海棠果清选机结构设计分析

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摘要：本文阐述了海棠果破碎及种子清选机结构设计依据、原理及关键部件的设计介绍，为解决海棠果破碎及种子清选问题提供帮助，仅供参考。

关键词：结构；设计原理；关键部件

海棠果种子富含种子油，种仁干基含油量达48%，其中油酸含量达32.5%，亚油酸含量达20.7%[1]，是一种高效的木船防腐油，而且海棠果种子提取物具有灭蚊活性，具有很大的药用价值。海棠种子的筛选需经历果实破碎和分离筛选两个步骤才能完成，即首先对海棠果进行挤压碾碎，使果肉破碎，然后在水流冲刷的作用下利用毛刷旋转使种子与果肉分离。海棠果种子清选是用水流冲刷掉附着在种子上的果肉，并将破碎的果肉和果皮由筛孔中冲掉，以达到分离、清洁种子的目的。种子清选设备是根据种子的物理特性（长度、宽度、厚度、比重）等方面的不同，将种子与其他杂质分离的机械[2]，按物理方法可分为尺寸筛选、风选和比重筛选三类，主要包括风筛式清选机、窝眼滚筒式清选机、重力式清选机等几种机型[3]，其中尺寸筛选是根据种子与混杂物长、宽、厚度方向的尺寸差异进行清选分离的一种方法，是种子清选常用的一种方式。我国对种子清选机的研制开始较晚，从20世纪50年代开始引进样机，直到80年代才开始研制出具有代表性的复式种子精选机，90年代以后涌现出多种种子清选设备[4-6]。种子清选机只能对已收集好的作物种子进行筛选分类，海棠果种子包覆在果皮和果肉中，在进行种子筛选分类前需先将其与果肉剥离。水果破碎机是生产果酒、果酱、果汁等产品的必须设备之一，由于不同水果结构尺寸和物理性质有很大差异，所采用的破碎机也不同，果实破碎机主要有碾磨式[7]、挤压辊式、鼠笼式、旋转刮板式、旋风式等几种形式。传统的水果破碎机仅考虑提取果汁和果肉，我国种子分选设备基本都是在吸取先进国家技术设备的基础上进行改造研制的，目前国内还没有可以直接连续完成果实破碎、种子分选的设备，因此本文研制了可直接进行海棠果破碎、种子采集和清选的机构，将海棠果装入送料器，在碾压辊、螺旋毛刷和水流冲刷的同时作用下完成果实破碎、种子采集及与果肉果皮的分离的过程。

1设计依据及实现目标

海棠果呈球形，果实直径大小2～4cm[8]，种子呈圆锥形或称肾形，属小粒种子，种子长（4.33±0.23）mm,宽（1.98±0.18）mm,长宽比（2.18±0.12）。根据海棠果及其种子的特性及尺寸大小差异，本文中的海棠果种子采集清选机，利用挤压辊和螺旋毛刷旋转使果实破碎、果肉与种子分离，再根据碾碎的果肉尺寸明显小于种子的尺寸，选用孔眼尺寸不同的分离筛实现果肉与种子分离，树叶、树枝等较大的杂质由杂质出料口排出。该清洗机每小时可加工海棠果16000kg，筛选海棠种子80kg。

2结构及设计原理

2.1基本结构。海棠果种子采集及清选装置如图1所示。该装置主要由电机、齿轮传动机构、果肉挤压辊、进料斗、冲刷水路、螺旋毛刷、杂质出料口、种子收集器、水泵、种子分离过滤筛、水分离过滤筛、果肉分离过滤筛、果肉收集器等部分组成。电机1通过齿轮2传动，带动果肉挤压辊3和螺旋毛刷6转动，水泵14提供冲刷水流。2.2工作原理。海棠果种子采集及清选机可连续实现海棠果果肉与种子分离与分选，如图1所示，该设备由上下两部分组成，上半部分的主要作用是实现果实破碎，下半部分的主要作用是杂质、果肉与种子的分离。海棠果由进料斗4进入，落入果肉破碎挤压辊3中，挤压辊共有2对，每对挤压辊水平排列安装，在辊间被挤碎的海棠果落入下半部分分离装置的螺旋毛刷上。两个水平安装的螺旋滚筒毛刷相互反向转动，硬质刷毛随滚筒的旋转与破碎后的种子、果肉发送摩擦，粘附在种子上的果肉剥落下来并进一步被毛刷碾碎，随着水路5中水流的冲刷，细小的果肉经由果肉过滤筛12落入果肉收集器13中。种子的尺寸远大于果肉过滤筛的筛孔尺寸，因此种子不会在这一阶段落入果肉收集器中，而是在螺旋刷毛的带动下继续向分离装置的右侧运动，当到达种子过滤筛12时，由于种子尺寸小于筛孔尺寸而落入种子收集器10中，其中夹杂的尺寸较大的果皮和枝叶等碎渣则由杂质出口9排出。此外，在果肉收集器和种子收集器的底端还装有筛孔更加细小的水分离过滤筛，滤除冲刷果肉和种子用的水及果汁等液体。

3关键部件设计

3.1海棠果破碎机构。海棠果破碎机构由两对装有金属凸起的挤压辊组成，安装凸起的目的是为提高果实破碎效率，凸起呈金字塔形，底部为圆形、带一个圆顶点，破碎挤压辊。上部两挤压辊转速为30rpm，间距1.5cm，凸起的直径2～3cm，高度1cm，两凸起间距3～4cm，上下两行的凸起间隔分布，以保证海棠果在辊间挤压下落过程中可以被挤碎。下部两挤压辊转速为90rpm，间距1cm，凸起的直径1～2cm，高度0.5cm，两凸起间距2～3cm，其作用是对已被上部两辊挤碎的海棠果进一步碾压，使果肉与种子初步分离。海棠果破碎机构由一台2kW的三相异步电机提供动力，带动挤压辊和种子分离过滤筛主轴转动。3.2种子果肉分离机构。挤碎的海棠果从辊缝中间落入螺旋毛刷上，两个水平安装的螺旋毛刷反向旋转，转速120rpm，破碎的海棠果随刷毛一起旋转，刷毛的摩擦使粘附在种子上的果肉可全部剥落，并随毛刷的转动被带入筛孔中，随流水一起进入果肉收集器。种子的尺寸大于果肉分离筛的筛孔无法进入果肉收集器，螺旋毛刷的转动会带动种子向右运动到达种子分离筛上的空间，当种子被刷毛旋转带动到达筛孔时，由于种子的尺寸小于筛孔而落入种子收集器。分选筛有圆孔型、长孔型、三角孔型、窝眼筒和窝眼盘等几种类型，应根据需清选种子的形状、尺寸和清选需求选择筛孔的形状和尺寸，筛孔选择是否合理直接影响清选种子的获选率大小。其中圆孔筛和长孔筛是应用最广泛的两种过滤筛，将这两种筛组合使用可获得更加理想的效果。海棠果的果实被挤压辊碾碎后，破碎的果肉尺寸比种子细小，果肉分离筛选择长孔型，孔径尺寸大小为3×1.5mm的筛孔，筛孔长度沿毛刷转动方向排列，宽度沿毛刷轴向分布，筛板厚度10mm，种子清选分离筛选用圆孔型筛，孔眼直径5mm。果肉或种子由筛孔下落的过程中可能会阻塞孔眼，影响种子筛选速度和筛选效果，因此应控制刷毛与分选筛面贴合并使刷毛略高出筛面1～2mm，可以起到推动嵌入孔眼的果肉、种子和杂质落入收集器或继续向右运动，以保证清选效果。螺旋毛刷工作中伴随着高压水冲洗，使种子与果肉的分离更充分，提高种子筛选效率，高压水由安装在清洗机下方的管道泵提供，管道泵主要参数为，流量7.4m3/h，电机功率0.37kW，扬程10m。

4结论

本自动化设备能够集果实破碎、种子收集与分选等生产工序于一体，代替人工作业，做到减少环境污染，以达到缩短生产周期，提高生产效率和降低生产成本的目的，易实现种子筛选的规模化生产。

参考文献：

[1]苏贻娟，贺利民.海棠果种子油脂肪酸成分研究[J].分析试验室，2007(6)：62-64.

[2]潘有雷.我国种子加工机械现状与发展趋势[J].农业科技与信息，2015(1)：26-27.

[3]李少杰.我国种子加工和粮食处理机械现状与发展趋向[J].农机使用与维修，2014(1)：79-80.

[4]刘睿，孙勇，张佳丽，等.论重力式清选机在国内外的发展状况[J].农机使用与维修，2014(12)：72-73.

[5]DieterPinnow.CM50碾磨碟状破碎机[J].食品与机械，2000(5)：41-42.

[6]阳辛凤，方佳，陶忠良.海棠果的开发应用价值分析[J].中国野生植物资源，2001(6)：33-35.

[7]吴凌云，李明.种子清选精选技术[J].种子，2009，28(10)：120-123.

[8]刘海生.种子清选加工原理与主要设备工作原理[J].现代农业科技，2008(15)：259+261.

作者:沙恒 杜祥 陈国 单位:山东华宇工学院