八角除梗机的研制

李勇江，林 萍，李开祥，曾祥艳，梁文汇，李军集，夏 晖

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.南宁市科索科技有限责任公司，广西 南宁 530002)

八角(Illiciumverum)为八角科(Illiciaceae)八角属(Illicium)植物，是特产于我国广西、云南等山区的经济树种[1]。我国是八角生产大国，八角资源占世界八角资源总量的 85% 以上，据国家林业和草原局经济发展研究中心统计数据，2021年全国八角总面积47.27万hm2，八角产量约20.69万t，而广西八角产量又占全国80%以上。八角果用途广泛，可直接用于炖、煮、腌、卤、泡等各种烹饪，是我们日常生活常见的调味品；八角果是一种中药材，具有健胃、驱风、镇痛、调中理气、祛寒湿，治疗消化不良和神经衰弱等多种功效；八角果含有丰富的挥发油，经过提取挥发油获得产品茴油，茴油经过进一步分离加工和提纯获得各种成分，包括茴香脑、茴香醛、草蒿脑等[2]，这些成分广泛应用于食品工业和日化用品工业。未经处理的八角干果通常带有果梗，果梗没有什么利用价值，果梗的存在会使八角堆放时占用更多的空间，不利于包装运输。在国家标准中，八角果梗属于杂质，验收时应予以拣除[3]。八角果梗用人工方法去除，费时费工，为此我们研制了八角除梗机，很好地解决了八角干果除梗问题。

1 主要技术参数

外形尺寸(长×宽×高)/mm：3 600×550×1 000

圆筒筛直径Φ/mm：380

滚筒转速/r·min-1：≤30

处理量/kg·h-1：≥120

除梗率/%：≥92

电机功率/kW：6.5

2 除梗方案的确定

八角，果梗长20～56 mm，聚合果，直径35～40 mm，饱满平直，蓇葖多为8个，呈八角形，长14～20 mm，宽7～12 mm，厚3～6 mm，先端钝或钝尖[4]。果梗为圆条状，与蓇葖聚合形成的果实部分几何形状尺寸有很大的差异。本设计正是利用八角果实的几何形状特点，设计一倾斜的圆筒筛，筛孔大小与果梗直径大小相适应。在筛内设置一轴向刮板，在圆筒筛外设置一切刀，见图1所示。圆筒筛旋转时刮板将八角在圆筒筛内沿旋转方向翻抛，八角沿抛物线“翻跟斗”落下，当果梗对准筛孔时，由于果梗直径与果实部分几何形状尺寸差异巨大，果梗可穿过筛孔，果实其余部分则不能通过。利用旋转切除原理，圆筒筛外的切刀将穿出筛孔的果梗切除掉，得到八角果实部分，即无梗八角，实现除梗目的。由于圆筒筛的倾斜旋转，圆筒筛内的刮板将八角不断翻抛，同时迫使八角作轴向螺旋行进，直至从圆筒筛尾部抛出。

图1 除梗方案示意图1.切刀；2.带梗八角；3.刮板；4.圆筒筛；5.筛孔

3 结构及工作原理

八角除梗机结构见图2、图3和图4。主要由机架、进料斗、滚筒装置、除梗装置、果梗出口、八角出口、动力传动系统等组成。

图2 除梗机立体结构示意图1.机架；2.进料斗；3.滚筒装置；4.除梗装置；5.果梗出口；6.八角出口；7.动力传动系统

图3 除梗机结构前视图1.机架；2.进料斗；3.滚筒装置；4.除梗装置；5.果梗出口；6.八角出口；7.三角胶带；8.三角胶带轮；9.减速器；10.电机

图4 A-A剖面图1.拉伸弹簧；2.调节螺栓；3.定位角铁；4.切刀；5.进料斗；6.滚环；7.圆筒筛；8.定位轴承；9.刮板；10.承重轴承；11.机架

滚筒装置由滚筒、承重轴承、限位轴承等组成，倾斜安装于机架上。滚筒一端的滚环由两个承重轴承支承，滚环上部由两个限位轴承限位；滚筒另一端的端盖通过轴销与减速器连接。滚筒径向一侧安装有除梗装置，除梗装置由拉伸弹簧、调节螺栓、定位角铁、切刀等组成。切刀与滚筒轴向平行，刀锋与转动方向相反，通过拉伸弹簧和调节螺栓的作用，使刀锋紧贴圆筒筛表面。动力传动系统由电机、减速器、轴销钉、三角胶带轮及三角胶带等组成，其功能是将动力传递给滚筒。

工作时，八角从进料斗落入滚筒的圆筒筛内，由于滚筒装置的倾斜与转动，圆筒筛内的轴向刮板将八角不断翻抛滚动，果梗随机落入筛孔并伸出圆筒筛外表面，随着滚筒转动，果梗被安装在滚筒外的除梗装置切除。切除的果梗落入滚筒下方的果梗出口。八角在圆筒筛内不断地被翻抛并向滚筒尾部作螺旋行进，经过一段足够长距离的螺旋运动后，果梗被去除，得到的八角无梗果，从滚筒尾部开口，落入八角出口，滑出机体外。

4 主要部件的设计、计算及选用

4.1 机架

主要由机架主体、活动盖板、固定盖板及万向轮等组成。经过计算，滚筒的重量60 kg左右，机架主体由四条立柱、四条横梁采用规格25 mm×25 mm×1.5 mm的不锈钢方通焊接而成。在横梁四周焊接规格25 mm×25 mm×1.5 mm的不锈钢方通直撑和斜撑进行加固，确保机架有足够的强度。机架在除梗装置一侧安装活动盖板，方便观察机内情况及切刀调节；活动盖板用25 mm×15 mm×1.5 mm的不锈钢方通和0.5 mm厚的不锈钢板焊接而成。固定盖板采用0.5 mm厚不锈钢板焊接或卯接于机架主体上，既防尘又美观；机架立柱底部安装有4个万向轮，方便设备移动。

4.2 滚筒

滚筒的结构如图4所示，由滚环、圆筒筛、刮板和端盖组成。端盖、滚环、刮板与圆筒筛通过焊接连为一整体。滚筒筛靠近端盖一端开有180 mm×100 mm的开口方便出料。圆筒筛直径取380 mm。

图5 滚筒1.滚环；2.圆筒筛；3.端盖；4.刮板

4.2.1 滚筒筛

滚筒筛由不锈钢板弯曲焊制而成，弯曲前先将筛孔加工好，筛孔的大小，以果梗能通过，果实其余部分不能通过为原则，筛孔直径为4 mm，采用60°品字型交错排列，筛孔间中心间距为10 mm。圆筒筛展开示意图见图6。

图5 圆筒筛展开示意图

4.2.2 圆筒筛有效长度的确定

八角在圆筒筛内翻抛滚动，果梗落入筛孔的机会是随机的，要将果梗完全去掉，必须让八角在圆筒筛有足够的置留时间，让八角在圆筒筛内翻抛滚动螺旋行进的过程中，果梗有足够的机会落入筛孔被切刀切除。从八角落入圆筒筛点起，到圆筒筛尾端出口上边缘止，这段距离为圆筒筛的有效长度。八角在圆筒筛内被反复翻抛滚动，运动状态复杂，无法进行精确计算。圆筒筛的有效长度可按如下公式估计算：

L=D×tgα×n×i×T

式中：D为圆筒筛内径，mm；α为圆筒筛轴线与水平面夹角，mm；n为电机转速，rad/min；i减速比；T运行时间，min。

取D=380 mm，α=3°，n=1 430转/min，i=1/50，T=5 min。

代入上式得：L=2 848，实际取L=2 900。

4.3 切刀

切刀结构如图7所示。主要由刀片、圆管、拉杆及定位环等组成，刀片、拉杆及定位环与圆管通过焊接成为一整体。由于刀片较长，为使刀片全长能均匀地与圆筒筛面接触，拉杆的间距取150 mm。

图7 切刀1.刀片；2.圆管；3.拉杆；4.定位环

4.4 电机及减速器选用

根据工作要求，滚筒转速取28.6 r/min，电机选用单相双峰值异步电动机，功率6.5 kW，转速为1 430 r/min；减速器选用WPA型，减速比为1/50。

5 试验及结论

样机于2021年3月21日，在南宁市科索科技有限责任公司广西上思县八角烘干基地进行试验，以检验样机的除梗效果。试验结果，从八角落入进料斗开始，到第一颗八角果从出料口出来，耗时约为2分钟；从停止进料开始，到最后一颗八角果出来，约为6分钟；果梗去除率94%；每小时可处理八角干果148.5 kg，实现了预定的设计性能。通过试验还得出如下经验：在除梗处理前，八角干果应经过筛选去杂处理；八角干果含水率直接影响果梗的去除率和八角碎口率，含水率太高，果梗变软不易切除；含水率太低，八角变脆，碎口率增加。为兼顾两方面，八角含水率在13%～15%除梗效果最佳。