葵花脱籽辊的设计与试验

(甘肃畜牧工程职业技术学院，甘肃 武威 733006)

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，近几年葵花籽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]。

葵花脱籽是葵花加工中的一个核心环节，目前市场上的葵花脱籽机品种较少，大多采用揉搓和梳齿的方式脱籽，不能满足使用者的要求[5-7]。针对消费者的需求和现有葵花脱籽机存在的问题，本研究设计了一种新型的脱籽辊，并进行试验研究，以期为葵花籽的机械化生产提供理论依据。

1 葵花脱籽机结构与工作原理

1.1 葵花脱籽机的结构

为了满足市场需求，课题组根据物料特性设计了一种低破碎葵花脱籽机。本次设计的低破碎葵花脱籽机主要包括机架、电机、进料口、脱籽装置、清选装置和抛扔装置等机构。脱籽装置包括脱籽辊和弧形栅条，其中弧形栅条是由若干根圆弧状圆钢焊接而成，脱籽辊是由圆形辊以及焊接在圆形辊的螺旋形圆钢构成，清选装置采用分级振动筛清选方式，振动筛由三层筛构成，第一层的网筛由若干个网孔构成，第二层的网筛由相互交错的细钢丝构成，第三层的网筛也是由相互交错的细钢丝构成，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，振动机构的带轮与旋转轴相连接；葵花盘抛扔装置由抛扔外壳和抛扔转轮构成。葵花脱籽机整机结构如图1所示。

图1 葵花脱籽机整机结构1.电动机；2.脱籽装置外壳；3.抛扔装置；4.机架；5.分级振动筛；6.进料口

1.2 葵花脱籽机的工作原理

整机利用冲击和揉搓原理进行脱籽，且为轴流式，即葵花盘由进料口进入，在脱籽辊轴向输送作用下从另一端排出，其中脱籽装置由弧形栅板和轴流式脱籽辊组成，能够实现葵花籽与葵花盘的分离，通过杂质清除装置实现杂质与葵花籽的初步分选，再经葵花籽出口装置对葵花籽进行收集。

2 脱籽辊的设计

目前，脱籽辊主要有带齿钉开式脱籽辊、带齿钉封闭式脱籽辊、纹杆脱籽辊和螺旋形脱籽辊四种结构形状。其中，齿式脱籽辊的优点是能够对葵花脱籽盘边缘部分充分脱籽，脱净率高，纹杆式脱籽辊的优点是脱籽效率高[8-10]。脱籽辊的形式如图2所示。

结合不同脱籽辊的特点，如图3所示，设计了一种新型轴流式脱籽辊，其分为两段，第一段为螺旋纹杆式，由滚筒和脱籽条构成，脱籽条截面呈三角形，但工作角呈圆弧状，脱籽条呈螺旋状焊接在滚筒上，经第一段脱籽后将葵花盘向第二段输送；第二段为螺旋齿杆式，主要由滚筒、脱籽杆齿及其安装装置构成。脱籽辊的主要构件是由12 mm×12 mm×12 mm的小方钢经过折弯成一定角度的脱籽辊条和搓齿钉组成。其中，组成该脱籽辊的脱籽辊条共有5根，它们与圆板焊接形成正五边形的形状，搓齿钉每4根组成一组焊接在脱籽辊条上，按照脱籽辊上的搓齿钉形成螺旋形状焊接而成。

图2 脱籽辊形式

图3 脱籽辊结构示意图1.轴；2.辊齿；3.齿架

3 试验研究

3.1 试验指标

葵花脱籽中，脱出来的葵花籽数量占总葵花籽数量的比率为脱净率，如式(1)所示：

(1)

式中：η1为脱净率/%；n1为脱出来的籽粒数量/颗；n2为未脱出来的籽粒数量/颗。

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为损伤率，如式(2)所示：

(2)

式中：η2为损伤率(%)；n3为脱出来籽粒破损数量(颗)；n4为脱出籽粒中未破损的数量(颗)。

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)质量的比值为清选净度，如式(3)所示：

(3)

式中：η3为清选净度(%)；n5为脱出来的籽粒的质量(kg)；n6为籽粒中杂物的质量(kg)。

3.2 试验结果与分析

3.2.1 转速对脱籽辊脱籽效果的影响

当葵花盘的喂入量为200 kg/h、含水率为28%时，转速对脱籽辊脱籽效果的影响如图4所示。

图4 不同脱籽辊随转速变化的脱籽效果

由图4可以看出，当脱籽辊的转速增加时，带齿钉开式脱籽辊的脱净率、损伤率以及清选净度均随着转速的增大而增大，但脱净率和清选净度均不高，损伤率均超过2%；由图4(c)可以看出，纹杆脱籽辊的脱净率、损伤率以及清选净度与转速呈正相关，并且当转速为700 r/min时，脱净率和清选净度均小于95%，只有当转速为700 r/min时，损伤率大于2%；从图4(d)可以看出，当齿钉螺旋形脱籽辊的转速达到650 r/min时，脱净率和清选净度均超过96%，其损伤率也小于2%，当转速增至700 r/min，脱净率和清选净度均在97%，但在该转速下的损伤率反而较在650 r/min转速下的损伤率有所提高。

3.2.2 喂入量对脱籽辊脱籽效果的影响

当脱籽辊转速为700 r/min、葵花盘含水率为28%时，喂入量对脱籽辊脱籽效果的影响如图5所示。

由图5可以看出，喂入量增加时，四种脱籽辊的脱籽效率均呈现减少的趋势。其中，纹杆脱籽辊的变化率最大，带齿钉闭式脱籽辊和齿钉螺旋形脱籽辊的变化率最小。同时可见，初始喂入量为200 kg/h时，带齿钉闭式脱籽辊和齿钉螺旋形脱籽辊的脱籽效率最好，纹杆脱籽辊次之，带齿钉开式脱籽辊最小；当喂入量增至400 kg/h到1 000 kg/h范围内，三种脱籽辊脱籽效率的变化率顺序依次为：纹杆脱籽辊>带齿钉开式脱籽辊>带齿钉封闭式脱籽辊>齿钉螺旋形脱籽辊；当喂入量增至1 000 kg/h时，纹杆脱籽辊的脱籽效率突然为零。这是因为由于喂入量过多，使物料在脱籽装置内将纹杆脱籽辊卡住。

图5 不同脱籽辊随喂入量变化的脱籽效果

通过对比四种脱籽辊的脱籽效果，发现随着喂入量增大，齿钉螺旋形脱籽辊脱籽比较稳定，脱籽效果比较好。因此，四种脱籽辊中齿钉螺旋式脱籽辊的效果最优。

4 结论

针对葵花脱籽辊的不足，设计了一种新型轴流式脱籽辊，并以脱净率、清选净度和损伤率为试验指标，对不同的脱籽辊进行了试验研究，结果表明齿钉螺旋式脱籽辊的脱籽效果最优。