(甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006)

葵花籽具有營(yíng)養(yǎng)豐富，含有大量的食用纖維，能夠降低癌癥的發(fā)病率，還可以提取油脂、蛋白質(zhì)、綠原酸等優(yōu)點(diǎn)，近幾年葵花籽產(chǎn)業(yè)得到了迅猛的發(fā)展[1-3]。在英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，向日葵已形成產(chǎn)業(yè)化、集群化種植模式，同時(shí)采用機(jī)械化生產(chǎn)，并逐步向智能化、系統(tǒng)化收獲方式轉(zhuǎn)變[4]。

葵花脫籽是葵花加工中的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，目前市場(chǎng)上的葵花脫籽機(jī)品種較少，大多采用揉搓和梳齒的方式脫籽，不能滿足使用者的要求[5-7]。針對(duì)消費(fèi)者的需求和現(xiàn)有葵花脫籽機(jī)存在的問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了一種新型的脫籽輥，并進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期為葵花籽的機(jī)械化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 葵花脫籽機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 葵花脫籽機(jī)的結(jié)構(gòu)

為了滿足市場(chǎng)需求，課題組根據(jù)物料特性設(shè)計(jì)了一種低破碎葵花脫籽機(jī)。本次設(shè)計(jì)的低破碎葵花脫籽機(jī)主要包括機(jī)架、電機(jī)、進(jìn)料口、脫籽裝置、清選裝置和拋扔裝置等機(jī)構(gòu)。脫籽裝置包括脫籽輥和弧形柵條，其中弧形柵條是由若干根圓弧狀圓鋼焊接而成，脫籽輥是由圓形輥以及焊接在圓形輥的螺旋形圓鋼構(gòu)成，清選裝置采用分級(jí)振動(dòng)篩清選方式，振動(dòng)篩由三層篩構(gòu)成，第一層的網(wǎng)篩由若干個(gè)網(wǎng)孔構(gòu)成，第二層的網(wǎng)篩由相互交錯(cuò)的細(xì)鋼絲構(gòu)成，第三層的網(wǎng)篩也是由相互交錯(cuò)的細(xì)鋼絲構(gòu)成，在三層的網(wǎng)篩邊緣分別設(shè)置有出料口，振動(dòng)篩振動(dòng)機(jī)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一端與旋轉(zhuǎn)軸連接，另一端與分級(jí)篩連接，振動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶輪與旋轉(zhuǎn)軸相連接；葵花盤拋扔裝置由拋扔外殼和拋扔轉(zhuǎn)輪構(gòu)成。葵花脫籽機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 葵花脫籽機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)1.電動(dòng)機(jī)；2.脫籽裝置外殼；3.拋扔裝置；4.機(jī)架；5.分級(jí)振動(dòng)篩；6.進(jìn)料口

1.2 葵花脫籽機(jī)的工作原理

整機(jī)利用沖擊和揉搓原理進(jìn)行脫籽，且為軸流式，即葵花盤由進(jìn)料口進(jìn)入，在脫籽輥軸向輸送作用下從另一端排出，其中脫籽裝置由弧形柵板和軸流式脫籽輥組成，能夠?qū)崿F(xiàn)葵花籽與葵花盤的分離，通過(guò)雜質(zhì)清除裝置實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)與葵花籽的初步分選，再經(jīng)葵花籽出口裝置對(duì)葵花籽進(jìn)行收集。

2 脫籽輥的設(shè)計(jì)

目前，脫籽輥主要有帶齒釘開(kāi)式脫籽輥、帶齒釘封閉式脫籽輥、紋桿脫籽輥和螺旋形脫籽輥四種結(jié)構(gòu)形狀。其中，齒式脫籽輥的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)撟驯P邊緣部分充分脫籽，脫凈率高，紋桿式脫籽輥的優(yōu)點(diǎn)是脫籽效率高[8-10]。脫籽輥的形式如圖2所示。

結(jié)合不同脫籽輥的特點(diǎn)，如圖3所示，設(shè)計(jì)了一種新型軸流式脫籽輥，其分為兩段，第一段為螺旋紋桿式，由滾筒和脫籽條構(gòu)成，脫籽條截面呈三角形，但工作角呈圓弧狀，脫籽條呈螺旋狀焊接在滾筒上，經(jīng)第一段脫籽后將葵花盤向第二段輸送；第二段為螺旋齒桿式，主要由滾筒、脫籽桿齒及其安裝裝置構(gòu)成。脫籽輥的主要構(gòu)件是由12 mm×12 mm×12 mm的小方鋼經(jīng)過(guò)折彎成一定角度的脫籽輥條和搓齒釘組成。其中，組成該脫籽輥的脫籽輥條共有5根，它們與圓板焊接形成正五邊形的形狀，搓齒釘每4根組成一組焊接在脫籽輥條上，按照脫籽輥上的搓齒釘形成螺旋形狀焊接而成。

圖2 脫籽輥形式

圖3 脫籽輥結(jié)構(gòu)示意圖1.軸；2.輥齒；3.齒架

3 試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)指標(biāo)

葵花脫籽中，脫出來(lái)的葵花籽數(shù)量占總葵花籽數(shù)量的比率為脫凈率，如式(1)所示：

(1)

式中：η1為脫凈率/%；n1為脫出來(lái)的籽粒數(shù)量/顆；n2為未脫出來(lái)的籽粒數(shù)量/顆。

在葵花脫籽中，脫出籽粒破損的數(shù)量與脫出籽?？倲?shù)量的比值為損傷率，如式(2)所示：

(2)

式中：η2為損傷率(%)；n3為脫出來(lái)籽粒破損數(shù)量(顆)；n4為脫出籽粒中未破損的數(shù)量(顆)。

在葵花脫籽中，脫出籽粒的質(zhì)量與脫出籽?；旌衔?包括雜質(zhì))質(zhì)量的比值為清選凈度，如式(3)所示：

(3)

式中：η3為清選凈度(%)；n5為脫出來(lái)的籽粒的質(zhì)量(kg)；n6為籽粒中雜物的質(zhì)量(kg)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)脫籽輥脫籽效果的影響

當(dāng)葵花盤的喂入量為200 kg/h、含水率為28%時(shí)，轉(zhuǎn)速對(duì)脫籽輥脫籽效果的影響如圖4所示。

圖4 不同脫籽輥隨轉(zhuǎn)速變化的脫籽效果

由圖4可以看出，當(dāng)脫籽輥的轉(zhuǎn)速增加時(shí)，帶齒釘開(kāi)式脫籽輥的脫凈率、損傷率以及清選凈度均隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，但脫凈率和清選凈度均不高，損傷率均超過(guò)2%；由圖4(c)可以看出，紋桿脫籽輥的脫凈率、損傷率以及清選凈度與轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，并且當(dāng)轉(zhuǎn)速為700 r/min時(shí)，脫凈率和清選凈度均小于95%，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速為700 r/min時(shí)，損傷率大于2%；從圖4(d)可以看出，當(dāng)齒釘螺旋形脫籽輥的轉(zhuǎn)速達(dá)到650 r/min時(shí)，脫凈率和清選凈度均超過(guò)96%，其損傷率也小于2%，當(dāng)轉(zhuǎn)速增至700 r/min，脫凈率和清選凈度均在97%，但在該轉(zhuǎn)速下的損傷率反而較在650 r/min轉(zhuǎn)速下的損傷率有所提高。

3.2.2 喂入量對(duì)脫籽輥脫籽效果的影響

當(dāng)脫籽輥轉(zhuǎn)速為700 r/min、葵花盤含水率為28%時(shí)，喂入量對(duì)脫籽輥脫籽效果的影響如圖5所示。

由圖5可以看出，喂入量增加時(shí)，四種脫籽輥的脫籽效率均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。其中，紋桿脫籽輥的變化率最大，帶齒釘閉式脫籽輥和齒釘螺旋形脫籽輥的變化率最小。同時(shí)可見(jiàn)，初始喂入量為200 kg/h時(shí)，帶齒釘閉式脫籽輥和齒釘螺旋形脫籽輥的脫籽效率最好，紋桿脫籽輥次之，帶齒釘開(kāi)式脫籽輥?zhàn)钚。划?dāng)喂入量增至400 kg/h到1 000 kg/h范圍內(nèi)，三種脫籽輥脫籽效率的變化率順序依次為：紋桿脫籽輥>帶齒釘開(kāi)式脫籽輥>帶齒釘封閉式脫籽輥>齒釘螺旋形脫籽輥；當(dāng)喂入量增至1 000 kg/h時(shí)，紋桿脫籽輥的脫籽效率突然為零。這是因?yàn)橛捎谖谷肓窟^(guò)多，使物料在脫籽裝置內(nèi)將紋桿脫籽輥卡住。

圖5 不同脫籽輥隨喂入量變化的脫籽效果

通過(guò)對(duì)比四種脫籽輥的脫籽效果，發(fā)現(xiàn)隨著喂入量增大，齒釘螺旋形脫籽輥脫籽比較穩(wěn)定，脫籽效果比較好。因此，四種脫籽輥中齒釘螺旋式脫籽輥的效果最優(yōu)。

4 結(jié)論

針對(duì)葵花脫籽輥的不足，設(shè)計(jì)了一種新型軸流式脫籽輥，并以脫凈率、清選凈度和損傷率為試驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)不同的脫籽輥進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明齒釘螺旋式脫籽輥的脫籽效果最優(yōu)。