張洪洲，王憲磊，劉媛杰，李 勇，周 丹，侯寶華，肖豪杰，鄭 浩

(塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

0 引言

紅棗，別名大棗，富含維生素，屬于溫帶鼠李目植物。新疆地區(qū)是紅棗的主產(chǎn)區(qū)之一，目前南疆地區(qū)紅棗種植面積已經(jīng)超過5.3萬hm2，紅棗種植業(yè)迅速發(fā)展。紅棗農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)轄區(qū)內(nèi)農(nóng)民的主要收入之一，是紅棗企業(yè)創(chuàng)收的重要來源及兵團(tuán)稅收的主要來源[1-3]。紅棗加工的主要形式有制干加工、塑封加工、棗夾葡萄干加工和棗夾核桃加工等。因此，紅棗的清洗是紅棗加工之前必不可少的工序。隨著新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，紅棗農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，矮化密植紅棗被大面積種植，紅棗的產(chǎn)量大幅度增加。另外，南疆地區(qū)鄰近沙漠地帶，由于沙塵暴氣候的影響，紅棗表面浮沉等污濁物較多，這些因素給紅棗的清洗帶來了一定的困難。

新疆地區(qū)紅棗加工企業(yè)多采用滾動(dòng)毛刷式、噴霧式、超聲波空化技術(shù)等對(duì)產(chǎn)地紅棗進(jìn)行清洗。王莉等對(duì)將蔬菜淹沒于水中的清洗方法進(jìn)行了研究；高英武等利用振動(dòng)原理研發(fā)了振動(dòng)式蔬菜清洗機(jī)；丁小明等利用氣泡清洗原理對(duì)蔬菜進(jìn)行了清洗研究與試驗(yàn)；李云飛等研究了蔬菜清洗中氣流對(duì)蔬菜清洗的影響；劉曉娟等對(duì)爆氣式蔬菜清洗技術(shù)進(jìn)行了研究；馬少輝、裴玖玲等利用超聲波空化作用原理對(duì)紅棗清洗設(shè)備進(jìn)行了研制與試驗(yàn)研究；王海鷗等設(shè)計(jì)了超聲清洗槽[4-13]。以上清洗技術(shù)多是針對(duì)帶葉蔬菜等物料，清洗效果較好；但對(duì)于紅棗表面污濁物的清洗，效率不高，清洗效果一般。

針對(duì)紅棗表面污濁物清洗效果不佳、紅棗清洗工作量大、效率低下，以及現(xiàn)有的清洗設(shè)備自動(dòng)化水平不高的現(xiàn)狀，本文融合農(nóng)機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，研發(fā)了一款紅棗清洗裝置，解決了原有紅棗清洗機(jī)存在的問題，達(dá)到了節(jié)水、高清洗率的效果，減少了生產(chǎn)成本[14-30]。紅棗清洗試驗(yàn)表明：該紅棗清洗機(jī)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，清洗效果符合紅棗初加工的要求，為南疆地區(qū)紅棗清洗作業(yè)提供了可行性參考。

1 紅棗清洗裝置的設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)原理

針對(duì)我國(guó)新疆南部地區(qū)浮塵天氣較多、紅棗的清洗工作量比較大，以及覆蓋在紅棗表面的灰塵、泥土等不易被清洗等問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了紅棗清洗裝置。紅棗清洗裝置結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該裝置主要由紅棗清洗部分、自循環(huán)水部分和滾筒控制部分組成。

工作時(shí)，將水槽中注入水槽體積1/2的水，通過鍵盤設(shè)定水溫，將紅棗從進(jìn)/出料口裝入滾筒，確保裝入的紅棗體積不大于滾筒體積的2/3，將進(jìn)/出料口閉合；裝置啟動(dòng)，CPU初始化，控制升降機(jī)使?jié)L筒懸于水槽正上方，升降機(jī)開始下降至滾筒完全侵入水面以下，升降機(jī)停止；步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，水通過滾筒表面的孔洞進(jìn)入滾筒，清洗滾筒內(nèi)的紅棗，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)5min后，升降機(jī)將滾筒升起，將進(jìn)/出料口打開，取出清洗后的紅棗；在水槽下端有一個(gè)細(xì)過濾網(wǎng)，將濾掉污濁物，水泵啟動(dòng)，使水槽內(nèi)的水循環(huán)，利于凈化。

1.支架 2.水溫控制部件 3.粗孔 4.水槽 5.中央控制器 6.升降機(jī) 7.電機(jī) 8.進(jìn)/出料口 9.橋臂 10.滾筒 11.水管 12.水泵 13.細(xì)質(zhì)過濾網(wǎng)

1.2 紅棗清洗槽部分

紅棗清洗槽部分包含支架、水槽和水溫控制部件。水溫控制由溫度傳感器18B20實(shí)時(shí)檢測(cè)水槽內(nèi)水溫，送至中央控制器，中央控制器對(duì)水溫信號(hào)進(jìn)行處理，與預(yù)設(shè)的溫度值進(jìn)行對(duì)比，確定電阻絲加熱的步進(jìn)量，控制熱電阻加熱，使水槽內(nèi)水溫達(dá)到預(yù)設(shè)值。

1.3 循環(huán)水部分

循環(huán)水部分包含噴頭、水管、水泵和細(xì)質(zhì)過濾網(wǎng)。在水槽的左下端位置裝有出水管，在出水管內(nèi)裝有細(xì)質(zhì)過濾網(wǎng)，在中央控制器部分設(shè)定水泵工作時(shí)間和工作周期。清洗工作時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的水泵工作時(shí)間時(shí)，中央控制器發(fā)出命令，控制水泵進(jìn)行抽水工作，污水經(jīng)細(xì)質(zhì)過濾網(wǎng)后，重新進(jìn)入水槽；當(dāng)水泵一個(gè)工作周期時(shí)間到時(shí)，中央控制器發(fā)出命令，使水泵停止工作；如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自循環(huán)水。

1.4 滾筒控制部分

滾筒部分由帶粗孔和進(jìn)/出料口的滾筒、電機(jī)、橋臂、升降機(jī)、傳送帶、轉(zhuǎn)輪和中央控制器等組成?？刂撇糠质且詥纹瑱C(jī)為核心的升降、旋轉(zhuǎn)、速度調(diào)整控制器，主要由單片機(jī)、鍵盤、顯示屏、電源變換電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位置傳感器、電機(jī)以及角速度傳感器等組成。中央控制器系統(tǒng)框圖，如圖2所示。系統(tǒng)軟件采用匯編語言編程，軟件流程圖如圖3所示。

圖2 中央控制器系統(tǒng)框圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)條件及依據(jù)

試驗(yàn)地點(diǎn)為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師聚天紅紅棗加工廠。試驗(yàn)時(shí)，以清洗率和破損率為考核指標(biāo)，進(jìn)行紅棗清洗試驗(yàn)，試驗(yàn)因素為水槽水溫T、滾筒轉(zhuǎn)速W和紅棗加載量M。3個(gè)參數(shù)的詳細(xì)指標(biāo)，如表1所示。

表1 主要參數(shù)指標(biāo)

2.2 正交試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

進(jìn)行組合試驗(yàn)，每次清洗5min，測(cè)定其清洗率和破損率。將試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)依次填入正交表中，如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表2中可以看出：當(dāng)水槽水溫為303K、滾筒轉(zhuǎn)速為100r/min、紅棗加載量為60%時(shí)，紅棗清洗效果最佳。

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的紅棗清洗裝置的有效性，為紅棗的清洗機(jī)及其加工提供了參考。

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