油茶果分級(jí)滾筒篩設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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油茶果分級(jí)滾筒篩設(shè)計(jì)康地;陳澤君;李陽(yáng);康四清【摘要】以湖南湘林系列、茶陵二仙系列、華碩系列等高產(chǎn)油茶新造林所采油茶果為材料,對(duì)收獲的油茶果進(jìn)行分級(jí)處理,有效解決油茶果處理中油茶籽高破損率、低剝殼率、低凈度等問題.通過分析茶果尺寸分布情況,擬合其尺寸分布模型,得到油茶果數(shù)量和油茶果橫徑之間的關(guān)系,根據(jù)滾筒篩設(shè)計(jì)工藝計(jì)算,得到合適的參數(shù)范圍.為了達(dá)到油茶果處理成套裝備生產(chǎn)要求,經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)最終確定滾筒篩采用非等差級(jí)差分級(jí)相關(guān)參數(shù)為:滾筒篩長(zhǎng)為2.2m,直徑為0.6m;篩網(wǎng)級(jí)數(shù)為6級(jí);轉(zhuǎn)速為20r/min;電機(jī)功率為0.75kw.【期刊名稱】《湖南林業(yè)科技》【年(卷),期】2017(044)006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P95-98)【關(guān)鍵詞】油茶果;滾筒篩;分級(jí);橫徑【作者】康地;陳澤君;李陽(yáng);康四清【作者單位】湖南省林業(yè)科學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410004;國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心,湖南長(zhǎng)沙410004;湖南省林業(yè)科學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410004;國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心,湖南長(zhǎng)沙410004;湖南省林業(yè)科學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410004;國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心湖南長(zhǎng)沙410004;湖南省林業(yè)科學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410004;國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心,湖南長(zhǎng)沙410004【正文語種】中文【中圖分類】S776油茶為我國(guó)特有的木本食用油料樹種,與油橄欖、油棕、椰子并稱為世界四大木本油料植物,與烏柏、油桐和核桃并稱為我國(guó)四大木本油料植物[1]。油茶果由果殼(皮)和茶籽組成,茶籽由茶籽殼和茶仁組成,果殼不含油脂,含木質(zhì)素、多縮戊糖、鞣質(zhì)和皂素等,對(duì)加工油脂不利,須作脫殼處理[2]。近年來隨著大量豐產(chǎn)油茶基地的建設(shè),油茶產(chǎn)量逐年大幅增加,鮮果屆時(shí)大量集中采摘上市。目前油茶鮮果處理多為純?nèi)斯し绞?,將鮮果采取堆漚、翻曬、手工剝殼及分選[3],所需時(shí)間長(zhǎng)且勞動(dòng)強(qiáng)度大、場(chǎng)地大。油茶鮮果剝殼技術(shù)和設(shè)備的研究近期才剛起步,加工時(shí)沒有對(duì)油茶果進(jìn)行大小分類,而是混合加工[4-15]。油茶果由于自然、品種、撫育等因素造成油茶果尺寸大小不一,形狀各異;部分大果的籽比小果的尺寸大,同時(shí)小果含獨(dú)籽的概率高;這些因素導(dǎo)致油茶果機(jī)械處理過程中破損率高、凈度低,加大了油茶果處理成本,加之南方10-12月多陰冷天氣,導(dǎo)致破損的茶果和油茶籽易霉變、易腐爛、油脂酸敗,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。該研究根據(jù)油茶果尺寸分布情況,采用滾筒篩對(duì)油茶果進(jìn)行非等差分級(jí),再進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)加工,有效降低了破損率、提高了剝殼率和凈度。1油茶果材料收集油茶果收集于祁東縣城連墟鄉(xiāng)龍家亭村,祁東縣奇林油茶科技有限公司,為6~8年生良種油茶林湘林1號(hào)、湘林15號(hào)、茶陵二仙15號(hào)、茶陵二仙343、華碩等品種。共調(diào)查收集油茶果1443個(gè)。2油茶果尺寸分布模型擬合油茶果橫徑范圍為18-48mm,變動(dòng)幅度大,平均29.4mm,標(biāo)準(zhǔn)差5.32mm。主要分布在果實(shí)橫徑為22~38mm之間,占總數(shù)的90.37%。內(nèi)含獨(dú)籽的油茶果范圍主要集中在26mm以下。油茶果按1mm間距把所有的油茶果果實(shí)分成31組。各組油茶果果實(shí)所占總數(shù)的百分比分布進(jìn)行正態(tài)分布擬合(見圖1),呈現(xiàn)油茶果數(shù)量N從油茶果橫徑d關(guān)系,擬合模型如下:圖1不同果實(shí)橫徑數(shù)量分布Fig.1Numberofdifferentfruitdiameterattheequatorialsection3滾筒篩設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原理滾筒篩設(shè)計(jì)為喂入口高而末端低,分為若干級(jí),每級(jí)上分布不同尺寸的長(zhǎng)方孔,各級(jí)的長(zhǎng)方孔尺寸不同。從物料喂入口至最后出口,后組長(zhǎng)方孔尺寸比前組大,小于第一組長(zhǎng)方孔尺寸的油茶果從第一組掉出為第一級(jí)別進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié),以下依次類推。這種分級(jí)效率較高,目前廣泛應(yīng)用于食品分級(jí)領(lǐng)域,由于橫徑在26mm以下的油茶果含獨(dú)籽概率高,而獨(dú)籽在剝殼處理中極易破損,因此滾筒篩篩孔尺寸在26mm以下的分級(jí)極差較小。為了保證設(shè)備的處理能力,篩孔尺寸在26mm以上的分級(jí)極差較大。工作時(shí),油茶果由喂入口進(jìn)入篩筒內(nèi),沿著旋轉(zhuǎn)篩筒的內(nèi)壁上升。當(dāng)上升至一定高度后落下。如此反復(fù),逐步向篩筒另一端的出口移動(dòng)。在這一過程中,小于篩孔的物料通過篩孔漏出;大于篩孔的油茶果隨著篩筒轉(zhuǎn)動(dòng)被帶到篩筒的下一級(jí),從而完成分選作業(yè)??傮w機(jī)構(gòu)如圖3所示。圖2滾筒式分級(jí)機(jī)Fig.2Roller-typeclassifier3.2滾筒篩分級(jí)設(shè)計(jì)考慮到油茶果尺寸范圍、后續(xù)處理需求,將滾筒篩的分級(jí)定為6級(jí),各級(jí)的篩網(wǎng)的寬度Li與各級(jí)下篩的油茶果數(shù)量Ni按如下公式設(shè)計(jì):在實(shí)際分級(jí)工作時(shí),第一級(jí)主要篩分出泥土、石頭、樹葉、小樹枝等小雜,同時(shí)將物料打散。剩下各級(jí)將油茶果按規(guī)定尺寸分級(jí)。3.3滾筒篩篩孔設(shè)計(jì)生產(chǎn)率?生由以下公式計(jì)算:式中:z為滾筒篩上篩孔總數(shù);P生為生產(chǎn)率;入為在同一秒內(nèi)從篩孔中掉下物料的系數(shù),因分級(jí)機(jī)型和物料性質(zhì)不同而異,滾筒式可取1.0%~2.5%;m為物料的平均質(zhì)量。根據(jù)生產(chǎn)率P生可以計(jì)算出篩孔總數(shù)z。滾筒篩篩網(wǎng)各級(jí)篩孔尺寸根據(jù)油茶果橫徑分布情況設(shè)計(jì)為:a1=22mm、a2=24mm、a3=26mm、a4=29mm、a5=33mm。油茶果經(jīng)過第5級(jí)篩網(wǎng)篩分后,不再經(jīng)過篩網(wǎng)篩分而直接進(jìn)入下一道加工環(huán)節(jié)。3.4篩面尺寸設(shè)計(jì)當(dāng)篩網(wǎng)總寬度L總確定后,根據(jù)式(2)計(jì)算出各級(jí)篩網(wǎng)的寬度Li,基于篩孔尺寸ai,計(jì)算出各級(jí)篩網(wǎng)篩孔列數(shù)。根據(jù)篩孔總數(shù)計(jì)算出各級(jí)篩網(wǎng)每列的篩孔數(shù),通過篩孔尺寸bi,計(jì)算出各級(jí)篩網(wǎng)長(zhǎng)Bi;以Bmax=max{Bi}計(jì)算出滾筒篩的半徑。圖3篩網(wǎng)展開Fig.3Sievescreenexpansion3.5滾筒篩轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)滾筒篩轉(zhuǎn)速n直接影響篩分效果,同時(shí)也與滾筒篩半徑有密切關(guān)系,油茶果在滾筒中的受力情況如圖4所示:圖4油茶果受力情況Fig.4Camelliaoleiferafruitforcesituation對(duì)滾筒中的油茶果作為質(zhì)點(diǎn)Q,它處于升角P時(shí)受重力G和離心力Fc作用,則油茶果在滾筒篩上產(chǎn)生的摩擦力Ff;當(dāng)油茶果沿滾筒切線方向的重力分力Gsin陀Ff時(shí)油茶果與滾筒篩一起向上運(yùn)動(dòng);當(dāng)Gsinp>Ff時(shí),即開始向下滑動(dòng),此時(shí)亦為油茶果位于滾筒內(nèi)表面的最高點(diǎn)。因此當(dāng)Gsinp=Ff時(shí),油茶果處于有效篩分的最高點(diǎn)。式中:f0為油茶果與滾筒篩摩擦系數(shù);m為油茶果質(zhì)量;g為重力加速度;R為滾筒篩內(nèi)半徑;v為油茶果Q運(yùn)動(dòng)的線速度;n為滾筒篩轉(zhuǎn)速;中為摩擦角。帶入Gsin阡Ff化簡(jiǎn)得:3.6滾筒篩功率設(shè)計(jì)油茶果滾筒篩采用中間軸式傳動(dòng),則功率P功為:式中:G1為滾筒自重;L為滾筒長(zhǎng)度;D為滾筒直徑;p為油茶果密度;K為油茶果在滾筒中的填充系數(shù);n為傳動(dòng)效率。3.7滾筒篩設(shè)計(jì)參數(shù)確定滾筒篩長(zhǎng)為2.2m,直徑為0.6m;篩網(wǎng)級(jí)數(shù)為6級(jí);轉(zhuǎn)速為20r/min;電機(jī)功率為0.75kw。油茶果處理成套裝備設(shè)計(jì)滾筒篩分為6級(jí)總長(zhǎng)為2.2m。其他主要參數(shù)選取如下表:計(jì)算得出滾筒篩半徑R=268.58mm,便于設(shè)計(jì)取300mm;轉(zhuǎn)速n取(22.4r/min~31.6r/min),考慮滾筒篩有一定傾角n取(20r/min~27r/min);功率P功=0.586kw,因此選用功率0.75kw方便電機(jī)選型。表1主要參數(shù)Tab.1Mainparameters序號(hào)名稱參考值123456生產(chǎn)率P生油茶果與滾筒篩摩擦系數(shù)f0升角P油茶果密度p填充系數(shù)k傳動(dòng)效率n1.5t/h0.4~0.6中+(5°~10°)0.9~1.1g/cm30.05~0.100.6~0.74討論油茶果由于自然和人為因素造成油茶果尺寸范圍廣,部分大果的籽比小果的尺寸大;同時(shí)油茶果具有小果含獨(dú)籽的概率高,果殼厚而硬,籽殼薄而脆等特性。未分級(jí)的有油茶果在后續(xù)加工處理中剝殼率、破損率、凈度等指標(biāo)難以保證。項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的滾筒篩采用非等差分級(jí)技術(shù),不僅保證小果加工處理效果,亦兼顧了大果的處理效率。滾筒篩分級(jí)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、效率較高、物料機(jī)械損傷小,符合油茶果加工條件。設(shè)備于株洲豐科林業(yè)裝備科技有限責(zé)任公司進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),滾筒篩如圖5所示:圖5滾筒篩實(shí)物Fig.5ThephysicalofRollersieve篩分油茶果過程中,油茶果具有初速度同時(shí)滾筒篩存在一定傾角,存在越級(jí)下篩現(xiàn)象,在篩網(wǎng)中安裝部分擋片則有效解決該問題,篩分效果良好。根據(jù)湖南省7~8年生常見品種油茶果根據(jù)數(shù)量與橫徑的擬合模型進(jìn)行滾筒篩相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì):長(zhǎng)為2.2m;直徑為0.6m;篩網(wǎng)級(jí)數(shù)為6級(jí),各級(jí)長(zhǎng)方形篩孔的寬度尺寸為:22mm、24mm、26mm、29mm、33mm;轉(zhuǎn)速為20r/min;電機(jī)功率為0.75kw。經(jīng)過生產(chǎn)加工實(shí)驗(yàn)檢測(cè),經(jīng)分級(jí)后的油茶果處理加工效果顯著提高:剝殼率為99.3%、破碎率為1.7%、凈度為98.7%。此油茶果分級(jí)技術(shù)可為供油茶果處理成套設(shè)備提供參考。參考文獻(xiàn):[1]張超英.談我國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J].國(guó)家林業(yè)局管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2013,12(1):21-24.[2]彭陽(yáng)生,奚如春.油茶栽培及茶籽油制取[M].北京:金盾出版社,2006.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):42-45.王潘龍,陳少雙,王國(guó)興,等.一種油茶果剝殼機(jī):中國(guó)專利,201620555012.5[P].2017-01-04.[5]陳仁崇.一種油茶果剝殼機(jī):中國(guó)專利,201620890880.9[P].2016-08-17.[6]李萬元.一種油茶果剝殼機(jī):中國(guó)專利,201410445129.3[P].2014-12-10.[7]曹洽瑄.一種移動(dòng)式油茶果剝殼機(jī):中國(guó)專利,201620794119.5[P].2017-03-01.[8]李忠和,唐婷,顏彥,等.一種離心式油茶果剝殼裝置:中國(guó)專利,201520429819.X[P].2016-01-20.[9]李小周,王其林,張義祥,等.一種油茶果剝殼、烘干一體機(jī):中國(guó)專利,201520755242.1[P].2016-03-23.[10]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.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(bào),2014,40(6):665-668.崔勇,藍(lán)峰,

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