抓夹式油茶果壳籽清选机设计与试验研究

肖 静，李立君，杨蹈宇，杨树松，胡文宇

(中南林业科技大学 机电工程学院，长沙 410004)



抓夹式油茶果壳籽清选机设计与试验研究

肖 静，李立君，杨蹈宇，杨树松，胡文宇

(中南林业科技大学 机电工程学院，长沙 410004)

油茶是一种重要的油料树种，随着我国油茶种植面积与产量的增加，油茶果破壳后壳籽分离难已成为社会关注的焦点问题。为此，设计了可高效分离油茶果壳籽混合物的抓夹式油茶果壳籽清选机。同时，论述了抓夹式油茶果壳籽清选机的结构设计与工作原理，并进行了壳籽分离试验。试验结果表明：在油茶果壳籽清选机倾斜角度为5°、辊轴转速175r/min、喂料速度15kg/min时可保证综合效果最佳，茶壳清选率为99.33%，茶籽损失率为1.81%，从而验证了油茶果壳籽清选机的可行性。

油茶果；清选机；壳籽分离；抓夹式

0 引言

油茶是一种木本油料树种，与油橄榄、油棕、椰子并称“世界四大木本油料树种”[1]。茶油是油茶种子中提取获得的油脂，具有重要的药用价值[2-4]，是一种对人体有益的保健型营养油，受到广大群众的青睐，市场需求巨大[5]。我国的油茶品种、分布范围及油茶产量均居于世界首位[6]。据国家林业局统计，我国的油茶产量已经从2008年的20万t多增加到了2012年的45万t，产值由110亿元增加到了390亿元[7]。随着油茶种植面积与产量的增加，传统的人工筛拣分离油茶果壳籽混合物的方法由于存在劳动效率低、生产成本高等缺陷，已无法满足其规模化和产业化需求，脱壳后的油茶壳籽混合物分离难成为了社会关注的焦点问题[8]。

现有的油茶果壳籽分离装置多采用气流分选法和振动筛网分选法[9-10]。气流分选法利用壳、籽的空气动力学特性不同，使得在气流的作用下壳、籽前进位移不同，达到壳籽分离；振动筛网分选法利用壳、籽外形尺寸不同，在筛网振动过程中达到壳籽分离。但两种分离方法均存在分离后籽中含壳率较高这一缺陷，仍需进行二次分离。针对这一现状，设计了可以高效分离油茶果壳籽混合物的抓夹式油茶果壳籽清选机。该机与中南林业科技大学李立君等设计研发的油茶果脱壳粗选机配套使用，可用于新鲜油茶果脱壳粗选去除过大果壳后的壳籽混合物的精确分离。本文论述了清选机的结构设计与工作原理，并进行了壳籽分离试验。

1 结构设计与参数确定

油茶果壳籽清选机总体结构如图1所示。

1.底座 2.角度调节机构 3.总装机架 4.电机 5.带传动

油茶果壳籽清选机由底座、角度调节机构、总装机架、电机、减速机及执行机构等组成，如图1所示。工作时，动力由电机提供，通过带传动、减速机减速后，输送给执行机构，驱动其完成壳籽精选工作。角度调节机构由丝杠螺母机构驱动调节滑块前后滑动，再通过调节连杆带动总装机架绕回转铰链上下偏转，调节执行机构倾角。

执行机构由机架、前支撑、后支撑、动力输入链轮轴、动力传动系统、齿辊及光辊等组成，如图2所示。动力输入后，通过链传动、齿轮传动驱动齿辊、光辊同时运转且光辊与齿辊转向相反。

1.机架 2.前支撑 3.动力输入链轮轴 4.进料挡板 5.进料斗

齿辊与光辊结构图如图3所示。图3中，齿辊截面开有V型槽，油茶果壳籽混合物由进料口落入执行机构内部后，通过齿辊与光辊的相互作用使齿辊尖齿切入果壳内部，“抓”住果壳后将其拖入出壳口；而籽由于体积较果壳大，故而不会被齿辊“抓”住，反而在重力、辊轴的作用下滑落至出籽口。清选机主要参数如表1所示。

图3 齿辊与光辊结构图

参数名称参数参数名称参数执行机构倾角3°～11°辊轴转速150～250r/min齿光辊间隙2.5mm扫籽板偏角20°扫籽板与齿辊顶隙3mm喂料速度15～25kg/min

2 分离试验与分析

2.1 试验材料与设备

本次试验所用的油茶果为湖南省长沙雪峰山油茶合作社提供的新鲜油茶果，脱壳粗选后，果壳与籽尺寸分布不均，具有较大的代表性。粗选后壳籽混合物如图4所示。

图4 粗选后的油茶果壳籽混合物

本次试验所用的油茶果壳籽清选机相关技术参数如表2所示。

表2 试验设备技术参数

续表2

2.2 试验方法与结果分析

油茶果壳籽混合物的清选效果为检验本文论述的壳籽清选机的核心指标，而在清选过程中会不可避免地破坏油茶籽，造成茶籽损失，故本次试验取清选后的茶壳清选率和茶籽损失率为试验指标。

1)茶壳清选率：清选前后的茶壳质量之差k1-k2与清选前茶壳总质量k1的比值为W1，即

(1)

2)茶籽损失率：清选前后的茶籽质量之差g1-g2与清选前茶籽总质量g1的比值为W2，即

(2)

通过分析油茶果壳籽清选机的工作过程，发现辊轴转速、倾斜角度和喂料速度均会对试验指标产生影响，故选取以上3个因素进行15组试验，每组试验进行3次，对试验结果求平均值，如表3和图5所示。

表3 试验结果

图5 试验结果

由表3和图5可以得出以下结论：

1)随着倾斜角度的增加，茶壳清选率逐渐降低，茶籽损失率也逐渐降低；

2)随着辊轴转速的增加，茶壳清选率逐渐增大，茶籽损失率也逐渐增大；

3)随着喂料速度的增加，茶壳清选率逐渐降低，茶籽损失率基本不变。

究其原因：倾斜角度越大，壳籽混合物在重力的作用下滑落至出料口的时间变短，使得清选机构的作用抓夹次数缩短，同时抓碎茶籽的概率变小，致使茶壳清选率降低，茶籽损失率也降低；辊轴转速越大，清选机构的作用抓夹次数增多，同时抓碎茶籽的概率变大，致使茶壳清选率增加，茶籽损失率也升高；喂料速度越大，壳籽混合物在清选机构内的堆积厚度越大，致使清选机构无法清选到上层混合物，但抓碎茶籽的概率不变，从而致使茶壳清选率降低，茶籽损失率基本不变。

通过分析试验结果，发现茶壳清选率和茶籽损失率两指标互相冲突。为选取油茶果壳籽清选机最优工作参数，对试验结果进行综合评分，评分标准如下：

1)当茶壳清选率W1>99%时，得10分；当W1<90%时，得0分；当90%

(3)

2)当茶籽损失率W2<1.5%时，得10分；当W2>3%时，得0分；当1.5%

(4)

按照评分标准对试验结果进行综合评分，评分结果如表4所示。

表4 综合评分结果

续表4

由表4可知：喂料速度15kg/min、辊轴转速175r/min和倾斜角度5°时的综合评分最高，故选择以上参数作为油茶果壳籽清选机的最优工作参数。

3 最优参数的试验验证

为验证油茶果壳籽清选机最优工作参数的清选效果，进行了最优参数验证试验，进行了4次重复性试验，结果如表5所示。

表5 验证试验结果

对验证试验结果求平均值，得出在最优工作参数下的油茶果壳籽清选机清选后的茶壳清选率为99.33%，茶籽损失率为1.81%，清选效果较好。

4 结论

1)采用齿、光辊对滚原理进行新鲜油茶果壳籽精确分离切实可行，可适用于粗选后的油茶果壳籽混合物精确分离，分离效果良好。

2)以籽中茶壳清选率和茶籽损失率为试验指标，倾斜角度、辊轴转速和喂料速度为试验因素进行了清选试验，得出了试验因素对试验指标的影响规律。

3)采用综合评分法对试验结果进行了综合评价。评价结果表明：在油茶果壳籽清选机倾斜角度为5°、辊轴转速175r/min、喂料速度15kg/min时，可保证综合效果最佳，茶壳清选率为99.33%，茶籽损失率为1.81%。

[1] 马力.油茶籽的综合开发[J].粮食与食品工业,2007(3):10-12．

[2] 王文杰,陈长庚,程剑.茶油在医药保健方面的积极作用[J].中国食物与营养,2007(9):48-51.

[3] 陈梅芳,顾景范.茶油延缓动脉粥样硬化形成及其机理的探讨[J].营养学报,1996,18(1):13-19.

[4] 周杨,徐俐.油茶的营养价值及开发利用[J].贵州林业科技，2010,39(1):40-45.

[5] 岳臻.我国油茶市场需求研究[D].长沙:中南林业科技大学,2012.

[6] 陈永忠,罗健,王瑞,等.中国油茶产业发展的现状与前景[J].粮食科技与经济,2013,138(1):10-12.

[7] 柳维河,焦玉海.全国油茶产业发展现场会在湖北咸宁举行[J].中国林业产业,2013(3):10.

[8] 黄凤洪,李文林,夏伏建,等.油茶籽脱壳机的研制与应用[J].农业工程学报,2006, 22(11):147- 151.

[9] 张风,杨志斌,张劲夫.油茶鲜果剥壳机机械设计原理[J].湖北林业科技，2013(3):21-23.

[10] 陈翠英,王志华,李青林.油菜脱出物在气流中的运动分析[J].农业机械学报,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

湖南省高校科技创新团队支持计划项目(2014207)

肖 静(1988-)，男，湖南涟源人，硕士研究生，(E-mail)414970937@qq.com。

李立君(1964-)，女，湖南宁乡人，教授，博士生导师，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.