八角除梗機(jī)的研制

李勇江，林 萍，李開(kāi)祥，曾祥艷，梁文匯，李軍集，夏 暉

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.南寧市科索科技有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530002)

八角(Illiciumverum)為八角科(Illiciaceae)八角屬(Illicium)植物，是特產(chǎn)于我國(guó)廣西、云南等山區(qū)的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種[1]。我國(guó)是八角生產(chǎn)大國(guó)，八角資源占世界八角資源總量的 85% 以上，據(jù)國(guó)家林業(yè)和草原局經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年全國(guó)八角總面積47.27萬(wàn)hm2，八角產(chǎn)量約20.69萬(wàn)t，而廣西八角產(chǎn)量又占全國(guó)80%以上。八角果用途廣泛，可直接用于燉、煮、腌、鹵、泡等各種烹飪，是我們?nèi)粘Ｉ畛Ｒ?jiàn)的調(diào)味品；八角果是一種中藥材，具有健胃、驅(qū)風(fēng)、鎮(zhèn)痛、調(diào)中理氣、祛寒濕，治療消化不良和神經(jīng)衰弱等多種功效；八角果含有豐富的揮發(fā)油，經(jīng)過(guò)提取揮發(fā)油獲得產(chǎn)品茴油，茴油經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分離加工和提純獲得各種成分，包括茴香腦、茴香醛、草蒿腦等[2]，這些成分廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)和日化用品工業(yè)。未經(jīng)處理的八角干果通常帶有果梗，果梗沒(méi)有什么利用價(jià)值，果梗的存在會(huì)使八角堆放時(shí)占用更多的空間，不利于包裝運(yùn)輸。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，八角果梗屬于雜質(zhì)，驗(yàn)收時(shí)應(yīng)予以揀除[3]。八角果梗用人工方法去除，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，為此我們研制了八角除梗機(jī)，很好地解決了八角干果除梗問(wèn)題。

1 主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm：3 600×550×1 000

圓筒篩直徑Φ/mm：380

滾筒轉(zhuǎn)速/r·min-1：≤30

處理量/kg·h-1：≥120

除梗率/%：≥92

電機(jī)功率/kW：6.5

2 除梗方案的確定

八角，果梗長(zhǎng)20～56 mm，聚合果，直徑35～40 mm，飽滿(mǎn)平直，蓇葖多為8個(gè)，呈八角形，長(zhǎng)14～20 mm，寬7～12 mm，厚3～6 mm，先端鈍或鈍尖[4]。果梗為圓條狀，與蓇葖聚合形成的果實(shí)部分幾何形狀尺寸有很大的差異。本設(shè)計(jì)正是利用八角果實(shí)的幾何形狀特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一傾斜的圓筒篩，篩孔大小與果梗直徑大小相適應(yīng)。在篩內(nèi)設(shè)置一軸向刮板，在圓筒篩外設(shè)置一切刀，見(jiàn)圖1所示。圓筒篩旋轉(zhuǎn)時(shí)刮板將八角在圓筒篩內(nèi)沿旋轉(zhuǎn)方向翻拋，八角沿拋物線“翻跟斗”落下，當(dāng)果梗對(duì)準(zhǔn)篩孔時(shí)，由于果梗直徑與果實(shí)部分幾何形狀尺寸差異巨大，果?？纱┻^(guò)篩孔，果實(shí)其余部分則不能通過(guò)。利用旋轉(zhuǎn)切除原理，圓筒篩外的切刀將穿出篩孔的果梗切除掉，得到八角果實(shí)部分，即無(wú)梗八角，實(shí)現(xiàn)除梗目的。由于圓筒篩的傾斜旋轉(zhuǎn)，圓筒篩內(nèi)的刮板將八角不斷翻拋，同時(shí)迫使八角作軸向螺旋行進(jìn)，直至從圓筒篩尾部拋出。

圖1 除梗方案示意圖1.切刀；2.帶梗八角；3.刮板；4.圓筒篩；5.篩孔

3 結(jié)構(gòu)及工作原理

八角除梗機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2、圖3和圖4。主要由機(jī)架、進(jìn)料斗、滾筒裝置、除梗裝置、果梗出口、八角出口、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。

圖2 除梗機(jī)立體結(jié)構(gòu)示意圖1.機(jī)架；2.進(jìn)料斗；3.滾筒裝置；4.除梗裝置；5.果梗出口；6.八角出口；7.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)

圖3 除梗機(jī)結(jié)構(gòu)前視圖1.機(jī)架；2.進(jìn)料斗；3.滾筒裝置；4.除梗裝置；5.果梗出口；6.八角出口；7.三角膠帶；8.三角膠帶輪；9.減速器；10.電機(jī)

圖4 A-A剖面圖1.拉伸彈簧；2.調(diào)節(jié)螺栓；3.定位角鐵；4.切刀；5.進(jìn)料斗；6.滾環(huán)；7.圓筒篩；8.定位軸承；9.刮板；10.承重軸承；11.機(jī)架

滾筒裝置由滾筒、承重軸承、限位軸承等組成，傾斜安裝于機(jī)架上。滾筒一端的滾環(huán)由兩個(gè)承重軸承支承，滾環(huán)上部由兩個(gè)限位軸承限位；滾筒另一端的端蓋通過(guò)軸銷(xiāo)與減速器連接。滾筒徑向一側(cè)安裝有除梗裝置，除梗裝置由拉伸彈簧、調(diào)節(jié)螺栓、定位角鐵、切刀等組成。切刀與滾筒軸向平行，刀鋒與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，通過(guò)拉伸彈簧和調(diào)節(jié)螺栓的作用，使刀鋒緊貼圓筒篩表面。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、軸銷(xiāo)釘、三角膠帶輪及三角膠帶等組成，其功能是將動(dòng)力傳遞給滾筒。

工作時(shí)，八角從進(jìn)料斗落入滾筒的圓筒篩內(nèi)，由于滾筒裝置的傾斜與轉(zhuǎn)動(dòng)，圓筒篩內(nèi)的軸向刮板將八角不斷翻拋滾動(dòng)，果梗隨機(jī)落入篩孔并伸出圓筒篩外表面，隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，果梗被安裝在滾筒外的除梗裝置切除。切除的果梗落入滾筒下方的果梗出口。八角在圓筒篩內(nèi)不斷地被翻拋并向滾筒尾部作螺旋行進(jìn)，經(jīng)過(guò)一段足夠長(zhǎng)距離的螺旋運(yùn)動(dòng)后，果梗被去除，得到的八角無(wú)梗果，從滾筒尾部開(kāi)口，落入八角出口，滑出機(jī)體外。

4 主要部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用

4.1 機(jī)架

主要由機(jī)架主體、活動(dòng)蓋板、固定蓋板及萬(wàn)向輪等組成。經(jīng)過(guò)計(jì)算，滾筒的重量60 kg左右，機(jī)架主體由四條立柱、四條橫梁采用規(guī)格25 mm×25 mm×1.5 mm的不銹鋼方通焊接而成。在橫梁四周焊接規(guī)格25 mm×25 mm×1.5 mm的不銹鋼方通直撐和斜撐進(jìn)行加固，確保機(jī)架有足夠的強(qiáng)度。機(jī)架在除梗裝置一側(cè)安裝活動(dòng)蓋板，方便觀察機(jī)內(nèi)情況及切刀調(diào)節(jié)；活動(dòng)蓋板用25 mm×15 mm×1.5 mm的不銹鋼方通和0.5 mm厚的不銹鋼板焊接而成。固定蓋板采用0.5 mm厚不銹鋼板焊接或卯接于機(jī)架主體上，既防塵又美觀；機(jī)架立柱底部安裝有4個(gè)萬(wàn)向輪，方便設(shè)備移動(dòng)。

4.2 滾筒

滾筒的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由滾環(huán)、圓筒篩、刮板和端蓋組成。端蓋、滾環(huán)、刮板與圓筒篩通過(guò)焊接連為一整體。滾筒篩靠近端蓋一端開(kāi)有180 mm×100 mm的開(kāi)口方便出料。圓筒篩直徑取380 mm。

圖5 滾筒1.滾環(huán)；2.圓筒篩；3.端蓋；4.刮板

4.2.1 滾筒篩

滾筒篩由不銹鋼板彎曲焊制而成，彎曲前先將篩孔加工好，篩孔的大小，以果梗能通過(guò)，果實(shí)其余部分不能通過(guò)為原則，篩孔直徑為4 mm，采用60°品字型交錯(cuò)排列，篩孔間中心間距為10 mm。圓筒篩展開(kāi)示意圖見(jiàn)圖6。

圖5 圓筒篩展開(kāi)示意圖

4.2.2 圓筒篩有效長(zhǎng)度的確定

八角在圓筒篩內(nèi)翻拋滾動(dòng)，果梗落入篩孔的機(jī)會(huì)是隨機(jī)的，要將果梗完全去掉，必須讓八角在圓筒篩有足夠的置留時(shí)間，讓八角在圓筒篩內(nèi)翻拋滾動(dòng)螺旋行進(jìn)的過(guò)程中，果梗有足夠的機(jī)會(huì)落入篩孔被切刀切除。從八角落入圓筒篩點(diǎn)起，到圓筒篩尾端出口上邊緣止，這段距離為圓筒篩的有效長(zhǎng)度。八角在圓筒篩內(nèi)被反復(fù)翻拋滾動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，無(wú)法進(jìn)行精確計(jì)算。圓筒篩的有效長(zhǎng)度可按如下公式估計(jì)算：

L=D×tgα×n×i×T

式中：D為圓筒篩內(nèi)徑，mm；α為圓筒篩軸線與水平面夾角，mm；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，rad/min；i減速比；T運(yùn)行時(shí)間，min。

取D=380 mm，α=3°，n=1 430轉(zhuǎn)/min，i=1/50，T=5 min。

代入上式得：L=2 848，實(shí)際取L=2 900。

4.3 切刀

切刀結(jié)構(gòu)如圖7所示。主要由刀片、圓管、拉桿及定位環(huán)等組成，刀片、拉桿及定位環(huán)與圓管通過(guò)焊接成為一整體。由于刀片較長(zhǎng)，為使刀片全長(zhǎng)能均勻地與圓筒篩面接觸，拉桿的間距取150 mm。

圖7 切刀1.刀片；2.圓管；3.拉桿；4.定位環(huán)

4.4 電機(jī)及減速器選用

根據(jù)工作要求，滾筒轉(zhuǎn)速取28.6 r/min，電機(jī)選用單相雙峰值異步電動(dòng)機(jī)，功率6.5 kW，轉(zhuǎn)速為1 430 r/min；減速器選用WPA型，減速比為1/50。

5 試驗(yàn)及結(jié)論

樣機(jī)于2021年3月21日，在南寧市科索科技有限責(zé)任公司廣西上思縣八角烘干基地進(jìn)行試驗(yàn)，以檢驗(yàn)樣機(jī)的除梗效果。試驗(yàn)結(jié)果，從八角落入進(jìn)料斗開(kāi)始，到第一顆八角果從出料口出來(lái)，耗時(shí)約為2分鐘；從停止進(jìn)料開(kāi)始，到最后一顆八角果出來(lái)，約為6分鐘；果梗去除率94%；每小時(shí)可處理八角干果148.5 kg，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)性能。通過(guò)試驗(yàn)還得出如下經(jīng)驗(yàn)：在除梗處理前，八角干果應(yīng)經(jīng)過(guò)篩選去雜處理；八角干果含水率直接影響果梗的去除率和八角碎口率，含水率太高，果梗變軟不易切除；含水率太低，八角變脆，碎口率增加。為兼顧兩方面，八角含水率在13%～15%除梗效果最佳。