揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)的脫殼和清選效果研究

李 陽， 王 勇， 鄧臘云， 陳澤君

( 湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長沙 410004)

揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)的脫殼和清選效果研究

李 陽， 王 勇， 鄧臘云， 陳澤君*

( 湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長沙 410004)

揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)采用揉搓和擠壓原理，通過利用分類滾動篩篩選大小不同的油茶果進(jìn)入油茶果脫殼裝置，在運(yùn)輸帶與柔性揉搓板相互配合運(yùn)動的揉搓作用下而脫殼。結(jié)果表明：在含水率低于55%，曲軸轉(zhuǎn)速在240～260r/min，履帶速度在0.4～0.6m/s，振動電動機(jī)頻率50 Hz，分選帶水平面傾角50°～55°工藝條件下，該機(jī)處理量≥900kg/h，脫凈率≥97%，清選率≥97%，碎籽率≤5%，損耗率≤1%。此設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中具有普適性，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

油茶果； 揉搓式； 振動彈跳式； 清選

油茶是我國特有的一種木本油料植物，油茶果由果蒲(殼)和茶籽組成，茶籽由茶籽殼和果仁組成，果殼不含油脂，含木質(zhì)素及多縮戊糖、鞣質(zhì)和皂素等，對加工油脂不利，須作脫殼處理，另作它用[1-4]。鮮果剛采摘下來含水率較高，如不及時脫殼易霉變，會影響油茶籽后續(xù)的干燥、儲存和加工，進(jìn)而影響茶油的品質(zhì)和出油率。油茶果及時脫內(nèi)、外殼后加工，不僅可以大大提高油的得率和質(zhì)量，提高餅糖蛋白含量和食用效價，改善餅糖適應(yīng)性，而且可以提高設(shè)備利用率，降低電能耗和設(shè)備磨損，減輕油的精煉負(fù)荷，簡化精煉工藝，更有利于茶皂素產(chǎn)品的精加工及油茶綜合利用[5-8]。

目前，油茶果分類脫殼，果殼和茶籽分選集成技術(shù)及機(jī)械研究尚處空白，油茶果脫殼采用人工方式脫殼，效率低，勞動強(qiáng)度大，成本高，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。油茶果的機(jī)械脫殼技術(shù)及設(shè)備的研究才剛起步，雖然已存在有少量不同結(jié)構(gòu)和功能的可用于油茶果脫殼和殼、仁分離的機(jī)械設(shè)備，但這些設(shè)備大都處理量較小，且技術(shù)性能指標(biāo)較差[9]。油茶果是天然生長的植物果，其大小形狀均不一致，大小差別較大，而茶籽受力也不大，在一定的壓力下就易破碎，損壞籽仁[10-13]。目前的處理設(shè)備沒有對油茶果進(jìn)行大小分類，而是混合加工，由于脫殼工件均為剛性件，接觸果殼籽粒的工件是剛性硬件，所以在對油茶果進(jìn)行加工時，很多大籽被擠壓破碎，而小果沒有達(dá)到脫殼、殼和籽分離的目標(biāo)，故普遍存在籽仁破碎率高，脫殼效果不佳的狀況[14-15]。本研究研發(fā)設(shè)備主要采用揉搓原理，用分類滾動篩篩選大小不同的油茶果進(jìn)入油茶果脫殼裝置，在運(yùn)輸帶與柔性揉搓板相互配合運(yùn)動的揉搓作用下而脫殼，是一種既能有效對油茶進(jìn)行分類脫殼，而不破損茶籽，又能將果殼和茶籽分選的集成裝置。

1 揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1結(jié)構(gòu)

揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)主要是由油茶果脫殼機(jī)、油茶籽分選機(jī)這兩大部件組成。

油茶果脫殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油茶果脫殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Design chart of Camellia oleifera fruit sheller

油茶果分選機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2工作原理

油茶果在剛采摘下來時含水率高，果殼堅(jiān)硬，脫殼困難。由于油茶果的直徑差別較大，設(shè)計(jì)的揉搓型脫殼機(jī)就要按直徑大小分三類來脫殼，直徑≤25 mm分為一類，直徑>25 mm及≤35 mm分為一類，直徑>35 mm分為一類。經(jīng)批量油茶果大小測量，直徑≤25 mm和>35 mm的油茶果數(shù)量相對少些，而中等油茶果>25 mm和≤35 mm這一類相對多些。利用滾桶篩篩分油茶果，大小不同的油茶果分別進(jìn)入大小不同的搓揉空腔，利用柔性揉搓板和柔性面運(yùn)輸帶在油茶果上相對運(yùn)動進(jìn)行揉搓去殼。

油茶果脫殼后如何將籽粒從殼粒的混合物中分離出來是一個難題。其生物特性研究證明了殼與籽的密度相差不大，故不宜采用風(fēng)選方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，油茶果脫殼后，籽與果殼的形狀及摩擦系數(shù)是不同的，果籽圓而厚，表面較光滑，摩擦系數(shù)??；果殼薄而有尖角，外表面粗糙，摩擦系數(shù)大。籽殼分選機(jī)由傾斜向上運(yùn)動的橡皮輸送帶及振動托板組成，利用籽與殼的形狀及摩擦系數(shù)的不同使油茶果殼向上運(yùn)動而茶籽向下運(yùn)動，籽與殼產(chǎn)生分離，來實(shí)現(xiàn)籽與殼清選的目的。

在整個脫殼分選過程中，油茶果含水率、曲軸轉(zhuǎn)速和橡皮履帶速度、振動電機(jī)振動頻率及分選帶水平面傾角對脫凈率等具有關(guān)鍵影響，因而在設(shè)計(jì)制造過程中主要考慮這幾個因素的影響。

圖2 油茶籽分選機(jī)總體結(jié)構(gòu)Fig.2 Design chart of Camellia oleifera seed sorting machine

2 材料與方法

2.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采自湖南長沙國家林業(yè)科技示范園油茶種植基地的湘林系列油茶果。油茶果近似球形，直徑3～5 cm，果皮厚，木質(zhì)，室背2～3裂。

2.2試驗(yàn)方法

經(jīng)15批次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)處理量在20～120 kg不等，每次試驗(yàn)測定以下內(nèi)容：油茶果、茶殼、籽粒含水率、處理量Qc。

脫凈率的測定：每批次挑選出未脫殼及半脫殼的油茶果稱質(zhì)量w1，脫凈率(%)=(Qc-w1)/Qc×100%；清選率的測定：每批次挑出清選籽粒中帶殼質(zhì)量w2，清選率(%)=(Qc-w2)/Qc×100%；碎籽率的測定：每批次挑出清選出的茶籽質(zhì)量wc和籽粒中含破碎籽質(zhì)量w3，碎籽率(%)=w3/wc×100%；損耗率的測定： 每批次挑出清選出的茶籽質(zhì)量wc和損失籽質(zhì)量(殼中含碎籽)，損耗率(%)=w4/(wc+w4)×100%。

3 結(jié)果與分析

3.1油茶果含水率對處理量和脫殼清選效果的影響

油茶果的收獲期按品種不同在每年的10月中旬至11月，剛采摘的油茶果含水率很高： 殼平均含水率73.2%，籽45.6%，果56.5%。攤曬3～5天后自動開裂，水分開始揮發(fā)。本試驗(yàn)取用剛采摘的油茶果和攤曬開裂不同時段含水率的油茶果，分別測定含水率對處理量、脫凈率、碎籽率、損耗率的影響情況。

圖3 油茶果含水率對處理量及脫凈率的影響Fig.3 Effect on the amount of processing and threshing rate of Camellia oleifera fruit moisture content

從圖3a中可以看出，脫殼機(jī)在相同的曲軸轉(zhuǎn)速和橡皮履帶速度以及分選機(jī)振動電動機(jī)頻率振幅和分選帶與水平面傾角條件下，隨著油茶果含水率的上升，處理量有明顯的下降趨勢。剛采摘的油茶果由于含水率高，且未開裂，果實(shí)較緊密，在揉搓過程中，消耗的時間更長，因此處理量受到很大影響。而隨著油茶果含水率下降，開裂程度變大，油茶果在揉搓過程中，籽和殼迅速分離，快速穿過篩孔，使得處理量有明顯提升。含水率的進(jìn)一步上升對處理量的影響不顯著，脫殼機(jī)的最低處理量均能維持在600 kg/h以上。從圖3b可知，油茶果的含水率對其脫凈率也有較大影響，隨著含水率的上升，當(dāng)油茶果含水率高于55%時，脫凈率有顯著下降，脫凈率從97.5%(含水率55.1%)下降到了95%(含水率64.6%)。清選率隨含水率變化趨勢與脫凈率一致，當(dāng)含水率低于55%時，清選率大于97%。

鮮油茶果由于含水率高，且未開裂，在揉搓過程中與揉搓部件接觸時間長，作用力大，使得在高含水率條件下，籽的破碎率較高。但攤曬3～5天后，含水率下降到50%以下時，籽破損率均低于3%。而油茶果含水率對損耗率影響不大，穩(wěn)定在小于1%的水平(見圖4)。

圖4 油茶果含水率對碎籽率及損耗率的影響Fig.4 Effect on seed-broken rate and loss rate of Camellia oleifera fruit moisture content

3.2脫殼機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速和橡皮履帶速度對處理量和脫殼質(zhì)量的影響

為便于分析，將含水率55%左右、未開裂和剛開裂的混合油茶果在不同的曲軸轉(zhuǎn)速和履帶速度下進(jìn)行脫殼分析，分別測定處理量、脫凈率。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著曲軸轉(zhuǎn)速和履帶速度增大，處理量增加，脫凈率上升，碎籽率降低。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速在240～260 r/min，履帶速度在0.4～0.6 m/s時，處理量能達(dá)到1 500 kg/h的水平，脫凈率超過99%。但隨著轉(zhuǎn)速的增大，機(jī)器噪音及磨損加大，不利于設(shè)備的穩(wěn)定及持久運(yùn)行。

3.3分選機(jī)振動電機(jī)頻率和分選帶平面傾角對清選效果的影響

分選機(jī)振動電機(jī)主要是在籽殼分離過程中，通過產(chǎn)生一定的振動來使籽殼通過初步篩分，振動頻率的高低影響籽殼的最終分離效果。分選帶平面傾角的大小影響了籽殼在靜摩擦力作用下的不同走向，傾角過大會使殼、籽一起從下出料口傳送出來，影響脫凈率；傾角過小會使籽殼無法充分分離。

將含水率55%左右、未開裂和剛開裂的混合油茶果在相同的分選帶與平面傾角，不同的振動頻率下進(jìn)行清選，分別測定清選率及脫凈率，從圖5可以看出，隨著振動頻率的上升，清選率和脫凈率呈現(xiàn)先提高后下降的趨勢，在50 Hz時，清選率和脫凈率達(dá)到最大。

圖5 振動電機(jī)振動頻率對清選率及脫凈率的影響Fig.5 Effect on selecting rate and threshing rate with different vibration frequency of vibration motor

將含水率55%左右、未開裂和剛開裂的混合油茶果在相同的振動頻率，不同的水平面傾角下進(jìn)行清選，測定脫凈率，從圖6可以看出，傾角在50°～55°時，脫凈率達(dá)到97%以上。

圖6 分選帶水平面傾角對脫凈率的影響Fig.6 Effect on threshing rate with different plane angle of sorting belt

4 結(jié)論與討論

含水率對設(shè)備脫殼清選效果有較顯著影響，含水率越低，設(shè)備脫殼清選效果越好。當(dāng)油茶果含水率低至20%時，處理量最高可達(dá)1056kg/h，同時其脫凈率、清選率、碎籽率及損耗率均達(dá)到最低(分別為99.9%、99.2%、2.1%、0.5%)。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速在240～260r/min，履帶速度在0.4～0.6m/s時，處理量能達(dá)到1500kg/h 的水平，脫凈率超過99%。但隨著轉(zhuǎn)速的增大，機(jī)器噪音及磨損加大，不利于設(shè)備的穩(wěn)定及持久運(yùn)行。當(dāng)振動電機(jī)振動頻率設(shè)定為50 Hz及分選帶水平面傾角為50°～55°時，設(shè)備清選效果最佳。因此，綜合考慮多方面因素得到最適宜工藝條件為：采摘后，經(jīng)堆漚攤曬開裂油茶果，含水率低于55%，振動電動機(jī)頻率50 Hz，分選帶水平面傾角50°～55°。在此工藝條件下，處理量≥900kg/h，脫凈率≥97%，清選率≥97%，碎籽率低于5%，損耗率≤1%；通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目設(shè)備脫殼清選效率高，油茶果含水率對設(shè)備整體脫殼清選效果有一定影響，但對設(shè)備總體效率影響較小。且與傳統(tǒng)油茶果脫殼機(jī)相比，采用擠壓和揉搓原理設(shè)計(jì)的油茶果分類脫殼分選機(jī)完全實(shí)現(xiàn)了油茶果不傷籽快速脫殼和殼籽快速分離，具有脫殼清選效果好、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

本研究設(shè)備脫殼清選原理還可適用于板栗、花生等類似于油茶果的物料，具有廣闊的應(yīng)用前景及市場潛力。

[1] 彭陽生, 奚如春. 油茶栽培及茶籽油制取[M]. 北京：金盾出版社, 2006.

[2] 彭邵鋒, 陳永忠, 王湘南, 等. 油茶育種研究進(jìn)展與發(fā)展策略[J]. 湖南林業(yè)科技, 2010, 37(6):32-38.

[3] 陳永忠, 王德斌, 劉欲曉. 湖南油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇與對策[J]. 湖南林業(yè)科技, 2002, 29(4): 50-52.

[4] 夏伏建, 黃鳳洪, 鈕琰星, 等. 油茶籽脫殼制油工藝的研究與實(shí)踐[J]. 中國油脂, 2004, 29(1): 34-35.

[5] 范利海, 傅萬四. 油茶加工機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備, 2011, 39(8): 4-5.

[6] 郭傳真. 油茶果皮籽分離裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011.

[7] 徐田, 張林濤, 陳福, 等.試論我國油茶發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報, 2011, 17(9): 80-83.

[8] 黎子明, 蘇子昊, 謝 舒. 油茶果脫殼清選機(jī)組設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程, 2014, 4(6): 99-100.

[9] 唐湘, 謝方平, 李旭, 等. 油茶果脫殼裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2014, 40(6): 665-668.

[10] 樊濤, 吳兆遷, 曲振興, 等. 油茶果脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備, 2011, 39(10): 35-36.

[11] 黃鳳洪, 李文林, 夏伏建, 等. 油茶籽脫殼機(jī)的研制與應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(11): 147-151.

[12] 崔勇, 藍(lán)峰, 蘇子昊, 等. 油茶栽培機(jī)械化作業(yè)技術(shù)路線研究[J]. 南方農(nóng)機(jī), 2010(1):54-56.

[13] 馮國坤, 饒洪輝, 許朋, 等. 油茶果與油茶花苞生物力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2014(12): 187-191.

[14] 崔勇, 藍(lán)峰, 蘇子昊, 等. 油茶脫殼清選機(jī)的研制與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2012(15): 33-39.

[15] 張風(fēng), 楊志斌, 張勁夫. 油茶鮮果剝殼機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)原理[J]. 湖北林業(yè)科技, 2013(3): 21-23.

ResearchontheeffectofCamelliaoleiferafruitshellerandsortingmachine

LI Yang, WANG Yong, DENG Layun, CHEN Zejun

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Camelliaoleiferafruit sheller in this paper was designed by the principle of rubbing and extruding.This machine adopted the rolling classification sieve to screenC.oleiferafruit with different sizes into the husking device, andC.oleiferafruit was shelled in the mutually co-operative action of transport belt and flexible rubbing washboard.The result showed that,in the condition that the moisture content ofC.oleiferafruit was below 55%,the speed of crankshaft was 240～260 r/min, track speed was 0.4～0.6 m/s,the vibration of the motor frequency was 50 Hz and the horizontal angle of sorting belt was 50 to～55 degrees, the processing capacity was more than or equal to 900 kg/h，the threshing ratio was more than or equal to 97%，the seed broken ratio was less than or equal to 5%and the loss ratio was less than or equal to 1%.The machine is of great value in actual production,and should be widely spread and applied.

Camelliaoleiferafruit; rubbing type; vibration bounce type; selecting

2014-11-08

湖南省林業(yè)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(XLK201401)。

李 陽(1970-)，男，湖南省長沙市人，助理研究員，主要從事林業(yè)機(jī)械研發(fā)及推廣工作。

* 為通訊作者

S 226.4

A

1003-5710(2015)02-0038-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2015. 02. 011

(文字編校：龔玉子)