黃曉鵬,萬芳新,汪山剛

(甘肅農業(yè)大學工學院,甘肅蘭州 730070)

低破碎葵花脫籽機的設計與試驗*

黃曉鵬,萬芳新,汪山剛

(甘肅農業(yè)大學工學院,甘肅蘭州 730070)

葵花籽是一種重要的經濟作物,近年來產業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。脫籽是葵花生產加工中的一道關鍵工序。機械化程度低制約了生產率和經濟效益的提高。針對現(xiàn)有葵花脫籽機存在的問題,設計了一種低破碎葵花脫籽機,確定了整機結構,設計了一種齒釘螺旋形脫籽輥。通過單因素試驗,對葵花脫籽機的脫籽性能進行了試驗研究,探討了影響葵花脫籽效果的關鍵因素,為葵花脫籽機結構以及相關參數優(yōu)化奠定了理論依據。

葵花脫籽機;脫籽輥;低破碎;設計;試驗

0 引 言

葵花籽具有營養(yǎng)豐富,含有大量的食用纖維,能夠降低癌癥的發(fā)病率,還可以提取油脂、蛋白質、綠原酸等優(yōu)點,近幾年產業(yè)得到了迅猛的發(fā)展[1-3]。在英國、美國、德國、日本等發(fā)達國家,向日葵已形成產業(yè)化、集群化種植模式。同時采用機械化生產,并逐步向智能化、系統(tǒng)化收獲方式轉變[4-6]。

脫籽是葵花生產加工中的一道關鍵工序,目前我國廣大種植農戶還是多采用人工敲打方式,生產效率低下,限制了產業(yè)規(guī)模和效益[1]。雖然市場上各種類型葵花脫籽機很多,但脫籽效果不佳,主要體現(xiàn)在:脫凈率低、含雜率、損傷率高、脫籽過程中向日葵盤卡在脫籽滾筒中,從而使脫籽機中途停機等問題。

針對現(xiàn)有葵花脫籽機存在的問題,設計一種低破碎葵花脫籽機,并進行試驗研究,為葵花籽機械化生產提供理論依據。

1 葵花脫籽機的設計

1.1 整機結構與工作原理

整機結構如圖1所示,主要由傳動裝置、脫籽裝置、清選裝置、機架、外殼、進料口、出料口等幾部分組成。機架由50×50圓鋼相互焊接而成,動力源既可以用電動機又可以由汽油機帶動,脫籽裝置包括脫籽輥和弧形柵條,清選裝置采用分級振動篩清選方式,振動篩由三層篩構成,第一層網篩網孔較大,主要分離大雜,第二層網篩由相互交錯的細鋼絲構成,主要分離葵花籽,第三層網篩網眼細密,主要分離微小雜余,在三層的網篩邊緣分別設置有大雜、葵花籽、微小雜余三個出料口,振動篩振動機構的曲柄搖桿機構一端與旋轉軸連接,另一端與分級篩連接。

圖1 葵花脫籽機整機結構

工作時,電動機或汽油機通過皮帶帶動安裝在外殼內的脫籽輥高速旋轉,葵花盤由進料口喂入。脫籽輥為軸流式,葵花盤在外殼內壁導向板的作用下軸向移動,在脫籽輥、凹板的搓擦、沖擊作用下將葵花籽脫出,通過凹板間隙落入振動清選裝置,脫完籽的葵花盤沿軸向由出料口排出。動力經曲柄搖桿機構帶動清選裝置振動篩振動,通過三層分級篩,將大雜、葵花籽和微小雜余分離。

1.2 脫籽裝置的設計

脫籽裝置是葵花脫籽機的核心部件,決定了脫凈率、損傷率等性能指標的優(yōu)劣。本機脫籽裝置由脫籽輥、弧形柵條以及拉伸彈簧組成。其中脫籽輥由脫籽柵條和焊接在脫籽柵條的搓齒釘組成,且焊接在脫籽柵條的搓齒釘排列成螺旋形狀;弧形柵條由若干根圓弧形狀的圓鋼組成;脫籽輥與弧形柵條之間的間隙通過拉伸彈簧可調,間距一般為30 mm。脫籽裝置的結構圖2所示。

圖2 脫籽裝置結構圖

1.3 清選裝置的設計

本次設計的低破碎葵花脫籽機清選裝置包括振動分級篩、振動機構和振動篩固定機構等。其中,分級篩由篩體和三層篩網組成。篩體由板厚為2 mm的薄鋼板焊接而成的,在三層的網篩邊緣分別設置有出料口,振動篩振動機構的曲柄搖桿機構一端與旋轉軸連接,另一端與分級篩連接,其結構如圖3所示。

圖3 清選裝置構造示意圖

工作時,通過脫籽裝置后的籽?；旌衔镞M入做周期性往復運動的振動分級篩,分級篩的第一層將體積比較大的含雜物留在篩面上,而葵花籽和體積小含雜物就通過第一層網篩進入第二層網篩,第二層網篩將葵花籽留在篩面上,而體積小的含雜物通過第二層網篩進入第三層網篩,隨著分級篩的振動,大含雜物通過第一層網篩出料口排出脫籽機之外,葵花籽通過第二層網篩出料口進入集料箱,體積小含雜物通過第三層網篩排出脫籽機之外。

2 試驗研究

2.1 試驗指標

脫凈率:葵花脫籽中,脫出葵花籽數量占總葵花籽質量的比率。如式(1):

式中:η為脫凈率,%;n1為脫出來的籽粒數量,kg;n2為未脫出來的籽粒數量,kg;

損傷率:在葵花脫籽中,脫出籽粒破損的數量與脫出籽?？倲盗康谋戎?。如式(2):

式中:η為損傷率,%;n1為脫出來的籽?？倲盗?kg; n2為脫出籽粒中破損的數量,kg;

清選凈度:在葵花脫籽中,脫出籽粒的質量與脫出籽粒混合物(包括雜質)質量的比值。如式(3):

式中:η為損傷率,%;n1為脫出來的籽粒的質量,kg;

n2為籽粒中雜物的質量,kg。

2.2 試驗及結果分析

2.2.1 脫籽柵條數量對脫籽效果的影響

當脫籽輥轉速為700 r/min、脫籽輥與弧形柵板間隙為30 mm、喂入量為200 kg/h、含水率為28%時,脫籽效果隨脫籽柵條數量的變化如圖4所示。

圖4 試驗指標隨脫籽柵條個數變化圖

由圖4均值變化折線可以看出,當脫籽柵條數量為5時,葵花籽的脫凈率和清選凈度的均值接近94%,脫凈率和清選凈度平均值明顯高于脫籽柵條數為4、6、7的脫凈率和清選凈度的均值,而此時其損傷率均值也低于脫籽柵條數為4、6、7時損傷率的均值,所以當取脫籽柵條數量為5時,脫籽輥脫籽效果較好。

2.2.2 脫籽輥與弧形柵板間隙對脫籽效果的影響

當脫籽柵條數量為5、脫籽輥轉速為700 r/min、喂入量為200 kg/h、葵花盤含水量為28%時,脫籽效果隨脫籽輥與弧形柵板間隙的變化如圖5所示。

由圖5均值變化折線可知,當脫籽輥與弧形柵板間隙從10 mm開始逐漸增大時,脫凈率和清選凈度均增大,間隙為30 mm時,脫凈率和清選凈度達到最大值,隨后在間隙35 mm處,脫凈率和清選凈度均比間隙在30 mm處要小。在間隙為10 mm和15 mm處,葵花籽的損傷率處于最大值,然后隨著脫籽輥與弧形柵板間隙增大,損傷率逐漸減小,當間隙達到35 mm時,損傷率達到最小值。間隙為30 mm時的脫凈率和清選凈度達到最大值,其損傷率大于35 mm時的損傷率,但相差較小。由此可得出結論:當脫籽柵條、脫籽輥轉速、喂入量以及葵花盤含水量一定的情況下,脫籽輥與弧形柵板之間間隙為30 mm時,葵花脫籽機的整體脫籽效果較優(yōu)。

圖5 試驗指標隨脫籽輥與弧形柵板間隙變化圖

2.2.3 脫籽輥轉速對脫籽效果的影響

當脫籽柵條數量為5、脫籽輥與弧形柵板間隙為30 mm、喂入量為200 kg/h、葵花盤含水量為28%時,脫籽效果隨脫籽輥轉速的變化如圖6所示。

圖6 試驗指標隨脫籽輥轉速的變化圖

由圖6中的脫凈率、損傷率和清選凈度均值變化折線可知,當脫籽輥的轉速從450 r·min-1開始逐漸增大時,脫凈率、清選凈度以及損傷率均增大,當脫籽輥的轉速增大到700 r·min-1時,葵花脫籽機的脫凈率、清選凈度以及損傷率均達到最大值,脫籽輥轉速在700 r·min-1,脫凈率和清選凈度接近97%,而損傷率約為2.2%,均高于轉速在其它數值時的損傷率,因此不能夠判定脫籽輥轉速在700 r·min-1時對脫籽效果最佳。

3 總 結

(1)針對現(xiàn)有葵花脫籽機存在的問題,設計了一種低破碎葵花脫籽機,確定了整機結構,設計了一種齒釘螺旋形脫籽輥。

(2)以脫凈率、損傷率、清選凈度為試驗指標,通過單因素試驗,探討了脫籽柵條個數、脫籽輥與弧形柵板間隙、脫籽輥轉速等因素對葵花脫籽機的脫籽性能的影響,為結構及工作參數的優(yōu)化提供了依據。

[1] 王廷生,陳廣德,李 艷.甘南縣向日葵生產現(xiàn)狀及對策[J].黑龍江農業(yè)科學,2010(7):169-170.

[2] 宋遠平.提高向日葵結實率的幾項技術措施[J].雜糧作物, 2010,30(1):43.

[3] 趙貴興,鐘 鵬,陳 霞,等.我國向日葵產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J].食品工業(yè),2011(10):76-77.

[4] F.KaraosmanogI lua,G.Kurta,T.OE zaktas.Long term CI engine test of sun ower oil[J].Renewable Energy 19(2000),219-221.

[5] Belluco W,De Chiffre L.Surface integrity and part accuracy in reaming and tapping stainless steel with new vegetable based cutting oils.Tribology Internationa,2002(135):865-870.

[6] Cetin M H,Ozcelik B,Kuram E,Demirbas E.2011.Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method.Journal of Cleaner Production,2011(19): 2049-2056.

Design and Test of Low Crushing Sunflower Thresher

HUANG Xiao-peng,WAN Fang-xin,WANG Shan-gang
(Engineering College,Gansu Agriculture University,Lanzhou Gansu 730070,China)

Sunflower seed is an important economic crop which has been developed rapidly in recent years.The de-seeding is a key process in the production of sunflower seeds.The low mechanization degree has restricted the improvement of productivity and economic benefit.Aiming at the problems existing in the sunflower thresher,a low-crushing sunflower thresher was designed in this paper.The whole structure was determined,and the tooth type spiral threshing roller was designed.By single factor test,experimental research was carried out on the performance of the sunflower thresher,the key factors that would influence the effect of thresher were also studied,which could establish the theoretical basis for the parameter optimization on the thresher structure.

sunflower thresher;threshing roller;low crushing;design;test

S817.12

A

1007-4414(2015)05-0071-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.023

2015-09-19

甘肅省教育廳高?？蒲许椖?編號:2013A-059)

黃曉鵬(1975-),男,甘肅臨洮人,教授,博士,研究方向:農業(yè)機械裝備制造。