一種適宜葵花籽長度分選的異形窩眼結(jié)構(gòu)

溫海江

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154004)

1 技術(shù)背景

近20年來，葵花籽產(chǎn)品消費(fèi)需求持續(xù)增加，我國向日葵種植面積先減后增，技術(shù)進(jìn)步不斷帶動(dòng)單產(chǎn)和總產(chǎn)增加，與國際市場(chǎng)貿(mào)易活躍度顯著提高。全球葵花籽產(chǎn)出主要以油用葵花籽為主，我國食用葵花籽在國際市場(chǎng)上具備明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，內(nèi)蒙古、新疆是我國向日葵兩大主產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量占比分別為59.16%和16.43%。隨著我國居民收入水平提高和健康消費(fèi)意識(shí)增強(qiáng)，向日葵作為多元化食用葵花籽休閑產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)食用植物油的重要原料來源，消費(fèi)總量將繼續(xù)增加。但我國大部分葵花籽加工企業(yè)加工技術(shù)和設(shè)備有待改進(jìn)，一定程度上造成產(chǎn)品質(zhì)量不高，制約了葵花籽市場(chǎng)銷量的進(jìn)一步增加[1]。

隨著我國農(nóng)產(chǎn)品精選加工技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)產(chǎn)品收購的標(biāo)準(zhǔn)也日益提高?？ㄗ咽召彆r(shí)的檢驗(yàn)方法是隨機(jī)選取20?？ㄗ褬悠?，沿籽粒長度方向首尾相接一字排開，測(cè)量20?？ㄗ训目傞L度，如果被測(cè)長度小于所規(guī)定的收購標(biāo)準(zhǔn)長度則拒絕收購，由此可以看出葵花籽收購標(biāo)準(zhǔn)主要按其籽粒長度來標(biāo)定。目前，窩眼分選是按谷物籽粒長度分選的唯一有效方法，窩眼分選的機(jī)型有窩眼筒清選機(jī)和窩眼盤清選機(jī)[2]，其中較為常用的是窩眼筒清選機(jī)。其工作部件為在金屬板上沖壓制成窩眼再卷圓成型的窩眼筒(圖1)，備選物料進(jìn)入窩眼筒內(nèi)后，如其籽粒長度小于窩眼直徑，將陷入窩眼內(nèi)并隨筒旋轉(zhuǎn)上升到較高的高度，因重力而掉落進(jìn)入集料槽，集料槽角度可通過傾角調(diào)節(jié)裝置調(diào)整以達(dá)到最佳的清選效果。選出的較短籽粒由集料槽中的螺旋輸送器排出機(jī)外，未完全進(jìn)入窩眼的較長籽粒，隨窩眼筒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在未達(dá)到集料槽高度時(shí)就提前掉落，始終沒有機(jī)會(huì)進(jìn)入集料槽，較長籽粒最終沿筒內(nèi)壁呈螺旋線軌跡向后滑移而排出窩眼筒，這樣將備選物料中的較長籽粒和較短籽粒分離開來[3]。當(dāng)前葵花籽精選加工一般先經(jīng)過風(fēng)篩式清選機(jī)和比重式清選機(jī)兩個(gè)基本清選流程，然后必須再通過窩眼筒清選機(jī)進(jìn)行長度分選，清除其中較短的籽粒，方可達(dá)到收購企業(yè)要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.窩眼筒；2.集料槽；3.螺旋輸送器；4.較短籽粒；5.較長籽粒；6.傾角調(diào)節(jié)裝置圖1 窩眼筒分選原理

目前，葵花籽精選加工所用的窩眼均為半球形，要達(dá)到理想的分選效果，葵花籽進(jìn)入窩眼時(shí)的理想位置應(yīng)該是其長度方向與窩眼筒圓周切線線速度方向一致，并且葵花籽的小頭指向線速度方向，小頭在前大頭在后，這樣才能取得良好的分選效果。而實(shí)際半球形窩眼在工作中，葵花籽粒進(jìn)入窩眼時(shí)有垂直窩眼運(yùn)動(dòng)方向的，還有小頭在后大頭在前逆向的，不能保證葵花籽在窩眼中處于理想的位置，這樣導(dǎo)致想要清除的短葵花籽還沒運(yùn)動(dòng)到集料槽高度就從窩眼中脫落，嚴(yán)重影響窩眼筒分選的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文的異形窩眼結(jié)構(gòu)可以更有利于葵花籽按照理想位置進(jìn)入窩眼中，而且窩眼筒單位面積上的窩眼排列數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有半球形窩眼排列的數(shù)量，采用此種窩眼結(jié)構(gòu)的窩眼筒清選機(jī)可以有效提高分選質(zhì)量，機(jī)器生產(chǎn)率提高50%以上。

2 原理

依據(jù)葵花籽外形尺寸特征(圖2)，葵花籽的長度a>葵花籽的寬度b>葵花籽的厚度c，且寬度和厚度沿長度方向從根部到尖部逐漸變小，形成一端大(稱之為大頭)、一端小(稱之為小頭)的獨(dú)特形狀，專為葵花籽窩眼筒清選機(jī)研究出的一種異形窩眼結(jié)構(gòu)。

圖2 葵花籽外形

1.窩眼;2.葵花籽圖3 葵花籽在窩眼內(nèi)的理想位置

異形窩眼結(jié)構(gòu)可以保證想要淘汰的較短葵花籽陷入窩眼時(shí)處于理想位置(圖3)，葵花籽大頭位于窩眼運(yùn)動(dòng)的后方，葵花籽小頭朝向窩眼運(yùn)動(dòng)的前方，葵花籽在窩眼的承托下沿窩眼筒圓周做穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)葵花籽同入一個(gè)窩眼，以及葵花籽橫向陷入窩眼(即葵花籽長度方向與窩眼運(yùn)動(dòng)方向垂直)的現(xiàn)象，更不會(huì)出現(xiàn)葵花籽反向陷入窩眼(即葵花籽大頭指向窩眼運(yùn)動(dòng)的前方，葵花籽小頭在窩眼運(yùn)動(dòng)的后方)的現(xiàn)象，克服了現(xiàn)有半球形窩眼中的上述諸多不利因素發(fā)生，有效避免工作時(shí)的窩眼堵塞，可使窩眼筒分選效率及分選質(zhì)量大幅度提高。

異形窩眼結(jié)構(gòu)在窩眼筒上的排列更為合理。將異形窩眼在窩眼筒上排列與半球形窩眼排列進(jìn)行對(duì)比(圖4)，從圖中可以看出，異形窩眼(長度為l)的排列方式如圖4a，同樣直徑尺寸為l的半球形窩眼排列方式如圖4b，兩種排列方式保證相鄰兩窩眼邊距相同，同樣的面積上異形窩眼的排列數(shù)量是半球形窩眼數(shù)量的1.4倍以上，也就是說采用異形窩眼結(jié)構(gòu)在單位面積上排列的窩眼數(shù)較半球形窩眼要提高40%以上，對(duì)于同等直徑和長度的窩眼筒清選機(jī)來說，分選同長度的葵花籽生產(chǎn)率至少可以提高40%以上。

圖4 窩眼筒窩眼排列對(duì)比

圖5 異形窩眼結(jié)構(gòu)

3 具體結(jié)構(gòu)

根據(jù)被選葵花籽的長、寬、厚尺寸及其形狀特性，設(shè)計(jì)出一種異形窩眼結(jié)構(gòu)(圖5)，該窩眼結(jié)構(gòu)采用在金屬板材上沖壓成型，也可采用金屬材料或非金屬材料鑄造成型。根據(jù)被選葵花籽的長度、寬度、厚度尺寸來設(shè)計(jì)窩眼的長度l、寬度w、深度h等關(guān)鍵尺寸。窩眼寬度w沿長度l方向和深度h方向均逐漸變小分別為w1和w2，窩眼深度h沿長度l方向逐漸變小為h1，形成能夠穩(wěn)定并準(zhǔn)確地承托與容納需要分離的較短葵花籽，還可以使較短葵花籽能夠順利掉落，不至窩眼發(fā)生堵塞，且便于加工成型的異形窩眼結(jié)構(gòu)[4]。

參照?qǐng)D3、圖5，異形窩眼尺寸中長度l方向與窩眼運(yùn)動(dòng)方向相同，窩眼大端在窩眼運(yùn)動(dòng)方向的后方，窩眼小端在窩眼運(yùn)動(dòng)方向前方，這樣可以保證要淘汰的較短葵花籽順利陷入窩眼中，并且隨窩眼筒的旋轉(zhuǎn)達(dá)到一定高度后順利掉入集料槽中，達(dá)到按長度分選的目的。窩眼的長度l應(yīng)大于等于要淘汰的較短葵花籽長度a,確保按長度分選的精確度。窩眼長度l大于窩眼底部水平長度l1，窩眼寬度w和窩眼深度h沿窩眼長度l方向超過底部長度l1后開始逐漸變小，這樣使窩眼形狀更接近葵花籽粒外形，能夠更好地承托葵花籽粒。

異形窩眼的寬度w應(yīng)大于被清選的葵花籽寬度b,且留有一定余量，確保所有的較短葵花籽都能有機(jī)會(huì)陷入窩眼。窩眼寬度w沿窩眼長度l方向逐漸變?yōu)楦C眼小端寬度w1，且w>w1，這樣使窩眼形狀更接近葵花籽粒外形，可以有效解決半球形窩眼內(nèi)葵花籽大頭指向窩眼運(yùn)動(dòng)方向的不利現(xiàn)象發(fā)生。窩眼寬度w沿窩眼深度h方向逐漸變?yōu)楦C眼底部寬度w2，且w>w2，窩眼沿深度方向各個(gè)水平剖面均是這樣，此結(jié)構(gòu)可以使較短的葵花籽更容易脫離窩眼。

參照?qǐng)D3、圖5，異形窩眼小端設(shè)有圓角半徑R，R根據(jù)窩眼加工工藝確定。窩眼各部位設(shè)有過度圓角半徑r，r根據(jù)窩眼加工工藝確定,且盡量取最小值，r的存在可以使較短的葵花籽容易陷入窩眼和脫離窩眼。

參照?qǐng)D2、圖3、圖5，異形窩眼的深度h尺寸應(yīng)滿足如下條件：(h-r)>c/2，確保窩眼能夠有效承托陷入窩眼的葵花籽。窩眼深度h沿窩眼長度方向逐漸變?yōu)楦C眼小端深度h1，且h>h1，這樣使窩眼形狀更接近葵花籽粒外形，使被淘汰的較短葵花籽粒在窩眼中處于相對(duì)穩(wěn)定的理想位置。

4 結(jié)論

窩眼形狀、尺寸是決定窩眼筒分選質(zhì)量的關(guān)鍵要素，針對(duì)當(dāng)前葵花籽采用半球形窩眼進(jìn)行長度分選時(shí)的不足，根據(jù)被選葵花籽的長、寬、厚尺寸及其形狀特性，設(shè)計(jì)出一種異形窩眼結(jié)構(gòu)，能夠穩(wěn)定并準(zhǔn)確地承托與容納需要分離的較短葵花籽，還可以使較短葵花籽能夠順利掉落，不至窩眼發(fā)生堵塞，且便于加工成型。另外，此種窩眼結(jié)構(gòu)在窩眼筒單位面積上的排列數(shù)量較現(xiàn)有同規(guī)格的半球形窩眼排列數(shù)量提高40%以上，再加上克服了現(xiàn)有半球形窩眼工作時(shí)容納的較短葵花籽方向雜亂、位置不理想等嚴(yán)重影響分選質(zhì)量的不利因素，這樣就可使同樣直徑和長度的窩眼筒分選機(jī)生產(chǎn)率提高50%以上，且獲得更好的分選效果。

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