胡一飞 王焱清 皇甫思思

摘要：对油荼果破壳机性能指标进行了优化，对影响油茶果脱壳机的参数，即辊筒转速、轨道夹角、气缸压力进行了单因素试验与正交试验。结果表明，对破壳机性能指标影响强弱依次为气缸压力>棍子转速>轨道夹角，并最终确立油茶果破壳机的最佳工作情况为轨道夹角40度，辊子转速80 r/min，气缸压力3bar，该奈件下破壳率为94.5%，破子率为1.8%，子中含壳率为17.1%，满足工作要求。

关键词：油茶果;破壳机;破壳效率;正交试验

中图分类号：TP249;TP273

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 08-0151-03

DOI：IO.140 88/j.cnki.issn0439- 8114.2020.08.034

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验场地为湖北省阳新县三元实业有限公司，试验所用的油茶果从该公司油茶果林采摘，所有油茶果含水率均在55%，直径在26-48 mm。试验前，先将油茶果自然堆放4d，随即摊晒1-2 d，试验时，果实已有部分轻微开裂。

试验采用的样机功率为2.3 kW，转速为1 600r/min，压剥指数量为16个，电机则采用浙江六安电机，型号为Y1-100-3;减速机则采用减速比为17的摆线针轮减速机;给料机[1]则采用GZ型号给料机，双振幅1.75 mm，振动频率3 000 r/min，功率35W;手动方形孔筛的边长分别为10、20 mm。

1.2试验指标及影响因素

根据破壳机的设计要求[2]，将脱壳率η1、破子率η2、子中含壳率叩3作为验证压剥式油茶破壳机加工性能的指标。破壳率η1、破子率η2、子中含壳率η3的计算公式如下所示：

破壳率：η1=m0/m1 ×100% （1）

式中，m0为果壳与茶子完全分离后的总质量，kg;m1为油茶果样品总质量，kg;

破子率：η2=m2/m3×100% （2）

式中，m2为脱壳过程中破损茶子的质量，kg;m3为完整茶子的总质量，kg。

子中含壳率：η3=m4/m5×100% （3）

式中，m4为二次筛分后方形孔筛上层碎壳的质量，kg;m5为二次筛分后方形孔筛上层果壳和茶子的总质量，kg。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验 为提高破壳机的破壳效率[3]，样机参数的选择非常重要，而其中影响破壳机效率的重要因素为气缸压力P、辊子转速n、轨道夹角ω。通过依次调整轨道夹角ω、辊子转速n、气缸压力P，同时保持另外两项因素不变，进行单因素试验[4]。固定给料机的振幅和频率，通过人工将油茶果物料送人振动给料机中，实现给料机的定量给料。破壳完成后，将破壳后的碎料物料倒人不同的方形孔筛进行筛选，对筛分后的物料进行人工分拣，统计各部分物料的质量。

1.3.2正交试验 以破壳率（η1）、破子率（η2）、子中含壳率（η3）为试验性能指标，选择轨道夹角（A）、棍子转速（B、气缸压力（C）3个因素进行L9（3⁴）正交试验，因素与水平如表1所示。

2 结果与分析

2.1 轨道夹角对油茶果破壳机破壳性能的影响

轨道夹角[5]是指破壳机中两梯形轨道侧面所夹的角度，油茶果中心与梯形轨道底端间的距离由夹角的大小决定，距离越大则果实越容易被弹出。在辊子转速60 r/min、气缸压力3 bra的条件下，调整轨道倾角，试验结果如图1所示。随着轨道夹角的增大，油茶果破壳率减小，逐步稳定在88%，子中含壳率由18.7%下降到17.8%，破子率由2.05%下降到1.85%，幅度变化不大。油茶果破壳机破壳性能与轨道夹角ω呈负相关性，各指标随轨道夹角的增大而减小。

2.2辊子转速对油茶果破壳机破壳性能的影响

在轨道夹角40度、气缸压力为3 bra条件下，改变带轮传动比来改变辊子转速，试验结果如图2所示。剥辊子转速对破壳效率影响较为明显，破壳率随着棍子转速的增加而上升，当辊子转速为120r/min时，破壳率达到94.5%;同时破子率和子中含壳率也逐渐上升，子中含壳率由18.7%增加到20.7%，而破子率则由2.05%增加到2.82%，增幅明显。

2.3 气缸压力对油茶果破壳机破壳性能的影响

油茶果破壳的力来自于破壳机压剥指施加在油茶果上的挤压力，压剥指直接作用在油茶果上。在轨道夹角40度、辊子转速60 r/min的条件下，调节气缸的压力值来改变气缸压力，试验结果如图3所示。随着气缸压力的逐渐增大，破壳率逐渐上升，由88.4%逐渐上升到94.5%，增幅较大;同时破子率和含壳率也相应增加，破子率增加到2.55%，含壳率达到21.9%。因此，气缸压力值的变化对破壳机的破壳性能影响较大。

2.4 正交试验结果

以破壳率（η1）、破子率（η2）、子中含壳率（η3）为试验性能指标，选择轨道夹角（A）、棍子转速（B）、气缸压力（C）3个因素进行L9（ 3⁴）正交试验，正交试验结果如表2所示。由表2可知，3个因素对破壳率、破子率、子中含壳率影响程度的顺序依次是气缸压力>棍子转速>轨道夹角，即气缸压力对破壳效果的影响最大，轨道夹角影响最小，棍子转速次之。3个因素中对破壳率的最优组合是C3BA2，破子率的最佳组合是C1B1A1，子中含壳率的最佳组合是C1B1A1。

对于破壳率而言，取轨道夹角为50度可以获得较高的破壳率，要获得较低的破子率和含壳率，轨道夹角为40度最佳。其中轨道夹角对试验各项指标影响较小，综合考虑后取40度。

对棍子转速而言，破壳率随着棍子转速的增大而增大。但在实际生产中，首要考虑的是破子率的大小，综合考虑后取棍子转速为90 r/min。

气缸压力是整个试验样机破壳效率中最重要的因素，较低的气缸压力可以降低破子率和含壳率，但同时破壳率也下降，故综合考虑后取3 bra。

最优组合是C2BA，，即轨道夹角40。，辊子转速80 r/min，气缸压力3 bar。进行试验验证，当选取C2BA，组合时破壳率为94.5%，破子率为1.8%，子中含壳率为17.1%，满足工作要求。

3 小结

针对油茶破壳机的设计参数，进行了优化试验，并确立了油茶果破壳机的最佳工作参数，同时在后续的研究工作中还将从外部因素进行分析，如天气情况、果子大小等因素，研究如何让破壳机工作性能更加优良。

参考文献：

[1]杨坤国.茶皂素提取与精制方法的改进研究[J].林产化学与工业，2001，21（2）：44-48.

[2]程军永，程德锋，梅济发，等.湖北省油茶生产现状及发展对策[J].湖北林业科技，2007，148（6）：54-56.

[3]王忠，我国谷物色选机应用技术现状及发展趋势[J].农机化研究，2006（4）：23-25.

[4]李立君，周健.油茶果微波爆壳的特性研究[J]中南林业科技大学学报，2011，31（11）：49-52.

[5]朱广飞，任嘉嘉，王振，等.油茶果脱壳机的设计与工作参数优化[J].农业工程学報，2016，34（7）：19-27.

基金项目：湖北省科技计划项目（ 2015BBA211）

作者简介：胡一飞（1995-），男，湖北松滋人，在读硕士研究生，研究方向为机械制造及其自动化，（电话）13296659083（电子信箱）1589119045@qq.com;通信作者，王焱清（1963-），男，湖北鄂州人，教授，博士，主要从事农业机械及自动化研究。