與研究部（項目0339992 - TP08）為了他們一直以來的大力支持。 6.參考資料 【1】阿德勒.WF（1979年） 。液體力學(xué)的影響。在：論材料科學(xué)和技術(shù)，第二卷。 15頁。 127-183 。 【2】布倫頓.J H;;羅切斯特.埃舍爾（ 1979年） 。噴射液滴對固體表面的侵蝕。中：論材料科學(xué)和技術(shù)，第二卷。 16頁。 185-248 。 【3】達馬.N（ 1999年）。Grundlage der PDA-meXtechnik。 [基于PDA基礎(chǔ)上的測量技術(shù)] 短期課程：圖達姆施塔特工業(yè)研究，德國 【4】Freudig B;特施。 S;舒伯特.H（2003年）。在高壓條件下乳劑的生產(chǎn)-第二部分：對破碎液滴進程的影響。工程生命科學(xué)，3，266-270 【5】Gebhardt H（ 1958年） 。旋流噴嘴的霧化作用 ?？茖W(xué)技術(shù)雜志，德累斯頓大學(xué)， 7 ， 249-273 【6】赫耶爾.M（ 1999年） 蔬菜清洗。KTBL出版，384 ，達姆施塔特 【7】Hammitt. 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Accordingly,it is necessary to make statistical analysis in designing the lotus root cleanout machine. according to the design request and related information, the parameter is preliminarily made out. In the cleaning machine of vibration spray type, the nozzles are fixed in an omnidirectional mode so that it solves the problem of the extent of cleaning out. But the problem of the prior resolvent still exists in this kind of machine. So we optimize the structure parameter in the cleaning machine of vibration spray type and perform experiments on the improved machine. We can get the conclusion from the experiments that the extent of cleaning is improved obviously and it is absolutely meet the demand. KEY WORDS: Cleaning methods, Lotus Cleaning; Lotus Roots features; cleaning test 1 目 錄 第一章 緒 論 .................................................................................................1 1.1 引言 ..................................................................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................................................................................................................1 1.3 蓮藕幾何形狀分析與研究 ..............................................................................................................4 1.4 蓮藕清洗機的介紹 ..........................................................................................................................7 1.5 主要設(shè)計內(nèi)容 ..................................................................................................................................9 第二章 蓮藕清洗機的設(shè)計 .............................................................................11 2.1 噴嘴的設(shè)計計算 ............................................................................................................................11 2.1.1 噴嘴參數(shù)的擬定 .....................................................................................................................11 2.1.2 噴嘴參數(shù)的校核 .....................................................................................................................12 2.2 水泵的選擇 ....................................................................................................................................13 2.3 參數(shù)的校正 ....................................................................................................................................13 2.4 噴嘴的安裝布置 ............................................................................................................................14 2.4.1 上下面的噴嘴的布置參數(shù) .......................................................................................................15 2.4.2 側(cè)面的噴嘴的布置參數(shù) .........................................................................................................18 2.5 其它部分 ........................................................................................................................................18 2.6 本章小結(jié) ........................................................................................................................................20 第三章 蓮藕清洗機的試驗研究 .......................................................................21 3.1 蓮藕清洗機理論樣機 ....................................................................................................................21 3.2 試驗物料 ........................................................................................................................................21 3.3 主要術(shù)指標(biāo) ....................................................................................................................................21 3.4 試驗方法 ........................................................................................................................................22 3.5 清洗試驗過程 ................................................................................................................................22 3.6 試驗結(jié)果分析 ................................................................................................................................24 3.7 本章小結(jié) ........................................................................................................................................25 2 第四章 總結(jié) ....................................................................................................26 4.1 總結(jié) ................................................................................................................................................26 4.2 展望 ................................................................................................................................................26 致 謝 ...........................................................................................................28 參考文獻 ..........................................................................................................29 1 第一章 緒 論 1.1 引言 我國是蓮藕生產(chǎn)大國，具有悠久的蓮藕種植歷史，蓮藕產(chǎn)量、加工量、出 口量均居世界前列。隨著我國加入 WTO，蓮藕制品的出口量也大幅增長。日本、 韓國、新加坡以及美國等國家紛紛從我國進口大量的水煮藕、脫水藕片等產(chǎn)品， 但是根據(jù)調(diào)查，我國大多數(shù)的蓮藕的清洗主要以人工清洗為主，這種生產(chǎn)方式 勞動強度大、功效低，難以滿足實際生產(chǎn)的需要，因此蓮藕清洗機的研制具有 重要的現(xiàn)實意義。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 蔬菜的清洗通常有清水清洗和果蔬專用清洗劑清洗兩大類型。用清水清洗 的方法可以方便地將泥土及附著的動、植物夾雜物去除干凈, 但要把油性污垢 和附著在清洗對象表面的寄生蟲卵和微生物完全去除干凈是困難的, 必須在清 洗水中加入果蔬專用清洗劑才可徹底清洗干凈。用清水清洗蔬菜一般需要借助 物理作用的配合, 食品工業(yè)中常用的方法有噴射方法、摩擦力清洗方法、攪拌 和研磨的方法、鼓風(fēng)式清洗方法等。噴射方法是利用高壓水噴射直接作用到清 洗原料上, 清洗原料在旋轉(zhuǎn)的金屬網(wǎng)內(nèi)或者在輥式輸送帶上可以上下翻滾,通過 噴射水流對原料的沖刷作用進行清洗, 其缺點是可能造成清洗對象外表的損傷。 摩擦力清洗方法是先將原料浸泡, 然后通過一個帶有旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)橡膠圓盤的通 道, 利用圓盤與原料的摩擦作用使附著污垢被清除, 再用清水對原料進行沖洗。 攪拌和研磨的方法是利用強力攪拌和研磨的作用對原料進行脫皮和清洗, 通常 用于馬鈴薯、甜菜的清洗。鼓風(fēng)式清洗的原理是利用鼓風(fēng)機向清洗槽中送進空 氣, 使清洗水產(chǎn)生劇烈的翻動, 水中的原料也產(chǎn)生翻滾運動, 加速污物從原料 上洗去。淹沒水射流方式清洗的工作原理是: 具有一定速度的水從射水口射入, 使得洗菜槽中的水進行渦旋似的流動 ,當(dāng)蔬菜放入到洗菜槽后, 隨水一起進行 運動, 使得蔬菜在水中處于攪動狀態(tài), 促使蔬菜與水以及蔬菜與蔬菜之間產(chǎn)生 摩擦和碰撞, 將蔬菜表面的泥土清洗掉。 2 現(xiàn)有的蔬菜清洗機有振動噴淋式和滾筒式兩種。振動噴淋式蔬菜清洗機有 兩個清洗池, 蔬菜先在振動清洗池中作往復(fù)運動, 進行初步清洗, 然后進入噴 淋池中用清水噴淋, 完成整個清洗過程。該清洗機耗水量大, 對葉類蔬菜有較 大的損傷。滾筒式清洗機的主體是一個傾斜的金屬網(wǎng)狀圓柱形旋轉(zhuǎn)體, 在圓柱 的中心軸部位裝有許多噴嘴的噴射水管, 蔬菜隨圓柱不停轉(zhuǎn)動的同時受到噴射 水流的沖刷作用, 達到清洗的目的。該清洗機只能完成土豆、山芋等根莖類蔬 菜的清洗, 且清洗時對蔬菜損傷較大, 不能應(yīng)用于葉類蔬菜的清洗。 由于蔬菜原料自身特性差異很大,選擇清洗工藝和配套的清洗設(shè)備時會受到 很大的限制,所以各種蔬菜原料的清洗設(shè)備有顯著差別。荷藕屬生鮮食品,是根 莖類蔬菜，其主要成分是水和有機物, 在一定條件下能保持生物活性, 同時也 是一類很易受外界物理、化學(xué)影響的脆弱物質(zhì)。清洗蔬菜既要保持其品質(zhì)不受 損害, 又要去除附著其上的雜質(zhì), 使之達到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。 近年來，為了滿足我國藕制半成品國內(nèi)消費和對外出口的需求，降低人工 的勞動強度，我國科研單位和企業(yè)針對蓮藕清洗技術(shù)難題，也開展了對蓮藕清 洗機的研究和開發(fā)： 長江大學(xué)機械工程學(xué)院的彭三河研制一種噴淋式的荷藕清洗機，如圖 2.1 所示。該清洗機的清洗原理為：將上耦板均勻地放置到移動的網(wǎng)鏈上，具有一 定壓力的水通過上下噴水管的孔口按規(guī)律分布形成射流，作用到從中通過的蓮 藕上，將荷藕上的污泥去掉。 該荷藕清洗機的優(yōu)點是清洗速度快，生產(chǎn)率高，水的利用較高，節(jié)約用水， 圖 2.1 蓮藕清洗裝置示意圖 1-送耦板 2-上噴水管 3-供水管 4-鏈網(wǎng) 5-鏈輪 6-下噴水管 7-射流 8-荷藕 3 缺點是清洗的洗凈率不高。分析其原因是由于該荷藕清洗機的清洗只是一次性 的過程，沒有進行反復(fù)清洗，在節(jié)省水源的同時，卻造成了清洗效率的下降。 哈爾濱東北林業(yè)大學(xué)的方迪研制了一種滾筒式清洗機，該清洗機也適用于 荷藕的清洗，如圖2.2所示。該清洗機的主要部件是清洗滾筒，清洗滾筒由很多 根沿水平方向直徑10mm的圓鋼繞滾筒直徑方向焊接而成，它被圖示中的兩個支 座支撐在水池上，滾筒式清洗機的動力來自如圖所示的電機，傳動可以采用鏈 輪或電機直聯(lián)機構(gòu)。滾筒式清洗機的工作原理借鑒了滾筒式洗衣機的洗衣原理。 滾筒洗衣機的工作原理是洗衣桶的底部有水，衣服被提到滾筒的高處，在重力 作用下降到水面，以此洗凈衣物。其優(yōu)點是：1，省水。滾筒洗衣機是使衣物落 下與水拍打，需要水量較小。2，滾筒則是采用浸泡、敲打、摔打、噴淋等多種 方式，將磨損程度降到最低。滾筒式清洗機的工作過程是將被清洗物在清洗溝 槽中被水浸泡后，附著在表面的相當(dāng)一部分大塊泥土脫落，經(jīng)傳送帶送入滾筒 式清洗機入口。隨著滾筒的轉(zhuǎn)動被清洗物在滾筒中上下翻滾, 被清洗物之間、 被清洗物與水之間產(chǎn)生相互摩擦, 使被清洗物的表面得到清洗。同時隨著滾筒 的轉(zhuǎn)動, 被清洗物被滾筒內(nèi)表面焊有的螺帶向出口方向運送, 在靠近出口的滾 筒內(nèi)表面焊有提升裝置, 將被清洗物從螺帶中提升出來。至此完成了整個清洗 過程, 被清洗物沿出口被送入下一道工序。 該滾筒式清洗機的優(yōu)點是清洗速度快，生產(chǎn)率較高，對水的進行了充分的 利用，節(jié)約用水，但仍然存在清洗的洗凈率不高、損傷率較高等缺點。分析其 原因是由于該滾筒式清洗機由于反復(fù)清洗會有淤泥沉積在滾筒底部，需要經(jīng)常 清洗，造成使用的不方便，且清洗水直接與軸承接觸，容易污染水源，同時由 圖 2.2 滾筒式清洗機結(jié)構(gòu) 4 于滾筒的構(gòu)造存在銳角，造成了被清洗物的破損率上升。 國外引進成套設(shè)備中清洗工藝采用2 臺或3 臺板式清洗機串聯(lián)。板式清洗 機主要的優(yōu)點是, 能滿足設(shè)計要求, 清洗效果較好, 清洗后, 可以進行連續(xù)生 產(chǎn); 板式清洗機主要的缺點是, 整臺設(shè)備尺寸較大, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 功率較大, 耗水量較大, 被清洗物的破損率較大。 從現(xiàn)有資料分析，國內(nèi)外對蓮藕清洗技術(shù)的研究還非常少，目前所研制的 蓮藕清洗機主要以噴淋方式為主。另據(jù)市場調(diào)查了解，荷藕清洗機的功能單一， 只能在荷藕生產(chǎn)基地得到大量的運用，但是價格過高，限制荷藕清洗機的推廣。 因此，國內(nèi)外（包括荷藕食品消費大國日本、韓國）目前生產(chǎn)的蓮藕食品仍是 以人工清洗為主。 1.3 蓮藕幾何形狀分析與研究 準(zhǔn)確測定蓮藕的幾何形狀特征，對正確制定加工工藝、選擇合理的加工方 法及確定加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)都有著密切的關(guān)系。因此在進行加工設(shè)備的設(shè)計 和試驗前，有必要首先測定蓮藕的幾何形狀特征。 1.形狀特征分析 蓮藕一般有三節(jié)，分為第一節(jié)（首節(jié)） 、第二節(jié)和第三節(jié)，每一節(jié)分為前端、 中間和后端，各部分名稱劃分如圖 3-1。 2.鮮藕各部分尺寸分析 蓮藕的幾何尺寸是正確選擇加工設(shè)備和確定其結(jié)構(gòu)尺寸的主要依據(jù)。對蓮 藕的測試主要包括：節(jié)長、直徑、質(zhì)量。 從大量鮮藕中隨機抽取 100 節(jié)蓮藕進行測量。測量節(jié)長，從根毛著生處水 圖 3-1 蓮藕各部分名稱 5 平切一刀，切去兩端的根梢，量取剩余的純藕長度，以 mm 表示;測量節(jié)徑，量 取藕節(jié)部最寬處。對蓮藕以個體質(zhì)量等級不同分類所得節(jié)長、縱斷面直徑（節(jié) 徑） 、平均重量見表 3.1。 測量結(jié)果顯示，節(jié)長、節(jié)徑呈同步增長的關(guān)系，藕節(jié)越粗，節(jié)徑越大，對 應(yīng)的質(zhì)量也越大。 蓮藕個體之間的差異大小、蓮藕兩端和中間的直徑差異對清洗設(shè)備中噴頭 的設(shè)計安裝和水的利用率都有很大影響，測量時，應(yīng)以節(jié)來劃分，分別對第一 節(jié)、第二節(jié)、第三節(jié)進行測試。 對第一節(jié)的節(jié)徑進行測量，節(jié)徑在 30mm～80mm 之間，分為 6 個等分，每等 分 10mm，統(tǒng)計每一等分個體數(shù)占總個體數(shù)的百分率，其節(jié)徑最大值分布分別見 表 3.2、圖 3-2。 第 2 節(jié)節(jié)徑在 60mm～110mm 之間，分為 6 個等分，每等分 10mm，統(tǒng)計每一 等分個體數(shù)占總個體數(shù)的百分率，其節(jié)徑最大值分別見表 3.3、和圖 3-3。 第三節(jié)節(jié)徑在 40mm～90mm 之間，分為 6 個等分，每等分 10mm，統(tǒng)計每一 等分個體數(shù)占總個體數(shù)的百分率，其節(jié)徑最大值分別見表 3.4 和圖 3-4。 表3.1 加工蓮藕外形尺寸均值表 Table3.1 Mean value of the lotus root shape size table 樣品 節(jié)長（mm ） 節(jié)徑(mm) 平均重量 (Kg) 1.0㎏以上 224 78 1.03 1.0～0.5㎏ 191 60 0.75 0.5㎏以下 160 52 0.35 平均 192 63 0.71 表3.2 第一節(jié)節(jié)徑（最大值）分布表 Table 3.2 The first section the mast diameter distributes 節(jié)徑（㎜） 40 以下 40～50 50～60 60～70 70～80 80～90 所占百分 比（﹪） 3.7 9.2 19.2 41.5 23.1 3.3 6 表 3.3 第二節(jié)節(jié)徑（最大值）分布表 Table2.3 The second section the mast diameter distributes 節(jié)徑 (mm) 60 以下 60～7 0 70～ 80 80～ 90 90～100 100～ 11 0 所占百分比 （ ﹪） 5.2 11.5 18.5 31.2 23.5 10.1 圖 3-3 第二節(jié)直徑分布 圖 3-2 第一節(jié)節(jié)徑分布 7 表 3.4 第三節(jié)節(jié)徑（最大值）分布表 The table 3.4 The third section diameter distributes 節(jié)徑(mm) 40 以下 40～5 0 50～60 60～7 0 70～80 80～90 所占百分比 （﹪） 3.3 17.8 24.2 34.3 12.1 8.3 圖 3-4 第三節(jié)節(jié)徑分布 Fig.2-8 The third section diameter distributes 從圖 3-2、圖 3-3、圖 3-4 所示結(jié)果可以看出節(jié)徑基本分布在 40mm～80mm 之間，其個體總數(shù)占總個體數(shù)比例大約是 90%左右，但從整體上看，分布較為 分散，考慮清洗裝置應(yīng)適應(yīng)不同尺寸的蓮藕，所以要對清洗機的實用性做全面 的考慮。 1.4 蓮藕清洗機的介紹 針對噴淋式荷藕清洗機清洗的洗凈效率不高的缺點，本課題組在吸收噴淋 式荷藕清洗機的工作原理的基礎(chǔ)上，對于該方案進行了改進，設(shè)計研制了一種 改進型噴淋式荷藕清洗機，并做了一些理論方面的論證研究。 1.荷藕清洗機的工作原理 如圖 4.1 所示：荷藕清洗機的結(jié)構(gòu)簡圖，主要由水管、噴嘴、水泵、傳送 鏈、減速器、電機等組成。荷藕清洗機工作原理為：首先將需要清洗的荷藕放 8 置到傳送鏈上，布滿整個傳送鏈。利用電動機帶動，中間連接一個減速箱，帶 動傳送鏈運動，均勻布置在傳送鏈周圍的噴嘴開始對蓮藕進行往復(fù)清洗。蓮藕 放在物料傳送鏈上，每次放置荷藕需要鋪滿整個傳送鏈，依靠上面蓮藕的自重 產(chǎn)生的摩擦力，使其與傳送鏈一起運動。清洗行程末了，已清洗完的荷藕在自 重的作用下掉落到到物料槽內(nèi)。 圖 4.1 荷藕清洗機結(jié)構(gòu)簡圖 2 清洗機的結(jié)構(gòu)參數(shù) 蓮藕清洗機設(shè)計參數(shù)的確定分為兩個部分，分別是噴淋和傳送鏈兩個部分 的設(shè)計參數(shù)。首先，傳送鏈部分的設(shè)計參數(shù)：第一、根據(jù)蓮藕的長度分布情況， 確定蓮藕清洗機的傳送機構(gòu)的行程至少為 200mm，同時考慮到要求的連續(xù)清洗， 從而選定傳送鏈的長度為 115mm；第二、根據(jù)生產(chǎn)能力確定動力源的功率，選 擇合適的電機，進而確定減速比，設(shè)計減速機構(gòu)，確定傳送鏈的速度，校核其 轉(zhuǎn)速滿足生產(chǎn)要求的輸送速度；此外在清洗機上還需要設(shè)計傳送鏈的寬度，以 及電機、減速器的布置等。其次，對于噴淋部分的設(shè)計，主要需要考慮：第一、 噴嘴的選擇，主要考慮噴嘴的流量，噴嘴的直徑，噴嘴的噴射角度，噴嘴的安 裝方式；第二、對于已選擇的噴嘴，考慮其在清洗機上的布置安裝，如安裝高 度、噴嘴間的間隔、噴嘴的連接等使其達到設(shè)計的要求；第三、根據(jù)選擇的噴 嘴的流量以及需要的噴嘴的個數(shù)確定所需要的水泵的類型、功率、流量、最大 壓力等參數(shù)。最后，要綜合考慮整體的布局，完成設(shè)計。 9 1.5 主要設(shè)計內(nèi)容 本文針對噴淋式蓮藕清洗機的噴淋部分進行了具體設(shè)計。設(shè)計清洗機構(gòu)首 先需要將噴淋系統(tǒng)分為幾個小的部分，分別是動力系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)， 操縱盒控制系統(tǒng)。 1、 蓮藕清洗機噴淋部分的執(zhí)行系統(tǒng)。噴淋部分的噴淋清洗主要是靠噴嘴， 對于噴嘴的相關(guān)參數(shù)，主要有直徑、流量、個數(shù)，接著需要對噴嘴的安裝布 置做合理考慮。執(zhí)行系統(tǒng)通常處在機械系統(tǒng)的末端，直接與作業(yè)對象接觸， 其輸出是機械系統(tǒng)的主要輸出，其功能是機械系統(tǒng)的的主要功能。因此，執(zhí) 行系統(tǒng)有時也被稱為機械系統(tǒng)的工作機。執(zhí)行系統(tǒng)的功能及性能，直接影響 和決定機械系統(tǒng)的整體功能。 2、 荷藕清洗機噴淋部分的動力系統(tǒng)。在噴嘴的流量以及個數(shù)確定的基礎(chǔ)上， 充分考慮現(xiàn)場的能源條件，執(zhí)行系統(tǒng)的機械特性和工作制度，機械系統(tǒng)的使 用環(huán)境、工況、操作和維修，機械系統(tǒng)對啟動、過載、調(diào)速及運行平穩(wěn)性等 的要求，并應(yīng)有良好的經(jīng)濟性和可靠性，選用合適的動力源。 3、 荷藕清洗機噴淋部分的傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)是把動力機的動力和運動傳 遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置，傳動系統(tǒng)的主要功能有減速或增速、變速、改變 運動規(guī)律或形式、傳遞動力等。傳動系統(tǒng)在滿足執(zhí)行系統(tǒng)上述要求的同時， 應(yīng)能適應(yīng)動力機的機械特性，盡量簡單。對于荷藕清洗機的傳動系統(tǒng)主要是 水管，構(gòu)造簡單，滿足要求。 4、 荷藕清洗機噴淋部分的操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。操縱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是 為了使動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)運行，并要準(zhǔn)確可靠的完成 整機功能的裝置。良好的控制系統(tǒng)可以使機械處于最佳運行狀態(tài)，提高其運 行穩(wěn)定性和可靠性，改善操作條件，并有較好的經(jīng)濟性。由于該產(chǎn)品的使用 者是一線的操作工人，操作和使用的要求都不需要太高，所以之需要安裝簡 單的開關(guān)進行控制即可。 5、 蓮藕清洗機的清洗試驗研究。根據(jù)清洗試驗仿真優(yōu)化結(jié)果，對噴淋式蓮 藕清洗機進行結(jié)構(gòu)改進。 11 第二章 蓮藕清洗機的設(shè)計 2.1 噴嘴的設(shè)計計算 由于缺少原始數(shù)據(jù)所以設(shè)計步驟無法立即開展，需要首先擬定一些參 數(shù)，根據(jù)擬定的數(shù)據(jù)設(shè)計選擇出合適的噴嘴，在對已經(jīng)選出的噴嘴的參數(shù) 進行校核，判斷其是否滿足設(shè)計要求，若滿足則進行下一步設(shè)計，若不滿 足則須回到起點，再次擬定參數(shù)進行設(shè)計選擇，直到滿足設(shè)計要求為止， 繼續(xù)進行下一步的設(shè)計。 2.1.1 噴嘴參數(shù)的擬定 初步擬定噴嘴口處的液體的流速為 15m/s,噴嘴的直徑初選為 2.0mm， 則根據(jù)液體動力學(xué)流量的概念：在單位時間內(nèi)流過某一通流截面的液體體 積稱為體積流量，簡稱為流量。 Av??q 其中 q 為流量，單位是 L/min,v 為液體的流速，單位是 m/s,A 為通流 截面，單位是 m2。 根據(jù)已有參數(shù)可以確定出噴嘴的流量 q 為： =15m/s×∏×(2.0×10 -3)2m2=4.71×10-5m3/s=2.83L/minAv??q 考慮到所選用的噴嘴是進行噴淋清洗用的，所以應(yīng)選用實心圓錐形噴 嘴，以便于實現(xiàn)大面積噴淋清洗。 噴嘴的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計參數(shù)參考上海守望者噴霧智能系統(tǒng)有限公司生產(chǎn) 的通用實心圓錐形噴嘴，如表 2.1，表 2.2。 12 表 2.1 2.1.2 噴嘴參數(shù)的校核 根據(jù)擬定的參數(shù)參照上海守望者噴霧智能系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的通用實 心圓錐形噴嘴，確定噴嘴的相關(guān)參數(shù)如下： 選擇的噴嘴采用外螺紋連接形式的廣角度實心圓錐形噴嘴，材料是不 銹鋼，凈重 0.02kg,連接尺寸為 1/8 英寸，A 的大小為 32.5mm,B 的大小為 14.3mm, 表 2.2 13 噴嘴的等效孔徑為 2.0mm，最大的暢通直徑為 1.0mm，工作壓力為 2.0bar, 流量為 2.8L/min，噴著角度初選為 120 度。經(jīng)過校核計算基本滿足設(shè)計要 求。 2.2 水泵的選擇 由于該噴淋裝置共使用了 13 個噴嘴，則可以確定出水泵的中的流量 Q，進而可以初步確定所要選用的水泵型號，選擇使用的水泵設(shè)備是從臺州 信溢農(nóng)業(yè)機械有限公司生產(chǎn)的水泵設(shè)備中選用的。 Q=13q=13×2.8L/min=36.4L/min 則初步確定使用的產(chǎn)品型號為 TF-45/168,由于該產(chǎn)品自身帶有動力源， 可以直接使用，少了考慮動力源這一環(huán)節(jié)，減少了工作量。該產(chǎn)品的主要 性能參數(shù)如下： 配套動力為 3.8kw,液泵形式是三缸柱塞泵，水泵的流量為 20- 34L/min，液泵最高的工作壓力為 3.5Mpa,連續(xù)運轉(zhuǎn)時間≥20 小時，總的重 量為 35kg。 2.3 參數(shù)的校正 根據(jù)擬定的參數(shù)選擇出來的噴嘴以及水泵都存在一些偏差，需要通過 校正參數(shù)使其更加合理化，更符合設(shè)計要求。 14 當(dāng)選擇噴嘴的參數(shù)如上所示時，噴射角度為 120 度，射流不集中，覆 蓋 表 2.3 面積太大，同時可能會造成部分射流噴射不到荷藕上，造成水源的浪 費，清洗的效果不理想，所以應(yīng)對噴嘴的參數(shù)進行校正。 對于水泵，由于噴嘴的流量為 2.8L/min，所以水泵的最大流量應(yīng)盡量 大于 13 個噴嘴的總的流量，而選擇的水泵的最大流量沒有用比 13 個噴嘴 的總的流量大，所以應(yīng)在矯正的噴嘴的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。 選擇的噴嘴采用外螺紋連接形式的標(biāo)準(zhǔn)角度實心圓錐形噴嘴，如表 2.3 所示。材料是不銹鋼，凈重 0.02kg,連接尺寸為 1/8 英寸，A 的大小為 32.50mm,B 的大小為 14.3mm,噴嘴的等效孔徑為 2.0mm，最大的暢通直徑為 1.0mm，工作壓力為 1.5bar,流量為 2.1L/min，噴著角度最終確定為 120 度。 經(jīng)過校核計算滿足設(shè)計要求。 在最終選定的噴嘴的基礎(chǔ)上，在對水泵的參數(shù)進行更正。首先計算出 13 個噴嘴總的流量 Q: Q=13q=13×2.1L/min=27.3L/min 計算出的總的流量 Q 在已選出的水泵的適當(dāng)范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求，故水 泵的設(shè)計參數(shù)不需要改動。 15 2.4 噴嘴的安裝布置 在噴嘴參數(shù)確定的情況下需要考慮噴嘴的安裝布置，而噴嘴的安裝 布置又與傳送鏈的尺寸大小有關(guān)。根據(jù)相關(guān)設(shè)計，借鑒相關(guān)參數(shù)，噴嘴的 布置采用傳送鏈上下方各均布 3 個噴嘴，噴嘴安裝角度垂直于傳送鏈表面， 直接噴射在荷藕表面，側(cè)面布置的噴嘴安裝略高于傳送鏈表面，大概位置 處于放置的荷藕的中心位置，從側(cè)面觀察，與上下方的噴嘴錯開布置，已 達到最好的噴射效果，側(cè)面布置的噴嘴的噴射角度平行于傳送鏈，如圖 2.1，圖 2.2 所示布置。 圖 2.1 在噴嘴的布置位置大體確定的情況下，需要在已有參數(shù)的基礎(chǔ)上對噴 嘴布置的具體尺寸參數(shù)進行計算。 16 2.4.1 上下面的噴嘴的布置參數(shù) 已知傳送鏈的寬度為 360mm,整體的寬度為 600mm,噴嘴的噴射角度為 84 度，而荷藕的直徑基本在 50-80mm 范圍內(nèi)，對于這兩個極限值，只需考慮 直 圖 2.2 徑最大時的安裝布置，當(dāng)直徑小于最值時，由圖 2.6，噴嘴一定會清洗到直 徑較小的荷藕，所以進行計算設(shè)計時只需要考慮直徑最大的荷藕即可。 只考慮直徑為 80mm 的荷藕這種情況，一種情況是當(dāng)噴嘴邊緣布置的情 圖 2.3 圖 2.2 17 況，如圖 2.3，此時是一種極限情況，荷藕處于傳送鏈的最末端，噴嘴的射 流正好與荷藕相切。另一種極限情況如圖 2.4，此時荷藕處于兩個噴嘴的中 間位置，兩個噴嘴的射流正好噴射到荷藕的最上端。在這兩種情況的基礎(chǔ) 上 圖 2.4 展開計算。從正視圖 2.2 可以看出，正面在同一平面一共安裝了 3 個噴嘴， 設(shè)噴嘴距離傳送鏈的距離為 X，傳送鏈總的寬度為 360mm。則根據(jù)圖 2.3 所 示的數(shù)學(xué)關(guān)系可以計算出兩兩噴嘴間的距離 L1=2（X-80）·tan42°， 則由圖 2.2 的整體結(jié)構(gòu)可以計算出所有相鄰噴嘴間總的距離為 L1 總 =4（X-80）·tan42°， 則根據(jù)圖 2.3 所示的數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可以計算出靠近傳送鏈邊緣的兩個噴嘴 距離傳送鏈邊緣的水平距離分別為 L2=X·tan42°-40/tan24°， 則由圖 2.2 的整體結(jié)構(gòu)示意圖可以計算出所有的邊緣噴嘴距離傳送鏈的總 的水平距離為 L2 總 =2·（X·tan42°-40/tan24°） ， 又已知傳送鏈總的寬度為 360mm,則 18 L 總 =L1 總 +L2 總 =360， 即 2·（X·tan42°-40/tan24°）+4（X-80）·tan42°=360 經(jīng)計算，噴嘴的安裝高度 X 為 153mm,于是噴嘴安裝的其它參數(shù)也可以通過 數(shù)學(xué)的幾何關(guān)系求解出。 邊緣安裝的噴嘴距離傳送鏈邊緣的距離為 L2=X·tan42°-40/tan24°=153×tan42°-40/tan42°=48mm 兩個噴嘴間的距離為 L1=2（X-80）·tan42°=2（153-80）×tan42°=132mm 以上是在直徑為 80mm 這一極限情況下計算出來的理論值，在保證整體 的尺寸保持不變的情況下需要進行修正。 對于兩個噴嘴間的距離只能在原有距離的基礎(chǔ)上減小，而靠近傳送鏈 邊緣的噴嘴安裝的距離會在原有的基礎(chǔ)上增大，因為荷藕的放置不可能正 好與傳送鏈的邊緣連接，所以校正后的邊緣安裝的噴嘴距離傳送鏈邊緣的 距離為 L2=55mm 根據(jù)總體尺寸不變的原則，可以計算出兩個噴嘴間的距離為 L1=125mm 2.4.2 側(cè)面的噴嘴的布置參數(shù) 側(cè)面布置的噴嘴要與上下面布置的噴嘴錯開布置，又已知上下兩個噴 嘴覆蓋的面積為直徑為 55mm 的圓，所以先將側(cè)面的噴嘴錯開的距離設(shè)定為 19 圖 2.5 50mm.對于側(cè)面噴嘴距離傳送鏈的距離同樣可以按照極限情況進行考慮。對 于直徑在 50-80mm 的荷藕，同樣只要考慮直徑為 80mm 的情況。當(dāng)荷藕直徑 為 80mm,且放置在荷藕的邊緣位置時，如圖 2.5 所示，側(cè)面布置的噴嘴根據(jù) 數(shù)學(xué)幾何關(guān)系可以計算出距離傳送鏈邊緣的距離為： L=40/（sin42°·sin48°）=80.4mm 計算出來的值只是在極限情況下的理論值，由于放置荷藕時不可能正 好處于傳送鏈邊緣，所以還需要進行參數(shù)的校正。在原有計算出的尺寸基 礎(chǔ)上距離要有縮小，經(jīng)校正側(cè)面布置的噴嘴距離傳送鏈邊緣的距離為： L=50mm 2.5 其它部分 在噴淋部分大體結(jié)構(gòu)參數(shù)已經(jīng)確定的情況下，需要對部件的連接，材 料的選擇等方面做進一步考慮。根據(jù)噴淋部分的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出該噴 淋機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，由于水泵的工作壓力不是很大，所以選用通用水管即可， 考慮到各方面的因素 ，如該清洗設(shè)備的使用環(huán)境，設(shè)備的使用壽命等考慮 應(yīng)該使用鍍鋅水管來進行水的輸送，噴嘴與水管的連接采用一個三通管式 螺紋連接，為了防止產(chǎn)生滲漏，在接口處水管和連接件之間加裹防滲膠帶。 這樣的結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點： 1、安裝簡易方便 20 該管是采用傳統(tǒng)的螺紋連接的方式連接，連接方便，便于產(chǎn)品的安裝和運 輸。 2、密封效果好 該水管是采用螺紋的壓力密封，其內(nèi)、外螺紋的接口均具圓錐管型， 所以螺紋接口配合和密封效果可靠。管道連接的接口處即使承受較大的水 壓，也不會出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。 3、強度高、剛性好 由于該水管的材料為鋼材，相比于其它材料具有較高的強度和較好的 剛性。 4、應(yīng)用成本低 由于該水管材料是鋼材，價格對比于其它材料有較高的性價比。 鋼管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.9 所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為： 圖 2.6 水管外徑為 20mm,內(nèi)徑為 14mm，螺紋倒角為 55°。 2.6 本章小結(jié) 在已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對噴嘴的安裝尺寸進行了設(shè)計計算，下一步根據(jù) 已經(jīng)確定的參數(shù)進行圖形的繪制。 21 23 第三章 蓮藕清洗機的試驗研究 對蓮藕清洗機進行試驗研究的目的是：通過對蓮藕清洗機理論樣機的 試驗研究，對荷藕損傷率、荷藕的洗凈率以及耗水量這幾個方面對蓮藕清 洗機的清洗效果影響較大的指標(biāo)進行評價。從而蓮藕清洗機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化， 進一步達到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。在介紹了荷藕清洗機原理和設(shè)備的基本做成 的基礎(chǔ)上，建立荷藕清洗的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化清洗裝置的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)， 分析了各個參數(shù)對清洗性能的影響規(guī)律。通過試驗分析，得出該產(chǎn)品的優(yōu) 勢及運用前景。 3.1 蓮藕清洗機理論樣機 如圖 3.1 所示為試驗所用的噴淋式荷藕清洗機的理論試驗裝置，本裝 置采用電機驅(qū)動，主要由清洗噴淋機構(gòu)、傳動鏈機構(gòu)等組成。 圖 3.1 3.2 試驗物料 人工收獲后的蓮藕，因其含有許多雜質(zhì)，不能夠直接進行清洗，需要 進行必要的處理。首先從原料地隨機的抽取一定數(shù)量的蓮藕，根據(jù)《抽樣 技術(shù)》中抽樣原則，從 200 ㎏的樣品中隨機的抽取 10 ㎏以上的樣品，剔 除兩端的節(jié)疤以及附著在上面的雜物，然后將其分為若干份，從實驗的角 24 度，基本定為一個試驗單元為 5 ㎏，且當(dāng)進行每個試驗組時，試驗中所有 單元來源于同一次抽樣的樣品。 3.3 主要術(shù)指標(biāo) 1. 荷藕清洗機的洗凈率要達到 90%以上。 2. 傳送鏈的輸送速度必須大于 0.5m/s。 3. 荷藕清洗機每小時的生產(chǎn)能力要大于 500kg。 4. 荷藕清洗機采用 2 相制，電壓為 220V，頻率為 50Hz 的電源。 5. 清洗機的額定功率在 1.0KW 左右。 6. 清洗機的控制特征是人工上料自動控制。 7. 能滿足各種規(guī)格形狀的蓮藕。 3.4 試驗方法 在荷藕的清洗試驗中采用的分析方法是回歸性分析法。所 謂 回 歸 分 析 法 ， 是 在 掌 握 大 量 觀 察 數(shù) 據(jù) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 利 用 數(shù) 理 統(tǒng) 計 方 法 建 立 因 變 量 與 自 變 量 之 間 的 回 歸 關(guān) 系 函 數(shù) 表 達 式 （ 稱 回 歸 方 程 式 ） 。 回 歸 分 析 中 ， 當(dāng) 研 究 的 因 果 關(guān) 系 只 涉 及 因 變 量 和 一 個 自 變 量 時 ， 叫 做 一 元 回 歸 分 析 ； 當(dāng) 研 究 的 因 果 關(guān) 系 涉 及 因 變 量 和 兩 個 或 兩 個 以 上 自 變 量 時 ， 叫 做 多 元 回 歸 分 析 。 此 外 ， 回 歸 分 析 中 ， 又 依 據(jù) 描 述 自 變 量 與 因 變 量 之 間 因 果 關(guān) 系 的 函 數(shù) 表 達 式 是 線 性 的 還 是 非 線 性 的 ， 分 為 線 性 回 歸 分 析 和 非 線 性 回 歸 分 析 。 通 常 線 性 回 歸 分 析 法 是 最 基 本 的 分 析 方 法 ， 遇 到 非 線 性 回 歸 問 題 可 以 借 助 數(shù) 學(xué) 手 段 化 為 線 性 回 歸 問 題 處 理 。 它 是 一 種 從 事 物 因 果 關(guān) 系 出 發(fā) 進 行 預(yù) 測 的 方 法 。 在 操 作 中 ， 根 據(jù) 統(tǒng) 計 資 料 求 得 因 果 關(guān) 系 的 相 關(guān) 系 數(shù) ， 相 關(guān) 系 數(shù) 越 大 ， 因 果 關(guān) 系 越 密 切 。 通 過 相 關(guān) 系 數(shù) 就 可 確 定 回 歸 方 程 ， 預(yù) 測 今 后 事 物 發(fā) 展 的 趨 勢 。 通 常 ， 求 一 個 變 量 對 另 一 個 變 量 的 因 果 關(guān) 系 ， 叫 一 元 回 歸 分 析 ； 而 求 多 個 變 量 之 間 的 因 果 關(guān) 系 ， 叫 多 元 回 歸 分 析 。 對 于 該 試 驗 ， 由 于 傳 送 鏈 速 度 噴 嘴 的 直 徑 噴 嘴 的 流 速 以 及 噴 嘴 的 安 裝 高 度 對 于 清 洗 機 的 清 晰 性 能 均 由 影 響 ， 所 求 的 是 多 個 變 量 之 間 的 因 果 關(guān) 系 ， 所 以 該 試 驗 分 析 是 多 元 回 歸 分 析 。 25 3.5 清洗試驗過程 試驗研究的性能指標(biāo)有未洗凈率和損傷率，設(shè)未洗凈率為y 1，損傷率為 y2。試驗因子有傳送鏈速度X 1,噴嘴的流速X 2,噴嘴直徑X 3，噴嘴的安裝高度 X4。 四個試驗因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸的試驗因子水平編碼見表1，試驗次數(shù) N=31,所得因子編碼空間內(nèi)各性能指標(biāo)的回歸方程如下: Y1=4.9126+0.3411X1+0.6371X2-1.4211X3+2.7119X4-0.3619X1X3- 0.4211X2X3+0.6121X2X4+0.5791X32-0.6921X3X4+0.5677X4Y2=2.1123- 0.1151X2+0.2123X3-0.2761X4-0.0771X1X4+0.0617X1X4-0.0812X22- 0.0746X3X4 將 X 1=(V1-0.14)/0.03 X2=(V2-12)/-3 X3=(d-4)/1 X4=(h-200)/50 代入以上方程，整理后可得性能指標(biāo)對各個試驗參數(shù)的回歸方程。 為了便于分析試驗參數(shù)對兩性能指標(biāo)的影響程度和規(guī)律，將各個方程 的系數(shù)F檢驗值列于表2。 下一步需要進行參數(shù)的優(yōu)化和驗證。未洗凈率是荷藕清洗裝置的主要 性能指標(biāo)。本試驗以未洗凈率Y 1為目標(biāo)，約束條件為：Y 2≤2.5%。優(yōu)化獲得 傳送鏈速度V 1=0.12m/s,噴嘴的直徑d=5mm,噴嘴的安裝高度h=150mm。預(yù)測的 26 性能指標(biāo)有：未洗凈率Y 1=2.65%，損傷率Y 2=2.4%。 由于優(yōu)化提供的最佳組合并未在回歸方程中出現(xiàn)，因此需要對優(yōu)化結(jié) 果進行試驗驗證。驗證結(jié)果見表 3： 顯然，驗證值和預(yù)測值比較接近，說明回歸性方程是可靠的，可以用 于荷藕清洗性能的分析。 3.6 試驗結(jié)果分析 為了直觀了解某一結(jié)構(gòu)或運動參數(shù)對清洗性能的影響規(guī)律，在此將回 歸方程中 4 個變量的三個固定在優(yōu)化點，使清洗性能依另一參數(shù)變化（見 圖 2） 。 27 (a)傳送鏈速度 V1/m·s (b)噴嘴的流速 V2/m·s (c)噴嘴的直徑 d/mm (d)噴嘴的安裝高度 h/mm 圖(2)各參數(shù)對性能的影響規(guī)律 (a)傳送鏈的速度對性能的影響(b)噴嘴的流速對性能的影響 (c)噴嘴的直徑對性能的影響 (d)噴嘴的安裝高度對性能的影響 3.7 本章小結(jié) 四個因子對清洗性能均有影響，提高傳送鏈的速度，生產(chǎn)能力可得到提 高，由于水流與荷藕接觸時間相應(yīng)縮短，未洗凈率增大，但損傷率幾乎不 變。減少噴嘴的流速，射流沖擊力變小，未洗凈率增大和損傷率下降。增 大噴嘴的直徑，單個噴嘴的流量增大，射流對蓮藕表面的覆蓋率增大，有 些地方受到交叉沖擊，當(dāng)然未洗凈率呈下降趨勢，而損傷率有所提高。提 高噴嘴的安裝高度，射流對蓮藕的沖擊力變?nèi)?，加之射流損失增大，故未 洗凈率顯著增大，而損傷率下降較快。 28 第四章 總結(jié) 4.1 總結(jié) 荷藕清洗機該產(chǎn)品的設(shè)計是針對我省荷藕種植加工企業(yè)處于勞動密集 的生產(chǎn)方式，機械化程度很低，荷藕的清洗加工主要以人工為主，勞動強 度大，效率低這一狀況，依托江蘇省農(nóng)機三項工程，對荷藕清洗加工機械 的設(shè)計及研究試驗。荷藕清洗機的研究推廣在降低勞動強度的同時還能增 加收入，提高我國農(nóng)業(yè)機械化的作業(yè)水平。采用機械化作業(yè)，可以大幅提 高對水源，勞動力等資源的利用效率，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了消耗， 大幅度提高了作業(yè)的精度，質(zhì)量和效率，減輕了勞動者的勞動強度。 本文在荷藕清洗機已有的大體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行的具體設(shè)計，主要分 為兩個方向進行的，一個是噴淋部分的構(gòu)造設(shè)計，另一部分是傳送鏈部分 的設(shè)計計算。本論文針對噴淋部分的結(jié)構(gòu)進行了具體設(shè)計。噴淋部分的設(shè) 計主要考慮了噴嘴的選擇，噴嘴的安裝布置，水泵的選擇等，特別是采用 了側(cè)面交叉布置的噴嘴，增加了噴嘴的數(shù)目，提高了清洗的效率，以及采 用的傳送鏈一次洗凈的布置，減少了勞動的強度，提高了工作效率。 該荷藕清洗機具有洗凈率高，對水資源的利用率大，很大程度上降低 了勞動的強度，但是該清洗機仍存在可以改進的地方。如噴嘴的安裝布置， 需要可以進行進一步的優(yōu)化還可以在已有的結(jié)構(gòu)上進行一些結(jié)構(gòu)的改進。 4.2 展望 近年來，全世界蔬菜貿(mào)易額不斷增加，亞歐美國家對蔬菜的需求越來 越大。以日本為例，近 20 年蔬菜進口逐年遞增，1996 年已達 209.4 萬。隨 著中國加入 WTO 世貿(mào)組織的日益深入以及糧改棉改等國家相關(guān)政策的出臺 為蔬菜業(yè)的發(fā)展提供了空間。 我國是世界上蔬菜種類最多、種植面積最大的國家，具有較大的出口 潛力。例如去年我國蔬菜出口量是進口量的 30 多倍，出口金額是進口金額 29 的 50 多倍，在國際市場極具競爭優(yōu)勢。江蘇省出口蔬菜 1991 年為 2．78 噸，1995 年達到 4 萬噸，1998 年提高到 14 萬噸。出口成倍增長，呈現(xiàn)出 強勁的發(fā)展勢頭。1998 年江蘇省蔬菜等農(nóng)副產(chǎn)品年出口約為 6 億美元，而 其他沿海地區(qū)，如福建省、山東省和廣東省蔬菜出口規(guī)模更大，其創(chuàng)匯總 額分別為江蘇的 2 倍、2．5 倍和 3 倍，存在著