一種適宜葵花籽長度分選的異形窩眼結構

溫海江

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154004)

1 技術背景

近20年來，葵花籽產品消費需求持續增加，我國向日葵種植面積先減后增，技術進步不斷帶動單產和總產增加，與國際市場貿易活躍度顯著提高。全球葵花籽產出主要以油用葵花籽為主，我國食用葵花籽在國際市場上具備明顯競爭優勢，內蒙古、新疆是我國向日葵兩大主產區，產量占比分別為59.16%和16.43%。隨著我國居民收入水平提高和健康消費意識增強，向日葵作為多元化食用葵花籽休閑產品和優質食用植物油的重要原料來源，消費總量將繼續增加。但我國大部分葵花籽加工企業加工技術和設備有待改進，一定程度上造成產品質量不高，制約了葵花籽市場銷量的進一步增加[1]。

隨著我國農產品精選加工技術的進步，農產品收購的標準也日益提高。葵花籽收購時的檢驗方法是隨機選取20粒葵花籽樣品，沿籽粒長度方向首尾相接一字排開，測量20粒葵花籽的總長度，如果被測長度小于所規定的收購標準長度則拒絕收購，由此可以看出葵花籽收購標準主要按其籽粒長度來標定。目前，窩眼分選是按谷物籽粒長度分選的唯一有效方法，窩眼分選的機型有窩眼筒清選機和窩眼盤清選機[2]，其中較為常用的是窩眼筒清選機。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)，備選物料進入窩眼筒內后，如其籽粒長度小于窩眼直徑，將陷入窩眼內并隨筒旋轉上升到較高的高度，因重力而掉落進入集料槽，集料槽角度可通過傾角調節裝置調整以達到最佳的清選效果。選出的較短籽粒由集料槽中的螺旋輸送器排出機外，未完全進入窩眼的較長籽粒，隨窩眼筒旋轉運動在未達到集料槽高度時就提前掉落，始終沒有機會進入集料槽，較長籽粒最終沿筒內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]。當前葵花籽精選加工一般先經過風篩式清選機和比重式清選機兩個基本清選流程，然后必須再通過窩眼筒清選機進行長度分選，清除其中較短的籽粒，方可達到收購企業要求的質量標準。

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.傾角調節裝置圖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，要達到理想的分選效果，葵花籽進入窩眼時的理想位置應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。而實際半球形窩眼在工作中，葵花籽粒進入窩眼時有垂直窩眼運動方向的，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，這樣導致想要清除的短葵花籽還沒運動到集料槽高度就從窩眼中脫落，嚴重影響窩眼筒分選的質量和生產效率。本文的異形窩眼結構可以更有利于葵花籽按照理想位置進入窩眼中，而且窩眼筒單位面積上的窩眼排列數量遠遠大于現有半球形窩眼排列的數量，采用此種窩眼結構的窩眼筒清選機可以有效提高分選質量，機器生產率提高50%以上。

2 原理

依據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)的獨特形狀，專為葵花籽窩眼筒清選機研究出的一種異形窩眼結構。

圖2 葵花籽外形

1.窩眼;2.葵花籽圖3 葵花籽在窩眼內的理想位置

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

異形窩眼結構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行對比(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量是半球形窩眼數量的1.4倍以上，也就是說采用異形窩眼結構在單位面積上排列的窩眼數較半球形窩眼要提高40%以上，對于同等直徑和長度的窩眼筒清選機來說，分選同長度的葵花籽生產率至少可以提高40%以上。

圖4 窩眼筒窩眼排列對比

圖5 異形窩眼結構

3 具體結構

根據被選葵花籽的長、寬、厚尺寸及其形狀特性，設計出一種異形窩眼結構(圖5)，該窩眼結構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。根據被選葵花籽的長度、寬度、厚度尺寸來設計窩眼的長度l、寬度w、深度h等關鍵尺寸。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，形成能夠穩定并準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，不至窩眼發生堵塞，且便于加工成型的異形窩眼結構[4]。

參照圖3、圖5，異形窩眼尺寸中長度l方向與窩眼運動方向相同，窩眼大端在窩眼運動方向的后方，窩眼小端在窩眼運動方向前方，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達到一定高度后順利掉入集料槽中，達到按長度分選的目的。窩眼的長度l應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會陷入窩眼。窩眼寬度w沿窩眼長度l方向逐漸變為窩眼小端寬度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葵花籽大頭指向窩眼運動方向的不利現象發生。窩眼寬度w沿窩眼深度h方向逐漸變為窩眼底部寬度w2，且w>w2，窩眼沿深度方向各個水平剖面均是這樣，此結構可以使較短的葵花籽更容易脫離窩眼。

參照圖3、圖5，異形窩眼小端設有圓角半徑R，R根據窩眼加工工藝確定。窩眼各部位設有過度圓角半徑r，r根據窩眼加工工藝確定,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。

參照圖2、圖3、圖5，異形窩眼的深度h尺寸應滿足如下條件：(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為窩眼小端深度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穩定的理想位置。

4 結論

窩眼形狀、尺寸是決定窩眼筒分選質量的關鍵要素，針對當前葵花籽采用半球形窩眼進行長度分選時的不足，根據被選葵花籽的長、寬、厚尺寸及其形狀特性，設計出一種異形窩眼結構，能夠穩定并準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，不至窩眼發生堵塞，且便于加工成型。另外，此種窩眼結構在窩眼筒單位面積上的排列數量較現有同規格的半球形窩眼排列數量提高40%以上，再加上克服了現有半球形窩眼工作時容納的較短葵花籽方向雜亂、位置不理想等嚴重影響分選質量的不利因素，這樣就可使同樣直徑和長度的窩眼筒分選機生產率提高50%以上，且獲得更好的分選效果。

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