一种适宜葵花籽长度分选的异形窝眼结构

温海江

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 佳木斯分院，黑龙江 佳木斯 154004)

1 技术背景

近20年来，葵花籽产品消费需求持续增加，我国向日葵种植面积先减后增，技术进步不断带动单产和总产增加，与国际市场贸易活跃度显著提高。全球葵花籽产出主要以油用葵花籽为主，我国食用葵花籽在国际市场上具备明显竞争优势，内蒙古、新疆是我国向日葵两大主产区，产量占比分别为59.16%和16.43%。随着我国居民收入水平提高和健康消费意识增强，向日葵作为多元化食用葵花籽休闲产品和优质食用植物油的重要原料来源，消费总量将继续增加。但我国大部分葵花籽加工企业加工技术和设备有待改进，一定程度上造成产品质量不高，制约了葵花籽市场销量的进一步增加[1]。

随着我国农产品精选加工技术的进步，农产品收购的标准也日益提高。葵花籽收购时的检验方法是随机选取20粒葵花籽样品，沿籽粒长度方向首尾相接一字排开，测量20粒葵花籽的总长度，如果被测长度小于所规定的收购标准长度则拒绝收购，由此可以看出葵花籽收购标准主要按其籽粒长度来标定。目前，窝眼分选是按谷物籽粒长度分选的唯一有效方法，窝眼分选的机型有窝眼筒清选机和窝眼盘清选机[2]，其中较为常用的是窝眼筒清选机。其工作部件为在金属板上冲压制成窝眼再卷圆成型的窝眼筒(图1)，备选物料进入窝眼筒内后，如其籽粒长度小于窝眼直径，将陷入窝眼内并随筒旋转上升到较高的高度，因重力而掉落进入集料槽，集料槽角度可通过倾角调节装置调整以达到最佳的清选效果。选出的较短籽粒由集料槽中的螺旋输送器排出机外，未完全进入窝眼的较长籽粒，随窝眼筒旋转运动在未达到集料槽高度时就提前掉落，始终没有机会进入集料槽，较长籽粒最终沿筒内壁呈螺旋线轨迹向后滑移而排出窝眼筒，这样将备选物料中的较长籽粒和较短籽粒分离开来[3]。当前葵花籽精选加工一般先经过风筛式清选机和比重式清选机两个基本清选流程，然后必须再通过窝眼筒清选机进行长度分选，清除其中较短的籽粒，方可达到收购企业要求的质量标准。

1.窝眼筒；2.集料槽；3.螺旋输送器；4.较短籽粒；5.较长籽粒；6.倾角调节装置图1 窝眼筒分选原理

目前，葵花籽精选加工所用的窝眼均为半球形，要达到理想的分选效果，葵花籽进入窝眼时的理想位置应该是其长度方向与窝眼筒圆周切线线速度方向一致，并且葵花籽的小头指向线速度方向，小头在前大头在后，这样才能取得良好的分选效果。而实际半球形窝眼在工作中，葵花籽粒进入窝眼时有垂直窝眼运动方向的，还有小头在后大头在前逆向的，不能保证葵花籽在窝眼中处于理想的位置，这样导致想要清除的短葵花籽还没运动到集料槽高度就从窝眼中脱落，严重影响窝眼筒分选的质量和生产效率。本文的异形窝眼结构可以更有利于葵花籽按照理想位置进入窝眼中，而且窝眼筒单位面积上的窝眼排列数量远远大于现有半球形窝眼排列的数量，采用此种窝眼结构的窝眼筒清选机可以有效提高分选质量，机器生产率提高50%以上。

2 原理

依据葵花籽外形尺寸特征(图2)，葵花籽的长度a>葵花籽的宽度b>葵花籽的厚度c，且宽度和厚度沿长度方向从根部到尖部逐渐变小，形成一端大(称之为大头)、一端小(称之为小头)的独特形状，专为葵花籽窝眼筒清选机研究出的一种异形窝眼结构。

图2 葵花籽外形

1.窝眼;2.葵花籽图3 葵花籽在窝眼内的理想位置

异形窝眼结构可以保证想要淘汰的较短葵花籽陷入窝眼时处于理想位置(图3)，葵花籽大头位于窝眼运动的后方，葵花籽小头朝向窝眼运动的前方，葵花籽在窝眼的承托下沿窝眼筒圆周做稳定运动，不会出现多个葵花籽同入一个窝眼，以及葵花籽横向陷入窝眼(即葵花籽长度方向与窝眼运动方向垂直)的现象，更不会出现葵花籽反向陷入窝眼(即葵花籽大头指向窝眼运动的前方，葵花籽小头在窝眼运动的后方)的现象，克服了现有半球形窝眼中的上述诸多不利因素发生，有效避免工作时的窝眼堵塞，可使窝眼筒分选效率及分选质量大幅度提高。

异形窝眼结构在窝眼筒上的排列更为合理。将异形窝眼在窝眼筒上排列与半球形窝眼排列进行对比(图4)，从图中可以看出，异形窝眼(长度为l)的排列方式如图4a，同样直径尺寸为l的半球形窝眼排列方式如图4b，两种排列方式保证相邻两窝眼边距相同，同样的面积上异形窝眼的排列数量是半球形窝眼数量的1.4倍以上，也就是说采用异形窝眼结构在单位面积上排列的窝眼数较半球形窝眼要提高40%以上，对于同等直径和长度的窝眼筒清选机来说，分选同长度的葵花籽生产率至少可以提高40%以上。

图4 窝眼筒窝眼排列对比

图5 异形窝眼结构

3 具体结构

根据被选葵花籽的长、宽、厚尺寸及其形状特性，设计出一种异形窝眼结构(图5)，该窝眼结构采用在金属板材上冲压成型，也可采用金属材料或非金属材料铸造成型。根据被选葵花籽的长度、宽度、厚度尺寸来设计窝眼的长度l、宽度w、深度h等关键尺寸。窝眼宽度w沿长度l方向和深度h方向均逐渐变小分别为w1和w2，窝眼深度h沿长度l方向逐渐变小为h1，形成能够稳定并准确地承托与容纳需要分离的较短葵花籽，还可以使较短葵花籽能够顺利掉落，不至窝眼发生堵塞，且便于加工成型的异形窝眼结构[4]。

参照图3、图5，异形窝眼尺寸中长度l方向与窝眼运动方向相同，窝眼大端在窝眼运动方向的后方，窝眼小端在窝眼运动方向前方，这样可以保证要淘汰的较短葵花籽顺利陷入窝眼中，并且随窝眼筒的旋转达到一定高度后顺利掉入集料槽中，达到按长度分选的目的。窝眼的长度l应大于等于要淘汰的较短葵花籽长度a,确保按长度分选的精确度。窝眼长度l大于窝眼底部水平长度l1，窝眼宽度w和窝眼深度h沿窝眼长度l方向超过底部长度l1后开始逐渐变小，这样使窝眼形状更接近葵花籽粒外形，能够更好地承托葵花籽粒。

异形窝眼的宽度w应大于被清选的葵花籽宽度b,且留有一定余量，确保所有的较短葵花籽都能有机会陷入窝眼。窝眼宽度w沿窝眼长度l方向逐渐变为窝眼小端宽度w1，且w>w1，这样使窝眼形状更接近葵花籽粒外形，可以有效解决半球形窝眼内葵花籽大头指向窝眼运动方向的不利现象发生。窝眼宽度w沿窝眼深度h方向逐渐变为窝眼底部宽度w2，且w>w2，窝眼沿深度方向各个水平剖面均是这样，此结构可以使较短的葵花籽更容易脱离窝眼。

参照图3、图5，异形窝眼小端设有圆角半径R，R根据窝眼加工工艺确定。窝眼各部位设有过度圆角半径r，r根据窝眼加工工艺确定,且尽量取最小值，r的存在可以使较短的葵花籽容易陷入窝眼和脱离窝眼。

参照图2、图3、图5，异形窝眼的深度h尺寸应满足如下条件：(h-r)>c/2，确保窝眼能够有效承托陷入窝眼的葵花籽。窝眼深度h沿窝眼长度方向逐渐变为窝眼小端深度h1，且h>h1，这样使窝眼形状更接近葵花籽粒外形，使被淘汰的较短葵花籽粒在窝眼中处于相对稳定的理想位置。

4 结论

窝眼形状、尺寸是决定窝眼筒分选质量的关键要素，针对当前葵花籽采用半球形窝眼进行长度分选时的不足，根据被选葵花籽的长、宽、厚尺寸及其形状特性，设计出一种异形窝眼结构，能够稳定并准确地承托与容纳需要分离的较短葵花籽，还可以使较短葵花籽能够顺利掉落，不至窝眼发生堵塞，且便于加工成型。另外，此种窝眼结构在窝眼筒单位面积上的排列数量较现有同规格的半球形窝眼排列数量提高40%以上，再加上克服了现有半球形窝眼工作时容纳的较短葵花籽方向杂乱、位置不理想等严重影响分选质量的不利因素，这样就可使同样直径和长度的窝眼筒分选机生产率提高50%以上，且获得更好的分选效果。

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