油茶果脱壳分选设备研究现状分析

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(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.国家林业局林业装备工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150086；3.东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨150040)

综述

油茶果脱壳分选设备研究现状分析

曲振兴1，2，樊涛1，2，张世才3，徐克生1，2，王德柱1，2，胡景阳1，汤晶宇1，2*

(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.国家林业局林业装备工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150086；3.东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨150040)

介绍了几种油茶果脱壳分选机械装备的主要结构及工作原理，对间隙挤压揉搓、柔性辊抽打、多滚刀撞击切割等脱壳形式进行了分析，对油茶果壳、油茶籽分选方式(风选、摩擦分选、色选、筛分)进行了分析，为油茶果脱壳的设计开发提供一定参考。

油茶果；脱壳机；工作原理；结构形式

油茶是一种有较高经济价值的作物，油茶籽富含油脂，可用于加工茶油。我国对油茶产业的发展高度重视，2009年10月国务院正式批准实施《全国油茶产业发展规划(2009一2020年)》，指明了油茶产业的发展方向。油茶果由果壳和茶籽组成，油茶果采摘后需要在1～2周内进行脱壳分选处理，因为刚采摘下来的油茶鲜果含水率较高，脱壳不及时会发生霉变，影响油茶籽的干燥、储存和加工，使茶油品质下降。目前油茶果去皮主要还是以人工方式为主，效率低，劳动强度大。随着劳动力成本的日益增加，机械化代替人工已成为众多加工企业的客观需求。油茶果脱壳后，果壳和茶籽混合物料中破碎的果壳和茶籽大小、形状差异不大，使油茶果壳和油茶籽的分离清选困难很大，因此研究开发满足用户需求的油茶果脱壳分选机具有实际意义。

1 国内外油茶果脱壳分选设备研究现状

在国外，油茶的种植未形成一定的规模，只有东南亚地区有少量的种植。因此国外相关学者对油茶果的分选研究很少，对油茶果产业的相关设备研究基本处于空白，至今尚未发现油茶果脱壳清选技术的相关报道。

国内关于农业物料分选机理及物理特性的研究主要集中在核桃、板栗、莲子、花生、银杏等方面，对油茶果破壳分选技术的研究近几年才刚刚起步。随着油茶近年来种植量的增大，目前国内对油茶果脱壳机械装备的需求和研究日益增多。

张风等[1]采用柔性挤压原理设计了油茶鲜果剥壳机，如图1所示。该机结构中设计了三棱锥轴与圆筒筒壁，依靠两者之间的间隙对油茶果进行柔性挤压，首先将油茶果加入进料斗中，油茶果依靠自重掉入挤压筒与挤压轴的缝隙中，挤压轴通过皮带轮由电机带动旋转，挤压轴为三棱型转子，转子在旋转过程中可有效撞击油茶果。油茶果受到挤压筒的反作用力作用而破裂，完成油茶果果壳、茶籽的脱壳，使茶籽、果壳分离。影响油茶果脱壳效果的因素主要有旋转速度、筒壁、锥轴、轴壁间隙和内衬材料等。

朱广飞等[2]设计的脱壳间隙可调油茶果脱壳机应用了挤压、搓擦原理，如图2所示。脱壳机构中的滚筒由环形板及分布均匀的纹杆组成，环形板和纹杆使滚筒表面形成凹槽结构，这种结构形式可有效地推动油茶果向前移动并对油茶果产生挤压力和搓擦力，滚筒下方布置有弧形栅板，油茶果随着滚筒旋转进入滚筒和弧形栅板组成的空间，油茶果在运动过程中受挤压、搓擦而破裂。破裂的油茶果壳和茶籽混合沿箱体掉入分离装置的圆弧槽筛网中，分离装置中布置有搅拌齿，通过搅动对油茶果壳及茶籽进行分离，圆弧槽筛网的筛孔可过滤油茶籽和较小尺寸的果壳，过滤出的物料收集到下料斗中，没有过滤的大油茶果壳由搅拌齿带动从出料口排出。

图2 挤压、搓擦油茶果脱壳机结构1.机架；2.搅拌轴；3.滚筒；4.进料斗；5.减速机；6.出料口；7.圆弧槽筛网；8.电机；9.调节机构；10.弧形栅板；11.箱体；12.下料口

蓝峰等[3]研发的油茶果脱壳清选机采用了挤压、撞击和揉搓原理，如图3所示。油茶果由进料口进入脱壳腔内，脱壳腔为楔形结构，腔内回转轴上安装有一定扭角和锥角、回转半径不同的脱壳杆，以适应不同尺寸的油茶果脱壳作业。当油茶果进入脱壳腔内，脱壳杆撞击、挤压油茶果的同时油茶果相互间也有摩擦、揉搓，最终实现果壳和茶籽的分离。脱壳后的混合物穿过下脱壳腔内的筛孔落入到清选装置后进行清选。根据果壳和茶籽的不同物理特性，采用弧形齿辊与光辊组合清选果壳茶籽的混合物，齿辊上设置有偏三角齿，果壳形状较薄容易被偏三角齿带入齿辊和光辊之间的间隙掉落，而茶籽外形较圆滑有很好的流动性和弹跳性，双辊上方设置的转动扫籽板可将齿光辊上不停跳动的茶籽分离到出料口，最终实现油茶果果壳与茶籽的分离。

图3 撞击、挤压和揉搓油茶果脱壳机结构1.机架；2.电动机；3.皮带传动系统；4.上圆筒盖；5.大脱壳盘；6.脱壳主轴；7.脱壳杆；8.进料斗；9.小脱壳盘；10.下圆筒筛；11.扫籽轴；12.扫籽橡胶板；13.出籽口；14.齿光辊组合

樊涛等[4]通过对比分析常用脱壳机的结构及适用范围，采用挤压与抽打搅拌两种脱壳原理，研制了一种双齿辊挤压加柱状柔性辊抽打复合式油茶果脱壳机。油茶果经过进料斗首先受到双齿辊机构的挤压，之后进入脱壳腔受到柱状柔性辊的抽打搅拌，经抽打后破碎脱壳，果壳和茶籽的混合物由脱壳腔内筛孔进入出料口。

熊平原等[5]分析了现有坚果类物料脱壳方法的优缺点，结合油茶青果的物理特性，采用了打击、切割的原理，设计出一种多滚刀撞击切割脱壳装置，该装置由均匀分布着刀片的刀轴通过力臂安装在圆盘上，随着传动轴的转动而旋转打击切割，工作时刀片可自由转动，也可绕刀轴回转，根据油茶果尺寸的大小活动刀片组可自动调整脱壳箱箱壁与刀片间的距离。设计出一种三级筛分网振动分选机构，筛网连接板由偏心轮机构带动，电机运转时偏心轮机构带动三级筛网同时运动，筛分油茶果壳和茶籽混合物，以实现壳籽的分离。

李阳等[6]采用揉搓和挤压原理，研制出一种揉搓型油茶果分类脱壳分选机，利用分类滚桶筛筛选大小不同的油茶果进入油茶果脱壳装置，揉搓去壳部分采用柔性揉搓板和柔性面运输带，两者相对运动对油茶果进行揉搓去壳，最终将油茶果果壳茶籽混合物运送到果壳茶籽分选机。分选机应用摩擦系数差异分选法，采用倾斜向上运动的振动托板橡皮输送带输送油茶果壳、茶籽混合物，摩擦系数较大的果壳由传送带带动向上运动，摩擦系数较小的茶籽则向下运动，最终实现油茶果果壳和茶籽的分离清选。

杨树松等[7]在研究油茶果生物特性的基础上，采用挤压、揉搓破壳原理，设计了基于挤压揉搓的油茶果破壳装置，对不同大小等级、不同含水率的油茶果在不同滚筒转速下进行了破壳性能试验。油茶果破壳是在内滚筒和外圆筒之间的空腔内进行的，内滚筒呈锥形，在圆筒内形成一个前大后小的锲形破壳室，以适应不同大小等级的油茶果破壳，油茶果通过进料口进入该空腔内，由内滚筒上的螺旋钢筋推动向出料口运动，空腔体积逐渐减小产生挤压作用，同时油茶果受到旋转的滚筒作用，被挤压和揉搓，使油茶果果壳破裂。

唐湘等[8]采用撞击、搓擦原理，设计了一种油茶果脱壳装置。该装置通过立式甩盘的撞击及脱壳室内齿圈的搓擦进行脱壳，离心甩盘和齿圈之间形成一个脱壳室。油茶果通过进料口在自身的重力作用下落入脱壳室，离心甩盘叶片高速旋转对油茶果进行打击使油茶果破裂，在离心力的作用下破裂的油茶果以较大的速度甩出，撞击到脱壳室内的齿圈上并与之产生搓擦，最终完成油茶果脱壳。

刘浩等[9]通过实验分析了油茶果相关特性，采用碾压原理，设计了一种油茶果脱壳清选样机，通过间隙可调式格栅结构完成对油茶果的初次筛选，控制加工油茶果的大小，采用脱壳机构碾压轮与底板之间的间隙对油茶果进行碾压脱壳，脱壳间隙可调，以满足油茶果按大小、分批次加工的需要。利用油茶果果皮与茶籽颜色的差异，通过CCD工业线阵相机与图像处理控制系统完成对果皮与茶籽的清选分离。

2012年广东新大地生物科技股份有限公司应用挤压和撞击原理，研制了一种油茶果脱壳机并通过振动筛对果壳茶籽混合物进行清选。该机利用螺旋叶片将油茶果挤压到甩料转鼓中，进入转鼓中的油茶果和带有锥状突起的栅形挡料板形成撞击完成脱壳，脱壳后的果壳和茶籽混合物料通过双层往复筛实现清选。

黄凤洪等[10]设计的油茶籽脱壳机应用了挤压和碾磨及风筛复合分离原理，该机的脱壳装置设计有辊筒和圆筒筛板，两者之间形成了脱壳室。辊筒前段由斜度较大的5条螺旋筋构成、后段由10条倾斜度较小的直筋构成，油茶果进入辊筒和圆筒筛板之间的脱壳室时前段斜度大推进速度快，后段斜度小推进速度较慢，由于辊筒前部与后部对物料的推进转速不同，在出料口设置自动调料门的控制下可对油茶果产生挤压作用，同时油茶果受到高速旋转辊筒的协同作用被挤压和碾搓，使油茶果破碎，根据油茶果的物理特性，采用筛选和风选相结合的复合式清选方式进行清选。

郭传真[11]研究了油茶果的物理特性，应用风选及摩擦复合清选原理设计了一种油茶果果壳茶籽分离装置。应用单因素实验研究了部件设计参数对分离效果的影响，并设计了相应的评价工具与方法。

涂立新等[12]利用搓擦原理研制出一种油茶果脱壳分选机。脱壳装置呈楔形布置，进料口处大、出料口处小，内部采用同轴心可旋转内外笼，内外笼由螺旋钢条焊接而成，油茶果在内外笼之间受到搓挤实现破壳。

2 综合分析

本文总结介绍了几种国内现有油茶果脱壳机的主要结构及工作原理，油茶果脱壳有两个基本步骤，一是油茶果脱壳，二是油茶籽和壳的分离。

油茶果脱壳主要采用间隙挤压揉搓、柔性辊抽打、多滚刀撞击切割等多种复合方式。其中挤压揉搓多采用双齿辊对旋方式或旋转椎盘及固定腔壁方式，其优点是结构简单，脱壳效率高。根据挤压过程采用的材料不同又分为柔性挤压揉搓和刚性挤压揉搓，采用柔性挤压揉搓的方式能较好地保护茶籽，降低茶籽的破损率[13]；缺点是柔性挤压需要两到三次反复作用才能达到果壳与茶籽的分离，脱壳效率低。采用刚性材料，在脱壳的同时茶籽也将被撞击破碎，容易造成茶籽间的互相挤压破碎。柔性辊抽打一般配合挤压使用，可以较好地降低茶籽破损率，但脱壳效率较低。多滚刀撞击切割脱壳方式能有效地切碎油茶果壳，大大提高脱壳率及生产效率，但茶籽的破损率增大。

油茶籽和壳的分离主要采用风选、摩擦分选、色选、筛分等。风选一般情况下不单独作为分离壳、籽的手段，因为脱壳后的壳和茶籽自重比较接近，风选很难达到预期效果，风选只能将脱壳过程中产生的碎末通过风机吹出，通常情况下都是配合其他方式共同完成壳、籽的分选工作。利用油茶果果壳与茶籽摩擦系数不同的物理特性设计清选方案的清选效果略好于风选，输送带平面摩擦清选的清选效率较低，过程难以控制。应用色选技术利用茶籽与果壳颜色的不同，果壳与茶籽混合物在振动给料器的作用下进入色选通道，通道中安装CCD镜头，物料进入过程中镜头拍下果壳和茶籽的图像，图像数据发送到控制系统进行数据处理，由于果皮与茶籽颜色存在差异，控制系统可对不同数据结果给出相应的处理指令，电机接收到反馈的处理指令后控制拨片运动，从而分离茶籽和果壳，其清选率较高，但成本也较高。如果油茶果晾晒或存放过长，油茶果果皮的颜色会逐渐加深，这时使用色选机清选成功率也将降低。筛选通常采用分级筛，由于油茶果本身形状大小差异较大，所以筛分需要不同规格多级筛分才能达到较好的效果，多级筛只能筛分出壳和茶籽差异较大的，对于壳和茶籽大小接近的很难得到彻底筛分。

3 结束语

现阶段国内油茶果脱壳设备以碾压、碾搓、剪切、挤压等脱壳方式为主，而油茶果果壳茶籽分选设备仍然处于起步阶段，当前还没有一款成熟的设备能够满足日常生产的要求，需要不断地进行研究和改进。

[1] 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.

[2] 朱广飞，任嘉嘉，王振，等.油茶果脱壳机的设计与工作参数优化[J].农业工程学报，2016(7)：19-27.

[3] 蓝峰，崔勇，苏子昊，等.油茶果脱壳清选机的研制与试验[J].农业工程学报，2012(15)：33-39.

[4] 樊涛，吴兆迁，曲振兴，等.油茶果脱青皮机的设计[J].林业机械与木工设备，2011(10)：35-36.

[5] 熊平原，王毅，吴卓葵，等.油茶青果脱壳装置研究与设计[J].中国农机化学报，2016(5)：126-129.

[6] 李阳，王勇，邓腊云，等.揉搓型油茶果分类脱壳分选机的脱壳和清选效果研究[J].湖南林业科技，2015(2)：38-42.

[7] 杨树松，李立君，高自成，等.基于挤压揉搓方法的油茶果破壳性能的试验研究[J].农机化研究，2015(9)：173-175+179.

[8] 唐湘，谢方平，李旭，等.油茶果脱壳装置设计及试验[J].湖南农业大学学报：自然科学版，2014(6)：665-668.

[9] 刘浩，王焱清，袁博.油茶果脱壳与清选关键技术及工艺研究[J].湖北工业大学学报，2015(1)：65-68.

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

[11] 郭传真.油茶果皮籽分离装置的设计与试验研究[D].武汉：华中农业大学，2011.

[12] 涂立新，涂立宏，王志伟，等.油茶果剥壳机：中国，CN201691022U[P].2011-01-05.

[13] 俞潇南，曹婉，覃钰舒，等.一种轻质便携无患子剥壳机的设计与改进[J].林业机械与木工设备，2016，44(8)：10-14.

AnalysisofResearchStatusofCamelliaFruitPeelingandSeparatingEquipment

QUZhen-xing1，2，FANTao1，2，ZHANGShi-cai3，XUKe-sheng1，2，WANGDe-zhu1，2，HUJing-yang1，TANGJing-yu1，2*

(1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang150086，China；2.Forestry Engineering Technology Research Center，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China；3.College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

The main structure and working principles of several kinds of Camellia fruit peeling and separating equipment are introduced，such peeling methods as gap squeezing and rubbing，flexible roller whipping and multi-hob striking and cutting are analyzed and the Camellia fruit and seed separating modes(wind-based separation，friction-based separation，color-based separation and screening)are analyzed，which provides certain reference for the design and development of Camellia fruit peeling equipment.

Camellia fruit；peeling equipment；working principle；structural form

TS642

A

2095-2953(2017)11-0004-04

2017-08-29

浙江省省院合作林业科技项目(2016SY02)

曲振兴(1982-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士，主要从事营林机械技术装备及其智能化理论与应用的研究，E-mail：qzx_2@163.com。

*通讯作者：汤晶宇(1980-)，男，黑龙江望奎人，副研究员，硕士，主要从事营林机械技术装备及其智能化基础研究与设备的开发，E-mail：hljtjy@163.com。

(责任编辑 王琦)