抓夾式油茶果殼籽清選機設計與試驗研究

肖 靜，李立君，楊蹈宇，楊樹松，胡文宇

(中南林業科技大學 機電工程學院，長沙 410004)

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抓夾式油茶果殼籽清選機設計與試驗研究

肖 靜，李立君，楊蹈宇，楊樹松，胡文宇

(中南林業科技大學 機電工程學院，長沙 410004)

油茶是一種重要的油料樹種，隨著我國油茶種植面積與產量的增加，油茶果破殼后殼籽分離難已成為社會關注的焦點問題。為此，設計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。同時，論述了抓夾式油茶果殼籽清選機的結構設計與工作原理，并進行了殼籽分離試驗。試驗結果表明：在油茶果殼籽清選機傾斜角度為5°、輥軸轉速175r/min、喂料速度15kg/min時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%，從而驗證了油茶果殼籽清選機的可行性。

油茶果；清選機；殼籽分離；抓夾式

0 引言

油茶是一種木本油料樹種，與油橄欖、油棕、椰子并稱“世界四大木本油料樹種”[1]。茶油是油茶種子中提取獲得的油脂，具有重要的藥用價值[2-4]，是一種對人體有益的保健型營養油，受到廣大群眾的青睞，市場需求巨大[5]。我國的油茶品種、分布范圍及油茶產量均居于世界首位[6]。據國家林業局統計，我國的油茶產量已經從2008年的20萬t多增加到了2012年的45萬t，產值由110億元增加到了390億元[7]。隨著油茶種植面積與產量的增加，傳統的人工篩揀分離油茶果殼籽混合物的方法由于存在勞動效率低、生產成本高等缺陷，已無法滿足其規模化和產業化需求，脫殼后的油茶殼籽混合物分離難成為了社會關注的焦點問題[8]。

現有的油茶果殼籽分離裝置多采用氣流分選法和振動篩網分選法[9-10]。氣流分選法利用殼、籽的空氣動力學特性不同，使得在氣流的作用下殼、籽前進位移不同，達到殼籽分離；振動篩網分選法利用殼、籽外形尺寸不同，在篩網振動過程中達到殼籽分離。但兩種分離方法均存在分離后籽中含殼率較高這一缺陷，仍需進行二次分離。針對這一現狀，設計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。該機與中南林業科技大學李立君等設計研發的油茶果脫殼粗選機配套使用，可用于新鮮油茶果脫殼粗選去除過大果殼后的殼籽混合物的精確分離。本文論述了清選機的結構設計與工作原理，并進行了殼籽分離試驗。

1 結構設計與參數確定

油茶果殼籽清選機總體結構如圖1所示。

1.底座 2.角度調節機構 3.總裝機架 4.電機 5.帶傳動

油茶果殼籽清選機由底座、角度調節機構、總裝機架、電機、減速機及執行機構等組成，如圖1所示。工作時，動力由電機提供，通過帶傳動、減速機減速后，輸送給執行機構，驅動其完成殼籽精選工作。角度調節機構由絲杠螺母機構驅動調節滑塊前后滑動，再通過調節連桿帶動總裝機架繞回轉鉸鏈上下偏轉，調節執行機構傾角。

執行機構由機架、前支撐、后支撐、動力輸入鏈輪軸、動力傳動系統、齒輥及光輥等組成，如圖2所示。動力輸入后，通過鏈傳動、齒輪傳動驅動齒輥、光輥同時運轉且光輥與齒輥轉向相反。

1.機架 2.前支撐 3.動力輸入鏈輪軸 4.進料擋板 5.進料斗

齒輥與光輥結構圖如圖3所示。圖3中，齒輥截面開有V型槽，油茶果殼籽混合物由進料口落入執行機構內部后，通過齒輥與光輥的相互作用使齒輥尖齒切入果殼內部，“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。清選機主要參數如表1所示。

圖3 齒輥與光輥結構圖

參數名稱參數參數名稱參數執行機構傾角3°～11°輥軸轉速150～250r/min齒光輥間隙2.5mm掃籽板偏角20°掃籽板與齒輥頂隙3mm喂料速度15～25kg/min

2 分離試驗與分析

2.1 試驗材料與設備

本次試驗所用的油茶果為湖南省長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

本次試驗所用的油茶果殼籽清選機相關技術參數如表2所示。

表2 試驗設備技術參數

續表2

2.2 試驗方法與結果分析

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

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

(1)

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

(2)

通過分析油茶果殼籽清選機的工作過程，發現輥軸轉速、傾斜角度和喂料速度均會對試驗指標產生影響，故選取以上3個因素進行15組試驗，每組試驗進行3次，對試驗結果求平均值，如表3和圖5所示。

表3 試驗結果

圖5 試驗結果

由表3和圖5可以得出以下結論：

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間變短，使得清選機構的作用抓夾次數縮短，同時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；輥軸轉速越大，清選機構的作用抓夾次數增多，同時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構內的堆積厚度越大，致使清選機構無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。

通過分析試驗結果，發現茶殼清選率和茶籽損失率兩指標互相沖突。為選取油茶果殼籽清選機最優工作參數，對試驗結果進行綜合評分，評分標準如下：

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

(3)

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

(4)

按照評分標準對試驗結果進行綜合評分，評分結果如表4所示。

表4 綜合評分結果

續表4

由表4可知：喂料速度15kg/min、輥軸轉速175r/min和傾斜角度5°時的綜合評分最高，故選擇以上參數作為油茶果殼籽清選機的最優工作參數。

3 最優參數的試驗驗證

為驗證油茶果殼籽清選機最優工作參數的清選效果，進行了最優參數驗證試驗，進行了4次重復性試驗，結果如表5所示。

表5 驗證試驗結果

對驗證試驗結果求平均值，得出在最優工作參數下的油茶果殼籽清選機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 結論

1)采用齒、光輥對滾原理進行新鮮油茶果殼籽精確分離切實可行，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指標，傾斜角度、輥軸轉速和喂料速度為試驗因素進行了清選試驗，得出了試驗因素對試驗指標的影響規律。

3)采用綜合評分法對試驗結果進行了綜合評價。評價結果表明：在油茶果殼籽清選機傾斜角度為5°、輥軸轉速175r/min、喂料速度15kg/min時，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%。

[1] 馬力.油茶籽的綜合開發[J].糧食與食品工業,2007(3):10-12．

[2] 王文杰,陳長庚,程劍.茶油在醫藥保健方面的積極作用[J].中國食物與營養,2007(9):48-51.

[3] 陳梅芳,顧景范.茶油延緩動脈粥樣硬化形成及其機理的探討[J].營養學報,1996,18(1):13-19.

[4] 周楊,徐俐.油茶的營養價值及開發利用[J].貴州林業科技，2010,39(1):40-45.

[5] 岳臻.我國油茶市場需求研究[D].長沙:中南林業科技大學,2012.

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[7] 柳維河,焦玉海.全國油茶產業發展現場會在湖北咸寧舉行[J].中國林業產業,2013(3):10.

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[10] 陳翠英,王志華,李青林.油菜脫出物在氣流中的運動分析[J].農業機械學報,2004,35(5):90-93.

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

湖南省高校科技創新團隊支持計劃項目(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，湖南寧鄉人，教授，博士生導師，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.