彭三河 (長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

蓮藕去節(jié)頭裝置的研制

彭三河 (長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

從蓮藕結(jié)構(gòu)特點及生產(chǎn)率要求出發(fā)，設(shè)計了蓮藕去節(jié)頭裝置并簡述了其工作原理、結(jié)構(gòu)特點及主要設(shè)計參數(shù)確定方法。試驗證明，該裝置具有生產(chǎn)效率高、去節(jié)效果好、成本低等優(yōu)點。

蓮藕 ；去節(jié)頭；導(dǎo)藕；特制帶

蓮藕是我國幾千年來人民喜愛的水生食品。近幾年隨著國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的不斷推進(jìn)，人們開始在蓮藕上做文章，不斷開發(fā)和加工出高附加值的產(chǎn)品，成為市場搶手的綠色食品[1-3]。隨著對蓮藕加工量的不斷增加，蓮藕的預(yù)處理由人工解決的矛盾越來越突出，人們迫切希望有機(jī)械來代替人工,解決蓮藕的清洗、去節(jié)頭和去皮。蓮藕在清洗后去皮前有一道去節(jié)頭的工序，目前，許多蓮藕加工企業(yè)仍然采用人工刀切去除節(jié)頭的處理方法，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且操作者易受傷，藕的損失也較大。因此，開發(fā)一種效率高、工作安全可靠、性能優(yōu)良、制造成本低廉的蓮藕去節(jié)頭裝置，可以降低勞動強度，減少生產(chǎn)成本。提高蓮藕加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)計方案

1.1 設(shè)計要求

蓮藕清洗后，人工將藕條折斷為單元小節(jié)，由于各節(jié)的長度不一，不能用等距的兩刀具同時切掉單元藕節(jié)兩端的節(jié)頭，因此，只能分2次切掉節(jié)頭。由于藕徑不同，夾持藕的部分要求具有一定的仿形夾持功能，保證藕被加緊且隨之而動，又不損傷藕。不同藕種切掉的節(jié)頭長度不一樣，裝置中應(yīng)保證刀具與藕節(jié)定位可調(diào)。同時還應(yīng)考慮安全、環(huán)保及節(jié)能要求。

1.2 蓮藕去節(jié)頭的工藝流程及工作過程

(1)蓮藕去節(jié)頭工藝流程 已清洗干凈、備成單節(jié)的蓮藕去除節(jié)頭的工藝流程如下：

備藕臺→放藕→輸送帶送藕→漏斗導(dǎo)藕→轉(zhuǎn)盤夾持藕運行→刀盤去節(jié)頭→出藕

當(dāng)去掉一端節(jié)頭的藕收集到一定量時，將其再拿回到備藕臺，準(zhǔn)備去另一端節(jié)頭，此時往輸送帶上放藕一定要將未去節(jié)頭一端朝前。

1.轉(zhuǎn)盤；2.轉(zhuǎn)盤軸；3.藕節(jié)；4.導(dǎo)藕漏斗；5.輸送帶；6.中間軸；7.下工作電機(jī)；9.蓮藕導(dǎo)板；10.刀盤；11.托承板；12.機(jī)架；13.上工作電機(jī)

(2)工作過程 蓮藕去節(jié)頭裝置如圖1所示，其工作過程為：啟動兩馬達(dá)，輸送帶以一定速度運動，人工將藕置于輸送帶的V型槽中，藕隨帶前行到達(dá)另一端時，在慣性的作用下，藕進(jìn)入導(dǎo)藕漏斗，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)盤與夾持導(dǎo)板之間，在轉(zhuǎn)盤外沿半圓形凹槽抓持作用下，藕隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，在側(cè)面夾持導(dǎo)板及底板上滑動，當(dāng)運行的藕碰到高速旋轉(zhuǎn)刀盤時，藕的節(jié)頭被切掉，當(dāng)藕繼續(xù)運行到與夾持導(dǎo)板脫離接觸時，藕掉進(jìn)收藕箱。

2 主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)

圖2 輸送帶結(jié)構(gòu)示意圖

輸送部分采用外表面有V型槽的特制帶(圖2)，便于放藕和準(zhǔn)確進(jìn)入導(dǎo)藕漏斗。

導(dǎo)藕漏斗設(shè)計成圓弧形內(nèi)表面(圖1)，以便藕順利通過漏斗，由傾斜變?yōu)榇怪睜顟B(tài)。轉(zhuǎn)盤外沿制有近似半圓形凹槽，凹槽理設(shè)有橡膠或塑料制作的襯墊，通過彈簧與轉(zhuǎn)盤凹槽相連(圖1)，起仿形作用，適應(yīng)藕徑大小不同，同時保證夾持時不傷及藕。托承板可上下調(diào)節(jié)，由于刀盤位置固定，調(diào)節(jié)托承板位置可以調(diào)節(jié)切掉節(jié)頭的高度。裝置下面電機(jī)通過V帶帶動刀盤軸轉(zhuǎn)動，刀盤軸上小帶輪通過V帶帶動中間軸轉(zhuǎn)動，中間軸上小帶輪通過V帶帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

通過試驗臺試驗，確定了蓮藕去節(jié)裝置的主要參數(shù)及性能指標(biāo)如下：

①裝置結(jié)構(gòu)尺寸：2400mm×800mm×1600mm。② 生產(chǎn)率：700kg/h。③裝置動力：5kW。④節(jié)頭去凈率：gt;98%。⑤藕損傷率：lt;2%。

3 主要工藝參數(shù)及設(shè)計依據(jù)

3.1 設(shè)計依據(jù)

蓮藕去節(jié)裝置工藝參數(shù)設(shè)計主要從以下幾個方面考慮：生產(chǎn)率、輸送帶速、刀盤直徑及轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤直徑及轉(zhuǎn)速、耗能及裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸[4-6]。在保證去節(jié)頭后蓮藕的品質(zhì)和可靠性條件下提高生產(chǎn)率是蓮藕去節(jié)裝置的設(shè)計依據(jù)。

3.2 主要參數(shù)的確定

(1)生產(chǎn)率 年加工量為2240t的中型企業(yè)，使2臺蓮藕去節(jié)裝置工作，每年工作200d，單班制。生產(chǎn)率按下式計算。

Y=1000T/(D·H)

式中，Y—生產(chǎn)率，kg/h；T—年加工藕量，t；D—年工作時間，d；H—每天工作時間，h。

經(jīng)過計算可得，生產(chǎn)率Y=700kg/h。

(2)輸送帶速 人工將藕放入輸送帶上，由于有一個空回行程，輸送帶上不可能一節(jié)藕緊靠另一節(jié)藕擺放，兩節(jié)藕間有一定距離的間隔，考慮各工序工作時的時空關(guān)系要求，以及人放藕的適應(yīng)移動速度，取兩節(jié)藕間距為0.3m，通過對藕的測量和稱量統(tǒng)計，每節(jié)藕的平均長度為0.2m，平均重量為0.4kg，依據(jù)前面確定的生產(chǎn)率700kg/h按下式可計算輸送帶的速度。

V=Y(L1+L2)/(60×60×Q)

式中，V—輸送帶速，m/s；Y—生產(chǎn)率，kg/h；L1—平均藕長，m；L2—藕間距，m；Q—平均藕重，kg。

經(jīng)過計算可得，輸送帶速V=0.25m/s

(3)刀盤直徑及轉(zhuǎn)速 根據(jù)試驗結(jié)果，刀盤的線速度必須大于6.2m/s才能平整地切去節(jié)頭，由于空間條件的限制，刀盤直徑不能太大，故取刀盤直徑為0.2m，則刀盤轉(zhuǎn)速按下式確定。

n刀= 6.2×60/(3.14C刀)

式中，n刀—刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；C刀—刀盤直徑，m。

經(jīng)過計算可得，刀盤轉(zhuǎn)速n刀=600r/min。

(4)轉(zhuǎn)盤直徑及轉(zhuǎn)速 由于轉(zhuǎn)盤外沿需開一定數(shù)量的凹槽，凹槽口徑與藕徑要匹配，如果轉(zhuǎn)盤直徑過小，外沿凹槽數(shù)量少，從導(dǎo)藕漏斗出來的藕不太容易入位，且藕進(jìn)入轉(zhuǎn)盤到出轉(zhuǎn)盤路徑短，夾持不夠理想，去節(jié)效果不好；如果轉(zhuǎn)盤直徑過大，受到前面減速能力限制，外沿的線速度會很大，漏斗中下來的藕也很難入位，影響去節(jié)。綜合考慮，轉(zhuǎn)盤直徑取0.3m。根據(jù)試驗，轉(zhuǎn)盤外沿線速度小于0.1m/s，漏斗中下來的藕容易入位，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速按下式確定。

n盤=0.1×60/(3.14C盤)

式中，n盤—轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，r/min；C盤—轉(zhuǎn)盤直徑，m。

經(jīng)過計算可得，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速n盤=6.4r/min。

4 結(jié)論

(1) 該裝置采用外表面帶V型槽的特制輸送帶，控制帶速在一定范圍，放藕方便，藕進(jìn)入導(dǎo)藕漏斗容易。

(2) 導(dǎo)藕漏斗內(nèi)表面設(shè)計為弧形，藕不容易卡堵，且能順暢地將藕由傾斜變?yōu)榇怪睜顟B(tài)。

(3) 合理設(shè)計轉(zhuǎn)盤直徑和外沿凹槽尺寸，有利于藕的入位，并能很好地抓持藕在夾持導(dǎo)板中移動。

(4) 適宜的刀盤直徑和轉(zhuǎn)速，能很好地切去節(jié)頭。

(5)通過試驗，蓮藕去節(jié)裝置能夠達(dá)到預(yù)定生產(chǎn)率的要求，且去節(jié)效果較好。

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10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.04.012

TS203

A

1673-1409(2012)04-S046-03

2012-03-10

彭三河(1963-)，男，湖北紅安人，副教授，主要從事食品加工機(jī)械研究。