油棕内果破碎分离机设计说明书

-1-AbstractWiththeincreasingglobaldemandforvegetableoils,particularlypalmoil,thedevelopmentofhighlyefficientmachinesforcrushingandseparatingoilpalminnerfruithasbecomecrucial.Theobjectiveofthisstudyistodesignanoptimizedstructureforanoilpalminternalfruitcrushingandseparatingmachinetoenhanceprocessingefficiencyandoutputquality.Theresearchbackgroundhighlightscurrentchallengesfacingthepalmoilindustry,includinglowrawmaterialhandlingefficiencyandhighfruitlossratesduringcrushingandseparation.Thispaperanalyzesindetailtheworkingprincipleandkeycomponentsofthecrusherthroughliteratureanalysisanddesigncalculation.Theresearchobjectisthemainstructureofanoilpalmfruitcrushingandseparatingmachine,whichincludesacrushingdevice,separationsystem,andmaterialconveyingmechanism.Existingseparatorshaveseveralproblemssuchaslowefficiencycausedbyunevencrushing,highenergyconsumption,andmechanicalloss.Toaddresstheseissues,thispaperproposescountermeasuressuchasimprovingthedesignofthecrushingdevicetoachieveamoreuniformeffectonfruits'crushability;optimizingseparationsystemstoreducefruitloss;reducingenergyconsumptionbyadjustingmaterialhandlingmechanisms.Thisstudyaimstodevelopanewtypeofoilpalmfruit-crushing-and-separatingmachinethathasdemonstratedhigherefficiencywithlowerfruit-lossratesthantraditionalmodelsinlaboratorytests.Theseresultsnotonlyprovidetechnicalsupportfortheoil-palm-processingindustrybutalsooffertheoreticalfoundationsforinnovativedesignsrelatedmachinery.Keywords：Oilpalminnerfruit;Crushingandseparatingmachine;Structuredesign;Efficiencyimprovement;一、绪论1.1研究背景油棕内果破碎分离机是专门用于油棕果实的处理过程中，主要用于将果壳和果肉分离，提取果肉中的油脂[1]。油棕果实是一种常见的油料作物，其含油量高，是生产椰子油和橄榄油的重要原料之一。因此，油棕内果破碎分离机在油棕油厂中起着至关重要的作用。在油棕处理过程中，传统方法是将油棕果实通过人工破碎、榨取的方式来提取油脂[2]。然而，这种方法效率低下、耗时耗力，并且容易造成浪费。为了提高生产效率、降低成本，油棕内果破碎分离机应运而生。它通过机械化的方式对油棕果实进行破碎和分离，大大提高了油脂的提取效率。油棕内果破碎分离机的应用情况也逐渐增多。随着人们对植物油需求的不断增加，油棕内果破碎分离机的市场需求也在逐渐扩大。目前，各大油棕油厂纷纷引进先进的内果破碎分离机设备，以提高生产效率、降低生产成本，保证油脂品质。在油棕内果破碎分离机的结构设计中，要考虑到机器的使用寿命、维护保养成本、破碎和分离效率等因素。一台优秀的油棕内果破碎分离机应具有高效、稳定、节能、环保的特点，能够满足油棕油厂日常生产的需求。结构设计包括机架、进料系统、破碎系统、分离系统、排料系统等部分。机架要稳固耐用，能够承受机器长时间高强度运转的压力；进料系统要能够均匀、连续地将油棕果实送入机器内部；破碎系统要具有足够的破碎力，能够将果壳和果肉有效地破碎开来；分离系统要实现果壳和果肉的有效分离，确保油脂的提取率；排料系统要将破碎好的果肉和果壳及时、快速地排出，以保证机器的连续运转。油棕内果破碎分离机的结构设计是保证其高效运转的关键。随着植物油市场的不断扩大，油棕内果破碎分离机的应用前景十分广阔，有着无限的发展潜力。希望通过不断的技术改进和创新，能够设计出更加高效、节能的油棕内果破碎分离机，为油棕油厂的发展贡献力量。油棕内果破碎分离机作为植物油生产中至关重要的设备，其结构设计必须符合高效运转的需求。除了机架、进料系统、破碎系统、分离系统和排料系统外，还需要考虑到机器的操作便捷性和维护便利性。同时，对于机器的耐久性和稳定性也是至关重要的考量因素。1.2研究意义在论文“油棕内果破碎分离机的结构设计”中，研究了油棕内果破碎分离机的结构设计对于油棕内果的破碎和分离效果的影响[3]。这项研究具有重要的实际意义，有助于提高油棕内果的处理效率和产品质量，减少资源浪费，提高经济效益。其中，我们通过对破碎力和分离效率的数学分析，可以得到以下的数学公式：E其中，Ec表示破碎力，Dc表示破碎机的直径，Df表示内果的直径。这个公式描述了破碎机的直径与内果的直径之间的关系，对于分析破碎效果和设计破碎机具有重要的指导意义。二、油棕内果破碎分离机的工作原理2.1油棕内果的特性分析油棕内果破碎分离机的结构设计是基于油棕内果的物理特性和化学成分进行的[4]。油棕内果主要包含果肉和核仁两部分，其中果肉富含纤维素、蛋白质和脂肪等成分，而核仁则含有大量的油脂。在破碎分离过程中，果肉和核仁的大小、硬度等特性对机器的设计起着重要作用。油棕内果破碎分离机的结构设计应考虑果肉和核仁的差异性。由于果肉富含纤维素，较为坚硬，需要较大的力量才能破碎。因此，破碎部分需要设计成坚固耐用的结构，以确保机器的稳定运行和长期使用。而核仁富含油脂，较为脆弱，在破碎过程中容易被破碎，因此需要精密的设计来保证其完整性。油棕内果破碎分离机的结构设计还应考虑果肉和核仁的分离效果。果肉和核仁在密集排列的情况下，需要通过机器来进行有效的分离。因此，破碎分离机应设计成具有合适的筛网和分选装置，以确保果肉和核仁能够在破碎后迅速分离，提高生产效率。油棕内果破碎分离机的结构设计还应考虑机器的清洁和维护。由于油棕内果含有大量的油脂和纤维素，在破碎分离过程中容易粘附在机器的各个部位，影响机器的正常运行。因此，破碎分离机的结构应设计成易于清洁和维护的形式，以减少生产过程中的故障和停机时间[5]。总的来说，油棕内果破碎分离机的结构设计应综合考虑果肉和核仁的特性、分离效果以及清洁维护等因素，确保机器能够有效地实现油棕内果的破碎分离，提高生产效率和产品质量。通过科学合理的设计，油棕内果破碎分离机将在油棕加工过程中发挥重要作用，助力油棕产品的生产和加工[6]。对于油棕内果破碎分离机的设计，除了考虑果肉和核仁的特性以及清洁和维护问题外，还需要注意机器的耐用性和稳定性。在油棕加工过程中，破碎分离机将会长时间运转，因此机器的结构设计应该牢固可靠，能够承受长时间的工作压力而不易损坏。同时，为了保证生产效率，破碎分离机的操作性和稳定性也是至关重要的，操作人员需要简单易懂的控制界面和稳定可靠的运行状态。2.2破碎分离机的结构及工作流程2.2.1整机结构油棕内果破碎分离机是一种用于处理油棕内果的设备，主要用于将油棕内果经过破碎处理分离出果肉和壳的机器。整机主要由料斗、滚筒、打击机构、分离机构以及传动系统等组成，具体的组成结构与部件见图1所示。表1为相应的设计参数。图1破壳分离机结构原理图Fig.1Structurediagramofshellbreakingseparator1.皮带2.传送带主带轮3.传送带下轴4.机架5.电机带轮6.电机7.滚筒带轮8.料斗9.机壳10.打击机构11.滚筒12.传送带从带轮13.传送带14.传送带上轴15.高度调节板表1破壳分离机参数Tab.1Shellbreakingseparatorparameter设计参数外形尺寸（长×宽×高）/(mm×mm×mm)1000×600×400配套动力/kW3传送带长度/mm传送带宽度/mm料斗容量/mL加工效率/(kg·h-1)2.2.2工作原理工作时，油棕果壳由料斗通过机壳上的物料口落入滚筒上的凹槽内，滚筒受电机带动开始转动，机架上的通道与滚筒之间的距离可确保每个凹槽只有一个果壳。同时在滚筒转动时，滚筒上的凸型台会挤压敲击板，从而使弹簧压缩，敲击板提升；当敲击板经过最高点时，与凸台分离，在弹簧的作用力下，完成对油棕果壳的敲击破碎。破碎的壳仁混合物，随着滚筒转动落在运动的传送带上，由于壳仁混合物中各成分的摩擦系数不同，满足一定运动关系时，摩擦角较小的果仁向下滚落，摩擦角大的果壳则输送至上方落下，从而达到分离的效果。在作业时，可通过增加垫片的方式来调节打击机构与滚筒的距离，从而来控制敲击力的大小。可通过调节高度调节板来控制传送带与水平面的夹角，从而达到控制分离效果的目的。在工作流程中，油棕内果破碎分离机通过不同部位的设计和功能，实现了高效率的果肉和壳分离。进料部的输送装置保证了油棕内果连续、稳定地进入破碎部，破碎部的破碎刀片有力地碎碎果实，分离部的气流分离技术有效地分离果肉和壳，排渣部排出壳渣，出料口分别排出果肉和壳。整个工作流程精密设计，确保了高效率的生产。总的来说，油棕内果破碎分离机的结构设计和工作流程相互配合，发挥了良好的处理效果。通过对内果的完全破碎和果肉与壳的有效分离，提高了产品的生产率和处理效率，为油棕产业的发展做出了重要贡献。破碎分离机的结构及工作流程在油棕产业中扮演着至关重要的角色。通过精心设计的进料部输送装置、破碎部刀片和分离部气流技术的协同作用，这台机器能够高效地将油棕内果分离出果肉和壳，实现了生产过程的持续稳定[8]。在工作流程中，内果经过连续、稳定的进料后，被破碎部的刀片细致地粉碎，确保了果实的完全破碎。随后，分离部的气流技术将果肉和壳有效地分离出来，确保了两者的清晰分界。而排渣部的排渣工作也是至关重要的，将壳渣顺利排出，保证了生产环境的清洁。通过整个工作流程的精密设计和协同配合，油棕内果破碎分离机成功实现了高效率的果肉和壳分离，为油棕产业的发展提供了稳定的技术支持。其处理效果优良，不仅提高了产品的生产率和效率，还为产业的可持续发展奠定了坚实的基础。2.3破碎分离机效率的影响因素表1：油棕内果破碎分离机效率影响因素影响因素描述材料硬度硬度较高的油棕内果难以有效破碎，导致分离效率低材料湿度高湿度的油棕内果容易造成设备堵塞，影响效率设计参数破碎刀片数量和角度、破碎机转速等参数影响效率处理能力处理能力越大，分离效率越高在论文“油棕内果破碎分离机的结构设计”中，破碎分离机的效率是一个关键的指标。破碎分离机效率受多种因素的影响，包括但不限于材料性质、设计参数、处理能力等。本文通过研究发现，材料的硬度和湿度直接影响了破碎分离机的效率[9]。硬度较高的油棕内果更难以被有效破碎，导致分离效率较低。而高湿度的油棕内果容易造成设备堵塞，影响机器运行稳定性，进而影响效率。设计参数也是影响破碎分离机效率的重要因素。例如，破碎刀片的数量和角度、破碎机的转速等参数都会直接影响到分离机的处理效率。在论文中详细探讨了这些设计参数对效率的影响，并提出了优化建议。处理能力也是影响分离机效率的重要因素之一。处理能力越大，分离效率也就越高。因此，在设计研究破碎分离机时，需要充分考虑到设备的处理能力，以确保达到预期的性能要求。油棕内果破碎分离机的效率受多种因素影响，包括材料性质、设计参数、处理能力等。通过在设计过程中充分考虑这些因素，并进行优化，可以提高分离机的效率，实现更高水平的生产效益。三、油棕内果破碎分离机结构设计3.1破碎部分设计油棕内果破碎分离机的破碎部分设计是整个设备中最关键的部分之一。破碎部分设计的优化将直接影响到机器的破碎效率和维护成本。因此，在设计油棕内果破碎分离机的破碎部分时，要充分考虑以下几个方面：3.1.1打击机构打击是破碎内果的关键组成部分，其质量和形状会直接影响到破碎的效果。在设计时，一方面要考虑材料选择，应选用具有较高硬度和耐磨性的材料，以确保长时间使用不会出现磨损过快的情况；另一方面要考虑形状设计，合理的形状能够提高破碎效率，减少能耗，降低维护成本。打击机构如图2所示，打击机构由固定板、弹簧和敲击板组成，主要对油棕果壳进行打击破碎。图2打击机构结构示意图Fig.2Schematicdiagramofthestrikingmechanism由油棕果壳前期的挤压试验可知，试验用果壳的横向破壳力约为1500N,纵向破壳力约为2000N,为保证对油棕果壳有效破碎，此机构打击力选用2000N,滚筒的对弹簧的压缩量为60mm。对打击机构的弹簧进行计算，首先假设：①油棕果壳和弹簧的惯性忽略不计；②油棕果壳的变形和作用力成正比；③击打时没有损失能量，根据冲击载荷的定量分析，击打的载荷所产生的最大应力，是同样大静载荷所产生的最大应力的2倍[14]。k=由圆柱螺旋压缩弹簧基本计算公式=Gd4= Gd8D3nH0=pn+1.5dn=f式中：C——旋绕比，C=;F——弹簧的工作载荷，N;f——工作载荷下的变形量，mm;G——切变模量，MPa;k——弹簧弹性系数，N/mm;p——弹簧节距，p=(0.28-0.5)D,mm;H0——弹簧自由长度，mm;n——弹簧的有效圈数。弹簧的工作载荷即为油棕果壳的破碎2000N由于弹簧材料选取油淬火—回火弹簧钢丝，按照GB/T18983选取，切变模量G为78.5GPa。因为滚筒的凸型台高为60mm,所以弹簧工作载荷下的变形量为60mm。弹簧中径为20mm,材料直径为4mm弹簧系数k约为33.3,弹簧的理论有效圈数n约为10.4圈，弹簧理论自由高度为94mm根据GB/T1358—2009选取弹簧有效圈数为11圈，自由长度为95mm[15]。3.1.2滚筒设计其次是滚筒的设计。油棕果壳破碎分离机的滚筒主要目的是匀速的提高打击机构，使其对油棕果壳进行打击，并且利用凹槽匀速输送油棕果.滚筒机构示意图如图3所示。表2为测得油棕果壳横向及纵向的几何尺寸，其横向长度平均为15.87mm,纵向长度平均为18.84mm,因此将滚筒的凹槽为直径为8mm的半球形凹槽。凸台高为60mm夹角30°，其作用是提升敲击板，并对弹簧进行压缩。当敲击板与凸台分离时，敲击板会在弹簧的作用力下对凹槽里面的油棕果壳进行打击。图3滚筒结构示意图Fig.3Schematicdiagramofthedrumstructure凸表2油棕果壳的几何尺寸Tab.2Geometricsizeofoilpalmhusk测试编号横向长度/mm纵向长度/mm115.318.1215.219.4316.919.6415.117.7516.818.9615.217.6715.418.1816.218.6915.717.816.918.4平均值15.8718.84油棕内果破碎分离机的破碎部分设计是一个复杂而关键的环节，需要充分考虑片破碎部分的结构设计和转速等因素，以实现最佳的破碎效果和提取率。在设计和优化中，应该加大对破碎部分的研究力度，不断改进和完善设备结构，提高设备的性能和可靠性[10]。在油棕内果破碎分离机设计中，除了破碎部分的设计外，还需要考虑到其他关键因素。首先是材料的选择，选用耐磨损、高强度的材料能够延长设备的使用寿命，减少维护成本。其次是传动系统的设计，稳定可靠的传动系统可以确保设备正常运转，避免因传动故障而导致的生产事故。合理的进料方式和出料方式也对设备的运行效果有着重要影响，需要根据生产需求和物料特性进行合理设计。设备的安全性和易维护性也是设计过程中需要重点考虑的问题，确保操作人员的安全，并且方便设备的检修和维护。对设备整体性能的考量也是设计的重要一环，需要在各个方面取得平衡，使设备的综合性能达到最佳状态。3.2进料机构进料机构如图4所示，进料机构由料斗、机壳和滚筒组成。油棕果壳由料斗通过物料口落入滚筒凹槽内，随着滚筒的转动进行物料的运输。由表2得油棕果壳的横向长度平均为15.87mm,纵向长度平均为18.84mm,滚筒凹槽的直径为8mm。为保证油棕果壳的正常运送，所以物料口下端与滚筒表面的距离为6mm,物料口上端与滚筒表面的距离8mm。图4进料机构结构示意图Fig.4Schematicdiagramofthefeedingmechanism3.3分离部分设计油棕内果破碎分离机的设计原则是在保证分离效率的同时，尽可能减少资源消耗和能耗。分离装置结构如图5所示，分离装置主要传送带、轴承座和高度调节板组成。图5分离装置结构示意图Fig.5Schematicdiagramoftheseparationdevice1.高度调节板2.传送带3.轴承4.轴承座由于油棕果壳和果仁的表面摩擦角相差较大，故采用摩擦原理利用传送带进行分离。要实现油棕果壳和仁的混合物在传送带上的分离，传送带与水平面的倾斜角应大于油棕仁的摩擦角而小于油棕果壳的摩擦角[16]。果仁在传送带上的受力图如图6所示，设果仁受到重力G1、输送带支持力N和滚动摩擦力F1的作用。由于油棕果仁接近于球体，所以在传送带上向下滚动，受到的是滚动摩擦，且滚动摩阻较小，所以G2>F1[17]。图6壳仁混合物在传送带上的受力图Fig.6Forcediagramofkernelandshellmixtureontheconveyorbeltβ=arctanμ(4)v≤‘(5)式中：μ——油棕果仁与传送带之间的摩擦系数；β——传送带与水平面之间的夹角，(°);x——喂入点到传送带上轴的距离，m;β1—油棕果壳与传送带的摩擦角；g——重力加速度，g=9.81m2/s;v——传送带线速度，m/s。通过试验测量可知油棕果仁在斜传送带上的摩擦系数取0.21,而破碎后的油棕果壳的摩擦系数取0.58。由式(4)得油棕果仁向下滑的临界条件是β约为12°,即当β>12°时油棕果仁才会随传送带滚落。同理可得，油棕果壳向下滑的临界条件是β为30°,即当β<30°时油棕果壳才会被传送带输送到顶部所以传送带与水平面之间的夹角β应该满足：12°<β<30°。考虑到实际情况下，会有多种因素影响壳仁混合物的分离情况，所以应选取较大的角度作为传送带与水平面之间的夹角。本试验机的β定为20°。β1为30°,β为20°,x为0.4m,代入式(5)中，得v≤1.25m/s,则传送带的线速度应少于1.25m/s,又nvnv=式中：nv——带轮转速，rad/min;r——滚筒半径，m。由式(5)得u≤1.25m/s,且r为100mm代入式(6)中，得出nu的最高转速为120rad/min。又因为各个部位的带轮大小相等，所以传动比为1,即电机的最高转速为120rad/min。分离效率是衡量油棕内果破碎分离机性能的重要指标之一。为了提高分离效率，可以合理设置破碎装置等措施。对于滚筒的设计也需要进行优化，以确保油棕内果能够被均匀破碎和分散，从而提高分离效率[11]。同时，破碎分离机的转速和进料速度也需要精确控制，避免出现过快或过慢导致分离效率下降的情况。油棕内果破碎分离机的结构设计应该提高分离效率，降低资源消耗和能耗，从而实现对油棕内果的高效分离和利用。只有在充分考虑了这些因素的基础上，才能设计出性能优良的油棕内果破碎分离机，更好地满足生产需求。四、实验结果及分析4.1试验材料与方法本试验材料来自海南大学内种植的油棕果树，采摘下来以后洗去果肉后进行干燥处理，测得其平均含水率约为14%,横向长度为15~17mm,纵向长度为17.5~20mm。对敲击式油棕果壳破碎分离机进行试验，总共2.5kg油棕果壳，分5次进行试验，每次试验样本为0.5kg。4.2试验指标根据剥壳机和分离装置的农艺要求，将油棕果壳的脱壳率和壳仁分离率作为主要的评价指标进行分析[18]。其中脱壳率Y—X100%(7)式中：Y——油棕果的脱壳率，%;M1——放入油棕果的总质量，g;M2——未脱壳油棕果的质量，g。分离率R—X100%(8)式中：R——油棕果壳仁混合物的分离率，%;ZM——从上方掉落壳的质量，g;BM——从下方滚落仁的质量，g。4.3试验结果通过试验得到的测试结果如表3所示。表3测试结果测试组号脱壳率/%分离率/%186.478.5288.280.3390.181.1488.679.6587.779.1平均值88.279.7由表3可知，平均脱壳率为88.2%,平均分离率为79.7%.该机器与传统的人工破壳分离方法相比，其工作效率有了显著的提高，且破壳分离的效果比较明显，符合海南地区小规模种植油棕果树的实际情况。4.3维护保养在油棕内果破碎分离机的结构设计中，维护保养是至关重要的。为了确保机器的正常运行和延长其使用寿命，以下是一些建议维护保养步骤：1.每日检查：每天使用后，应该对机器进行全面的检查，包括清洁残留物、检查部件是否正常工作、润滑部件等。2.定期清洁：定期清理内部残留物，避免堵塞或生锈。同时，保持机器表面清洁，防止灰尘或污物进入机器内部。3.定期润滑：将机器润滑部件涂抹润滑油，以确保机器正常运转，并减少磨损。4.注意安全：在维护保养机器时，务必断开电源和气源，避免发生危险。5.定期更换磨损部件：如果发现机器部件有磨损或损坏的情况，及时更换，避免影响机器正常工作。通过以上的维护保养步骤，可以确保油棕内果破碎分离机的结构设计能够保持良好的状态，提高机器的工作效率和稳定性，为生产提供更好的保障。五、结论1)建立油棕果壳破碎分离机的三维模型，确定滚筒的凸型台高为60mm、分离机构的传送带与水平面的夹角为20°、电机的最高转速为120rad/min、压缩弹簧自由长度为95mm及有效圈数为11圈，并试制出样机。2)通过试验可知：在含水率为14%,横向长度为15~17mm,纵向长度为17.5~20mm,破壳率约为88.2%,分离率约为79.7%。该试验说明了用敲击式对油棕果壳进行破碎和用传送带对油棕果的壳仁混合物进行分离的方法具有可行性。3)该试验机器的机构简单，制作成本低，适合海南地区小规模种植油棕果的实际情况。参考文献张建国,曹红星,张玉锋等.红棕榈油的营养成分及功效研究进展[J/OL].中国油脂,1-12[2024-01-04]/10.19902/ki.zgyz.1003-7969.230477.郑爽,李玲,邓干然等.油棕果果核、果肉分离技术研究[J].广东农业科学,2019,46(12):42-48.DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2019.12.006.郑爽,油棕果果核、果肉分离影响因素的试验研究.广东省,中国热带农业科学院农业机械研究所,2019-10-10.郑爽,邓干然,李国杰等.离心挤压式油棕果果核分离机的研制[J].现代农