一种山茶果蒲籽分离装置的设计

摘 要：为解决山茶果蒲籽分离技术水平低、劳动强度大、设备效用差等问题，根据山茶油榨前预处理流程及特点，设计一种山茶果蒲籽分离装置。该装置主要由原料供给机构、分离机构、控制机构及壳体组成，具有实用性强、体积小、使用成本低等特点，可有效促进山茶油榨前预处理机械化、规模化，推动山茶油产业的发展。

关键字：山茶果；蒲籽分离装置；装置设计

中图分类号：S226.5 文献标志码：A 文章编号：1674-7909-（2023）11-143-3

0 引言

山茶油是从山茶科山茶属植物的普通油茶成熟种子中提取的纯天然高级植物油，色泽金黄或浅黄，澄清透明，气味清香，颇受消费者喜爱，市场潜力巨大［1］。山茶油制作过程较复杂，其流程主要包括榨前预处理、压榨、榨后处理，而山茶果脱蒲分离处理是榨前预处理的一个重要环节。目前，种植户、小型作坊常用的山茶果脱蒲处理方法是先将山茶果进行摊晒，使其自然开裂，后采取人工翻搅、拍打等措施使山茶果脱蒲；一些小型企业则采用机械设备对山茶鲜果直接进行脱蒲处理。但无论是人工脱蒲还是机械脱蒲，都会导致山茶籽与果蒲混杂在一起，后续对山茶果的蒲籽混合物进行分筛不仅劳动强度大，而且耗时长、费用高，严重制约山茶油生产效率的提高，降低山茶油生产效益。

近年来，受国家和地方政策的影响，有关山茶果蒲籽分离的研究逐渐得到重视［2-3］。但目前市场上的山茶果蒲籽分离设备机械化、智能化程度仍然较低，设备经济效益差，未能得到很好的推广应用。因此，为提高山茶果蒲籽分离效率，减小劳动强度，笔者设计一种便携式山茶果蒲籽分离装置，以期为山茶油产业发展提供技术支持。

1 山茶果蒲籽分离装置总体设计

山茶果蒲籽分离装置主要由原料供给机构、分离机构、控制机构及壳体组成，其结构示意图和结构剖视示意图分别如图1、图2、图3所示。

1.1 原料供给机构

原料供给机构主要包括进料总成和出料总成两部分。

1.1.1 进料总成。如图1和图2所示，进料总成由进料口和进料管道组成，进料口设计为上大下小的漏斗样式，采用薄钢片压制而成。为防止生锈，可对其表面进行镀锌处理。同时，为减轻整个装置的质量，防止物料堵塞造成进料卡滞，进料口下方可同进料管道焊成一体。

当装置开始工作时，将已进行脱蒲处理的山茶果蒲籽混合物通过传输设备输送到进料口；在惯性作用下，山茶果蒲籽混合物会沿着进料口下方的进料管道落到大过滤网板上。

1.1.2 出料总成。如图1和图2所示，出料总成主要由出料口、出料管道及废料收集槽组成。出料口设有2个。其中，1号出料口及其管道同大过滤网板末端相连，出口方向朝下倾斜并偏向一侧，折弯处过渡尽量圆滑，用来排放山茶果蒲籽混合物中的大颗粒果蒲；2号出料口及其管道同小过滤网板末端相连，出口方向顺延小过滤网板上茶籽的直线运动方向，用来输送山茶果蒲籽混合物中的茶籽；废料收集槽置于整个装置的下方，经小过滤网板网孔过滤的山茶果蒲及其薄膜碎片从倾斜朝下的废料口落入废料收集槽。

1.2 分离机构

分离机构主要由大过滤网板和小过滤网板组成。

1.2.1 大过滤网板。大过滤网板滑动安装在壳体内部，一端在滑槽两端设置定位装置，一端通过弹簧进行辅助定位，主要用来进行粗过滤，分离山茶果蒲籽混合物中的大颗粒果蒲和茶籽，过滤后的大颗粒果蒲从1号出料口及其管道排出，而较光滑圆润的小颗粒茶籽从大过滤网板的网孔落到下方的小过滤网板。考虑到山茶果品种不同，其茶籽形状和大小亦不相同，因此大过滤网板的网孔形状及大小也设计成不同的规格。

笔者以广西壮族自治区桂林市龙胜各族自治县高山地区野生山茶籽为试验对象，随机抽取100粒野生山茶籽，测量其垂直投影面上粒径最大的尺寸。检测结果显示，野生山茶籽最大粒径不超过30 mm，其中96%的野生山茶籽粒径为10～25 mm。因此，笔者综合考虑山茶籽的特点及装置工作过程中网板的运动特性，将大过滤网板的网孔设计成圆孔，直径设为25 mm。

1.2.2 小过滤网板。小过滤网板主要进行二次过滤，用来分离山茶果蒲籽混合物中的果蒲、薄膜碎片、茶籽，经小过滤网板过滤的茶籽从2号出料口及其管道出去，而小颗粒的薄膜碎片通过小过滤网板的方形网孔落到下方的废料收集槽。因此，综合考虑山茶果蒲及薄膜碎片的大小和形状特点，以及小过滤网板的运动特性，将小过滤网板的网孔设计成方形，宽度约为5 mm。

为保证装置的工作可靠性，过滤网板必须具备足够的强度和硬度，能承受物料的质量且不变形，即要求网板应有一定的厚度，但考虑到山茶籽下落速度及网孔堵塞问题，网板又不能过厚。因此，笔者将网板选材初步定为厚度为5 mm的钢板，并在网板间的伸缩杆安装处同时横向焊接两根加强肋。

1.3 控制机构

控制机构主要包括电机、动力传动部分及辅助元件。其控制原理是以电机作为驱动元件［4］带动元件转动，从而控制大、小过滤网板上下抖动，以实现山茶果蒲籽分离。

1.3.1 电机。电机固定安装在大过滤网板和小过滤网板之间，偏向壳体一侧，其位置如图4所示。考虑到山茶果蒲籽分离装置的工作要求及装配需要，电机的转速要求不高、尺寸不能太大，因此普通微型直流电机即可满足要求。同时，考虑到山茶果蒲籽混合物分离工作量通常较大，电机工作时间较长，因此要综合考虑装置的散热情况。

1.3.2 动力传动部分。动力传动部分包括转动杆、撑杆、螺杆螺母组件、弧形板及连接杆等元件（见图5）。转动杆一端固定连接在电机的输出端上，另一端通过轴承座浮式安装于壳体的另一侧壁；而其两侧壁均固定连接有撑杆，螺母活动连接在撑杆的表面上，而与之配套的螺杆一端悬在螺母内部，一端固定连接弧形板，弧形板一侧的两端连接有连接杆。弧形板在电机带动过程中，有规律地推动大、小过滤网板上下运动。

1.3.3 辅助元件。辅助元件包括弹簧组件和伸缩柱，主要用来缓和大、小过滤网板上下运动的震动、冲击，并限制其行程。弹簧组件设有两处，分别位于大过滤网板的上表面和小过滤网板的下表面。伸缩柱亦设有2处，固定在壳体上，两端分别顶在大过滤网板的下表面和小过滤网板上表面，其位置为对称分布于电机的两侧。

1.4 壳体

壳体的一个侧壁由上往下分别滑动连接大过滤网板和小过滤网板，另一侧壁亦分别开设有上、下滑槽，用来安装弹簧组件；壳体一侧开设有一排观察窗，用来观察装置的工作情况；壳体另一侧，介于大过滤网板和小过滤网板的中间位置开设有通风口，可根据情况安装风冷装置，使电机散热。壳体下表面设有开口下倾且向内收缩的废料口，用来排送小颗粒果蒲、薄膜碎片等；壳体的上表面活动连接有封闭盖，以防止其他异物掉入。

2 山茶果蒲籽分离装置工作原理及流程

该装置主要通过电机控制动力传动部分工作，带动分离机构上下抖动，分离由原料供给机构输送下来的山茶果蒲籽混合物。具体工作流程：山茶果蒲籽混合物通过进料口进入分离装置内部时，电机启动，与之固定的转动杆同时转动，并带动撑杆同螺杆一起运动，使弧形板同步运转；弧形板接触到大过滤网板下表面和小过滤网板上表面时，两者相互远离，伸缩柱拉长，弹簧被压缩；弧形板离开大过滤网板上表面与小过滤网板下表面时，两者相互靠近，伸缩柱收缩，并通过弹簧的弹力，使大过滤网板与小过滤网板撞击滑槽内壁，从而产生震动，使较光滑圆润的山茶籽通过大过滤网板的网孔落在小过滤网板上，而山茶果蒲通过1号出料口及其管道外排到装置外部；向下掉落到小过滤网板上的混合物，光滑的山茶籽顺着小过滤网板经2号出料口及其管道排送到对应的储物装置，细碎的果蒲和薄膜通过小过滤网板上的方孔及废料口，落到底部的废料收集槽。

3 山茶果蒲籽分离装置的特点

第一，该装置可对已烘裂的山茶果蒲籽混合物进行分离，分离机构中具大小网孔的分离板可进一步提高分离效果，但脱蒲后的山茶籽中仍存在少量的果蒲，亦存在个别粒径较大的山茶籽随同果蒲废料流失的情况，有待在以后的研究中进一步改进。

第二，该装置的原料供给机构出料管道的出口设计为弯道出口，有利于山茶果果蒲和山茶籽的错开放置，也可缓冲装置的震动，但其过渡圆弧面应光滑，以减少进料和排料阻力，加快装置的工作速度，防止堵塞。

第三，相对于其他大型加工设备，该装置占地少、质量轻，可根据使用者的需要移动，也可根据需要在装置底部装上滚轮，提高装置的便携性。

4 结语

山茶果蒲籽分离装置能在一定程度上提高山茶果蒲籽分离工作效率、降低人工成本［5］，且该装置中的过滤网板可根据山茶籽的大小规格进行更换，数量也可根据实际情况进行相应的增减，具有实用性强、体积较小、成本较低的特点，能有效提高山茶油生产经济收益，加快山茶油产业高质量发展。

参考文献：

［1］曹亮.茶油煎炸后品质变化及评价［D］.哈尔滨：东北农业大学，2015.

［2］朱广飞.油茶果脱蒲机的研制及其工艺参数优化试验［D］.北京：中国农业机械化科学研究院，2016．

［3］谢淑芬，田先明.湖南省油茶产业机械化程度低亟待开发［J］.农机科技推广，2014（2）：47-48．

［4］阴贺生，赵文豪，宋杰，等.基于三臂并联结构的桌面3D打印机［J］.机械，2015（2）：36-40.

［5］仲敏，周传喜，张宏硕，等.一种苦草种植湿地生态修复机械的设计［J］.机械研究与应用，2023（1）：102-106.

基金项目：广西农业职业技术大学院级科学研究与技术开发项目“一种山茶果脱蒲装置控制系统的研究与设计”（YKJ2122）。

作者简介：粟振灿（1984—），女，硕士，讲师，研究方向：农业机械设备及技术。