低破碎葵花脱籽机的设计与试验*

黄晓鹏,万芳新,汪山刚

(甘肃农业大学工学院,甘肃兰州 730070)

低破碎葵花脱籽机的设计与试验*

黄晓鹏,万芳新,汪山刚

(甘肃农业大学工学院,甘肃兰州 730070)

葵花籽是一种重要的经济作物,近年来产业得到了迅猛的发展。脱籽是葵花生产加工中的一道关键工序。机械化程度低制约了生产率和经济效益的提高。针对现有葵花脱籽机存在的问题,设计了一种低破碎葵花脱籽机,确定了整机结构,设计了一种齿钉螺旋形脱籽辊。通过单因素试验,对葵花脱籽机的脱籽性能进行了试验研究,探讨了影响葵花脱籽效果的关键因素,为葵花脱籽机结构以及相关参数优化奠定了理论依据。

葵花脱籽机;脱籽辊;低破碎;设计;试验

0 引 言

葵花籽具有营养丰富,含有大量的食用纤维,能够降低癌症的发病率,还可以提取油脂、蛋白质、绿原酸等优点,近几年产业得到了迅猛的发展[1-3]。在英国、美国、德国、日本等发达国家,向日葵已形成产业化、集群化种植模式。同时采用机械化生产,并逐步向智能化、系统化收获方式转变[4-6]。

脱籽是葵花生产加工中的一道关键工序,目前我国广大种植农户还是多采用人工敲打方式,生产效率低下,限制了产业规模和效益[1]。虽然市场上各种类型葵花脱籽机很多,但脱籽效果不佳,主要体现在:脱净率低、含杂率、损伤率高、脱籽过程中向日葵盘卡在脱籽滚筒中,从而使脱籽机中途停机等问题。

针对现有葵花脱籽机存在的问题,设计一种低破碎葵花脱籽机,并进行试验研究,为葵花籽机械化生产提供理论依据。

1 葵花脱籽机的设计

1.1 整机结构与工作原理

整机结构如图1所示,主要由传动装置、脱籽装置、清选装置、机架、外壳、进料口、出料口等几部分组成。机架由50×50圆钢相互焊接而成,动力源既可以用电动机又可以由汽油机带动,脱籽装置包括脱籽辊和弧形栅条,清选装置采用分级振动筛清选方式,振动筛由三层筛构成,第一层网筛网孔较大,主要分离大杂,第二层网筛由相互交错的细钢丝构成,主要分离葵花籽,第三层网筛网眼细密,主要分离微小杂余,在三层的网筛边缘分别设置有大杂、葵花籽、微小杂余三个出料口,振动筛振动机构的曲柄摇杆机构一端与旋转轴连接,另一端与分级筛连接。

图1 葵花脱籽机整机结构

工作时,电动机或汽油机通过皮带带动安装在外壳内的脱籽辊高速旋转,葵花盘由进料口喂入。脱籽辊为轴流式,葵花盘在外壳内壁导向板的作用下轴向移动,在脱籽辊、凹板的搓擦、冲击作用下将葵花籽脱出,通过凹板间隙落入振动清选装置,脱完籽的葵花盘沿轴向由出料口排出。动力经曲柄摇杆机构带动清选装置振动筛振动,通过三层分级筛,将大杂、葵花籽和微小杂余分离。

1.2 脱籽装置的设计

脱籽装置是葵花脱籽机的核心部件,决定了脱净率、损伤率等性能指标的优劣。本机脱籽装置由脱籽辊、弧形栅条以及拉伸弹簧组成。其中脱籽辊由脱籽栅条和焊接在脱籽栅条的搓齿钉组成,且焊接在脱籽栅条的搓齿钉排列成螺旋形状;弧形栅条由若干根圆弧形状的圆钢组成;脱籽辊与弧形栅条之间的间隙通过拉伸弹簧可调,间距一般为30 mm。脱籽装置的结构图2所示。

图2 脱籽装置结构图

1.3 清选装置的设计

本次设计的低破碎葵花脱籽机清选装置包括振动分级筛、振动机构和振动筛固定机构等。其中,分级筛由筛体和三层筛网组成。筛体由板厚为2 mm的薄钢板焊接而成的,在三层的网筛边缘分别设置有出料口,振动筛振动机构的曲柄摇杆机构一端与旋转轴连接,另一端与分级筛连接,其结构如图3所示。

图3 清选装置构造示意图

工作时,通过脱籽装置后的籽粒混合物进入做周期性往复运动的振动分级筛,分级筛的第一层将体积比较大的含杂物留在筛面上,而葵花籽和体积小含杂物就通过第一层网筛进入第二层网筛,第二层网筛将葵花籽留在筛面上,而体积小的含杂物通过第二层网筛进入第三层网筛,随着分级筛的振动,大含杂物通过第一层网筛出料口排出脱籽机之外,葵花籽通过第二层网筛出料口进入集料箱,体积小含杂物通过第三层网筛排出脱籽机之外。

2 试验研究

2.1 试验指标

脱净率:葵花脱籽中,脱出葵花籽数量占总葵花籽质量的比率。如式(1):

式中:η为脱净率,%;n1为脱出来的籽粒数量,kg;n2为未脱出来的籽粒数量,kg;

损伤率:在葵花脱籽中,脱出籽粒破损的数量与脱出籽粒总数量的比值。如式(2):

式中:η为损伤率,%;n1为脱出来的籽粒总数量,kg; n2为脱出籽粒中破损的数量,kg;

清选净度:在葵花脱籽中,脱出籽粒的质量与脱出籽粒混合物(包括杂质)质量的比值。如式(3):

式中:η为损伤率,%;n1为脱出来的籽粒的质量,kg;

n2为籽粒中杂物的质量,kg。

2.2 试验及结果分析

2.2.1 脱籽栅条数量对脱籽效果的影响

当脱籽辊转速为700 r/min、脱籽辊与弧形栅板间隙为30 mm、喂入量为200 kg/h、含水率为28%时,脱籽效果随脱籽栅条数量的变化如图4所示。

图4 试验指标随脱籽栅条个数变化图

由图4均值变化折线可以看出,当脱籽栅条数量为5时,葵花籽的脱净率和清选净度的均值接近94%,脱净率和清选净度平均值明显高于脱籽栅条数为4、6、7的脱净率和清选净度的均值,而此时其损伤率均值也低于脱籽栅条数为4、6、7时损伤率的均值,所以当取脱籽栅条数量为5时,脱籽辊脱籽效果较好。

2.2.2 脱籽辊与弧形栅板间隙对脱籽效果的影响

当脱籽栅条数量为5、脱籽辊转速为700 r/min、喂入量为200 kg/h、葵花盘含水量为28%时,脱籽效果随脱籽辊与弧形栅板间隙的变化如图5所示。

由图5均值变化折线可知,当脱籽辊与弧形栅板间隙从10 mm开始逐渐增大时,脱净率和清选净度均增大,间隙为30 mm时,脱净率和清选净度达到最大值,随后在间隙35 mm处,脱净率和清选净度均比间隙在30 mm处要小。在间隙为10 mm和15 mm处,葵花籽的损伤率处于最大值,然后随着脱籽辊与弧形栅板间隙增大,损伤率逐渐减小,当间隙达到35 mm时,损伤率达到最小值。间隙为30 mm时的脱净率和清选净度达到最大值,其损伤率大于35 mm时的损伤率,但相差较小。由此可得出结论:当脱籽栅条、脱籽辊转速、喂入量以及葵花盘含水量一定的情况下,脱籽辊与弧形栅板之间间隙为30 mm时,葵花脱籽机的整体脱籽效果较优。

图5 试验指标随脱籽辊与弧形栅板间隙变化图

2.2.3 脱籽辊转速对脱籽效果的影响

当脱籽栅条数量为5、脱籽辊与弧形栅板间隙为30 mm、喂入量为200 kg/h、葵花盘含水量为28%时,脱籽效果随脱籽辊转速的变化如图6所示。

图6 试验指标随脱籽辊转速的变化图

由图6中的脱净率、损伤率和清选净度均值变化折线可知,当脱籽辊的转速从450 r·min-1开始逐渐增大时,脱净率、清选净度以及损伤率均增大,当脱籽辊的转速增大到700 r·min-1时,葵花脱籽机的脱净率、清选净度以及损伤率均达到最大值,脱籽辊转速在700 r·min-1,脱净率和清选净度接近97%,而损伤率约为2.2%,均高于转速在其它数值时的损伤率,因此不能够判定脱籽辊转速在700 r·min-1时对脱籽效果最佳。

3 总 结

(1)针对现有葵花脱籽机存在的问题,设计了一种低破碎葵花脱籽机,确定了整机结构,设计了一种齿钉螺旋形脱籽辊。

(2)以脱净率、损伤率、清选净度为试验指标,通过单因素试验,探讨了脱籽栅条个数、脱籽辊与弧形栅板间隙、脱籽辊转速等因素对葵花脱籽机的脱籽性能的影响,为结构及工作参数的优化提供了依据。

[1] 王廷生,陈广德,李 艳.甘南县向日葵生产现状及对策[J].黑龙江农业科学,2010(7):169-170.

[2] 宋远平.提高向日葵结实率的几项技术措施[J].杂粮作物, 2010,30(1):43.

[3] 赵贵兴,钟 鹏,陈 霞,等.我国向日葵产业发展现状及对策[J].食品工业,2011(10):76-77.

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[5] Belluco W,De Chiffre L.Surface integrity and part accuracy in reaming and tapping stainless steel with new vegetable based cutting oils.Tribology Internationa,2002(135):865-870.

[6] Cetin M H,Ozcelik B,Kuram E,Demirbas E.2011.Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method.Journal of Cleaner Production,2011(19): 2049-2056.

Design and Test of Low Crushing Sunflower Thresher

HUANG Xiao-peng,WAN Fang-xin,WANG Shan-gang
(Engineering College,Gansu Agriculture University,Lanzhou Gansu 730070,China)

Sunflower seed is an important economic crop which has been developed rapidly in recent years.The de-seeding is a key process in the production of sunflower seeds.The low mechanization degree has restricted the improvement of productivity and economic benefit.Aiming at the problems existing in the sunflower thresher,a low-crushing sunflower thresher was designed in this paper.The whole structure was determined,and the tooth type spiral threshing roller was designed.By single factor test,experimental research was carried out on the performance of the sunflower thresher,the key factors that would influence the effect of thresher were also studied,which could establish the theoretical basis for the parameter optimization on the thresher structure.

sunflower thresher;threshing roller;low crushing;design;test

S817.12

A

1007-4414(2015)05-0071-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.023

2015-09-19

甘肃省教育厅高校科研项目(编号:2013A-059)

黄晓鹏(1975-),男,甘肃临洮人,教授,博士,研究方向:农业机械装备制造。