揉搓型油茶果分类脱壳分选机的脱壳和清选效果研究

李 阳， 王 勇， 邓腊云， 陈泽君

( 湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004)

揉搓型油茶果分类脱壳分选机的脱壳和清选效果研究

李 阳， 王 勇， 邓腊云， 陈泽君*

( 湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004)

揉搓型油茶果分类脱壳分选机采用揉搓和挤压原理，通过利用分类滚动筛筛选大小不同的油茶果进入油茶果脱壳装置，在运输带与柔性揉搓板相互配合运动的揉搓作用下而脱壳。结果表明：在含水率低于55%，曲轴转速在240～260r/min，履带速度在0.4～0.6m/s，振动电动机频率50 Hz，分选带水平面倾角50°～55°工艺条件下，该机处理量≥900kg/h，脱净率≥97%，清选率≥97%，碎籽率≤5%，损耗率≤1%。此设备在实际生产中具有普适性，适合大规模推广应用。

油茶果； 揉搓式； 振动弹跳式； 清选

油茶是我国特有的一种木本油料植物，油茶果由果蒲(壳)和茶籽组成，茶籽由茶籽壳和果仁组成，果壳不含油脂，含木质素及多缩戊糖、鞣质和皂素等，对加工油脂不利，须作脱壳处理，另作它用[1-4]。鲜果刚采摘下来含水率较高，如不及时脱壳易霉变，会影响油茶籽后续的干燥、储存和加工，进而影响茶油的品质和出油率。油茶果及时脱内、外壳后加工，不仅可以大大提高油的得率和质量，提高饼糖蛋白含量和食用效价，改善饼糖适应性，而且可以提高设备利用率，降低电能耗和设备磨损，减轻油的精炼负荷，简化精炼工艺，更有利于茶皂素产品的精加工及油茶综合利用[5-8]。

目前，油茶果分类脱壳，果壳和茶籽分选集成技术及机械研究尚处空白，油茶果脱壳采用人工方式脱壳，效率低，劳动强度大，成本高，不适合工业化生产。油茶果的机械脱壳技术及设备的研究才刚起步，虽然已存在有少量不同结构和功能的可用于油茶果脱壳和壳、仁分离的机械设备，但这些设备大都处理量较小，且技术性能指标较差[9]。油茶果是天然生长的植物果，其大小形状均不一致，大小差别较大，而茶籽受力也不大，在一定的压力下就易破碎，损坏籽仁[10-13]。目前的处理设备没有对油茶果进行大小分类，而是混合加工，由于脱壳工件均为刚性件，接触果壳籽粒的工件是刚性硬件，所以在对油茶果进行加工时，很多大籽被挤压破碎，而小果没有达到脱壳、壳和籽分离的目标，故普遍存在籽仁破碎率高，脱壳效果不佳的状况[14-15]。本研究研发设备主要采用揉搓原理，用分类滚动筛筛选大小不同的油茶果进入油茶果脱壳装置，在运输带与柔性揉搓板相互配合运动的揉搓作用下而脱壳，是一种既能有效对油茶进行分类脱壳，而不破损茶籽，又能将果壳和茶籽分选的集成装置。

1 揉搓型油茶果分类脱壳分选机的结构和工作原理

1.1结构

揉搓型油茶果分类脱壳分选机主要是由油茶果脱壳机、油茶籽分选机这两大部件组成。

油茶果脱壳机的总体结构如图1所示。

图1 油茶果脱壳机总体结构Fig.1 Design chart of Camellia oleifera fruit sheller

油茶果分选机的总体结构如图2所示。

1.2工作原理

油茶果在刚采摘下来时含水率高，果壳坚硬，脱壳困难。由于油茶果的直径差别较大，设计的揉搓型脱壳机就要按直径大小分三类来脱壳，直径≤25 mm分为一类，直径>25 mm及≤35 mm分为一类，直径>35 mm分为一类。经批量油茶果大小测量，直径≤25 mm和>35 mm的油茶果数量相对少些，而中等油茶果>25 mm和≤35 mm这一类相对多些。利用滚桶筛筛分油茶果，大小不同的油茶果分别进入大小不同的搓揉空腔，利用柔性揉搓板和柔性面运输带在油茶果上相对运动进行揉搓去壳。

油茶果脱壳后如何将籽粒从壳粒的混合物中分离出来是一个难题。其生物特性研究证明了壳与籽的密度相差不大，故不宜采用风选方法。通过研究发现，油茶果脱壳后，籽与果壳的形状及摩擦系数是不同的，果籽圆而厚，表面较光滑，摩擦系数小；果壳薄而有尖角，外表面粗糙，摩擦系数大。籽壳分选机由倾斜向上运动的橡皮输送带及振动托板组成，利用籽与壳的形状及摩擦系数的不同使油茶果壳向上运动而茶籽向下运动，籽与壳产生分离，来实现籽与壳清选的目的。

在整个脱壳分选过程中，油茶果含水率、曲轴转速和橡皮履带速度、振动电机振动频率及分选带水平面倾角对脱净率等具有关键影响，因而在设计制造过程中主要考虑这几个因素的影响。

图2 油茶籽分选机总体结构Fig.2 Design chart of Camellia oleifera seed sorting machine

2 材料与方法

2.1试验材料

试验材料采自湖南长沙国家林业科技示范园油茶种植基地的湘林系列油茶果。油茶果近似球形，直径3～5 cm，果皮厚，木质，室背2～3裂。

2.2试验方法

经15批次试验，每次试验处理量在20～120 kg不等，每次试验测定以下内容：油茶果、茶壳、籽粒含水率、处理量Qc。

脱净率的测定：每批次挑选出未脱壳及半脱壳的油茶果称质量w1，脱净率(%)=(Qc-w1)/Qc×100%；清选率的测定：每批次挑出清选籽粒中带壳质量w2，清选率(%)=(Qc-w2)/Qc×100%；碎籽率的测定：每批次挑出清选出的茶籽质量wc和籽粒中含破碎籽质量w3，碎籽率(%)=w3/wc×100%；损耗率的测定： 每批次挑出清选出的茶籽质量wc和损失籽质量(壳中含碎籽)，损耗率(%)=w4/(wc+w4)×100%。

3 结果与分析

3.1油茶果含水率对处理量和脱壳清选效果的影响

油茶果的收获期按品种不同在每年的10月中旬至11月，刚采摘的油茶果含水率很高： 壳平均含水率73.2%，籽45.6%，果56.5%。摊晒3～5天后自动开裂，水分开始挥发。本试验取用刚采摘的油茶果和摊晒开裂不同时段含水率的油茶果，分别测定含水率对处理量、脱净率、碎籽率、损耗率的影响情况。

图3 油茶果含水率对处理量及脱净率的影响Fig.3 Effect on the amount of processing and threshing rate of Camellia oleifera fruit moisture content

从图3a中可以看出，脱壳机在相同的曲轴转速和橡皮履带速度以及分选机振动电动机频率振幅和分选带与水平面倾角条件下，随着油茶果含水率的上升，处理量有明显的下降趋势。刚采摘的油茶果由于含水率高，且未开裂，果实较紧密，在揉搓过程中，消耗的时间更长，因此处理量受到很大影响。而随着油茶果含水率下降，开裂程度变大，油茶果在揉搓过程中，籽和壳迅速分离，快速穿过筛孔，使得处理量有明显提升。含水率的进一步上升对处理量的影响不显著，脱壳机的最低处理量均能维持在600 kg/h以上。从图3b可知，油茶果的含水率对其脱净率也有较大影响，随着含水率的上升，当油茶果含水率高于55%时，脱净率有显著下降，脱净率从97.5%(含水率55.1%)下降到了95%(含水率64.6%)。清选率随含水率变化趋势与脱净率一致，当含水率低于55%时，清选率大于97%。

鲜油茶果由于含水率高，且未开裂，在揉搓过程中与揉搓部件接触时间长，作用力大，使得在高含水率条件下，籽的破碎率较高。但摊晒3～5天后，含水率下降到50%以下时，籽破损率均低于3%。而油茶果含水率对损耗率影响不大，稳定在小于1%的水平(见图4)。

图4 油茶果含水率对碎籽率及损耗率的影响Fig.4 Effect on seed-broken rate and loss rate of Camellia oleifera fruit moisture content

3.2脱壳机曲轴转速和橡皮履带速度对处理量和脱壳质量的影响

为便于分析，将含水率55%左右、未开裂和刚开裂的混合油茶果在不同的曲轴转速和履带速度下进行脱壳分析，分别测定处理量、脱净率。从实验结果可知，随着曲轴转速和履带速度增大，处理量增加，脱净率上升，碎籽率降低。当曲轴转速在240～260 r/min，履带速度在0.4～0.6 m/s时，处理量能达到1 500 kg/h的水平，脱净率超过99%。但随着转速的增大，机器噪音及磨损加大，不利于设备的稳定及持久运行。

3.3分选机振动电机频率和分选带平面倾角对清选效果的影响

分选机振动电机主要是在籽壳分离过程中，通过产生一定的振动来使籽壳通过初步筛分，振动频率的高低影响籽壳的最终分离效果。分选带平面倾角的大小影响了籽壳在静摩擦力作用下的不同走向，倾角过大会使壳、籽一起从下出料口传送出来，影响脱净率；倾角过小会使籽壳无法充分分离。

将含水率55%左右、未开裂和刚开裂的混合油茶果在相同的分选带与平面倾角，不同的振动频率下进行清选，分别测定清选率及脱净率，从图5可以看出，随着振动频率的上升，清选率和脱净率呈现先提高后下降的趋势，在50 Hz时，清选率和脱净率达到最大。

图5 振动电机振动频率对清选率及脱净率的影响Fig.5 Effect on selecting rate and threshing rate with different vibration frequency of vibration motor

将含水率55%左右、未开裂和刚开裂的混合油茶果在相同的振动频率，不同的水平面倾角下进行清选，测定脱净率，从图6可以看出，倾角在50°～55°时，脱净率达到97%以上。

图6 分选带水平面倾角对脱净率的影响Fig.6 Effect on threshing rate with different plane angle of sorting belt

4 结论与讨论

含水率对设备脱壳清选效果有较显著影响，含水率越低，设备脱壳清选效果越好。当油茶果含水率低至20%时，处理量最高可达1056kg/h，同时其脱净率、清选率、碎籽率及损耗率均达到最低(分别为99.9%、99.2%、2.1%、0.5%)。当曲轴转速在240～260r/min，履带速度在0.4～0.6m/s时，处理量能达到1500kg/h 的水平，脱净率超过99%。但随着转速的增大，机器噪音及磨损加大，不利于设备的稳定及持久运行。当振动电机振动频率设定为50 Hz及分选带水平面倾角为50°～55°时，设备清选效果最佳。因此，综合考虑多方面因素得到最适宜工艺条件为：采摘后，经堆沤摊晒开裂油茶果，含水率低于55%，振动电动机频率50 Hz，分选带水平面倾角50°～55°。在此工艺条件下，处理量≥900kg/h，脱净率≥97%，清选率≥97%，碎籽率低于5%，损耗率≤1%；通过试验发现，本项目设备脱壳清选效率高，油茶果含水率对设备整体脱壳清选效果有一定影响，但对设备总体效率影响较小。且与传统油茶果脱壳机相比，采用挤压和揉搓原理设计的油茶果分类脱壳分选机完全实现了油茶果不伤籽快速脱壳和壳籽快速分离，具有脱壳清选效果好、性能稳定等特点。

本研究设备脱壳清选原理还可适用于板栗、花生等类似于油茶果的物料，具有广阔的应用前景及市场潜力。

[1] 彭阳生, 奚如春. 油茶栽培及茶籽油制取[M]. 北京：金盾出版社, 2006.

[2] 彭邵锋, 陈永忠, 王湘南, 等. 油茶育种研究进展与发展策略[J]. 湖南林业科技, 2010, 37(6):32-38.

[3] 陈永忠, 王德斌, 刘欲晓. 湖南油茶产业发展机遇与对策[J]. 湖南林业科技, 2002, 29(4): 50-52.

[4] 夏伏建, 黄凤洪, 钮琰星, 等. 油茶籽脱壳制油工艺的研究与实践[J]. 中国油脂, 2004, 29(1): 34-35.

[5] 范利海, 傅万四. 油茶加工机械发展现状分析[J]. 林业机械与木工设备, 2011, 39(8): 4-5.

[6] 郭传真. 油茶果皮籽分离装置的设计与试验研究[D]. 武汉：华中农业大学, 2011.

[7] 徐田, 张林涛, 陈福, 等.试论我国油茶发展现状及对策[J]. 安徽农学通报, 2011, 17(9): 80-83.

[8] 黎子明, 苏子昊, 谢 舒. 油茶果脱壳清选机组设计[J]. 农业工程, 2014, 4(6): 99-100.

[9] 唐湘, 谢方平, 李旭, 等. 油茶果脱壳装置设计及试验[J]. 湖南农业大学学报, 2014, 40(6): 665-668.

[10] 樊涛, 吴兆迁, 曲振兴, 等. 油茶果脱青皮机的设计[J]. 林业机械与木工设备, 2011, 39(10): 35-36.

[11] 黄凤洪, 李文林, 夏伏建, 等. 油茶籽脱壳机的研制与应用[J]. 农业工程学报, 2006, 22(11): 147-151.

[12] 崔勇, 蓝峰, 苏子昊, 等. 油茶栽培机械化作业技术路线研究[J]. 南方农机, 2010(1):54-56.

[13] 冯国坤, 饶洪辉, 许朋, 等. 油茶果与油茶花苞生物力学特性试验研究[J]. 农机化研究, 2014(12): 187-191.

[14] 崔勇, 蓝峰, 苏子昊, 等. 油茶脱壳清选机的研制与试验[J]. 农业工程学报, 2012(15): 33-39.

[15] 张风, 杨志斌, 张劲夫. 油茶鲜果剥壳机机械设计原理[J]. 湖北林业科技, 2013(3): 21-23.

ResearchontheeffectofCamelliaoleiferafruitshellerandsortingmachine

LI Yang, WANG Yong, DENG Layun, CHEN Zejun

(Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China)

Camelliaoleiferafruit sheller in this paper was designed by the principle of rubbing and extruding.This machine adopted the rolling classification sieve to screenC.oleiferafruit with different sizes into the husking device, andC.oleiferafruit was shelled in the mutually co-operative action of transport belt and flexible rubbing washboard.The result showed that,in the condition that the moisture content ofC.oleiferafruit was below 55%,the speed of crankshaft was 240～260 r/min, track speed was 0.4～0.6 m/s,the vibration of the motor frequency was 50 Hz and the horizontal angle of sorting belt was 50 to～55 degrees, the processing capacity was more than or equal to 900 kg/h，the threshing ratio was more than or equal to 97%，the seed broken ratio was less than or equal to 5%and the loss ratio was less than or equal to 1%.The machine is of great value in actual production,and should be widely spread and applied.

Camelliaoleiferafruit; rubbing type; vibration bounce type; selecting

2014-11-08

湖南省林业厅科技计划项目(XLK201401)。

李 阳(1970-)，男，湖南省长沙市人，助理研究员，主要从事林业机械研发及推广工作。

* 为通讯作者

S 226.4

A

1003-5710(2015)02-0038-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2015. 02. 011

(文字编校：龚玉子)