， ， ， ， ， ，

(1.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.國家林業(yè)局林業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150086；3.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040)

綜述

油茶果脫殼分選設(shè)備研究現(xiàn)狀分析

曲振興1，2，樊濤1，2，張世才3，徐克生1，2，王德柱1，2，胡景陽1，湯晶宇1，2*

(1.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.國家林業(yè)局林業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150086；3.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040)

介紹了幾種油茶果脫殼分選機(jī)械裝備的主要結(jié)構(gòu)及工作原理，對間隙擠壓揉搓、柔性輥抽打、多滾刀撞擊切割等脫殼形式進(jìn)行了分析，對油茶果殼、油茶籽分選方式(風(fēng)選、摩擦分選、色選、篩分)進(jìn)行了分析，為油茶果脫殼的設(shè)計開發(fā)提供一定參考。

油茶果；脫殼機(jī)；工作原理；結(jié)構(gòu)形式

油茶是一種有較高經(jīng)濟(jì)價值的作物，油茶籽富含油脂，可用于加工茶油。我國對油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視，2009年10月國務(wù)院正式批準(zhǔn)實施《全國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2009一2020年)》，指明了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。油茶果由果殼和茶籽組成，油茶果采摘后需要在1～2周內(nèi)進(jìn)行脫殼分選處理，因為剛采摘下來的油茶鮮果含水率較高，脫殼不及時會發(fā)生霉變，影響油茶籽的干燥、儲存和加工，使茶油品質(zhì)下降。目前油茶果去皮主要還是以人工方式為主，效率低，勞動強(qiáng)度大。隨著勞動力成本的日益增加，機(jī)械化代替人工已成為眾多加工企業(yè)的客觀需求。油茶果脫殼后，果殼和茶籽混合物料中破碎的果殼和茶籽大小、形狀差異不大，使油茶果殼和油茶籽的分離清選困難很大，因此研究開發(fā)滿足用戶需求的油茶果脫殼分選機(jī)具有實際意義。

1 國內(nèi)外油茶果脫殼分選設(shè)備研究現(xiàn)狀

在國外，油茶的種植未形成一定的規(guī)模，只有東南亞地區(qū)有少量的種植。因此國外相關(guān)學(xué)者對油茶果的分選研究很少，對油茶果產(chǎn)業(yè)的相關(guān)設(shè)備研究基本處于空白，至今尚未發(fā)現(xiàn)油茶果脫殼清選技術(shù)的相關(guān)報道。

國內(nèi)關(guān)于農(nóng)業(yè)物料分選機(jī)理及物理特性的研究主要集中在核桃、板栗、蓮子、花生、銀杏等方面，對油茶果破殼分選技術(shù)的研究近幾年才剛剛起步。隨著油茶近年來種植量的增大，目前國內(nèi)對油茶果脫殼機(jī)械裝備的需求和研究日益增多。

張風(fēng)等[1]采用柔性擠壓原理設(shè)計了油茶鮮果剝殼機(jī)，如圖1所示。該機(jī)結(jié)構(gòu)中設(shè)計了三棱錐軸與圓筒筒壁，依靠兩者之間的間隙對油茶果進(jìn)行柔性擠壓，首先將油茶果加入進(jìn)料斗中，油茶果依靠自重掉入擠壓筒與擠壓軸的縫隙中，擠壓軸通過皮帶輪由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，擠壓軸為三棱型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中可有效撞擊油茶果。油茶果受到擠壓筒的反作用力作用而破裂，完成油茶果果殼、茶籽的脫殼，使茶籽、果殼分離。影響油茶果脫殼效果的因素主要有旋轉(zhuǎn)速度、筒壁、錐軸、軸壁間隙和內(nèi)襯材料等。

朱廣飛等[2]設(shè)計的脫殼間隙可調(diào)油茶果脫殼機(jī)應(yīng)用了擠壓、搓擦原理，如圖2所示。脫殼機(jī)構(gòu)中的滾筒由環(huán)形板及分布均勻的紋桿組成，環(huán)形板和紋桿使?jié)L筒表面形成凹槽結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式可有效地推動油茶果向前移動并對油茶果產(chǎn)生擠壓力和搓擦力，滾筒下方布置有弧形柵板，油茶果隨著滾筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)入滾筒和弧形柵板組成的空間，油茶果在運(yùn)動過程中受擠壓、搓擦而破裂。破裂的油茶果殼和茶籽混合沿箱體掉入分離裝置的圓弧槽篩網(wǎng)中，分離裝置中布置有攪拌齒，通過攪動對油茶果殼及茶籽進(jìn)行分離，圓弧槽篩網(wǎng)的篩孔可過濾油茶籽和較小尺寸的果殼，過濾出的物料收集到下料斗中，沒有過濾的大油茶果殼由攪拌齒帶動從出料口排出。

圖2 擠壓、搓擦油茶果脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)1.機(jī)架；2.攪拌軸；3.滾筒；4.進(jìn)料斗；5.減速機(jī)；6.出料口；7.圓弧槽篩網(wǎng)；8.電機(jī)；9.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；10.弧形柵板；11.箱體；12.下料口

藍(lán)峰等[3]研發(fā)的油茶果脫殼清選機(jī)采用了擠壓、撞擊和揉搓原理，如圖3所示。油茶果由進(jìn)料口進(jìn)入脫殼腔內(nèi)，脫殼腔為楔形結(jié)構(gòu)，腔內(nèi)回轉(zhuǎn)軸上安裝有一定扭角和錐角、回轉(zhuǎn)半徑不同的脫殼桿，以適應(yīng)不同尺寸的油茶果脫殼作業(yè)。當(dāng)油茶果進(jìn)入脫殼腔內(nèi)，脫殼桿撞擊、擠壓油茶果的同時油茶果相互間也有摩擦、揉搓，最終實現(xiàn)果殼和茶籽的分離。脫殼后的混合物穿過下脫殼腔內(nèi)的篩孔落入到清選裝置后進(jìn)行清選。根據(jù)果殼和茶籽的不同物理特性，采用弧形齒輥與光輥組合清選果殼茶籽的混合物，齒輥上設(shè)置有偏三角齒，果殼形狀較薄容易被偏三角齒帶入齒輥和光輥之間的間隙掉落，而茶籽外形較圓滑有很好的流動性和彈跳性，雙輥上方設(shè)置的轉(zhuǎn)動掃籽板可將齒光輥上不停跳動的茶籽分離到出料口，最終實現(xiàn)油茶果果殼與茶籽的分離。

圖3 撞擊、擠壓和揉搓油茶果脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)1.機(jī)架；2.電動機(jī)；3.皮帶傳動系統(tǒng)；4.上圓筒蓋；5.大脫殼盤；6.脫殼主軸；7.脫殼桿；8.進(jìn)料斗；9.小脫殼盤；10.下圓筒篩；11.掃籽軸；12.掃籽橡膠板；13.出籽口；14.齒光輥組合

樊濤等[4]通過對比分析常用脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及適用范圍，采用擠壓與抽打攪拌兩種脫殼原理，研制了一種雙齒輥擠壓加柱狀柔性輥抽打復(fù)合式油茶果脫殼機(jī)。油茶果經(jīng)過進(jìn)料斗首先受到雙齒輥機(jī)構(gòu)的擠壓，之后進(jìn)入脫殼腔受到柱狀柔性輥的抽打攪拌，經(jīng)抽打后破碎脫殼，果殼和茶籽的混合物由脫殼腔內(nèi)篩孔進(jìn)入出料口。

熊平原等[5]分析了現(xiàn)有堅果類物料脫殼方法的優(yōu)缺點，結(jié)合油茶青果的物理特性，采用了打擊、切割的原理，設(shè)計出一種多滾刀撞擊切割脫殼裝置，該裝置由均勻分布著刀片的刀軸通過力臂安裝在圓盤上，隨著傳動軸的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)打擊切割，工作時刀片可自由轉(zhuǎn)動，也可繞刀軸回轉(zhuǎn)，根據(jù)油茶果尺寸的大小活動刀片組可自動調(diào)整脫殼箱箱壁與刀片間的距離。設(shè)計出一種三級篩分網(wǎng)振動分選機(jī)構(gòu)，篩網(wǎng)連接板由偏心輪機(jī)構(gòu)帶動，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時偏心輪機(jī)構(gòu)帶動三級篩網(wǎng)同時運(yùn)動，篩分油茶果殼和茶籽混合物，以實現(xiàn)殼籽的分離。

李陽等[6]采用揉搓和擠壓原理，研制出一種揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)，利用分類滾桶篩篩選大小不同的油茶果進(jìn)入油茶果脫殼裝置，揉搓去殼部分采用柔性揉搓板和柔性面運(yùn)輸帶，兩者相對運(yùn)動對油茶果進(jìn)行揉搓去殼，最終將油茶果果殼茶籽混合物運(yùn)送到果殼茶籽分選機(jī)。分選機(jī)應(yīng)用摩擦系數(shù)差異分選法，采用傾斜向上運(yùn)動的振動托板橡皮輸送帶輸送油茶果殼、茶籽混合物，摩擦系數(shù)較大的果殼由傳送帶帶動向上運(yùn)動，摩擦系數(shù)較小的茶籽則向下運(yùn)動，最終實現(xiàn)油茶果果殼和茶籽的分離清選。

楊樹松等[7]在研究油茶果生物特性的基礎(chǔ)上，采用擠壓、揉搓破殼原理，設(shè)計了基于擠壓揉搓的油茶果破殼裝置，對不同大小等級、不同含水率的油茶果在不同滾筒轉(zhuǎn)速下進(jìn)行了破殼性能試驗。油茶果破殼是在內(nèi)滾筒和外圓筒之間的空腔內(nèi)進(jìn)行的，內(nèi)滾筒呈錐形，在圓筒內(nèi)形成一個前大后小的鍥形破殼室，以適應(yīng)不同大小等級的油茶果破殼，油茶果通過進(jìn)料口進(jìn)入該空腔內(nèi)，由內(nèi)滾筒上的螺旋鋼筋推動向出料口運(yùn)動，空腔體積逐漸減小產(chǎn)生擠壓作用，同時油茶果受到旋轉(zhuǎn)的滾筒作用，被擠壓和揉搓，使油茶果果殼破裂。

唐湘等[8]采用撞擊、搓擦原理，設(shè)計了一種油茶果脫殼裝置。該裝置通過立式甩盤的撞擊及脫殼室內(nèi)齒圈的搓擦進(jìn)行脫殼，離心甩盤和齒圈之間形成一個脫殼室。油茶果通過進(jìn)料口在自身的重力作用下落入脫殼室，離心甩盤葉片高速旋轉(zhuǎn)對油茶果進(jìn)行打擊使油茶果破裂，在離心力的作用下破裂的油茶果以較大的速度甩出，撞擊到脫殼室內(nèi)的齒圈上并與之產(chǎn)生搓擦，最終完成油茶果脫殼。

劉浩等[9]通過實驗分析了油茶果相關(guān)特性，采用碾壓原理，設(shè)計了一種油茶果脫殼清選樣機(jī)，通過間隙可調(diào)式格柵結(jié)構(gòu)完成對油茶果的初次篩選，控制加工油茶果的大小，采用脫殼機(jī)構(gòu)碾壓輪與底板之間的間隙對油茶果進(jìn)行碾壓脫殼，脫殼間隙可調(diào)，以滿足油茶果按大小、分批次加工的需要。利用油茶果果皮與茶籽顏色的差異，通過CCD工業(yè)線陣相機(jī)與圖像處理控制系統(tǒng)完成對果皮與茶籽的清選分離。

2012年廣東新大地生物科技股份有限公司應(yīng)用擠壓和撞擊原理，研制了一種油茶果脫殼機(jī)并通過振動篩對果殼茶籽混合物進(jìn)行清選。該機(jī)利用螺旋葉片將油茶果擠壓到甩料轉(zhuǎn)鼓中，進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓中的油茶果和帶有錐狀突起的柵形擋料板形成撞擊完成脫殼，脫殼后的果殼和茶籽混合物料通過雙層往復(fù)篩實現(xiàn)清選。

黃鳳洪等[10]設(shè)計的油茶籽脫殼機(jī)應(yīng)用了擠壓和碾磨及風(fēng)篩復(fù)合分離原理，該機(jī)的脫殼裝置設(shè)計有輥筒和圓筒篩板，兩者之間形成了脫殼室。輥筒前段由斜度較大的5條螺旋筋構(gòu)成、后段由10條傾斜度較小的直筋構(gòu)成，油茶果進(jìn)入輥筒和圓筒篩板之間的脫殼室時前段斜度大推進(jìn)速度快，后段斜度小推進(jìn)速度較慢，由于輥筒前部與后部對物料的推進(jìn)轉(zhuǎn)速不同，在出料口設(shè)置自動調(diào)料門的控制下可對油茶果產(chǎn)生擠壓作用，同時油茶果受到高速旋轉(zhuǎn)輥筒的協(xié)同作用被擠壓和碾搓，使油茶果破碎，根據(jù)油茶果的物理特性，采用篩選和風(fēng)選相結(jié)合的復(fù)合式清選方式進(jìn)行清選。

郭傳真[11]研究了油茶果的物理特性，應(yīng)用風(fēng)選及摩擦復(fù)合清選原理設(shè)計了一種油茶果果殼茶籽分離裝置。應(yīng)用單因素實驗研究了部件設(shè)計參數(shù)對分離效果的影響，并設(shè)計了相應(yīng)的評價工具與方法。

涂立新等[12]利用搓擦原理研制出一種油茶果脫殼分選機(jī)。脫殼裝置呈楔形布置，進(jìn)料口處大、出料口處小，內(nèi)部采用同軸心可旋轉(zhuǎn)內(nèi)外籠，內(nèi)外籠由螺旋鋼條焊接而成，油茶果在內(nèi)外籠之間受到搓擠實現(xiàn)破殼。

2 綜合分析

本文總結(jié)介紹了幾種國內(nèi)現(xiàn)有油茶果脫殼機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及工作原理，油茶果脫殼有兩個基本步驟，一是油茶果脫殼，二是油茶籽和殼的分離。

油茶果脫殼主要采用間隙擠壓揉搓、柔性輥抽打、多滾刀撞擊切割等多種復(fù)合方式。其中擠壓揉搓多采用雙齒輥對旋方式或旋轉(zhuǎn)椎盤及固定腔壁方式，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，脫殼效率高。根據(jù)擠壓過程采用的材料不同又分為柔性擠壓揉搓和剛性擠壓揉搓，采用柔性擠壓揉搓的方式能較好地保護(hù)茶籽，降低茶籽的破損率[13]；缺點是柔性擠壓需要兩到三次反復(fù)作用才能達(dá)到果殼與茶籽的分離，脫殼效率低。采用剛性材料，在脫殼的同時茶籽也將被撞擊破碎，容易造成茶籽間的互相擠壓破碎。柔性輥抽打一般配合擠壓使用，可以較好地降低茶籽破損率，但脫殼效率較低。多滾刀撞擊切割脫殼方式能有效地切碎油茶果殼，大大提高脫殼率及生產(chǎn)效率，但茶籽的破損率增大。

油茶籽和殼的分離主要采用風(fēng)選、摩擦分選、色選、篩分等。風(fēng)選一般情況下不單獨作為分離殼、籽的手段，因為脫殼后的殼和茶籽自重比較接近，風(fēng)選很難達(dá)到預(yù)期效果，風(fēng)選只能將脫殼過程中產(chǎn)生的碎末通過風(fēng)機(jī)吹出，通常情況下都是配合其他方式共同完成殼、籽的分選工作。利用油茶果果殼與茶籽摩擦系數(shù)不同的物理特性設(shè)計清選方案的清選效果略好于風(fēng)選，輸送帶平面摩擦清選的清選效率較低，過程難以控制。應(yīng)用色選技術(shù)利用茶籽與果殼顏色的不同，果殼與茶籽混合物在振動給料器的作用下進(jìn)入色選通道，通道中安裝CCD鏡頭，物料進(jìn)入過程中鏡頭拍下果殼和茶籽的圖像，圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由于果皮與茶籽顏色存在差異，控制系統(tǒng)可對不同數(shù)據(jù)結(jié)果給出相應(yīng)的處理指令，電機(jī)接收到反饋的處理指令后控制撥片運(yùn)動，從而分離茶籽和果殼，其清選率較高，但成本也較高。如果油茶果晾曬或存放過長，油茶果果皮的顏色會逐漸加深，這時使用色選機(jī)清選成功率也將降低。篩選通常采用分級篩，由于油茶果本身形狀大小差異較大，所以篩分需要不同規(guī)格多級篩分才能達(dá)到較好的效果，多級篩只能篩分出殼和茶籽差異較大的，對于殼和茶籽大小接近的很難得到徹底篩分。

3 結(jié)束語

現(xiàn)階段國內(nèi)油茶果脫殼設(shè)備以碾壓、碾搓、剪切、擠壓等脫殼方式為主，而油茶果果殼茶籽分選設(shè)備仍然處于起步階段，當(dāng)前還沒有一款成熟的設(shè)備能夠滿足日常生產(chǎn)的要求，需要不斷地進(jìn)行研究和改進(jìn)。

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

[2] 朱廣飛，任嘉嘉，王振，等.油茶果脫殼機(jī)的設(shè)計與工作參數(shù)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016(7)：19-27.

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

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

[5] 熊平原，王毅，吳卓葵，等.油茶青果脫殼裝置研究與設(shè)計[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2016(5)：126-129.

[6] 李陽，王勇，鄧臘云，等.揉搓型油茶果分類脫殼分選機(jī)的脫殼和清選效果研究[J].湖南林業(yè)科技，2015(2)：38-42.

[7] 楊樹松，李立君，高自成，等.基于擠壓揉搓方法的油茶果破殼性能的試驗研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015(9)：173-175+179.

[8] 唐湘，謝方平，李旭，等.油茶果脫殼裝置設(shè)計及試驗[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014(6)：665-668.

[9] 劉浩，王焱清，袁博.油茶果脫殼與清選關(guān)鍵技術(shù)及工藝研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015(1)：65-68.

[10] 黃鳳洪，李文林.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(11)：147-151.

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

[12] 涂立新，涂立宏，王志偉，等.油茶果剝殼機(jī)：中國，CN201691022U[P].2011-01-05.

[13] 俞瀟南，曹婉，覃鈺舒，等.一種輕質(zhì)便攜無患子剝殼機(jī)的設(shè)計與改進(jìn)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016，44(8)：10-14.

AnalysisofResearchStatusofCamelliaFruitPeelingandSeparatingEquipment

QUZhen-xing1，2，F(xiàn)ANTao1，2，ZHANGShi-cai3，XUKe-sheng1，2，WANGDe-zhu1，2，HUJing-yang1，TANGJing-yu1，2*

(1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang150086，China；2.Forestry Engineering Technology Research Center，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China；3.College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040，China)

The main structure and working principles of several kinds of Camellia fruit peeling and separating equipment are introduced，such peeling methods as gap squeezing and rubbing，flexible roller whipping and multi-hob striking and cutting are analyzed and the Camellia fruit and seed separating modes(wind-based separation，friction-based separation，color-based separation and screening)are analyzed，which provides certain reference for the design and development of Camellia fruit peeling equipment.

Camellia fruit；peeling equipment；working principle；structural form

TS642

A

2095-2953(2017)11-0004-04

2017-08-29

浙江省省院合作林業(yè)科技項目(2016SY02)

曲振興(1982-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士，主要從事營林機(jī)械技術(shù)裝備及其智能化理論與應(yīng)用的研究，E-mail：qzx_2@163.com。

*通訊作者：湯晶宇(1980-)，男，黑龍江望奎人，副研究員，碩士，主要從事營林機(jī)械技術(shù)裝備及其智能化基礎(chǔ)研究與設(shè)備的開發(fā)，E-mail：hljtjy@163.com。

(責(zé)任編輯 王琦)