切流复式双滚筒葵花脱籽清选机的设计*

丁永金，田小兵，裴伟强，黄晓鹏

(甘肃农业大学工学院，甘肃兰州 730070)

0 引言

我国是葵花生产大国，播种面积约100万公顷，在世界上居第六位，主要集中在东北三省，华北的河北、内蒙古、山西以及西北地区的宁夏、甘肃、新疆等地。随着葵花籽作为食用油、小吃、药品等价值的不断发掘导致市场需求不断增大。葵花收获、脱粒、清选机械化及自动化发展是我国农业现代化的重要组成部分，是保证农村经济和农业发展的重要基石。近年来葵花收获、脱粒、清选等相关机械装备的研发力度不断增加，装备的数量和质量都有了很大的提高，作业效率、水平、质量进一步提高，生产规模不断扩大。但总体来说我国葵花生产的相关机械水平与发达国家相比任然存在较大差距。国内外有关葵花脱籽特性及脱籽机的设计进行了大量的研究，但传统的葵花脱籽机由于生产效率低下，破碎率高，已经不符合向日葵产业化发展的要求［1－7］。笔者在前期的简易脱籽装置脱籽试验研究的基础上，设计了一种切流复式双滚筒葵花脱籽清选机。

1 总体结构及工作原理

切流复式双滚筒葵花脱籽清选机的结构如图1所示，主要由机架、脱籽装置、风选装置、振动筛及传动装置等组成。工作时，葵花盘从进料口沿切向喂入，首先被旋转的纹杆滚筒卷入凹板间隙中，在脱籽纹杆的和缓式揉搓作用下大部分籽粒被脱下，然后在切向推力作用下葵花盘进入齿板滚筒的脱籽区，在脱籽齿板的冲击、梳刷作用下剩余籽粒被脱下，脱净的葵花盘从葵花盘出口排出。脱下的籽粒混合物则经分离筛分离后进入风选箱进行初清选以去除轻杂。风选后的籽粒碎杂混合物经承料淌板落入振动筛的初选筛上面进行初筛选，较大废料从初选筛末端的大废料出口排出，葵花籽和一些小杂则落到清选筛上面进一步清选，小杂则落入筛体下部从小废料出口排出，最终籽粒从清选筛末端的卸料口卸料装袋，从而一次性完成葵花的脱籽、清选及装袋。

图1 切流复式双滚筒葵花脱籽清选机结构简图

2 主要部件的设计

2.1 脱籽滚筒部件

根据葵花物理特性和脱籽特点，笔者提出葵花脱籽应以揉搓为主，打击为辅，揉搓要和缓、打击要轻，既要把籽粒从果盘上脱净，又要保持脱后果盘完整的脱籽思想。如图2所示，采用复式双滚筒同时工作以及加大滚筒直径增大包角的思想来增大葵花盘与脱离元件之间接触时间，以提高工作效率和脱尽率。取滚筒直径为300 mm，长900 mm。纹杆滚筒以六根环形均布在滚筒外缘表面的直径为20 mm的螺纹钢作为脱籽元件，以相对较低转速利用脱籽纹杆的揉搓来进行和缓式的脱籽。同时，由于在纹杆滚筒的脱籽过程中绝大部分的葵花籽粒已经被脱下，余下部分少且多为不易脱下的较牢固籽粒，因此齿板滚筒以六根环形均布在滚筒外缘表面的高20 mm，宽4 mm的脱籽齿板作为脱籽元件，以相对较高的转速进行冲击、梳刷脱籽，凹板间隙取25 mm。通过两个滚筒不同脱籽方式的相互结合，从而保证了脱籽时的低破损率和高脱尽率。对于脱籽滚筒转速的选择，考虑到上述设计思想以及分析脱籽线速度太高不仅会损坏葵花籽，增大破损率而且使得电动机所需功率上升，增加电动机成本，而脱籽线速度过低，则会使脱净率和生产率降低。因此，综合考虑后选取第一脱籽滚筒轴转速为600 r/min，第二脱籽滚筒取750 r/min。

图2 脱籽滚筒

2.2 分离筛

分离筛是脱籽后籽粒混合物分离的关键部件，由若干根直径为10 mm的圆柱形钢筋焊接而成。如图3所示，分离筛的网格间隔大小对于脱籽分离有重要影响，间隔过大，脱籽后杂质尺寸较大而为后续的清选工作带来很大困难，间隔过小，脱籽混合物不易从筛网分离落下，易造成拥堵从而影响脱籽效率且使电机负荷增大。因此考虑到以上因素并结合葵花籽长10～22 mm、宽5～8 mm、厚3～7 mm的外形平均尺寸而取分离筛网格间距为20 mm。考虑到一般葵花盘的厚度为30～50 mm，脱籽时脱籽元件对葵花盘在一定压紧状态下进行脱籽，因此设计脱籽纹杆及齿板与分离筛面的凹板间隙取25 mm，同时采用在分离筛两侧安装支架处增加垫板的方式来使凹板间隙可调的设计。分离筛对单个滚筒的包角为85°，两个滚筒的总包角为170°，完全可满足脱籽性能的要求。

2.3 风选装置

风选装置由风机、风选箱、进风口、出风口、承料淌板组成。如图4所示，风机直径400 mm，叶轮直径330 mm，转速为1 069 r/min。当脱出混合物通过分离筛网进入风选箱风道下落时，受到风机吹出的水平气流作用，悬浮速度小的轻杂物受气流的作用力较大而被吹出，悬浮速度大的的葵花籽及其它杂质则继续通过承料淌板流入振动筛中进行进一步的筛清选。其中，出风口的设计采用弯曲状管道的设计，以免葵花籽被气流吹出。同时，为了保证对振动筛筛子的利用率，在风选箱下部设计承料淌板，以使经过风清选后的葵花籽能够落入振动筛的一端进行筛选。整个风选箱壳体风机进风口出采用螺钉连接，其余部分采用焊接方式完成箱体的构造。风选箱壳体通过螺栓安装在机架上，将分离筛下部全部包住以减少粉尘扩散，改善工作条件，减少对环境的污染。

图3 分离筛

图4 风选装置

2.4 振动筛

振动筛由筛体、初选筛、清选筛、卸料口、大废料出口、小废料出口组成。如图5所示，整个振动筛采用二级分离设计，第一级为初选筛，实现较大杂质与葵花籽粒和小杂的分离。初选筛安装在筛体最上层，其尺寸为长1 346 mm，宽100 mm的筛网，考虑到初选筛的网格间隔大小对于清选分离效果有重要影响，间隔过大，尺寸较大的杂质也会落入下层葵花籽的清选筛而为后续的葵花籽的清选工作带来很大困难，间隔过小，则会使部分尺寸较大葵花籽不易从初选筛网分离落下，造成这部分葵花籽随大杂一起从大废料出口排出。因此考虑到以上因素并结合葵花籽长10～22 mm、宽5～8 mm、厚3～7 mm的外形平均尺寸而取初选筛网网格尺寸为10×20 mm，以满足葵花籽及小杂能够落下而大杂不能落下的性能要求。初选筛下面安装尺寸比它较小的第二级分离清选筛，其尺寸为长1 346 mm，宽862 mm，为满足葵花籽不能够从其上落下而小杂能落下的要求结合葵花平均尺寸而取清选筛的网格尺寸为5×5 mm。分离后的小杂则落入筛体底部，并将筛体底部设计成封闭形式以减少粉尘、小杂的扩散从而改善工作条件和减少对环境的污染。初选筛和清选筛的安装均采用螺钉连接设计，以实现方便筛子的拆换。整个振动筛通过摆杆连接在机架上，在其对应的传动机构作用下实现振动。

图5 振动筛

2.5 传动系统

传动装置设计包括驱动脱籽滚筒、风机、振动筛的三个传动的设计，如图6所示，脱籽装置和风机的传动比较简单，通过V带传动即可实现，具体设计为选择电动机作为动力源，并将其安装在脱籽装置与振动筛之间的机架上，其通过皮带分别与安装在滚筒轴上的大带轮和中带轮相连，进而驱动脱籽滚筒、转动，同时大带轮通过皮带与风机的小带轮相连驱动风机转动。而对于振动筛的传动，是将电动机传至脱籽滚筒轴的转动进一步用V带将位于滚筒轴另一端上的小带轮与安装在偏心轮上的轴上的中带轮相连，从而传递至偏心轮带动其转动，偏心轮的转动又带动移动推杆上下往复运动，其又使杠杆式摇臂摆动，进而推动振动筛来回运动。

图6 葵花脱籽清选机传动示意图

2.6 滚筒罩壳

滚筒罩壳作用主要有两个，一是与分离筛一起构成脱籽腔;二是起安全防护作用。如图7所示，本机将葵花盘的进料口和出料口设置在滚筒罩壳上以方便进料和出料，同时使结构简单紧凑。进料口和出料口的外形尺寸为了保证葵花盘能够容易进入和排出脱籽区，设计上充分考虑葵花盘的尺寸大小及进料和出料时的方向，使其沿分离筛切线方向落进和排出，并设计倾斜淌板以利于葵花盘从进料口进入和出料口排出。

图7 滚筒罩壳

3 结语

该机通过纹杆滚筒以相对较低速度主要利用揉搓原理脱籽，降低了破损率，齿板滚筒以较高转速主要以冲击、梳刷原理脱籽的双滚筒复合原理脱籽的设计思想，成功实现了降低破损率和有效提高了生产效率。同时，风选加筛选的组合清选方式使得葵花籽的选净程度有了很大的改善。能一次性完成葵花脱籽、清选及装袋。具有结构简单，脱尽率高，破损率低，清选彻底，果盘脱后完整，生产率高等优点。

［1］ S.Sudajana，V.M.Salokhea，K.Triratanasirichai.Effect of Type of Drum，Drum Speed and Feed Rate on Sunflower Threshing［J］.Biosystems Engineering，2002，83(4):413－421.

［2］ Anil J，Guruswamy T，Desai SR，etc.Effect of Cylinder Speed and Feed Rate on the Performance of Thresher［J］.Journal of Agricultural Sciences，1998(4):1120－1123.

［3］ Sharma K D，Devnani R S.Threshing Studies on Sunflower Thresher.Agricultural Mechanization in Asia［J］，Africa and Latin A-merica，1979，10(2):69－72.

［4］ 郭树和，阮春光，姜明芝.5TK－900型葵花脱粒机［J］.农牧与食品机械，1993(2):23－24.

［5］ 陈国军.输喂一体化自动葵花脱籽清选机［P］.中国，201320198479.5.2013.

［6］ 扈 永.葵花玉米脱籽清选机［P］.中国，201320558763.3.2014.

［7］ 徐奎山.料斗前置式双滚筒葵花脱籽机［P］.中国，201410402227.9.2014.