油茶果分級滾筒篩設計

油茶果分級滾筒篩設計康地;陳澤君;李陽;康四清【摘要】以湖南湘林系列、茶陵二仙系列、華碩系列等高產油茶新造林所采油茶果為材料，對收獲的油茶果進行分級處理,有效解決油茶果處理中油茶籽高破損率、低剝殼率、低凈度等問題.通過分析茶果尺寸分布情況，擬合其尺寸分布模型,得到油茶果數(shù)量和油茶果橫徑之間的關系，根據(jù)滾筒篩設計工藝計算，得到合適的參數(shù)范圍.為了達到油茶果處理成套裝備生產要求，經(jīng)過生產實驗最終確定滾筒篩采用非等差級差分級相關參數(shù)為:滾筒篩長為2.2m,直徑為0.6m;篩網(wǎng)級數(shù)為6級;轉速為20r/min;電機功率為0.75kw.【期刊名稱】《湖南林業(yè)科技》【年(卷)，期】2017(044)006【總頁數(shù)】4頁(P95-98)【關鍵詞】油茶果;滾筒篩;分級;橫徑【作者】康地;陳澤君;李陽;康四清【作者單位】湖南省林業(yè)科學院，湖南長沙410004;國家油茶工程技術研究中心，湖南長沙410004;湖南省林業(yè)科學院，湖南長沙410004;國家油茶工程技術研究中心,湖南長沙410004;湖南省林業(yè)科學院，湖南長沙410004;國家油茶工程技術研究中心湖南長沙410004;湖南省林業(yè)科學院，湖南長沙410004;國家油茶工程技術研究中心，湖南長沙410004【正文語種】中文【中圖分類】S776油茶為我國特有的木本食用油料樹種，與油橄欖、油棕、椰子并稱為世界四大木本油料植物，與烏柏、油桐和核桃并稱為我國四大木本油料植物［1］。油茶果由果殼（皮）和茶籽組成，茶籽由茶籽殼和茶仁組成，果殼不含油脂，含木質素、多縮戊糖、鞣質和皂素等，對加工油脂不利，須作脫殼處理［2］。近年來隨著大量豐產油茶基地的建設，油茶產量逐年大幅增加，鮮果屆時大量集中采摘上市。目前油茶鮮果處理多為純人工方式，將鮮果采取堆漚、翻曬、手工剝殼及分選［3］,所需時間長且勞動強度大、場地大。油茶鮮果剝殼技術和設備的研究近期才剛起步，加工時沒有對油茶果進行大小分類，而是混合加工［4-15］。油茶果由于自然、品種、撫育等因素造成油茶果尺寸大小不一，形狀各異；部分大果的籽比小果的尺寸大，同時小果含獨籽的概率高；這些因素導致油茶果機械處理過程中破損率高、凈度低，加大了油茶果處理成本，加之南方10-12月多陰冷天氣，導致破損的茶果和油茶籽易霉變、易腐爛、油脂酸敗，嚴重影響產品質量。該研究根據(jù)油茶果尺寸分布情況，采用滾筒篩對油茶果進行非等差分級，再進行后續(xù)環(huán)節(jié)加工，有效降低了破損率、提高了剝殼率和凈度。1油茶果材料收集油茶果收集于祁東縣城連墟鄉(xiāng)龍家亭村，祁東縣奇林油茶科技有限公司，為6~8年生良種油茶林湘林1號、湘林15號、茶陵二仙15號、茶陵二仙343、華碩等品種。共調查收集油茶果1443個。2油茶果尺寸分布模型擬合油茶果橫徑范圍為18-48mm，變動幅度大，平均29.4mm，標準差5.32mm。主要分布在果實橫徑為22~38mm之間，占總數(shù)的90.37%。內含獨籽的油茶果范圍主要集中在26mm以下。油茶果按1mm間距把所有的油茶果果實分成31組。各組油茶果果實所占總數(shù)的百分比分布進行正態(tài)分布擬合（見圖1）,呈現(xiàn)油茶果數(shù)量N從油茶果橫徑d關系，擬合模型如下：圖1不同果實橫徑數(shù)量分布Fig.1Numberofdifferentfruitdiameterattheequatorialsection3滾筒篩設計3.1設計原理滾筒篩設計為喂入口高而末端低，分為若干級，每級上分布不同尺寸的長方孔，各級的長方孔尺寸不同。從物料喂入口至最后出口，后組長方孔尺寸比前組大，小于第一組長方孔尺寸的油茶果從第一組掉出為第一級別進入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，以下依次類推。這種分級效率較高，目前廣泛應用于食品分級領域，由于橫徑在26mm以下的油茶果含獨籽概率高，而獨籽在剝殼處理中極易破損，因此滾筒篩篩孔尺寸在26mm以下的分級極差較小。為了保證設備的處理能力，篩孔尺寸在26mm以上的分級極差較大。工作時，油茶果由喂入口進入篩筒內，沿著旋轉篩筒的內壁上升。當上升至一定高度后落下。如此反復，逐步向篩筒另一端的出口移動。在這一過程中，小于篩孔的物料通過篩孔漏出；大于篩孔的油茶果隨著篩筒轉動被帶到篩筒的下一級，從而完成分選作業(yè)?？傮w機構如圖3所示。圖2滾筒式分級機Fig.2Roller-typeclassifier3.2滾筒篩分級設計考慮到油茶果尺寸范圍、后續(xù)處理需求，將滾筒篩的分級定為6級，各級的篩網(wǎng)的寬度Li與各級下篩的油茶果數(shù)量Ni按如下公式設計：在實際分級工作時，第一級主要篩分出泥土、石頭、樹葉、小樹枝等小雜，同時將物料打散。剩下各級將油茶果按規(guī)定尺寸分級。3.3滾筒篩篩孔設計生產率？生由以下公式計算：式中：z為滾筒篩上篩孔總數(shù)；P生為生產率；入為在同一秒內從篩孔中掉下物料的系數(shù)，因分級機型和物料性質不同而異，滾筒式可取1.0%~2.5%;m為物料的平均質量。根據(jù)生產率P生可以計算出篩孔總數(shù)z。滾筒篩篩網(wǎng)各級篩孔尺寸根據(jù)油茶果橫徑分布情況設計為：a1=22mm、a2=24mm、a3=26mm、a4=29mm、a5=33mm。油茶果經(jīng)過第5級篩網(wǎng)篩分后，不再經(jīng)過篩網(wǎng)篩分而直接進入下一道加工環(huán)節(jié)。3.4篩面尺寸設計當篩網(wǎng)總寬度L總確定后，根據(jù)式（2）計算出各級篩網(wǎng)的寬度Li,基于篩孔尺寸ai，計算出各級篩網(wǎng)篩孔列數(shù)。根據(jù)篩孔總數(shù)計算出各級篩網(wǎng)每列的篩孔數(shù)，通過篩孔尺寸bi,計算出各級篩網(wǎng)長Bi;以Bmax=max{Bi}計算出滾筒篩的半徑。圖3篩網(wǎng)展開Fig.3Sievescreenexpansion3.5滾筒篩轉速設計滾筒篩轉速n直接影響篩分效果，同時也與滾筒篩半徑有密切關系，油茶果在滾筒中的受力情況如圖4所示：圖4油茶果受力情況Fig.4Camelliaoleiferafruitforcesituation對滾筒中的油茶果作為質點Q,它處于升角P時受重力G和離心力Fc作用，則油茶果在滾筒篩上產生的摩擦力Ff;當油茶果沿滾筒切線方向的重力分力Gsin陀Ff時油茶果與滾筒篩一起向上運動；當Gsinp>Ff時，即開始向下滑動，此時亦為油茶果位于滾筒內表面的最高點。因此當Gsinp=Ff時，油茶果處于有效篩分的最高點。式中：f0為油茶果與滾筒篩摩擦系數(shù)；m為油茶果質量；g為重力加速度；R為滾筒篩內半徑；v為油茶果Q運動的線速度；n為滾筒篩轉速；中為摩擦角。帶入Gsin阡Ff化簡得：3.6滾筒篩功率設計油茶果滾筒篩采用中間軸式傳動，則功率P功為：式中：G1為滾筒自重；L為滾筒長度；D為滾筒直徑；p為油茶果密度；K為油茶果在滾筒中的填充系數(shù)；n為傳動效率。3.7滾筒篩設計參數(shù)確定滾筒篩長為2.2m，直徑為0.6m；篩網(wǎng)級數(shù)為6級；轉速為20r/min；電機功率為0.75kw。油茶果處理成套裝備設計滾筒篩分為6級總長為2.2m。其他主要參數(shù)選取如下表：計算得出滾筒篩半徑R=268.58mm，便于設計取300mm；轉速n取(22.4r/min~31.6r/min)，考慮滾筒篩有一定傾角n取(20r/min~27r/min)；功率P功=0.586kw，因此選用功率0.75kw方便電機選型。表1主要參數(shù)Tab.1Mainparameters序號名稱參考值123456生產率P生油茶果與滾筒篩摩擦系數(shù)f0升角P油茶果密度p填充系數(shù)k傳動效率n1.5t/h0.4~0.6中+(5°~10°)0.9~1.1g/cm30.05~0.100.6~0.74討論油茶果由于自然和人為因素造成油茶果尺寸范圍廣，部分大果的籽比小果的尺寸大;同時油茶果具有小果含獨籽的概率高，果殼厚而硬，籽殼薄而脆等特性。未分級的有油茶果在后續(xù)加工處理中剝殼率、破損率、凈度等指標難以保證。項目組設計的滾筒篩采用非等差分級技術，不僅保證小果加工處理效果，亦兼顧了大果的處理效率。滾筒篩分級機構結構簡單、工作平穩(wěn)、效率較高、物料機械損傷小，符合油茶果加工條件。設備于株洲豐科林業(yè)裝備科技有限責任公司進行生產實驗，滾筒篩如圖5所示：圖5滾筒篩實物Fig.5ThephysicalofRollersieve篩分油茶果過程中，油茶果具有初速度同時滾筒篩存在一定傾角，存在越級下篩現(xiàn)象，在篩網(wǎng)中安裝部分擋片則有效解決該問題，篩分效果良好。根據(jù)湖南省7~8年生常見品種油茶果根據(jù)數(shù)量與橫徑的擬合模型進行滾筒篩相關參數(shù)設計：長為2.2m;直徑為0.6m;篩網(wǎng)級數(shù)為6級，各級長方形篩孔的寬度尺寸為：22mm、24mm、26mm、29mm、33mm;轉速為20r/min;電機功率為0.75kw。經(jīng)過生產加工實驗檢測，經(jīng)分級后的油茶果處理加工效果顯著提高：剝殼率為99.3%、破碎率為1.7%、凈度為98.7%。此油茶果分級技術可為供油茶果處理成套設備提供參考。參考文獻：[1]張超英.談我國油茶產業(yè)的發(fā)展[J].國家林業(yè)局管理干部學院學報，2013,12(1)：21-24.[2]彭陽生，奚如春.油茶栽培及茶籽油制取[M].北京：金盾出版社，2006.崔勇，藍峰，蘇子昊，等.油茶栽培機械化作業(yè)技術路線研究[J].南方農機，2010(1)：42-45.王潘龍，陳少雙，王國興，等.一種油茶果剝殼機：中國專利，201620555012.5[P].2017-01-04.[5]陳仁崇.一種油茶果剝殼機：中國專利，201620890880.9[P].2016-08-17.[6]李萬元.一種油茶果剝殼機：中國專利，201410445129.3[P].2014-12-10.[7]曹洽瑄.一種移動式油茶果剝殼機：中國專利，201620794119.5[P].2017-03-01.[8]李忠和，唐婷，顏彥，等.一種離心式油茶果剝殼裝置：中國專利，201520429819.X[P].2016-01-20.[9]李小周，王其林，張義祥，等.一種油茶果剝殼、烘干一體機：中國專利，201520755242.1[P].2016-03-23.[10]黎子明，蘇子昊，謝舒.油茶果脫殼清選機組設計[J].農業(yè)工程，2014,4(6)：99-100.唐湘，謝方平，李旭，等.油茶果脫殼裝置設計及試驗[J].湖南農業(yè)大學學報，2014,40(6)：665-668.崔勇，藍峰，