水果冲击破碎理论研究.pdfVIP

水果冲击破碎理论研究 雷志伟，张绍英，李海涛，魏文军 中国农业大学工学院，北京（100083 ） E-mail ：zw-lei@ 摘 要：在分析传统果蔬破碎方法的基础上，提出了将冲击破碎理论应用于水果破碎机上的 技术方案。建立了水果冲击破碎模型，分析了冲击破碎中刀盘转速、撞击角度和给料粒径等 因素对冲击破碎效果的影响和规律。分别用芹菜和红玉杏等物料对破碎机进行破碎试验。试 验结果表明：水果冲击破碎机能提高压榨出汁率，降低能耗。 关键词：水果破碎机，冲击破碎，功指数，撞击角度，破碎比，出汁率 中图分类号：TH122 1. 引 言 传统的果蔬榨汁方法主要是将果蔬破碎成糊状，再将糊状果蔬进行压榨得到果蔬汁液。 在这类方法中的破碎主要依靠剪切作用进行，而对果蔬组织细胞的破坏作用不大，果蔬组织 细胞破碎率及汁液游离率较低。由于压榨时果蔬细胞组织主要受各向同性的外压力，若要破 [1，5] 碎细胞的结构必须使用很大的压榨力，由此使压榨设备庞大、能耗大、出汁率低 。 冲击破碎机是破碎机械中一种新型的破碎设备。与传统的破碎设备相比, 它具有能耗 低、磨损件少、重量轻等特点, 因此, 得到了建材、煤炭、食品和化工等工业部门的普遍关 注。特别是近年来, 由于对降低能耗的要求越来越高, 相对能耗较低的冲击破碎机的应用将 越来越普及。目前, 世界上已有几种规格和型号的冲击破碎机, 其中主要应用于采矿业, 用 来破碎硬质岩石和建筑用砂[3] 。水果冲击破碎机械在我国, 目前尚处于试验研究阶段。 本文研究目的是建立水果冲击破碎模型，为水果冲击破碎机的设计提供理论依据，有益 效果是在榨前破碎中增加冲击破碎工序使物料的细胞组织充分破碎，增加细胞游离率，降低 压榨强度，提高出汁率。 2. 水果冲击破碎理论 2.1 冲击破碎原理 如图 1 所示，预切碎的小块物料自垂直Oxy 平 面喂入，喂入半径为R ，沿动刀盘叶片 1开始加速， 1 物料块从抛出半径R2 处离开刀盘叶片时获得较高 速度 v ，然后物料块高速撞击静刀盘柱 2，使物料 a 破碎。这种破碎形式是瞬间加力给物料颗粒，使受 到冲击的物料颗粒沿其内部固有的裂纹破碎, 或者 把颗粒震裂。其特点是颗粒受到冲击时, 变形来不 及扩展到整个粒子, 就在碰撞处产生相当大的局部 应力，以便使物料的细胞组织充分破碎，增加细胞 游离率，降低压榨强度，提高出汁率。 图 1 水果破碎机工作原理图 Fig.1 Working principle diagram - 1 - 2.2 物料撞击模型 由于刀盘叶片末端与刀盘柱的距离很小，可以认为物料块撞击刀盘柱的速度v0 va 。 设v0 与碰撞公法线n0 的夹角为α，反射角为β 。简化撞击模型如图3 所示。 沿公法线n0 方向的速度分量：v01 v0 cosα 沿公切线方向速度分量：v02 v0 sinα 沿公切线方向动量守恒：mv mv sin β (1)