CN111842160B - 一种基于正负压分离的芝麻籽粒分级清选系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正负压分离的芝麻籽粒的分级清选系统，所述分级清选系统包括筛选系统(1)、除杂系统(2)和分级系统(3)，所述筛选系统(1)包括料斗和至少一层过滤筛，用于阻挡大于筛孔的杂质进入分级系统(3)；所述除杂系统(2)用于通过朝向过滤筛输送气流以清除其杂质；所述分级系统(3)用于基于正负压对芝麻进行分级清选。本发明根据芝麻的特点采用正负气压组合的装置，实现将芝麻进行优劣等级划分。首先通过负压将芝麻籽粒吸附在分离滚筒的吸种孔，再通过链轮的传动带动分离滚筒转动进入正压区，利用正压将芝麻籽粒从吸种孔吹出通过集种仓输送到收集袋中。本发明具有安全可靠、方便灵活、效率较高等诸多优点。

Description

一种基于正负压分离的芝麻籽粒分级清选系统和方法

技术领域

本发明涉及农作物籽粒品质好坏的分级技术领域，特别涉及一种芝麻籽粒清选的分级装置和方法。

背景技术

芝麻属胡麻科，是人类已知的最古老的农作物之一。当今，芝麻在热带和亚热带地区广泛种植，是世界上重要的优质油料作物，也是中国生产高品质食用油的重要油料作物和特色农产品。目前，世界上约有65个国家种植芝麻，但主要分布在亚洲、非洲等发展中国家及欠发达地区，芝麻生产和加工技术研发区域性较强。中国是世界芝麻主产国之一，主产省份有河南、安徽、湖北、江西等，约占全国芝麻面积三分之二。中国芝麻因含油量高、籽粒纯白、口感好而享有盛誉，在国际芝麻生产和贸易中具有重要的地位，与其他国家相比，中国芝麻有着广阔的周边国际市场和区位优势，芝麻产品需求量一直呈快速上升趋势。

近年来，随着中国芝麻产业市场化、国际化进程加快，需求量不断扩大，芝麻产业的发展具备了许多有利的条件，与此同时芝麻生产、科技、加工、贸易和政策支持等方面也取得了一定进展，但也面临着严峻的挑战。目前，影响我国芝麻生产发展的因素很多，其中主要原因有芝麻生产、筛选以及配套的农业机械化发展研究较为滞后。主要体现在我国芝麻生产粗放，产业竞争力不强，一方面机械化生产面积不到三分之一，人力成本约占生产成本的三分之二，而且种质成本还在持续上升；另一方面收割和清选等主要生产环节多用手工工具，劳动强度大，效率低，生产上缺乏适于芝麻收获，尤其缺乏籽粒清选和分级筛选的装备。因此，目前迫切需要系统研究中国芝麻生产中机械化的新问题和新局面，提出新对策，降低种植成本，提高生产效益，加强内需供给，以期为提高中国芝麻产品国际竞争力，发挥芝麻产业比较优势和增加农民收入提供有力保障。

芝麻不仅可以压榨风味独特的芝麻油，而且其饼粕也是牲畜饲料的优质原料之一，因此芝麻具有非常重要的生产用途。而对不同品质的芝麻进行合理应用，不仅可以节约资源，还能提高经济效益，比如用于作为饲料的芝麻原料可以选用较为次品的芝麻，用于压榨芝麻油的芝麻可以选取品质较好的芝麻。因此，对芝麻籽粒优劣等级的划分在生产和加工过程中就显得尤为重要。由于芝麻籽粒的体积小质量轻，以往的采用筛子和色选机等设备难以将优质的芝麻籽粒快速分离，因此本发明人需要根据芝麻的物料特性设计一种新颖的快速分离装置，这对推动芝麻的快速分级具有重大意义。本发明根据芝麻的物料特点设计了一种适用于芝麻籽粒的分级装置，这主要表现在于分离效果好，成本低，推动不同品质的芝麻籽粒合理规划利用，具有节本增收的特点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种芝麻籽粒的清选分级装置与分级方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现解决上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种芝麻籽粒的分级清选系统，所述分级清选系统包括筛选系统、除杂系统和分级系统，其特征在于，

所述筛选系统包括料斗和至少一层过滤筛，用于阻挡大于筛孔的杂质进入分级系统；

所述除杂系统用于通过朝向过滤筛输送气流以清除其上杂质；

所述分级系统包括传送装置、至少两个可变转速的分级机构、电机以及风机，

所述传送装置一侧设置于所述筛选系统下方，另一侧设置于可变转速分级机构下方，以承接所述筛选系统筛选出的芝麻籽粒并输送至所述可变转速分级机构下方，

每个所述分级机构包括分离滚筒和集种仓，分离滚筒为空心圆筒状结构，圆筒的外壁具有大量U型凹槽，每个凹槽内具有吸种孔，吸种孔与分离滚筒内部相通，分离滚筒的第一端密封，并与所述电机传动连接进而在所述电机驱动下旋转，第二端由活动端盖封盖，活动端盖上固定有分离舱，所述分离舱包括两个沿滚筒纵向设置的分离叶片，二者之间具有一夹角，进而在滚筒内形成两个分离腔，吸种腔和吹种腔,所述分离滚筒能够相对分离叶片、活动端盖旋转，所述集种仓为弧形具有一定厚度的半包围构造，其覆盖在分离滚筒上方，与两个分离叶片相对，集种仓下部开口，

活动端盖上设置两个气压接口、第一气压接口对向两个分离叶片所夹的吹种区，第二气压接口对向分离滚筒中两个分离叶片之外的吸种区，所述第一气压接口接正压气流；第二气压接口接负压气流；

所述集种仓的一个侧壁上设置分级出料口，分级出料口与吹种区相对应；

所述吸种腔位于所述分离滚筒下方，用于通过负压将传送装置上的芝麻籽粒吸附至分离滚筒外侧的凹槽内，所述吹种腔设置于所述分离滚筒上方与所述集种仓的位置对应，用于通过正压将分离滚筒外侧凹槽内芝麻籽粒吹至集种仓内通过所述分级出料口输出。

优选地，所述料斗设置于过滤筛上方，待筛选的芝麻籽粒由料斗倒入，过滤筛的孔径大于芝麻粒径，以使得芝麻能够从过滤筛通过。

优选地，所述除杂系统设置有第二风机，以驱使空气从过滤筛方向朝向出杂口方向流动，将杂质从除杂口清除。

优选地，两级分级机构设置不同的转速和分离气压。

优选地，还包括气流输送管道和气压调节阀，所述气流输送管道用于连接风机与第一和第二气压接口，将第一气压接口连接至风机输出气口，将第二气压接口连接至风机进气口，所述气压调节阀设置于各个气流输送管道中，以调节各个气压接口内的压力。

优选地，还包括输种管和收集装置，所述输种管一端连接在集种仓的出料口处，另一端与相应收集装置连接。

优选地，所述分离滚筒上的吸种孔是圆孔，其直径小于芝麻的三轴尺寸。

优选地，所述分离滚筒具有旋转主轴，所述旋转主轴与分离滚筒固定连接，所述旋转主轴与所述活动端盖枢轴连接。

一种利用所述的分级清选系统进行芝麻分级清选的方法，其特征在于，所述方法包括，将芝麻倒入料斗内通过筛选系统对芝麻进行筛选除杂；

将除杂后的芝麻籽粒传送至分级机构，设置第一和第二分级装置的吸附力，使得第一分级装置能够吸附重量低于第一阈值的芝麻籽粒，并将其送入第一收集装置；第二分级装置能够吸附重量介于第一阈值和第二阈值之间的芝麻籽粒，并将其送入第二收集装置；将剩余未被吸附籽粒送入第三收集装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)该发明通过正负气室的巧妙设置，在同一个滚筒内形成彼此分离的吸种腔和吹种腔，简单高效。并且，本发明通过使芝麻种子在传送带上传送的过程中，通过不同吸附力大小的区域，从而将芝麻进行分级，然后分送至不同的收集装置，通过设置每个分离机构内分离机构的吸附力，可以容易地改变分级设置，为此可以有效的实现自动化籽粒分级，工作效率大大提高；

2)当需要针对大小和品质不同的芝麻籽粒进行分选时，仅需要通过简单的更换滚筒就可以实现。此外，可以设置不同的滚筒，使其吸种口的大小不同，根据芝麻籽粒三轴尺寸选用不同吸种口的滚筒，在结合不同的吸附力大小，从而实现芝麻的精良分级，筛选不同品质的芝麻。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明分级装置的结构示意图。

图3为本发明可变转速分级装置的结构示意图。

图4为本发明的分离滚筒U型凹槽和吸种放大示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-4所示，本实施例的芝麻籽粒的清选分级装置包括筛选系统(1)、除杂系统(2)和分级系统(3)。

筛选系统(1)包括料斗和至少一层过滤筛，料斗设置于过滤筛上方，待筛选的芝麻籽粒由料斗倒入整个清选分级装置，料斗的下方为所述过滤筛，过滤筛的孔径大于芝麻粒径，以使得芝麻能够从过滤筛通过，而较大的杂质从过滤筛侧部滚落、震落或被吹落，经除杂口排出，实现首次的筛选。优选地，过滤筛带有震动装置。

除杂系统(2)设置有风机，使空气从过滤筛方向朝向出杂口方向(图中右侧)流动，以便将相对轻的杂质从过滤筛上吹走。在筛选系统(1)下方设置出料口(21)，出料口(21)可调，进而可调节芝麻籽粒量。除杂系统下方设置出杂口(22)，用于排出从筛选系统筛出的杂质。在除杂系统的风机前方设置过滤网，阻挡杂质，以使其从下方的出杂口排出。

如图2所示，本实施例的分级系统(3)包括传送装置(4)、可变转速分级机构(5)、气流输送管道(6)、气压调节阀(7)、电机(8)、风机(9)、链轮链条(10)、收集盒(11)和收集袋(12)，分级装置支架(13)和输种管(14)。

传送装置(4)设置于可变转速分级机构(5)下方，与其大体贴合或仅保留少许空隙。芝麻籽粒从筛选系统(1)的出料口(21)出料后，直接落在传送装置的传送带上。传送装置(4)优选倾斜设置，出料口(21)下方的第一侧高于第二侧，第二侧末尾设置收集装置。需要说明的是，图2中为了表示更加清晰，分级系统(3)的图示方向与图1是相反的。

芝麻籽粒落在传送带上之后，在传送带的带动下朝向可变转速分级机构(5)运动。本实施例中，采用两个分级机构(5)，优选地，两级分级机构(5)设置不同的转速和分离气压。

下面仅以一级分级机构(5)为例对其结构进行示例性说明。

如图3所示，本实施例中，可变转速分级机构(5)包括主轴转动支架(51)、链轮(52)、集种仓(53)、分离滚筒(54)、正负气压端盖(55)、正负气压接口(56)、正负气压分离舱(57)和转动主轴(58)，所述的集种仓(53)固定连接在主轴转动支架(51)上，分离舱(57)和正负气压端盖(55)固定连接。可变转速分级机构(5)通过主轴转动支架(51)固定在分级装置支架(13)上。分离舱包括两个沿滚筒纵向设置的分离叶片，二者之间具有一夹角，进而在滚筒内形成两个分离腔，吸种腔和吹种腔。转动主轴58穿过滚筒中部，并且与滚筒固定连接进而带动滚筒转动，转动主轴58可相对正负气压端盖55旋转，比如，二者之间通过轴承连接。分离舱伸入滚筒内部并且与主轴平行，分离舱两个分离叶片的滚筒的内壁基本贴合但可以相对运动，滚筒内壁光滑。

如图2和图3所示，风机(9)和电机(8)通过连接板(15)固定在分级装置支架(13)上。链轮链条(10)由电机(8)驱动，并且与可变转速分级机构(5)的链轮(52)传送连接,为其提供动力。链轮52通过旋转主轴与分离滚筒52固定，可以带动分离滚筒(54)转动。

分离滚筒(54)为空心圆筒状结构，圆筒的外壁具有大量U型凹槽(U型凹槽可以成排设置，也可以散乱设置)，每个凹槽内具有吸种孔。U型凹槽均匀分布在滚筒外表面，优选地，中心设置一个吸种孔511，吸种孔(511)是通孔，优选U型凹槽(510)深度大于5毫米。分离滚筒(54)上的吸种孔(511)是圆孔，其直径小于芝麻的三轴尺寸；当分离滚筒内为负压时，种子被吸附在凹槽的吸种内，设置凹槽的深度，使得其内吸附上种子之后，种子高度不会超出凹槽的深度。

如图3所示，分离滚筒54的一端(图中左侧)通过密封盖密封，主轴穿过密封盖通过辐轴或其他方式与滚筒固定，或者主轴直接与左侧密封盖固定连接，带动滚筒转动。分离滚筒的另一端(图中右侧)通过可与其相对运动的活动端盖(55)封盖，大体密封。分离滚筒54以及滚筒主轴58能够相对端盖55转动。端盖55上具有两个分离叶片，其伸入滚筒内部，用于在滚筒内形成分离舱，形成夹在其中的吹种腔和其外的吸种腔。分离叶片沿着滚筒主轴纵向设置，二者之间形成一夹角，在夹角处密封链接，分离叶片内所夹弧度与集种仓(53)覆盖的弧度大体相等。分离叶片的另一端基本贴合左侧密封盖，进而使得两个腔体之间的气体尽量不互通。

集种仓为弧形具有一定厚度的半包围构造，优选地，集种仓(53)是大小为1/4圆的空心圆环。集种仓的上表面(圆环的大环面)、四个侧面密封，下部开口(圆环内表面为开口)，四个侧壁的形状与分离滚筒的外表面匹配、相接，整体贴合在分离滚筒上方，下部开口正对分离滚筒54的外表面，分离滚筒的一个侧壁上设置分级出料口59。活动端盖(55)上设置两个气压接口56、第一气压接口对向两个分离叶片所夹区域，这里称为吹种区，第二气压接口对向分离滚筒中两个分离叶片之外区域，这里称为吸种区。第一气压接口接正压气流，比如连接风机输出气口；第二气压接口接负压气流，即其为吸气口，比如，可以接风机的输入气口。

气流输送管道(6)用于连接风机和第一和第二气压接口，将第一气压接口连接至风机输出气口，将第二气压接口连接至风机进气口。当然，也可以为两个气压接口分别配置不同的风机，一个用于吹气，另一个用于吸气。

气压调节阀(7)安装在气流输送管道(6)的中间，可根据吸种孔压力的需求来调节气压的大小；

输种管(14)一端连接在集种仓(53)的出料口(59)处，另一端与收集袋(12)连接。

采用这种设计，随着电机的驱动，分离滚筒(外滚筒部分)会发生转动，内部的分离叶片保持静止，这样实际上吸种区和吹种区所对应的外滚筒部分是在实时变化的。对于分离滚筒的某一区域而言，当其外表面到达传送带附近时，由于吸种孔内负压，芝麻籽粒被吸附到滚筒表面的凹槽内，随着分离滚筒继续转动，吸附种子的凹槽会转动到集种仓下方，一旦吸附种子的凹槽越过分离叶片到达吹种区，由于吹种区内是正压，此时正压会将种子从吸种孔吹出，经集种仓的出料口吹出，经输种管到达分离袋，分离袋采用透气结构，以便正压气流能够排出。

分级机构的两个分级装置的结构基本相同，都如上所述具有滚筒和相应的正负压系统，这里不再累述。两个分级装置设置为彼此的吸附力具有一定差异，比如，一级分级机构(5)的吸附力较小，这样其能够将较轻的芝麻籽粒吸附起来，送入第一个收集袋，二级分离的吸附力较大，则较重的籽粒被吸附起来。两个分级装置都吸附不起来的籽粒则由于自身质量较大，籽粒饱满而留在了传送带上，顺着传送带被带到收集盒作为高品质芝麻。

收集盒(11)安放在传送装置(4)的尾端，用于接收未被分级机构分级处理的剩余芝麻籽粒。

采用本发明的分级装置，可以根据芝麻籽粒的自身重力将芝麻进行分级，根据自身重力不同将芝麻分为三个等级，次级品质的芝麻自身重力为g1～g2,中等品质的芝麻重量为g2～g3，其余为高级品质。其中，一级分离的芝麻籽粒为次级品质，经一级分离后的芝麻再进行二级分离，二级分离的芝麻籽粒为中等品质；随着传送装置(4)上传送带的转动，落入收集盒(11)中的籽粒为高级品质。

本领域技术人员应该理解，为了更好地对芝麻进行细分，在传送装置上，可安装一个或多个包含可变转速分级机构(5)、电机(8)和风机(9)等，从而提高分级的效率和精度。

进行一级分离时，可变速分级机构(5)的分离滚筒(54)的负压区吸种孔(511)的压力为P1,其大小为P1＝g2。

随着传送装置(4)的转动，芝麻籽粒从一级分离区进入二级分离区域内，该区域内的可变转速分离机构(5)的分离滚筒负压区吸种孔(511)的压力值为P2，其大小为P2＝g3。

集种仓(53)的出料孔(59)在正压的作用下将分级后的籽粒通过输种管(14)将籽粒输送至分离袋(12)，收集袋优选为网孔小于芝麻的网状构造。

优选地，分离滚筒的转动速度为传送带传送带传送速度的2-4倍，分离滚筒上的凹槽交错设置，这样，分离滚筒对于传送带上的同一位置通过交错设置的凹槽和吸种孔多次进行吸附，减少漏选。

优选地，滚筒转动方向与传送带行进方向相反，进而使得即便被吸附的种子吸附不稳而掉落，也会掉落在传送带上。

在另一种优选实现方式中，为了进一步降低能耗，发明人注意到滚筒在滚动过程中，实际上真正需要吸附力的是从滚筒与传送带相接位置直到滚筒与集种仓相接位置(图中右侧部分)，这里称为吸种区域。因此，为了减少非吸种区域的(图中滚筒左侧从集种仓后沿到传送带的半圆部分)的气体泄漏，在非吸种区域内侧设置半圆形内衬，半圆形内衬紧贴滚筒左侧从集种仓后沿到传送带的半圆部分，该半圆形内衬固定在右侧端盖上，不随滚筒转动。

需要说明的是，本发明的芝麻籽粒(尤其适用于芝麻种子)的清选分级装置，使用时，经过筛选和除杂的芝麻籽粒经芝麻籽粒出料口(21)，芝麻籽粒出料口(21)的出料量是可调节的，芝麻以平铺的状态落入传送装置上，传送装置的转动带动芝麻籽粒的移动，芝麻经传送带上方的一级分离和二级分离进行芝麻分级，一级分离的芝麻为次品，二级分离的芝麻为中等品质，最终落入到收集盒中的为高级品质，在进行一级和二级分离时，芝麻籽粒在负压区经分离滚筒的吸种孔吸附，在电机和链轮链条的传动作用下，分离滚筒转动至正压区，籽粒经正压从吸种孔吹出，进入集中仓，并通过集种仓出料口经输种管运送到收集袋中，完成分级。本发明的清选分级装置清选效果好，分级准确性高。通过对1000颗籽粒进行抽样测重，经过两级分选之后高级品质籽粒中，次品和中等品含量不足2％。并且本发明结构简单，易于小型化，更有利于农业推广应用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于正负压分离的芝麻籽粒分级清选系统，所述分级清选系统包括筛选系统（1）、除杂系统（2）和分级系统（3），其特征在于，所述筛选系统（1）包括料斗和至少一层过滤筛，用于阻挡大于筛孔的杂质进入分级系统（3）；所述除杂系统（2）用于通过朝向过滤筛输送气流以清除所述过滤筛上的杂质；所述分级系统（3）包括传送装置（4）、至少两个可变转速分级机构（5）、电机（8）以及风机（9），所述传送装置（4）一侧设置于所述筛选系统（1）下方，另一侧设置于所述可变转速分级机构（5）下方，以承接所述筛选系统（1）筛选出的芝麻籽粒并输送至所述可变转速分级机构（5）下方，每个所述可变转速分级机构（5）包括分离滚筒（54）和集种仓（53），分离滚筒（54）为空心圆筒状结构，圆筒的外壁具有大量U型凹槽，每个凹槽内具有吸种孔，吸种孔与分离滚筒（54）内部相通，分离滚筒（54）的第一端密封，并与所述电机（8）传动连接进而在所述电机（8）驱动下旋转，第二端由活动端盖（55）封盖，活动端盖（55）上固定有分离舱，所述分离舱包括两个沿滚筒纵向设置的分离叶片，二者之间具有一夹角，进而在滚筒内形成两个分离腔，吸种腔和吹种腔,所述分离滚筒（54）能够相对分离叶片、活动端盖（55）旋转，所述集种仓为弧形具有一定厚度的半包围构造，其覆盖在分离滚筒（54）上方，与两个分离叶片相对，集种仓下部开口，活动端盖（55）上设置两个气压接口（56），其中，第一气压接口对向两个分离叶片所夹的吹种区，第二气压接口对向分离滚筒（54）中两个分离叶片之外的吸种区，所述第一气压接口接正压气流；第二气压接口接负压气流；所述集种仓的一个侧壁上设置分级出料口，分级出料口与吹种区相对应；所述吸种腔位于所述分离滚筒（54）下方，用于通过负压将传送装置上的芝麻籽粒吸附至分离滚筒（54）外侧的凹槽内，所述吹种腔设置于所述分离滚筒（54）上方，并且与所述集种仓的位置对应，用于通过正压将分离滚筒（54）外侧凹槽内的芝麻籽粒吹至集种仓内，然后通过所述分级出料口输出。

2.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，所述料斗设置于过滤筛上方，待筛选的芝麻籽粒由料斗倒入，过滤筛的孔径大于芝麻粒径，以使得芝麻能够从过滤筛通过。

3.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，所述除杂系统设置有第二风机，以驱使空气从过滤筛方向朝向出杂口方向流动，将杂质从出杂口清除。

4.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，两级所述可变转速分级机构（5）设置不同的转速和分离气压。

5.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，还包括气流输送管道（6）和气压调节阀（7），所述气流输送管道（6）用于连接风机与第一和第二气压接口，将第一气压接口连接至风机输出气口，将第二气压接口连接至风机进气口，所述气压调节阀（7)设置于各个气流输送管道（6）中，以调节各个气压接口内的压力。

6.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，还包括输种管（14）和收集装置，所述输种管（14）一端连接在集种仓（53）的出料口（59）处，另一端与相应收集装置连接。

7.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，所述分离滚筒（54）上的吸种孔是圆孔，其直径小于芝麻的三轴尺寸。

8.根据权利要求1所述的分级清选系统，其特征在于，所述集种仓的分级出料口与一网状收集袋相联通。

9.一种利用权利要求1所述的分级清选系统进行芝麻分级清选的方法，其特征在于，所述方法包括，将芝麻倒入料斗内通过筛选系统（1）对芝麻进行筛选除杂；将除杂后的芝麻籽粒传送至所述可变转速分级机构（5），设置第一和第二分级装置的吸附力，使得第一分级装置能够吸附重量低于第一阈值的芝麻籽粒，并将其送入第一收集装置；第二分级装置能够吸附重量介于第一阈值和第二阈值之间的芝麻籽粒，并将其送入第二收集装置；将剩余未被吸附籽粒送入第三收集装置。

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