肖 靜，李立君，楊蹈宇，楊樹(shù)松，胡文宇

(中南林業(yè)科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004)

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抓夾式油茶果殼籽清選機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

肖 靜，李立君，楊蹈宇，楊樹(shù)松，胡文宇

(中南林業(yè)科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004)

油茶是一種重要的油料樹(shù)種，隨著我國(guó)油茶種植面積與產(chǎn)量的增加，油茶果破殼后殼籽分離難已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了可高效分離油茶果殼籽混合物的抓夾式油茶果殼籽清選機(jī)。同時(shí)，論述了抓夾式油茶果殼籽清選機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理，并進(jìn)行了殼籽分離試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在油茶果殼籽清選機(jī)傾斜角度為5°、輥軸轉(zhuǎn)速175r/min、喂料速度15kg/min時(shí)可保證綜合效果最佳，茶殼清選率為99.33%，茶籽損失率為1.81%，從而驗(yàn)證了油茶果殼籽清選機(jī)的可行性。

油茶果；清選機(jī)；殼籽分離；抓夾式

0 引言

油茶是一種木本油料樹(shù)種，與油橄欖、油棕、椰子并稱(chēng)“世界四大木本油料樹(shù)種”[1]。茶油是油茶種子中提取獲得的油脂，具有重要的藥用價(jià)值[2-4]，是一種對(duì)人體有益的保健型營(yíng)養(yǎng)油，受到廣大群眾的青睞，市場(chǎng)需求巨大[5]。我國(guó)的油茶品種、分布范圍及油茶產(chǎn)量均居于世界首位[6]。據(jù)國(guó)家林業(yè)局統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的油茶產(chǎn)量已經(jīng)從2008年的20萬(wàn)t多增加到了2012年的45萬(wàn)t，產(chǎn)值由110億元增加到了390億元[7]。隨著油茶種植面積與產(chǎn)量的增加，傳統(tǒng)的人工篩揀分離油茶果殼籽混合物的方法由于存在勞動(dòng)效率低、生產(chǎn)成本高等缺陷，已無(wú)法滿足其規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化需求，脫殼后的油茶殼籽混合物分離難成為了社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題[8]。

現(xiàn)有的油茶果殼籽分離裝置多采用氣流分選法和振動(dòng)篩網(wǎng)分選法[9-10]。氣流分選法利用殼、籽的空氣動(dòng)力學(xué)特性不同，使得在氣流的作用下殼、籽前進(jìn)位移不同，達(dá)到殼籽分離；振動(dòng)篩網(wǎng)分選法利用殼、籽外形尺寸不同，在篩網(wǎng)振動(dòng)過(guò)程中達(dá)到殼籽分離。但兩種分離方法均存在分離后籽中含殼率較高這一缺陷，仍需進(jìn)行二次分離。針對(duì)這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了可以高效分離油茶果殼籽混合物的抓夾式油茶果殼籽清選機(jī)。該機(jī)與中南林業(yè)科技大學(xué)李立君等設(shè)計(jì)研發(fā)的油茶果脫殼粗選機(jī)配套使用，可用于新鮮油茶果脫殼粗選去除過(guò)大果殼后的殼籽混合物的精確分離。本文論述了清選機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理，并進(jìn)行了殼籽分離試驗(yàn)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

油茶果殼籽清選機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.底座 2.角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 3.總裝機(jī)架 4.電機(jī) 5.帶傳動(dòng)

油茶果殼籽清選機(jī)由底座、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、總裝機(jī)架、電機(jī)、減速機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。工作時(shí)，動(dòng)力由電機(jī)提供，通過(guò)帶傳動(dòng)、減速機(jī)減速后，輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)其完成殼籽精選工作。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)滑塊前后滑動(dòng)，再通過(guò)調(diào)節(jié)連桿帶動(dòng)總裝機(jī)架繞回轉(zhuǎn)鉸鏈上下偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傾角。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)架、前支撐、后支撐、動(dòng)力輸入鏈輪軸、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輥及光輥等組成，如圖2所示。動(dòng)力輸入后，通過(guò)鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輥、光輥同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)且光輥與齒輥轉(zhuǎn)向相反。

1.機(jī)架 2.前支撐 3.動(dòng)力輸入鏈輪軸 4.進(jìn)料擋板 5.進(jìn)料斗

齒輥與光輥結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖3中，齒輥截面開(kāi)有V型槽，油茶果殼籽混合物由進(jìn)料口落入執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部后，通過(guò)齒輥與光輥的相互作用使齒輥尖齒切入果殼內(nèi)部，“抓”住果殼后將其拖入出殼口；而籽由于體積較果殼大，故而不會(huì)被齒輥“抓”住，反而在重力、輥軸的作用下滑落至出籽口。清選機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

圖3 齒輥與光輥結(jié)構(gòu)圖

參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傾角3°～11°輥軸轉(zhuǎn)速150～250r/min齒光輥間隙2.5mm掃籽板偏角20°掃籽板與齒輥?lái)斚?mm喂料速度15～25kg/min

2 分離試驗(yàn)與分析

2.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

本次試驗(yàn)所用的油茶果為湖南省長(zhǎng)沙雪峰山油茶合作社提供的新鮮油茶果，脫殼粗選后，果殼與籽尺寸分布不均，具有較大的代表性。粗選后殼籽混合物如圖4所示。

圖4 粗選后的油茶果殼籽混合物

本次試驗(yàn)所用的油茶果殼籽清選機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

續(xù)表2

2.2 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

油茶果殼籽混合物的清選效果為檢驗(yàn)本文論述的殼籽清選機(jī)的核心指標(biāo)，而在清選過(guò)程中會(huì)不可避免地破壞油茶籽，造成茶籽損失，故本次試驗(yàn)取清選后的茶殼清選率和茶籽損失率為試驗(yàn)指標(biāo)。

1)茶殼清選率：清選前后的茶殼質(zhì)量之差k1-k2與清選前茶殼總質(zhì)量k1的比值為W1，即

(1)

2)茶籽損失率：清選前后的茶籽質(zhì)量之差g1-g2與清選前茶籽總質(zhì)量g1的比值為W2，即

(2)

通過(guò)分析油茶果殼籽清選機(jī)的工作過(guò)程，發(fā)現(xiàn)輥軸轉(zhuǎn)速、傾斜角度和喂料速度均會(huì)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)產(chǎn)生影響，故選取以上3個(gè)因素進(jìn)行15組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果求平均值，如表3和圖5所示。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

圖5 試驗(yàn)結(jié)果

由表3和圖5可以得出以下結(jié)論：

1)隨著傾斜角度的增加，茶殼清選率逐漸降低，茶籽損失率也逐漸降低；

2)隨著輥軸轉(zhuǎn)速的增加，茶殼清選率逐漸增大，茶籽損失率也逐漸增大；

3)隨著喂料速度的增加，茶殼清選率逐漸降低，茶籽損失率基本不變。

究其原因：傾斜角度越大，殼籽混合物在重力的作用下滑落至出料口的時(shí)間變短，使得清選機(jī)構(gòu)的作用抓夾次數(shù)縮短，同時(shí)抓碎茶籽的概率變小，致使茶殼清選率降低，茶籽損失率也降低；輥軸轉(zhuǎn)速越大，清選機(jī)構(gòu)的作用抓夾次數(shù)增多，同時(shí)抓碎茶籽的概率變大，致使茶殼清選率增加，茶籽損失率也升高；喂料速度越大，殼籽混合物在清選機(jī)構(gòu)內(nèi)的堆積厚度越大，致使清選機(jī)構(gòu)無(wú)法清選到上層混合物，但抓碎茶籽的概率不變，從而致使茶殼清選率降低，茶籽損失率基本不變。

通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)茶殼清選率和茶籽損失率兩指標(biāo)互相沖突。為選取油茶果殼籽清選機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)當(dāng)茶殼清選率W1>99%時(shí)，得10分；當(dāng)W1<90%時(shí)，得0分；當(dāng)90%

(3)

2)當(dāng)茶籽損失率W2<1.5%時(shí)，得10分；當(dāng)W2>3%時(shí)，得0分；當(dāng)1.5%

(4)

按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)分，評(píng)分結(jié)果如表4所示。

表4 綜合評(píng)分結(jié)果

續(xù)表4

由表4可知：喂料速度15kg/min、輥軸轉(zhuǎn)速175r/min和傾斜角度5°時(shí)的綜合評(píng)分最高，故選擇以上參數(shù)作為油茶果殼籽清選機(jī)的最優(yōu)工作參數(shù)。

3 最優(yōu)參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證油茶果殼籽清選機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)的清選效果，進(jìn)行了最優(yōu)參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，進(jìn)行了4次重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果求平均值，得出在最優(yōu)工作參數(shù)下的油茶果殼籽清選機(jī)清選后的茶殼清選率為99.33%，茶籽損失率為1.81%，清選效果較好。

4 結(jié)論

1)采用齒、光輥對(duì)滾原理進(jìn)行新鮮油茶果殼籽精確分離切實(shí)可行，可適用于粗選后的油茶果殼籽混合物精確分離，分離效果良好。

2)以籽中茶殼清選率和茶籽損失率為試驗(yàn)指標(biāo)，傾斜角度、輥軸轉(zhuǎn)速和喂料速度為試驗(yàn)因素進(jìn)行了清選試驗(yàn)，得出了試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響規(guī)律。

3)采用綜合評(píng)分法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：在油茶果殼籽清選機(jī)傾斜角度為5°、輥軸轉(zhuǎn)速175r/min、喂料速度15kg/min時(shí)，可保證綜合效果最佳，茶殼清選率為99.33%，茶籽損失率為1.81%。

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Design and Test of the Grab Type Precise Sorting Machine of Camellia Oleifera Fruit’s Shell and Seed

Xiao Jing, Li Lijun, Yang Daoyu, Yang Shusong, Hu Wenyu

(Mechanical and Electrical Engineering Institute,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China)

Camellia is a kind of important oil tree species in China. Tea oil which derived from camellia fruit is a kind of healthy oil that beneficial to human body, also get the favour of the masses, and the huge market demand. In recent years, Camellia planting area has increased dramatically, The problem of separate the mixture of camellia fruit shell and seeds seriously restrict the industrialization and the large scale production of tea oil in our country. In view of this situation, we designed a separator that can be efficient and accurate separate the mixture of camellia fruit shell and seeds.

camellia fruit; precise sorting machine; separation of shell and seed; grab type

2016-05-09

湖南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目(2014207)

肖 靜(1988-)，男，湖南漣源人，碩士研究生，(E-mail)414970937@qq.com。

李立君(1964-)，女，湖南寧鄉(xiāng)人，教授，博士生導(dǎo)師，博士后，(E-mail)junlili1122@163.com。

S226.5

A

1003-188X(2017)04-0093-05

This paper discusses the structural design, key technology parameters of the separator, and the test procedures of the model machine. Test results showed that the machine Angle, roller speed and feed rate has significant effect to the rate of seeds contains shell and the rate of broken seeds, and in the angle of 5 °, roller speed 175 r/min, the feeding speed of 15 kg/min, get the best experiment results that the cleaning rate of tea seed shell was 99.33%, and the loss rate of tea seed was 1.81%, which proves the feasibility of camellia fruit shell and seeds separator.